基于双重孔隙理论的各向异性致密油砂岩地震岩石物理模型

致密油砂岩储层低孔低渗、矿物组分多样以及孔隙结构复杂,为岩石物理建模带来了较大挑战。基于致密油砂岩的特殊性,从岩石固体组分和孔隙结构2个方面对致密油砂岩地震岩石物理模型做了改进,实现了基于双重孔隙理论的各向异性致密砂岩油储层的岩石物理建模方法,并系统研究了新理论模型下泥质含量和泥质类型、孔隙连通性以及孔隙类型4种因素对岩石物理建模的影响。研究结果表明,泥质、孔隙连通性和孔隙类型对致密油砂岩均会产生较大的影响,证实了所提出的岩石物理建模方法的合理性。     

基于流体置换理论的致密砂岩气层识别方法研究

鄂尔多斯盆地东缘发育典型致密砂岩气储层,复杂孔隙结构导致“非阿尔奇响应”,使得致密储层油气水层电阻率基本相当,流体性质识别难度大。通过分析该区域致密砂岩储层声学响应特征,发现纵横波速度比、泊松比等参数对含气变化响应敏感。基于地震岩石物理Gassmann理论,结合阵列声波等测井数据,建立了包含岩石孔隙、骨架、混合流体的模量模型,最终获得混合流体模量。研究区测试井实例表明,基于流体置换方法的致密砂岩气层识别具有重要作用。     

致密砂岩气层测井识别与评价技术——以苏里格气田为例

苏里格气田上古生界致密砂岩储层渗透率低、孔隙类型多样、非均质性强,导致岩石物理响应特征复杂,气水层识别与含气饱和度准确定量评价难度大.结合研究区致密砂岩储层的特点以及气层的测井响应特征,优选了4种适用的气层识别方法,通过多种方法的综合指示能有效识别气层;根据储层孔隙结构与岩电响应关系特征,确立了双孔隙饱和度模型在研究区的适用性并建立了适用于研究区的饱和度模型岩电参数.通过研究区大量井中的应用表明,上述气层识别方法在致密砂岩气层判识中具有良好的应用效果,与阿尔奇模型相比,利用双孔模型及其岩电参数计算的含气饱和度具有更高的精度,更符合气藏的实际规律和岩石物理特征.上述方法为致密砂岩气层测井识别与评价提供了有效途径.     

阵列声波测井资料在吐哈油田致密砂岩气层识别中的应用

吐哈盆地致密砂岩储层具有孔隙度低、渗透性差、孔隙结构复杂等特点,利用常规测井资料难以对储层含气性进行有效评价。以研究区致密砂岩声学特征实验为基础,分析岩样在饱含气状态、饱和水状态下纵波速度和横波速度等参数的变化规律,实验为利用阵列声波测井资料所提取纵、横波时差和常规测井资料计算地层的泊松比、体积压缩系数等参数进行气层识别提供了理论基础。通过储层岩心声学物理试验研究证明,地层在高含气饱和度情况下体积压缩系数和泊松比对含气饱和度变化较敏感;根据阵列声波测井资料计算得到的泊松比曲线和体积压缩系数曲线交会可以直观识别气层。给出的解释实例证实了在吐哈盆地致密砂岩储层利用泊松比与体积压缩系数交会法识别气层的实用性。     

鄂尔多斯盆地东缘康宁地区二叠系致密储层成岩作用与孔隙度演化

鄂尔多斯盆地东缘康宁地区具有广阔的天然气勘探前景,是我国致密气勘探开发的重点区域之一。为研究其储层成岩作用及致密化机理,开展了铸体薄片鉴定、扫描电镜分析、X射线衍射测试、粒度分析等研究,对二叠系致密储层的岩石成分、孔隙类型和成岩演化等进行了深入探讨。结果表明：①岩石类型以细-中粒长石岩屑砂岩和岩屑砂岩为主,石英体积分数平均49%,岩屑体积分数平均36%,长石体积分数平均15%;②储层物性以低孔-特低渗型为主,平均孔隙度为7%,平均渗透率为0.46 mD,为典型致密储层;孔径小,喉道细,分选差,以次生溶蚀孔隙为主;③二叠系砂岩经历了压实作用、胶结作用、溶蚀-交代作用,成岩阶段为中成岩A-B期。④压实作用是导致储层致密的主要因素,使得初始孔隙度减少了16.39%,碳酸盐胶结作用和黏土矿物的充填作用次之,使孔隙度减少了约12.30%,后期溶蚀作用使孔隙度增加了6.01%,这一结论与现今实测平均孔隙度平均值7.46%较为吻合。上述研究成果对研究区致密气藏勘探中寻找次生溶蚀"甜点"具有一定的参考价值。     

致密储集层应力敏感性分类评价

致密储集层应力敏感性分析,对准确认识油气开发过程中储集层伤害及合理评价油气井产能具有重要的意义。鉴于注水开发过程中有效应力场的非稳态变化导致储集层渗流能力变化的实际情况,选取了鄂尔多斯盆地安塞油田延长组3类典型岩样（泥质粉砂岩、粉砂岩和中细粒砂岩）进行储集层渗透率应力敏感性测定,通过线性方程拟合,对比分析3类岩石应力敏感性特征,并从岩石成分和微观结构对应力敏感性的影响进行综合分析。结果表明,随着有效应力的增加,泥质粉砂岩渗透率下降快,敏感性强;粉砂岩渗透率下降中等,敏感性中等偏强;中细粒砂岩渗透率下降慢,敏感性最弱。通过岩心、岩石薄片、扫描电镜、全岩X射线衍射分析及压汞实验可知,储集层应力敏感性特征主要受到岩石中矿物成分和孔隙结构2个因素的影响,而微裂缝的发育使储集层应力敏感性增强。     

南华北盆地通许地区上古生界天然气勘探前景

南华北盆地通许地区上古生界石炭系-二叠系保存较全,天然气成藏条件与鄂尔多斯盆地类似。 运用鄂尔多斯盆地致密砂岩气藏成藏理论,分析南华北盆地通许地区上古生界基本油气地质条件、圈闭 形成期与天然气运聚成藏期的匹配关系,明确该区天然气勘探前景。 研究表明：通许地区石炭系-二 叠系发育一套良好的区域性烃源岩,煤层发育,平均有机碳的质量分数为 62.9%,平均有机质成熟度为 3.34%,有机质类型属于Ⅱ2 型;储集岩主要为大面积分布的三角洲平原分流河道砂岩,平均孔隙度为 2.7%, 平均渗透率为 2.25 mD,发育粒间孔和粒间溶孔;上、下石盒子组泥岩发育,饱和气时突破压力为 5.88～ 9.80 MPa,是良好的区域性盖层;致密砂岩岩性圈闭为该区最有利的圈闭类型;圈闭形成于烃源岩主生排 烃期以前,源-储匹配关系好,具有良好的致密砂岩气勘探前景;尉北缓坡中南部是致密砂岩岩性圈闭气 藏发育的有利区。     

考虑气体滑脱及Knudsen扩散的低渗致密砂岩微观流动模拟

低渗致密砂岩纳米-微米尺度孔喉发育,微观非均质性强,渗流机理复杂,现有物理实验方法难以准确评价。采用基于数字岩心理论的微观流动模拟方法来分析低渗致密砂岩中天然气的渗流规律。以川西地区沙溪庙组砂岩样品为基础,利用CT扫描建立目标岩样三维数字岩心,通过孔喉识别、形态简化及喉道调整,构建了包含不同孔喉分布的低渗致密砂岩三维孔隙模型;考虑天然气在纳米-微米孔喉中输运机制的复杂性,建立了耦合Darcy渗流、气体滑脱和Knudsen扩散的流动控制方程,并结合孔隙模型对其进行离散求解。开展流动模拟,评价不同孔隙压力下各输运机制对天然气产出运移的影响。结果表明：低渗致密砂岩中喉道越小、孔隙压力越低,气体流动非线性越强;在孔隙压力高于10 MPa范围,天然气在平均喉道半径大于0.1 μm的砂岩孔隙空间中的流动基本满足Darcy渗流;而对于平均喉道半径小于0.1 μm的致密砂岩,孔隙压力低于10 MPa后气体滑脱和Knudsen扩散是气体运移中重要机制,对天然气生产的影响不可忽略。     

深层致密砂岩气藏干湿交替诱发气井出砂实验模拟

塔里木盆地库车坳陷深层致密砂岩气藏天然裂缝发育,处于高温高压和高地应力的封闭环境,地层水矿化度高,局部存在超低含水饱和度特征,部分气井生产中经常伴随不同程度的出砂现象,严重干扰气井正常生产。选用库车坳陷某深层致密砂岩气藏岩样,实验模拟含水饱和度升降的干湿交替过程,监测岩石动态力学参数及应力敏感系数变化。结果表明,干湿交替后深层致密砂岩气藏岩样的动态杨氏模量和泊松比均显著降低,深层致密砂岩气藏基块岩样和裂缝岩样的应力敏感系数分别为0.50~0.89和0.43~0.45,应力敏感程度分别为中等偏弱—强和中等偏弱。分析认为:①气体钻进过程(干化过程),地层孔隙压力释放改变近井地带应力、气体冲蚀裂缝面和盐析产生的结晶应力会降低岩石强度,诱发出砂。②气液转换钻完井过程(干湿交替过程),干湿交替、酸液溶蚀、裂缝面摩滑和含水饱和度变化引发的黏土矿物吸水与脱水和类球状风化对岩石裂缝面砂粒的剥落都会弱化岩石强度。③裂缝面脱落的砂粒对裂缝起到支撑作用,可弱化裂缝应力敏感程度。深层致密砂岩气藏开发过程应减少干湿交替轮次和液相侵入量,难以避免进入的液相要快速返排,防止液体弱化岩石强度,压裂过程加入纤维以防止支撑剂返吐,并结合适度出砂措施和绕丝筛管防砂工艺控制气藏出砂。     

致密含气砂岩核磁共振-声波速度联合实验

为研究致密含气砂岩有效储层划分、流体识别方法,选取了典型致密含气砂岩样品,开展核磁共振-声波速度联合实验。以核磁共振实验为基础,结合压汞曲线特征,研究了储层孔隙结构特征,分析了储层可储性;以岩石声学特性实验为基础,研究纵、横波速对储层含气性的敏感性;分析了核磁共振T₂谱与横波速度对岩石孔隙特征的共性反映,得出了T₂几何平均值(T_2gm)与横波速度之间的关系,进而建立了核磁共振-声波速度联合含气性识别图版。研究表明,目标区致密砂岩储层有4种孔隙结构,孔隙发育尺度与粗-细小喉道交互配位关系,决定了4种孔隙结构储层的储集和渗透能力。致密含气砂岩纵波速度对含气性敏感,利用纵波时差与纵、横波速比交会识别含气性效果良好;核磁共振T_2gm与横波速度呈幂函数关系,为利用核磁共振测井预测地层横波速度提供了帮助。进而将不同含气岩石纵波时差与核磁共振T_2gm进行交会,显示该方法对致密砂岩储层含气性具有较好的识别效果。     

基于露头和岩心研究储层尺度深水砂岩的问题与思考

非常规油气勘探表明致密油气形成的有利区往往与深水砂岩分布区相关。目前国内通过露头研究储层尺度深水沉积体系或深水砂岩的工作非常薄弱,主要是缺少具体的研究方案。与传统露头资料相比,数字化露头资料和相应露头模型对于深水砂岩油气勘探开发会更有价值,但是露头建模仍是深水砂岩露头研究的难点之一。利用岩心研究深水砂岩的沉积环境及沉积相是分析储层尺度深水砂岩成因的有效手段。露头与岩心结合研究储层尺度的深水砂岩离不开测井和地震等资料,它们都是联系这些资料的重要桥梁。     

基于等效毛细管的低渗透气藏液相侵入模型

为了从微观尺度上探讨低渗透气藏液相侵入微观流动机理，采用激光刻蚀技术建立了致密砂岩孔隙网络模型，开展了液相侵入微观可视化流动实验，分析了液相侵入和流体返排过程孔隙网络内水相的动态分布；建立了基于等效毛细管束的低渗透气藏液相侵入微观流动模型，采用致密砂岩水相自吸侵入实验验证了模型的可行性。实验发现，孔隙网络内水相侵入与毛细管力侵入规律类似，初期液相主要沿着较大孔隙流动，液相通过与孔隙连通的喉道逐渐推进；较小喉道中的水相难以返排，阻碍气相的流动。研究结果表明，黏滞阻力对致密砂岩水相侵入起主导作用，但在负压差条件下，液相仍能侵入岩心，且岩石越致密，水相最大侵入深度越大。建立的液相侵入模型为低渗透气藏液相侵入损害及保护机理研究提供了理论参考。      

吐哈盆地致密砂岩微观孔隙结构评价方法研究

在研究吐哈盆地柯柯亚地区致密砂岩孔渗数据和压汞曲线特征参数的基础上,提出利用最大进汞梯度峰值,结合起始排驱压力和岩心孔隙度等参数,作为评价致密砂岩孔隙结构的重要指标,建立了一套适合吐哈盆地致密砂岩孔隙结构的新方法和思路,取得了较好的评价效果。     

鄂尔多斯盆地延安气田山西组致密砂岩储层天然气充注模拟实验及含气性变化规律

致密砂岩气是当前非常规油气勘探开发的重点。为了弄清不同类型致密砂岩储层中天然气的充注特征和含气性变化规律,选取鄂尔多斯盆地延安气田山西组12个砂岩样品,依据岩性、物性和孔隙类型将其划分为3类,并分别开展了不同渗透率、不同充注流速和不同充注压差下的天然气充注模拟实验。结果表明,物性较好致密砂岩的中孔隙对含气饱和度的贡献大于小孔隙,而超低孔渗致密砂岩的小孔隙对含气饱和度的贡献大于中孔隙。临界注入压力是岩石的固有属性,不随流速的变化而变化,含气饱和度与流速成正比关系,流速越快,含气饱和度越高。充注压差越大,气体突破时间越短,含气饱和度就越高,随着充注时间增加,含气饱和度变化很小,最终趋于某一恒定值,即岩心束缚水状态下的含气饱和度。该研究能够为延安气田致密砂岩储层的物性下限分析和运移机理探讨提供实验基础和理论依据。     

致密砂岩气成藏研究进展及值得关注的几个问题

连续型致密砂岩气藏是一种非常重要的非常规天然气。为了解该类气藏成藏地质研究进展,总结了其储层划分标准、分类、地质特征、成藏要素及封闭机制等方面的研究成果。分析认为,现有致密储层的划分标准不具有成藏内涵,连续型致密砂岩气的临界条件是随成藏条件而变化的。连续型致密砂岩气的成藏要素包括烃源岩、与源邻接的致密储层以及稳定的构造环境。需要注意的是,储层致密的本质是储层具有纳微观尺度的孔喉,且喉道与孔隙比例非常接近;异常压力属性不是致密砂岩气藏和常规气藏的区别点。文中提出了连续型致密砂岩气成藏机理值得深入研究的问题：一是致密砂岩气藏封闭的动力学机理研究,气、水倒置界面处存在动力（气体压力）与阻力（毛细管力、粘滞力及地层水压力）的力平衡关系,如何定量表征和模拟各种力的演化过程显得尤为重要;二是致密砂岩气藏的调整改造机理和过程及原型致密砂岩气藏恢复的研究,原型气藏的恢复可以通过气、水界面处的力平衡关系实现,后期不同的调整改造作用都是通过改变气、水倒置的临界条件而实现的;三是致密砂岩储层中“相对高孔渗体”的控藏作用研究,“相对高孔渗体”的存在改变了连续型致密砂岩气成藏条件,使得其成藏过程更为复杂。     

超临界二氧化碳压裂过程中注入压力对致密砂岩力学特征的影响

针对致密砂岩气藏采用超临界二氧化碳压裂技术开发中,未考虑二氧化碳流体对储层岩石力学影响,从而导致设计压裂施工参数与现场实际不吻合问题,取苏里格气田2 800 m左右石盒子组地层岩心,在围压38 MPa、温度85 ℃下,模拟地层条件开展超临界二氧化碳压裂致密砂岩岩石力学特征实验,测试二氧化碳注入压力从3 MPa增加到35 MPa,然后加轴向压力至岩石破坏,获得致密砂岩岩石应力—应变曲线。研究表明,随超临界二氧化碳注入压力增大,致密砂岩抗压强度、弹性模量均减小,泊松比则增加,脆性指数先略微增大而后呈减小趋势。拟合出脆性指数与二氧化碳注入压力的关系式,相关系数为0.903 6,注入压力为4.55 MPa时脆性指数极值为0.483 5。超临界二氧化碳压裂时应考虑注入压力对岩石力学参数的影响,弹性模量、泊松比、脆性指数等岩石力学参数影响致密砂岩裂缝起裂及扩展规律。     

致密气藏孔隙水赋存状态与流动性实验

致密砂岩气藏岩石孔隙结构复杂,一般含水饱和度较高,且其中水的分布与赋存状态及流动性等对气体渗流影响较大。通过选取苏里格气田具有代表性的不同物性岩样,开展气驱水、核磁共振、压汞等实验分析,建立了孔隙-核磁曲线交汇图,研究岩石孔隙中水的赋存特征及流动性。研究结果表明:1在砂岩储层中,水优先占据细小孔隙和大孔隙壁面,气分布于大孔隙中央。2致密砂岩细小孔喉内的水流动性差,残余水饱和度较高,其流动性与其中的气体流动密切相关,当气体流动压差(流速)较低时,只能驱动相对大孔隙中的水;随压差增大,可驱动更加细小孔隙中的束缚水。3气体可驱动束缚水的最小孔隙半径与气流压差成指数函数关系,在半径为0.05μm的孔喉中,气驱水的压力梯度约为1.78~2.22 MPa/cm。因此,致密气藏中半径小于0.05μm孔喉中的水很难流动,这部分孔喉很难成为气藏开采的有效通道。该研究结果对研究致密气藏的开采机理具有重要意义。     

裂缝对岩石电阻率的影响及其在含气饱和度计算中的应用

裂缝性致密砂岩储层含气饱和度计算的准确性取决于岩石电阻率测量值的可靠程度,而岩石电阻率的测量值又受控于裂缝的导电性、产状、宽度和密度等参数。因此,研究裂缝对岩石电阻率测量值的影响是正确建立致密砂岩储层含气饱和度计算公式的基础。在数值模拟基础上详细观察裂缝的导电性、产状、宽度和密度等参数对岩石电阻率测量值的影响,通过岩电实验对数值模拟结果进行检验,提出了一个适用于裂缝性致密砂岩储层含气饱和度计算的归一化岩石电阻率公式,改进了目前常用的双重孔隙介质模型。最后,将改进的双重孔隙介质模型用于塔里木盆地克深地区裂缝性致密砂岩储层的含气饱和度计算。计算结果表明,改进的双重孔隙介质模型符合克深地区岩石裂缝内含气饱和度高的特点,且与试油结论吻合度更高。     

致密砂岩气藏地层水可动性及其影响因素研究

为研究致密砂岩气藏储层物性参数与地层水可动能力间的关系,明确不同物性储层的地层水可动性,通过核磁共振方法测量岩心孔隙大小分布,进行了X射线全岩衍射分析,提出了一种采用离心法与核磁共振相结合方式划分地层水可动程度的新方法,并分析了孔隙度、渗透率、孔隙结构、岩石矿物组成与地层水可动性之间的关系。结果表明,地层水可动或不可动无绝对界限,储层孔隙结构决定地层水可动性;矿物组成对地层水可动性影响不大。研究认为,地层水根据可动性可分为束缚水、可动束缚水、可动水,但束缚水饱和度、可动束缚水饱和度、可动水饱和度的划分不是绝对的,通过实验方法可得到其近似值。研究结果对致密砂岩气藏划分开发层系,减小地层产水可能性具有指导意义。     

复杂孔隙结构储层地震岩石物理分析及应用

致密砂岩、碳酸盐岩气藏等多以低孔低渗储层为主,孔隙成因和类型复杂多样,孔隙度及渗透率对地震弹性模量和速度产生重要影响,为含气性预测带来很大困难。针对低孔低渗复杂孔隙介质,借助孔隙结构表征及地震岩石物理分析,评价孔隙结构的复杂性及孔隙流体分布的非均匀性对地震波速度的影响,揭示低孔低渗储层中地震波速度随物性、含流体性的变化规律。修正White模型描述低孔低渗储层地震频段纵波速度随含气饱和度的变化规律,建立低孔低渗储层含气饱和度定量预测模板,推动地震定量解释技术研发。研究成果在四川盆地须家河组致密砂岩气层含气饱和度地震定量预测应用中取得了良好效果。