页岩气储层岩石力学特性及脆性评价

页岩气储层的岩石力学特性对开发影响极大,进行页岩破坏机理、力学特性和脆性评价方面的研究,可以为页岩气钻井和压裂设计工作提供技术支撑。采用室内试验和测井分析相结合的方法,在黑色页岩力学特性研究的基础上,分析了其脆性破坏特征及影响因素,提出了一种利用岩石弹性参数和矿物组成综合评价页岩脆性的方法,并介绍了利用测井资料计算单井脆性剖面的流程。研究表明,页岩普遍具有脆性破坏的特征,破坏类型与页岩种类、取心深度、取心方位和加载条件相关,低围压下标准试样以劈裂式破坏为主,全应力应变曲线经历极短的塑性屈服阶段即发生破坏,高围压时多出现双剪式和单剪式破坏,页岩的脆性与试样的弹性参数和矿物组成关系密切。实例分析表明,脆性特征影响压裂效果,与压裂造缝能力和产气情况吻合良好。综合脆性评价既是储层岩石力学特性分析的重要内容,也是压裂选层的重要依据。      

综合矿物组分和弹性力学参数的页岩脆性评价方法

利用常规测井和阵列声波、元素俘获等特殊测井资料,结合X衍射和岩石三轴抗压强度等岩石力学实验,综合考虑不同矿物组分与弹性力学参数的关系,建立了一种新的脆性指数评价模型。新的岩石脆性计算方法既克服了岩石力学参数法不考虑微观矿物组分的缺点,又解决了矿物组分法对宏观岩石力学参数缺乏考虑的问题。与已有的脆性指数计算方法相比,新方法较准确地体现了不同矿物组分对页岩脆性的贡献率,为研究区页岩储层的压裂工作奠定了基础。     

致密地层岩石脆性指数的测井优化建模

脆性评价是页岩油气、致密油气等非常规油气藏的大型压裂、开发等储层改造工程中的关键工作。根据岩石力学、动态弹性参数和岩石物理、X-射线衍射、地球化学等资料,分析了国内外几种常用脆性指数之间的相互关系,研究了弹性参数法脆性指数与岩石矿物组分及含量的关系,明确了矿物及组分对脆性的影响并应用多元回归法建立了基于权重矿物组分的脆性指数模型。构建新的岩石物理体积模型,应用最优化测井方法得到岩石的矿物和孔隙含量,实现了基于常规测井资料的脆性指数精确计算。研究表明:岩石脆性指数与矿物组分及含量有关,不同区块、不同地层的矿物具有不同的脆性特征;该工区方解石是使岩石脆性增强和裂缝产生的主要矿物,有机碳、黏土、石英和斜长石是降低脆性的重要矿物;基于常规测井资料的优化计算所得岩石组分及含量与实验数据一致性高;将处理结果与矿物组分模型相结合得到的脆性指数与弹性参数法脆性指数基本一致,为无横波资料井的岩石脆性评价奠定了基础。     

基于岩石物理实验的页岩脆性测井评价方法

页岩的脆性特性对其储层压裂改造效果有着重要的影响,岩石物理实验与测井技术相结合既能够获得直接的脆性参数,又能保证所取资料的连续性。为此,针对四川盆地蜀南地区下志留统龙马溪组页岩岩样开展了综合研究,形成了一套系统的、基于岩石物理实验的脆性指数测井评价方法:首先,通过岩石物理实验,建立页岩动静态参数的转换模型,可将测井计算的动态参数较好地转换为静态参数,大大提高了测井计算页岩脆性指数的精度;其次,针对页岩岩样进行矿物成分测定,进一步分析确定了影响该区页岩压裂改造的主要脆性矿物,取得了实验与理论的突破。结论表明:1当黏土含量大于40%时,岩石脆性明显降低,当黏土含量小于40%时,岩石脆性指数与黏土含量关系不明显;随着石英+长石+白云石含量的增加,岩石脆性增大,随着方解石含量增高,岩石脆性略有降低。2当测井资料齐全,有纵横波和密度测井资料时,所建立的页岩脆性指数计算方法(即泊—杨法和矿物含量法)计算的页岩脆性指数结果精度较高;当测井资料较少,无阵列声波测井时,矿物成分法作为泊—杨法的补充,同样能够较准确地评价页岩的脆性。该研究成果为现场试油层位优选及储层改造提供了技术支撑。     

沁水盆地海陆交互相页岩脆性指数预测与测井响应分析

沁水盆地煤系地层勘探开发时间长，但测井系列简单，通过全岩分析获取矿物组分的岩心数量十分有限，因此，目前该地区页岩储层的脆性评价以定性为主，缺少定量表征。基于XRD全岩分析的矿物组分信息，通过矿物法计算了沁水盆地海陆交互相页岩岩心的脆性矿物指数，分析了页岩地层的测井响应特征及对脆性矿物指数的影响，采用多元回归方法，建立了该区石炭-二叠系页岩地层矿物指数的计算模型。研究区内石英、长石、菱铁矿及黄铁矿对储层脆性有主要贡献，其含量与页岩脆性指数成正比；而黏土矿物含量较高，有利于提高岩石塑性，不利于裂缝伸展。不同测井响应对脆性指数的反映程度不同，脆性矿物指数与密度值呈正相关，与自然伽马值呈负相关，而与电阻率和声波时差的关系不明显，呈微弱的负相关。多元线性回归方法计算得到的脆性矿物指数与矿物法得到的结果吻合度较好。      

新型脆性因子及其在泥页岩储集层预测中的应用

针对油气勘探中普遍使用的脆性因子的缺点,构建了两个新的相对脆性因子(弹性参数脆性因子和矿物脆性因子),以准确预测脆性泥页岩的空间展布。弹性参数脆性因子利用测井、地震得到的弹性参数(弹性模量和泊松比)评价储集层脆性,这些参数能够反映储集层原位物理性质;根据弹性参数脆性因子确定泥页岩中主要矿物的脆性系数,构建与每种矿物脆性系数及体积分数相关的矿物脆性因子。所构建的两个脆性因子有一定的理论优势并能够较合理地对测井、叠前地震资料反演结果进行解释。根据富有机质泥页岩岩石物理模型,建立矿物-弹性参数-脆性因子的岩石物理量版,对测井资料进行分析以得到优质脆性泥页岩的弹性参数特征,并将其应用于解释叠前地震资料反演结果,得到优质含气脆性泥页岩的空间分布范围,所预测的优质含气脆性泥页岩分布与测井资料对应较好。图12表2参18     

基于矿物组分与断裂韧度的页岩地层脆性指数评价模型

利用岩石力学参数计算页岩地层脆性指数其结果存在不确定性,而由矿物组成得到的结果不能反映地层的实际脆性。为此,在用矿物组分计算地层脆性的基础上,引入断裂韧度作为每种矿物的加权系数,建立了页岩地层脆性指数评价新模型。用页岩地层的岩石力学模型、脆性矿物模型和建立的新模型分别计算了某井页岩地层的脆性指数,并对其结果进行了对比。结果发现,在岩石力学参数异常段,新模型的评价结果比岩石力学模型高10%左右,且评价结果与压裂效果一致。研究表明,新模型的脆性指数与断裂韧度之间呈负线性关系,地层断裂韧度越大,则脆性指数越小,反之亦然。分析认为,该模型有效避免了单一矿物含量模型带来的缺陷,同时新模型与页岩地层的含气量和有机质含量无关,对页岩地层来说是一种高效的模型。      

湖相泥页岩储层脆性评价及影响因素分析——以苏北盆地海安凹陷曲塘次凹泥页岩为例

为准确评价湖相泥页岩脆性及探究其影响因素,选取了苏北盆地海安凹陷曲塘次凹古近系阜宁组二段湖相泥页岩样品,利用全岩X衍射分析、有机碳测定、镜质体反射率测定、扫描电镜、三轴岩石力学等实验技术手段,分析了样品的矿物成分、地球化学、储集空间等特征;并采用测井、强度参数、矿物成分以及应力—应变曲线变化特征等方法评价其脆性特征。结果表明,页岩主要为云质页岩和灰质页岩,脆性矿物含量较高;有机碳含量平均为1.25％,且已达到成熟阶段;储集空间由特低孔和裂缝组成;应力应变关系曲线表现出较强的脆性特征;不同方法的脆性评价结果存在一定差异,基于弹性参数与矿物组分评价脆性比基于强度参数的应用效果更佳,但每种方法都存在一定局限性。阜二段页岩脆性受矿物组分、有机质丰度、储集空间发育程度等共同影响,随着白云石含量、有机质成熟度、裂缝发育程度的增加,储层脆性随之增加;而方解石含量、有机质丰度、孔隙度的增加则会减弱储层脆性。      

基于地层元素测井的页岩油储层评价

吉林油田松辽盆地南部页岩油储层具有岩性复杂、物性差、非均质性强等特征,利用常规测井资料进行储层评价的传统方法难以实现储层岩性、物性及可压裂性相关参数的精确计算。通过地层元素测井资料建立针对区域地质特点的矿物含量计算模型,可以获取页岩油储层精细岩性特征,进而开展页岩油综合评价。以吉林油田松辽盆地南部青山口组的页岩油储层为研究主体,基于X衍射全岩分析和地层元素测井资料建立解释模型,通过最优化求解算法计算出页岩油储层主要矿物含量,开展骨架密度、孔隙度、渗透率和脆性指数等参数评价,并综合利用地层元素测井处理解释成果识别优势储层段,完成研究区青一段页岩油储层分类。结果表明,矿物含量计算结果与X衍射全岩分析结果一致性良好,利用变骨架密度计算的储层孔隙度与岩心分析值误差较小,通过矿物组分计算的渗透率与岩心分析值对比吻合较好,脆性指数计算结果与阵列声波反映的地层岩石力学特征一致,有效指导现场压裂,达到了良好的应用效果。     

基于数字岩心技术的页岩储层可压裂性定量评价

页岩的可压裂性评价对页岩储层压裂施工具有重要的指导意义。常规方法基于岩心刻度测井得到弹性参数、矿物含量等信息构建脆性指数,未考虑压裂前后储层的变化特征,在实际应用中效果较差。为克服常规的弹性参数和矿物含量等构建脆性指数无法动态监测压裂效果的缺陷,提出一种基于数字岩心的页岩可压裂性定量评价方法。根据压裂前后的CT扫描图像重构三维数字岩心,应用最小外接长方体技术实现裂缝的自动识别,提出原生裂缝发育指数F_1和力学特性指数F_2分别表征压裂前后储层裂缝的变化情况。在此基础上,采用单因素分析和神经网络方法建立基于测井资料的F_1和F_2模型,直观、定量评价昭通A井页岩储层可压裂性,取得较好的应用效果。