川南深层页岩各向异性特征及对破裂压力的影响

川南深层页岩地层地应力非均匀性强,钻进过程中漏失严重,破裂压力预测困难,在进行深层页岩微观组构观测和宏观力学试验的基础上,测试了深层页岩的各向异性特征,考虑各向异性特征建立了井周应力模型,结合深层页岩本体拉张破坏、裂缝剪切滑移破坏和裂缝张性破坏模式,建立了深层页岩地层破裂压力预测模型,分析了各向异性特征对地层破裂压力的影响规律。分析结果表明:页岩各向异性越强,地应力差异越明显,大斜度井裂缝越易滑移;较高的粘聚力可有效抑制裂缝弱面的错动能力;裂缝倾角大小主导着裂缝张性漏失。预测模型在川南彭水区块页岩气井地层破裂压力预测的结果表明,地应力差异较弹性差异对深层页岩破裂压力的影响更为显著,岩石粘聚力是诱导裂缝剪切滑移漏失的主因,相对裂缝倾角是诱导裂缝张性破坏的主因。裂缝发育的页岩地层以裂缝破坏为主,破裂压力受岩石粘聚力、裂缝倾角和地应力的影响显著,在预测破裂压力时应综合3种破裂模式判断破裂方式和预测破裂压力。      

页岩储层微观破裂特征实验研究

形成复杂网状裂缝沟通更大的储层体积是页岩储层改造的关键,但在微观上,页岩储层破裂面的特征影响自支撑裂缝的导流能力,破裂时在破裂面上产生的微裂缝影响页岩气的渗透性,这些对页岩储层的改造同样重要。利用四川盆地和济阳凹陷页岩岩样首先进行矿物组成和破裂实验后,利用3D激光扫描仪对一组岩样的破裂面进行扫描,分析破裂面的平整程度;利用扫描电子显微镜对两组岩样的破裂面进行不同倍比扫描,分析破裂面的微观形态特征。实验结果发现:方解石含量越高,破裂面等高线分布规律性越强,且越易在破裂面形成微裂缝;黏土含量越少,方解石和石英含量越高,越易发生剪切断裂。研究成果对认识页岩储层的破裂特征以及指导压裂方案设计具有一定的意义。     

基于光学显微观测的煤层裂隙发育特征、成因及其意义——以沁水盆地南部3~#煤层为例

基于光学显微观测,分析了沁水盆地南部3#煤层煤岩显微组分与内生裂隙的关系,并对外生裂隙的继承改造进行分类研究。结果表明:内生裂隙成因主要体现在显微组分的力学强度和煤化作用过程中的内张力,均质镜质体由于结构和成分均一,微孔隙发育,显微脆度高,内生裂隙最为发育;根据继承改造的方向差异,将外生裂隙继承改造类型划分为延伸型、剪切型和拓张型,外生裂隙中,张裂隙和剪裂隙发育规模大,裂隙网络发育,对储层渗透率贡献大。裂隙发育特征、类型及其成因研究,有助于认识煤储层裂隙在煤层气富集成藏和勘探开发中的作用。     

微破裂向量扫描技术原理

对Semblance叠加公式进行了扩展,考虑了震源机制及其求解过程,开发了微破裂向量扫描技术,在开发区使用地震台网扫描地下空间破裂活动释放的能量,以适应地表监测微破裂时信噪比较低、地下微破裂多为剪切错动的特性.类似于开发区观测环境的算例结果表明,当信噪比降低至0.5时,人们仍可辨别破裂能量释放点,并估计破裂的震源机制.由此可知,利用不影响生产的、稀疏的、三分量的地震台网在地表监测开发区的地下破裂并使用微破裂向量扫描处理技术是可行的.     

剪张型微地震震源机制与振幅分布特征

水力压裂诱发的微地震事件中有很多为非双力偶源,表明岩石可能发生了剪张破裂。与纯剪切型震源相比,剪张型震源在震源特征以及记录振幅方面存在诸多差异。本文研究了剪张源微地震震源机制,分析了剪张源微地震信号的辐射花样和能量传播特征,通过数值计算获得了地表接收的不同震相的振幅分布。主要内容包括： 1水力压裂微地震中剪张破裂被认为是较为合理的震源模型,可以采用走向角、倾角、滑动角和张裂角表示其源张量,结合介质参数可获得矩张量; 2剪张源包含双力偶（DC）成分和非双力偶（Non-DC）成分,非DC成分包括补偿线性偶极子（CLVD）和各向同性（ISO）成分,各成分的百分比可采用Hudson图和钻石图等进行研究; 3剪张型震源辐射能量会随张裂角而发生变化,地面接收的信号振幅分布与震源机制、模型参数和检波器位置等有关。研究剪张型微地震震源机制与振幅分布特征,可以更清楚地认识微地震震源特征及其信号分布规律。     

龙马溪组页岩水化过程宏微观特征研究

为研究龙马溪组页岩水化过程中的宏微观特征,文章以龙马溪组龙马溪组页岩为主要研究对象,利用浸泡实验、低压氮气吸附实验并借助环境扫描电镜和高倍偏光显微镜等手段并结合相应的文献资料对龙马溪组页岩的组构及水化特征进行总结分析,分析龙马溪组页岩水化作用过程中的宏观与微观变化的规律,以探究龙马溪组页岩地层水化损伤的根本原因。结果表明,微孔隙和微裂缝发育,黏土矿物定向排列;水化作用使得龙马溪组页岩自身的断裂韧性降低,当裂纹尖端应力强度因子大于断裂韧性后,裂纹将发生扩展;龙马溪组页岩在KCl、Ca Cl2、Na Cl 3种无机盐溶液中的自吸量都比水的自吸量大,无机盐溶液增加了页岩的吸水能力;龙马溪组页岩在水化过程中岩石整体的膨胀应变都比较小。     

基于线性强化弹塑性疏松砂岩破裂模式

渤海油区疏松砂岩储层埋深较浅，地层天然压实作用较弱，在压裂充填过程中表现出明显的非线性塑性特征，分析和研究疏松砂岩地层压裂过程的破裂模式对于破裂压力的预测和压裂充填施工设计具有重要的实际意义。基于线性强化弹塑性岩石本构力学模型，考虑压裂液渗滤效应，建立了疏松砂岩地层弹性和塑性双区井周应力模型，通过理论分析验证了应力模型的正确性。基于岩石的拉伸破坏和剪切破坏准则，获得了疏松砂岩压裂充填过程中井壁破裂压力预测模型和4种破裂模式，并利用现场数据验证了模型的可靠性。研究结果表明：井壁屈服后塑性区呈椭圆型，且长轴在最大主应力方向；塑性模量系数越大，塑性半径越小，破裂压力越小；屈服应力越大，塑性半径越小，破裂模式由塑性拉伸破坏、塑性剪切破坏向弹性拉伸破坏变化；随内摩擦角和内聚力逐渐增加，破裂压力增加到一定值后不再变化，破裂模式由塑性剪切向塑性拉伸变化。在渤海油区常规疏松砂岩物性范围内，破裂模式主要为塑性剪切破坏。     

岩石水力压裂微观破裂机制

基于岩石水力压裂微观破裂机制尚未被厘清的实际,以线弹性破裂理论为基础,以网格化定量模拟为手段,通过构建储层微观结构简化模型,对水力压裂缝延伸的微观过程开展模拟。依据模拟结果,对微观破裂次序、位置展开深入剖析,提出水力压裂的两种微观破裂模式,分别为沿孔喉突破的“结构破裂”和沿晶体薄弱面延伸的“本体破裂”。其中,“结构破裂”为主要破裂方式,“本体破裂”有利于增加新的渗流通道,对于提高采收率意义重大。     

龙马溪页岩井壁失稳机理及高性能水基钻井液技术

目前长水平井段井壁失稳问题仍是制约国内外页岩气资源钻探开发的重大工程技术难题。为解决龙马溪组页岩长水平井段的井壁失稳问题,采用X射线衍射分析、氦气孔隙体积测试、高压压汞测试、高分辨率场发射扫描电镜、CT扫描、岩石连续刻划强度等实验,分析了龙马溪组页岩微观组构特征及理化特性,探讨了微观组构特征、理化特性对龙马溪组页岩井壁稳定的影响。研究表明:龙马溪页岩富含脆性矿物,黏土矿物以伊蒙混层为主,微纳米孔隙发育,微裂隙呈缝状、近平行分布,敏感性矿物的存在及其层理、微裂缝发育是导致页岩井壁失稳的主要内在因素。为此,针对性地提出了多元协同稳定井壁水基钻井液防塌技术对策,即"强化封堵-适度抑制-合理密度-高效润滑"。应用该技术对策构建了高性能水基钻井液优化配方,评价表明,该体系有较好的封堵性和抑制裂缝扩展的能力。该体系在黄金坝区块2口井三开进行了现场试验。现场试验结果表明,该体系较好地解决了页岩长水平井段的井壁失稳和水平段摩阻较大的问题,为中国采用水基钻井液技术高效钻探开发页岩气资源提供了新的思路及经验。      

川渝地区龙马溪组页岩储层水化特征评价方法

为有效评价页岩地层水化特征变化规律，引入了新评价方法，并对川渝地区龙马溪组页岩的储层水化特征进行了评价。分析了川渝地区龙马溪组页岩的岩石组构和理化特征，证明滚动回收、线性膨胀等常规试验方法不能有效评价不同钻井液条件下龙马溪组页岩的井眼稳定性能；分别介绍了基于岩石强度刻划技术的页岩力学性能评价方法、基于CT层析成像技术的裂缝扩展评价方法和基于压力穿透技术的微裂缝封堵评价方法，并用取自川渝地区龙马溪组的页岩岩心进行了评价试验。试验发现，岩石连续刻划技术可定量评价页岩微观组构对水化后页岩强度的影响程度，CT层析成像技术可用于直观描述水化后页岩内部微观结构的变化，压力穿透试验可有效评价压力在页岩中的穿透效应，并可指导页岩封堵材料粒径的选择。研究表明，上述3种方法可有效评价川渝地区龙马溪组页岩水化后性能的变化，可作为该地层井眼稳定性评价的常用方法。