页岩气储层可压裂性评价技术

从页岩气储层岩石的脆性指数、断裂韧性、岩石力学特性3个方面,对中国页岩气储层可压裂性评价技术进行了研究。根据弹性模量与泊松比的分布范围,建立了适用于四川盆地下志留统龙马溪组页岩的脆性指数预测模型;总结了室内实验测定和利用测井数据计算页岩储层Ⅰ型、Ⅱ型断裂韧性的计算方法;初步建立了以弹性模量E、泊松比μ、单轴抗拉强度S_t三项岩石力学参数为自变量,可压裂指数F_rac为因变量的可压裂性评价方法;绘制了可压裂指数立体图版,据此评价页岩气储层压裂的难易程度,弹性模量值越高,泊松比和抗拉强度值越低,则F_rac值越高,反映储层越容易被压裂。根据地震测井和垂直地震剖面(VSP)等资料,结合室内实验校正,获取整个储层的岩石力学参数后,可以计算任意处的可压裂指数,建立储层可压裂性立体分布图。     

基于流动单元划分的砂砾岩储层渗透率校正方法

砂砾岩储层中,砾、砂、泥组分含量变化快,孔隙喉道结构复杂,渗透率计算误差较大。为了提高该类储层的渗透率计算精度,在渗透率主控因素分析的基础上,明确孔隙结构和黏土含量是准噶尔盆地滴南凸起乌尔禾组渗透率的重要影响因素。基于流动单元划分,分类建立渗透率计算模型,消除孔隙结构对渗透率的影响;根据流体渗流理论和岩石毛细管物理模型,推导得到考虑孔隙中黏土含量影响的渗透率模型,并进一步采取测井曲线组合法建立孔隙中黏土含量计算模型,从而得到黏土含量校正后的最终渗透率模型。结果表明,综合流动单元划分及黏土含量校正的渗透率模型计算精度更高,相对误差更小,与实验数据吻合度更高。该模型能有效提高砂砾岩储层渗透率的计算精度。     

玛湖地区横波预测方法优选及其对岩石力学参数计算的影响

针对实际生产中缺乏横波速度这一重要的地球物理参数,且利用经验公式计算精度不高的问题,以玛湖地区为例,通过对横波预测理论模型的筛选和分析,最终选择Xu-White模型,考虑地质沉积背景和埋深,利用岩石矿物成分、孔隙度及流体成分曲线,进行横波速度曲线的计算,在此基础上分析了横波速度预测精度对岩石力学参数计算结果的影响。经过实测偶极声波资料、岩心实验室力学测量数据和压裂施工数据的检验,Xu-White模型与常规经验公式计算的结果相比,精度大幅度提高,在玛湖地区百口泉组砂砾岩地层具有显著的普适性。该技术在岩石力学参数的准确计算以及砂砾岩致密油压裂方案设计等应用中取得了较好的效果,对玛湖地区致密油开发的地质工程一体化研究具有重要的意义。     

页岩气储层工程地质力学一体化技术进展与探讨

南方复杂山地海相页岩气水平井钻井完井过程中存在井壁稳定性、井筒完整性和储层可压性等工程地质力学问题与挑战,套管变形已经成为制约页岩气资源高效开发的生产技术难点。综述了地质力学一体化建模、岩石力学各向异性测试和胶结结构基础性研究进展,建立了龙马溪组优质页岩构造模型和地质力学参数模型,以龙11亚段页岩为例,分析了矿物组分、胶结结构和剪切摩擦特性对裂缝稳态-非稳态扩展的影响,揭示了页岩颗粒矿物支撑结构的非稳态破坏和黏土胶结结构的稳态破坏机理。研究结果表明,强化地质工程一体化技术研究,依据水平井眼穿越不同小层的矿物组分、胶结结构和地质力学特征进行分段分簇压裂方案设计,可以实现我国页岩气的高效开发。      

砂砾岩储集层水力压裂裂缝扩展规律与可压性评价

为探究准噶尔盆地二叠系乌尔禾组砂砾岩储集层水力压裂裂缝扩展延伸规律，采用真实破裂过程分析软件，研究砾石特征、地应力等因素对裂缝扩展的影响。根据数值模拟，研究不同条件下裂缝的扩展过程，描述岩石裂缝演化及形态，建立砂砾岩储集层可压裂性的评价模型。结果表明：乌尔禾组砾石强度和基质强度差异较大，砾石强度为216.62～2 032.64 MPa，是基质强度的2～4倍，砾岩岩石力学特性差异明显；砾石含量较小时，裂缝扩展主要受主应力的影响；砾石粒径较小时，裂缝扩展方式主要为绕砾；随着粒径增大或砾石含量增加，砾石对裂缝的抑制和屏蔽作用明显，裂缝延伸距离减小；砾石强度与基质强度差异越大，裂缝遇砾石受阻越强，扩展方式越易由穿砾变为绕砾，降低了裂缝延伸距离。运用灰色关联法和层次分析法，综合考虑砾石特征、水平地应力差等因素，建立了砂砾岩储集层可压裂性评价系数计算模型，无因次压裂裂缝面积和米采液指数与可压裂性评价系数呈正相关关系。     

页岩储层可压性剖面模型研究及应用

水力压裂是有效开发页岩储层的关键技术,页岩的可压裂性是评价页岩储层被有效压裂程度的一个定性指标。岩石力学实验、全岩分析等常规方法因受取心层段、成本等限制,求取的可压性指数存在片面、不连续等缺点。借助测井方法代替常规方法求取目标储层岩石力学参数与矿物组成,结合岩石脆性、矿物组分、成岩作用等影响因素建立了单井可压性剖面模型,利用模型计算了孔南地区页岩储层可压性剖面并对其进行了定量评价,模型方法与实验方法的计算结果较为一致。可压性剖面模型的应用,实现了对整个储层的连续评价,可为页岩储层有效开发提供准确参考依据。     

砂砾岩电阻率与岩石力学参数相关性研究

为研究电阻率与岩石力学参数之间的相关关系,以准噶尔盆地西北缘某区块致密砂砾岩储层为研究对象,在岩石波速与力学参数之间具有确定关系的基础上,对比了常规测井资料中3条电阻率曲线与声波时差的相关性,提出了基于原状地层电阻率的砂砾岩储层岩石力学参数计算模型。研究结果表明:电阻率与声波时差的相关性较好,钻井液的侵入会影响二者的相关性,适宜采用原状地层电阻率预测岩石的力学参数;采用新模型得到的全井段岩石力学参数预测结果均方差和平均相对误差均小于法斯特公式和对数模型,特别是在纯砂砾岩段,采用新模型得到的预测结果误差比法斯特模型降低了50%以上,拟合效果显著提升。应用实例表明,采用新模型与采用声波时差及密度获得的岩石力学参数进行对比,误差小于10%。研究表明该模型能够在无声波测井条件下为致密砂砾岩储层岩石力学参数评估提供参考。     

页岩气“双甜点”参数测井评价方法

页岩气储层的地质与工程“双甜点”评价常困于3点：① 含气饱和度计算精度低,定量评价方法还不成熟;② 可压裂性评价方法虽多,但操作困难,局限性大;③地质与工程评价弱关联,一体化融合不充分。针对上述难点,开展了3方面探索：① 根据含气原理,基于测井曲线与含气敏感关系的次序重构,建立了表征地质“甜点”的含气丰度曲线;② 根据脆性指数、岩石力学参数及地应力差异系数与压裂的相关性,提出表征工程“甜点”的综合可压指数;③ 根据生产数据,基于测试层产能分级,建立了表征地质-工程一体化的评价图版。本研究提高了页岩气层的定性判别和可压性评价精度,地质-工程一体化评价图版能准确区分高、中、低产气层及干层,并被生产测试及产出剖面所验证。实践表明,该技术在四川盆地及其周缘深、浅层具有良好通用性和可靠性,推广应用前景广阔。     

涪陵页岩气优质储层测井综合评价方法

为了准确评价涪陵页岩气田地质与工程“双优”储层,首先定性分析了气田试气资料与地质、工程评价参数的关系,并采用欧式距离方法聚类分析了各评价参数的重要程度,优选出评价优质储层的地质和工程参数;然后,选择岩心化验分析资料和测井资料,采用“岩心刻度测井技术”建立了地质与工程“双优”储层的测井评价模型;最后,利用产气剖面测试资料,运用灰度关联理论确定“双优”储层评价参数的权重,计算页岩气储层地质和工程指数,进而建立“双优”储层综合评价图版,形成了页岩气地质与工程“双优”储层测井综合评价方法。利用该方法计算了涪陵页岩气田平桥区块28口井储层的综合评价指数,结果表明,页岩气储层单段和单井产量与综合评价指数、双优储层穿行长度具有明显的正相关关系。这表明,可以用构建的页岩气地质与工程“双优”储层综合测井评价方法评价页岩气储层,为页岩气水平井设计和分段压裂提供依据。      

鄂尔多斯盆地庆城油田页岩油水平井产能主控因素及开发对策优化

受储层特征、水平段长度、压裂规模等多种地质因素和工程因素影响,庆城油田长7段页岩油体积压裂水平井单井产能存在较大差异,然而主控因素不明确.为此,以庆城油田180余口水平井为样本,采用灰色关联法、随机森林算法系统分析了地质、压裂施工等参数对产能的影响程度,明确单井产能的主控因素.研究表明:孔隙度、含油饱和度、脆性指数、有...     

基于阵列声波测井评价致密砂岩储层地应力

以鄂尔多斯盆地东缘上古生界煤系气藏致密砂岩储层为例,对致密砂岩岩石力学性质及地应力进行综合研究及评价。获得动静态力学参数转换关系,利用压裂法计算地层地应力,其状态满足σ_hσ_Hσ_v,局部地质力学层呈现出较高的构造应力环境。通过引入修正系数C~*至Newberry模型中,实现对煤系致密砂岩储层水平方向最小主应力的预测。考虑到地应力的各向异性,引入非平衡结构因子U_b,对储层水平最大主应力进行测井评价。快横波方位分析结果表明,研究区上古生界气藏的水平最大主应力方向为NW向。     

致密储层压裂缝扩展规律与可压裂性评价

以准噶尔盆地玛湖凹陷风城组致密储层为研究对象,利用真实破裂过程数值模拟平台RFPA软件,研究压裂过程中致密储层井周裂缝的扩展和延伸规律。在此基础上,研究了岩石力学特性以及水平主应力差对地层井周裂缝延伸规律的影响,并利用灰色关联法定量分析各因素对压裂效果的影响程度,以及结合层次分析法构建储层的可压裂性评价模型。结果表明：水平主应力差越大,压裂缝延伸的方向性越明显,地层起裂压力越低,裂缝延伸距离越大;随着抗压强度、抗张强度和弹性模量的增大,地层起裂压力越高,裂缝延伸距离越小,而随着泊松比的增大,地层起裂压力越低,裂缝延伸距离越大;基于灰色关联法,明确了影响压裂效果的因素由高到低排序依次为水平应力差>弹性模量>抗张强度>单轴抗压强度>泊松比;利用层次分析法构建了综合考虑水平应力差、弹性模量、抗张强度及单轴抗压强度等因素影响的储层可压裂性指数计算模型,其与无因次压裂缝缝长、面积均呈较好的正相关性;结合已压裂井试油资料,储层可压裂性指数也与采油强度呈良好的正相关性。     

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组含油页岩岩石力学特性及可压裂性评价

页岩油储层具有油气丰度低、渗透能力差、单井无自然产能或自然产能低于工业油流下限、能量衰减快等特点，在水平井或多分支井的基础上实施高效的压裂改造是实现页岩油效益开采的关键。围绕吉木萨尔凹陷芦草沟组含油页岩储层的可压裂性评价，实验测试与理论分析相结合，研究认识了岩石的变形破坏特征、力学强度特性及其纵向分布特征；在芦草沟组页岩储层可压裂性影响因素分析的基础上，建立了可压裂性指数评价方法。结果表明：芦草沟组含油页岩的变形破坏呈现显著的脆性特征，且层理、微裂缝等结构面发育，具备压裂改造形成复杂缝网的内在地质力学条件；芦草沟组页岩储层间存在岩石力学强度、地应力相对较高的隔层，对该类型储集体的压裂过程中在兼顾裂缝网络复杂化的同时还应强化压裂缝对上下储层的沟通能力，实现压裂改造有效体积的最大化；综合脆性指数、水平应力差、层间应力差以及断裂韧性等指标，建立了可同时表征水平井体积压裂缝网形成难易与压裂缝穿越隔层沟通纵向储层能力的可压裂性评价方法；基于微地震压裂监测结果的验证分析表明所建立的可压裂性指数评价方法在以吉木萨尔凹陷油页岩为代表的薄互层状页岩地层中具有较好适用性。     

三肇凹陷扶杨油层岩石力学参数特征

应用三维加压岩心实验室测方法和长源距声波测井资料解释方法研究了三肇地区扶杨油层动、静态岩石力学参数特征,建立了动、静态力学参数之间的相关关系,油田应用的主要是静态力学参数,但静态参数的测定费用较大,因此,在长源距声源测井资料解释处理获得动态参数以及后,运用所建立的岩石动、静态力学参数关系式,就求得三肇凹陷的岩石静态力学参数,介绍了三肇凹陷扶杨油层岩石力学参数在油田应力场模拟和水力压裂方面的应用。     

加拿大白桦地致密气储层定量表征技术

以加拿大白桦地大型致密砂岩气田的研究为基础,梳理了致密气开发过程中需要评价分析的5大品质特性,提出了表征致密气储层特征的关键参数,确定了适用研究区的致密气储层定量表征和评价技术,形成了一套指标体系:多旋回精细等时地层格架和砂体叠置结构特征分析技术以确定储层空间展布;TOC测井参数地质统计定量技术以确定有机质丰度;岩心"四性"关系标定与序贯高斯模拟的储层物性定量表征技术以确定储层物性分类级别;基于岩心应力实验和测井解释的岩石脆性指数综合判定技术以确定岩石可压性;与压裂水平井产量相关的多参数组合综合评价技术以确定有利布井区;井下微地震监测技术定量用以表征人工裂缝、优化井位部署;水平井分段压裂优化技术确定最佳压裂段数、缝间距等参数,落实分段压裂水平井单井控制体积,确定单井控制储量。通过储层和裂缝综合研究不断优化致密气藏开发井网,其中大规模水平井压裂是致密气高产的有效保障,这些技术的现场应用也取得了显著的效果。     

基于粒径分类的致密砂岩力学特性及破坏特征研究——以鄂尔多斯盆地二叠系下石盒子组为例

鄂尔多斯盆地二叠系下石盒子组致密砂岩具有物性差、地层压力异常、隔夹层发育等工程地质特征,储层压裂改造力学参数的选取及其破坏特征对油气田实现效益开采具有重要意义。针对下石盒子组致密砂岩,以平行试验为设计思路,开展抗张强度测试及模拟原地状态下的高温高压三轴力学试验,在粒径分类基础上,探索致密砂岩力学特性和变形破坏特征。该区下石盒子组致密砂岩可分为中—细粒岩屑砂岩、粗粒岩屑砂岩以及巨—粗粒岩屑砂岩,粒径越粗则物性越好,其石英含量越高则黏土含量越低;随着粒径由细至粗,力学强度和弹性参数逐渐减小,岩石抵抗变形以及保持结构完整性的能力降低,力学试验变形破坏呈脆性向基质混合型过渡的特征。在相同的地应力及施工作业条件下,岩石类型不同则储层压裂难易及改造效果均有差别,需根据地层实际情况选用不同的工程力学参数。     

致密油藏混合水压裂实例

长Q油组为一套微喉道、特低孔、超低渗的致密储层,传导能力差,适合采用形成复杂裂缝网络的混合水压裂技术。岩石力学与地应力参数的测井数字处理ROCK系统计算了H22井长Q储层的岩石力学参数和脆性指数;采用三维油藏改造体积反演与预测软件通过正交化设计与拟合计算,优化了混合水压裂方案可获得较大的油藏改造体积。现场实施后,试油产量13.42 t/d,是常规交联液压裂的2.07倍,增产效果明显,已经成为长庆油田长Q致密油藏的主体压裂技术。     

低渗透气藏整体压裂流-固耦合渗流数学模拟

整体压裂会导致低渗透储集层发生固体应变,进而导致对气体渗流的影响。假设气藏开发生产过程为等温、单相气体渗流,并假设储集层为小变形弹性多孔介质,考虑岩石变形、地应力变化、人工裂缝、流体渗流与岩石应变耦合、储集层渗流与裂缝渗流耦合、非达西效应等因素,建立低渗透气藏整体压裂流固耦合渗流数学模型。首先推导出考虑固体应力应变的气藏整体压裂渗流模型控制方程;然后基于线弹性理论和有效应力概念,建立了孔隙含有气体的岩石的应力应变控制方程。由于这两组非线性控制方程互含应力、应变和压力项,因此用有限差分、块中心网格剖分方法,将方程组离散为主对角占优的七对角矩阵,采用隐式迭代方法求解,数值稳定性较好。通过示例分析,揭示了应力、应变、孔隙度和渗透率等参数的动态变化规律,而且模拟结果比其它模型更接近实际情况。图4参11(范学平摘)     

四川盆地涪陵页岩气田单井可压性地质因素研究

页岩储层的脆性矿物含量、脆性指数、水平应力差异系数等是影响页岩可压性的主要因素,而四川盆地涪陵页岩气田五峰组-龙马溪组一段①~⑤小层页岩储层的脆性矿物含量（>50%）、脆性指数（>50%）、水平差应力差异系数（<0.2）等基本相似,因此,利用上述参数无法有效评价该区块单井的可压性。根据涪陵页岩气田大量已钻单井资料,从埋深、构造形态、裂缝发育特征等地质因素出发,评估了各地质因素对单井可压性的影响。结果表明：（1）埋深是影响单井可压性最重要的地质因素,埋深越大,储层压裂难度越大;（2）构造形态会对压裂产生较为明显的影响,负向构造形态压裂难度大于正向构造;（3）天然裂缝发育的非均质性也会导致压裂难度增大,缝网延伸困难,影响储层改造效果,降低单井产能。