应力对泥页岩储层脆性影响的试验分析及应用

随着地层埋深增加,岩石脆性降低,逐渐由硬脆性转变为韧性,而常规矿物组分法评价泥页岩脆性时没有考虑地层应力（埋深）的影响,因此评价结果存在一定误差。为此,从岩石脆性的最初定义出发,在不同围压条件下对陆相泥页岩岩样进行了力学测试,并利用应变法分析了泥页岩的脆性特征。结果表明:随着围压升高,泥页岩的弹性应变与塑性应变均增大,而脆性指数降低;泥页岩的弹性应变与塑性应变具有非常好的正相关性。对于文中所研究区块,埋深1 250.00,2 500.00和3 500.00 m处及埋深3 500.00~5 000.00 m和5 000.00~6 000.00 m范围内的泥页岩脆性指数分别约降低5.97%,8.55%,10.74%,14.00%和18.00%;当泥页岩储层中脆性矿物含量分别大于65%,60%,55%和小于50%时,其开发埋深下限分别为6 000.00,5 000.00和3 000.00 m以及基本不具备商业开发价值。研究结果表明,将应力（埋深）对泥页岩脆性的影响定量化,可以对采用矿物组分法计算的泥页岩脆性指数进行校正,为优选可压裂层段提供依据。      

一种基于应力-应变特征的岩石脆性指数评价改进方法

脆性指数作为岩石力学评价的重要指标之一,对准确评价岩石脆性特征具有重要意义。选取四川盆地新场气田须家河组五段的21块岩石样品,对其开展室内三轴岩石力学实验,分别模拟了样品在围压0 MPa,12 MPa,22 MPa,32 MPa下的三轴饱水力学和声学测试,基于岩石应力-应变曲线分析不同岩石脆性特征参数的差异,分别计算基于杨氏模量的脆性因子（B_Ym）、基于泊松比的脆性因子（B_μ）、基于可恢复应变与总应变的脆性因子（B_Rε）、基于屈服强度与抗压强度的脆性因子（B_Rσ）,并对比、分析了现有的基于应力-应变曲线的脆性评价方法,进而综合室内岩石力学测试结果建立了脆性指数B_n与B_Ym,B_μ,B_Rε,B_Rσ的函数关系式,通过多元回归方法建立新的脆性指数模型,对岩石样品的脆性进行评价。结果表明：传统的脆性指数评价方法在区分岩石样品脆性时效果不佳;改进后的模型能够更好地区分研究区高脆性泥岩、低脆性泥岩和砂岩。该研究结果对于准确评价岩石脆性特征具有指导意义。     

陆相富有机质页岩脆性评价方法优选与应用

页岩脆性是影响压裂裂缝规模、决定页岩滞留烃能否可动的关键指标之一,是页岩油平面甜点区、水平井钻探甜点靶层、压裂甜点段评价的主要参数之一。通过沧东凹陷孔二段17块页岩样品的X衍射矿物分析、有机碳分析以及岩石三轴力学实验,建立了以长英质矿物、碳酸盐、黏土、有机质为骨架的页岩脆性地质模型和5个基于矿物成分的页岩脆性评价公式。通过与力学参数脆性公式对比分析,优选出综合考虑页岩总有机碳含量、不同矿物脆度的脆性评价新方法以及简化的TOC、黏土两项关键参数的脆性评价方法,前者适用于XRD分析矿物成分资料丰富的层段,后者适用于测井评价。应用矿物含量法评价G108-8井孔二段C6层脆性,并结合含油性优选出高脆、高含油或中等含油的页岩作为工程-含油双甜点,Z1608和GX5井的试油结果验证了上述脆性评价方法在页岩油勘探中的有效性,为页岩油甜点段和压裂方案的设计提供了重要参考。     

深层页岩储层脆性评价及综合脆性指标评价优化路径研究——以Z-3井五峰组—龙马溪组为例

页岩的岩石脆性是页岩油气藏可压裂性的重要影响因素,也对页岩油气工程有指导价值。对国内外的脆性评价方法进行归类和研究分析,以Z-3井五峰组—龙马溪组为例,通过单轴抗压实验、三轴抗压试验和巴西劈裂实验等岩石力学实验手段,获取计算脆性指标的必要数据,从而进行脆性指标的检验和对比评价。研究结果显示,矿物组分法忽略了成岩作用、岩石受力条件和地区等因素;力学强度参数法脆性指标的数值敏感度不好,并且出现与实际情况相反的现象;弹性参数法参数修改的工作量大,线性加权权值的选取未加以说明;应力应变曲线法存在特殊情况使得指标失效,而且存在较为严重的系统误差和人为误差等问题。综合当前研究方法的局限性,提出基于组合赋权法构建综合脆性指标的思路,为工程技术人员提供参考。     

X 射线元素录井技术在胜利油区泥页岩脆性评价中的应用

泥页岩脆性是泥页岩油气勘探开发过程中最关键的评价因素之一,目前主要通过岩石力学实验对其进行评价,虽然精度高,但成本亦高且实验周期长。X射线元素录井技术可以定性和定量确定岩样中的元素含量,具有分析速度快、准确度高等特点,能够满足泥页岩勘探过程中随钻快速、准确评价的要求。基于胜利油区泥页岩元素组成特征及元素含量与矿物含量的相关性研究,认为Si,Ca和Mg等元素的含量可以反映石英、碳酸盐岩等刚性矿物的含量。通过X射线元素录井技术测定的元素含量计算得到的硅质指数、灰质指数和脆性指数,可以用于针对不同地区的泥页岩脆性进行现场快速定量评价。根据泥页岩岩石学特征及中外泥页岩脆性评价标准,建立了胜利油区利用灰质指数(CI)定量评价泥页岩脆性的四级标准:当CI≥0.6时,泥页岩脆性高;0.4≤CI0.6时,泥页岩脆性中等;0.2≤CI0.4时,泥页岩脆性较低;CI0.2时,泥页岩脆性低。     

利用X荧光元素录井资料评价页岩脆性的新方法

为了对页岩气藏的可压性进行评价,指导储层改造选层,研究了评价页岩地层脆性的方法。基于矿物组成与岩石力学性质之间的关系,根据页岩矿物组成来表征其脆性的思路,在测得页岩地层化学元素组成后,经过相关性分析,选取能代表砂质、泥质和钙质的元素,采用适当的计算方法来求取砂质、泥质和钙质含量,并建立基于矿物组成的页岩脆性评价方法。利用该方法对3口页岩气井的元素录井资料进行了分析,其结果和ECS测井解释结果之间有较好的线性关系;与X衍射矿物测试进行了对比,数值整体趋势一致,可对比性强,能够满足现场实时评价页岩脆性的要求。这表明利用元素录井资料对矿物组成进行建模来表征页岩脆性的方法是可行的,可为页岩气藏压裂改造选层提供一种手段。      

川南页岩气田L区块页岩脆性指数叠前地震定量预测

页岩脆性指数是页岩气压裂设计中应考虑的关键参数之一。以川南页岩气田L区块页岩脆性指数研究为例,针对目前常用的弹性脆性预测方法存在地区适应性差的问题,提出了一种多元非线性回归脆性指数预测的改进模型。首先通过模型建立了矿物脆性指数与Rickman脆性指数及最小闭合应力系数之间的关系,然后针对三维地震资料利用叠前地震反演方法获取所需的弹性参数,进而实现研究区页岩层段纵向及横向脆性预测。川南页岩气田L区块的应用结果表明,在已有钻井矿物脆性指数的约束下,利用改进后的脆性指数预测方法得到的改进模型适用性更强,利用该模型预测得到的五峰组—龙马溪组一亚段脆性指数在横向上分布稳定,符合地质认识;通过已知井检验可知,预测得到的脆性指数在纵向上与矿物脆性指数相关性好。     

硬脆性泥页岩水化稳定性研究

文章在分析泥页岩水化失稳基本结构的基础上，抽象出硬脆性泥页岩的物理模型，然后依据抽象出的物理模型，考虑钻井液滤液与页岩之间可能进行的各种物理化学反应，综合各种运移驱动力对滤液各组分运移的影响，以多孔介质传导（能量与物质）、吸附与扩散（水分子和水化离子）、双电层电场与电斥力为依据，建立起泥浆滤液在裂缝性泥页岩地层中的渗透运移规律及由此产生的水化应力和造成的地层强度变化的规律，最后落脚到应力、应变张量和破坏强度准则，形成了泥页岩水化稳定性的裂缝-孔隙双重介质分析模型系统。     

胜利油田罗家地区页岩储层可压性实验评价

页岩储层的"可压性评价",目前国内外尚无统一的评价方法.结合室内岩石力学和物性参数测试结果以及脆性指数计算方法,尝试对目标储层进行可压性评价,探索并形成较为系统的室内实验评价方法.结果显示,页岩抗张强度、单轴抗压强度、抗剪强度和断裂韧性较砂岩和碳酸盐岩低;垂直层理方向粘聚力大于平行层理方向,沉积层理面胶结脆弱;受诱导应力的作用,平行的沉积层理(天然裂缝系)与主裂缝夹角越大,越容易起裂.断裂韧性实验中,当人字形切槽与沉积层理面的夹角在45°以内时,裂缝容易沿层理面扩展;大于45°时,裂缝将穿过层理面扩展.综合分析表明,该页岩储层可压性较强.     

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     

页岩力学参数测试及脆性各向异性研究

天然页岩层理结构发育,不同方向力学特征差异显著,并且不同方向断裂前出现的弹性变形及破坏特征也有明显不同,使得页岩的脆性表现出各向异性特征。文中通过声波各向异性试验标定了天然岩心的水平主应力方向,开展不同取样方向页岩岩样的力学参数测试,对比不同层理角度以及不同主应力方向页岩力学参数的差异,分析了不同方向页岩的脆性破坏特征;推导了各向异性脆性指数B_(1θ)的理论公式,通过分析对比理论计算的B_(1θ)与试验测试的脆性指数B_1,证实天然页岩脆性特征具有显著各向异性;以强度参数计算了不同方向脆性指数B_2,与岩样破坏特征进行对比分析,表明以往研究应用拉压比直接表征页岩脆性具有一定的局限性。文中计算页岩不同方向脆性指数的方法,为改进现有页岩脆性评价方法提供了新的思路。     

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。     

焦石坝地区页岩储层可压裂性影响因素及计算方法

页岩储层具有低孔、低渗的特点,大规模压裂改造后才能形成商业产能,所以可压裂性是页岩气开发中最关键的评价因素之一。文中研究采用分析化验资料与测井资料结合的方法,分析页岩储层可压裂性的影响因素,影响因素主要包括脆性指数、天然裂缝、水平应力差异系数、Ⅰ型和Ⅱ型断裂韧性以及成岩作用等。根据各种影响因素与地层可压裂性的相关关系,对其进行归一化处理,采用层次分析法确定每种影响因素的权重,从而提出一种定量评价页岩储层可压裂性的方法。运用此方法,依据可压裂性评价系数,将页岩储层的可压裂性划分为3个级别:可压裂性评价系数大于0.7的储层,可压裂性好;可压裂性评价系数介于0.6~0.7的储层,可压裂性较好;可压裂性评价系数在0.6以下的储层,可压裂性较差。     

长宁-威远页岩气示范区水平井固井技术

四川盆地长宁-威远页岩气示范区油层套管固井时,由于井眼不规则,水平段长,水泥浆与油基钻井液兼容性差,钻井液密度高、黏切大,难以实现高效顶替,而且后期大型改造易造成套管变形、环空气窜等现象。针对以上难点,通过室内与现场试验探索,形成了一套页岩气水平井固井技术,从而提高了页岩气水平井的顶替效率和体积压裂下的井筒密封性,为下一步页岩气水平井固井提供了有益的借鉴。     

东濮凹陷泥页岩脆性指示因子地震预测

脆性指示因子是评价泥页岩储层的一个至关重要的参数。在勘探阶段,高脆性泥页岩发育区常发育裂缝,易形成产能,有助于开发区域优选;在开发阶段,脆性指示因子有效预测能为水平井部署、井身设计以及压裂改造提供重要的依据。目前国内利用地震方法预测脆性指示因子空间展布的研究并不广泛。文中利用地震叠前反演得到弹性模量与泊松比2个关键参数,进而预测脆性指示因子。预测结果与已知井的情况符合较好。     

致密碎屑岩储层岩石破裂特征及脆性评价方法

研究致密碎屑岩储层岩石破裂特征及脆性评价方法对致密油压裂优化设计具有重要意义。文章以辽河盆地沙河街组致密碎屑岩储层为例,开展了不同岩性岩石的三轴压缩实验,分析了宏观破裂行为和压后岩石显微裂缝的发育类型,通过对比常规的弹性参数法和矿物组分法等脆性评价方法,建立了基于三轴压缩破裂过程中能量守恒的新脆性评价方法。实验表明,岩石破裂特征受控于岩石脆性和岩石所处的围压条件。一方面,脆性较强的岩石主要发育穿晶张裂缝,随着脆性程度减弱,裂缝数量逐渐减少,类型则以晶内裂缝为主;另一方面,随着围压增加,压裂后岩石内部微裂缝类型从穿粒张裂缝向晶内裂缝过渡,说明围压极大地抑制了微裂缝的扩展。传统弹性参数法表征的脆性结果与实验描述的脆性破裂特征相反（即脆性指数高,而岩石破裂程度差）,而矿物组分法不能描述不同围压下岩石的脆性程度。本文提出的新脆性评价方法,可以连续地描述岩石从超脆性到韧性变形的力学演化过程,脆性指数不仅与峰前的杨氏模量有关,而且还与峰后应力降梯度（软化模量）有关。利用该方法表征了不同围压下致密砂岩脆性程度,其结果与实验描述岩石脆性破裂特征相符合,证实了方法的可行性。     

基于多元力学实验的深层页岩气储层脆性影响因素分析与定量评价

在地下高温高压条件下,川南深层海相页岩塑性显著增加,现有单一脆性评价方法难以准确表征其可压裂性,严重制约了该区“甜点”优选和工程改造。以川南深层五峰组—龙马溪组页岩为研究对象,通过三轴高温高压、断裂韧性及X射线衍射实验,开展了多种类型的页岩岩石力学性质评价及其影响因素分析,量化了不同载荷条件下岩石破裂的形态特征,并以此为标准,进行了脆性影响因素分析及综合量化评价研究。研究认为川南深层海相页岩具有高弹性模量、较低的I型断裂韧度特征,其脆性性质主要受控于矿物组分、温压条件及页理发育程度,并通过裂纹分形维数量化了岩石破裂的形态特征,且在高石英矿物含量（>50%）、低围压（<20 MPa）、中低温（<60 ℃）及页理化程度较高条件下,实验结束后的样品试件分形维数较高,破裂裂纹以复杂劈裂与剪切复合裂缝为主,相应的脆性较高。通过归一化的岩石力学参数和应力—应变曲线的脆性指数与分形维数之间的相关性分析,利用层次分析法建立了能够表征深层海相页岩脆性的综合评价指标。该评价指标能够很好地表征深层海相页岩脆性特征,且评价认为龙一段3¹小层脆性指数较高,为后期页岩气开发的主力目的层。