页岩储层裂缝系统综合评价及其对页岩气渗流和聚集的影响

为了探究页岩储层裂缝系统发育特征、主控因素及其对页岩气渗流和聚集的影响,通过对页岩岩心和薄片进行观察和统计,根据其形态特征的差异,将裂缝分为层理缝、刺穿型高角度缝、内部高角度缝、低角度缝和微裂缝5种类型。通过对比分析多种参数对裂缝系统产生与发育的影响认为,其主控因素包括脆性矿物含量、构造作用、岩石内部结构、非均质性、力学性质及地层围压等,结合裂缝类型和主控因素等对页岩储层裂缝系统进行综合评价。其中,层理缝等水平裂缝的侧向扩散作用促进页岩气的渗流和聚集。尤其在中国南方构造变形强烈、褶皱发育的地区,层理缝与低角度缝造成页岩储层侧向扩散效果明显,使向斜型页岩气藏和背斜型页岩气藏兼具北美典型页岩气藏(自生自储,原地成藏)与常规气藏(油气富集于构造高部位)的复合型成藏模式。在封闭成藏的条件下,裂缝系统发育往往能够使游离气通过侧向扩散作用沿着裂缝渗流和聚集,于构造高部位形成气藏。     

中国南方海相与陆相页岩裂缝发育特征及主控因素对比——以黔北岑巩地区下寒武统为例

依据裂缝发育特征与对应分析测试资料,分析了下寒武统变马冲组二段（变二段）页岩裂缝发育特征、主控因素及海相与陆相页岩裂缝发育的差异性。结果表明,变二段兼具海相与陆相页岩部分特征,页岩段裂缝以低角度层理、层间和滑脱缝为主,与陆相页岩相似;砂泥互层与砂岩段裂缝发育程度高,以高角度构造缝为主。裂缝发育受构造应力、岩性与矿物组分、地层厚度、TOC和储层非均质性影响,主要表现为：岩性与岩石力学性质控制构造缝的发育,地层厚度控制裂缝的密度与尺度,TOC控制层间超压裂缝发育,储层非均质性控制层理缝的发育。海相与陆相页岩TOC、石英、脆性和裂缝具有不同耦合特征,海相页岩较大的脆性与单层厚度利于储层改造,但在强改造下易发育穿层裂缝,不利于保存。陆相页岩较低的单层厚度、较强的塑性与非均质性能有效避免穿层裂缝的发育,利于页岩气保存。变二段不同岩性组合及其裂缝发育特征与主控因素对海相与陆相页岩气保存、富集与储层改造等方面具有一定参考价值。     

四川盆地龙马溪组页岩气缝网压裂改造甜点识别新方法

压裂改造甜点的准确识别是页岩气储层水力压裂实现经济产能的关键之一。以四川盆地奥陶系五峰组—志留系龙马溪组一段页岩为研究对象,考虑储层成层性、脆性矿物和天然弱面发育特征等压裂改造关键影响因素,引入综合脆性指数、储层层理与裂缝指数和缝网扩展指数,整合为缝网压裂甜点指数,建立四川盆地龙马溪组页岩气缝网压裂改造甜点识别方法。研究表明：储层层理与裂缝指数介于0.5~0.6之间,综合脆性指数介于0.55~0.6之间,缝网扩展指数大于0.6,缝网压裂甜点指数大于0.55的储层,层理发育明显、基质碳酸盐矿物较多、天然裂缝发育适度且充填程度高的页岩可获得较好压裂改造效果,最具改造潜力,能有效改造储层实现缝网压裂,是体积压裂改造的甜点。研究成果与矿场微地震监测和产气剖面解释结果较为一致,对储层压裂改造的选层选段和压裂方案设计具有理论支撑和现场指导意义。     

深层页岩气有效开发中的地质问题——以四川盆地及其周缘五峰组—龙马溪组为例

深层页岩气是中国页岩气勘探开发的主要接替领域。四川盆地及其周缘五峰组—龙马溪组深层页岩气具有高温、高压、高地应力的地质条件,深层覆压的增加使储层的孔隙度降低15%～20%、渗透率降低90%～95%,页岩中裂隙对渗透性的贡献显著下降。不同地区五峰组—龙马溪组深层页岩含气量有一定差异,但总体上与已投入开发的中—浅层页岩差别不大,含气量主要受原始沉积条件和后期保存条件联合控制。深层页岩所经历的构造抬升剥蚀较少,保存条件相对较好。深层页岩地层温度较高,地应力较大且应力差值高,页岩塑性增强,导致裂缝起裂及延伸困难,且裂缝闭合压力高,支撑剂破碎和嵌入影响压裂支撑缝宽,裂缝导流能力递减快,长期导流能力难以维持。WF2—LM4笔石带硅质页岩生物成因石英含量高、抗压实作用强,有利于有效储层的形成和保存,由于脆性大,天然裂缝更发育,页岩气"甜窗"的底限可能超过5 km,是深层页岩气最优开发层段。深层页岩气的富集程度主要与先天沉积成岩条件的优越程度、埋藏及生-排烃历史以及后期构造抬升与变形的差异性有关。优选出具有高脆性、高孔渗性、高压力系数、高含气量等特性的深层页岩分布区,建立与深层页岩相适应的体积压裂改造...     

川南地区下古生界五峰组-龙马溪组含气页岩岩心裂缝特征及其页岩气意义

裂缝直接影响页岩储层特性和页岩气井单井测试产量。通过岩心和露头宏观裂缝描述、偏光显微镜和场发射扫描电镜微裂缝观察发现,川南地区五峰组-龙马溪组含气页岩宏观裂缝和微裂缝发育,可划分为顺层缝和非顺层缝。宏观裂缝中,顺层缝主要为页理缝和层间滑移缝,非顺层缝主要为斜交缝和垂直缝。微裂缝中,顺层缝主要为页理缝,非顺层主要为生烃增压缝、成岩收缩缝和溶蚀缝。含气页岩的裂缝以顺层缝为主,75 %的宏观裂缝和87 %的微裂缝均为顺层缝。裂缝密度和分布受埋深控制,埋深大于3 500 m地区裂缝集中发育于龙一^1（1-3）小层,而埋深小于3 500 m地区裂缝集中发育于龙一^1（1）小层。且随着埋深增加,宏观裂缝和微裂缝的密度均增大,部分井中埋深大于3 500 m含气页岩井宏观裂缝密度是其他埋深小于3 500 m同层含气页岩的10倍。页岩有机碳含量和层理类型也影响含气页岩的裂缝密度,高总有机碳含量的条带状粉砂型和砂-泥递变型水平层理页岩裂缝密度最大。裂缝发育有利于优质页岩段形成,埋深小于3 500 m地区优质页岩段主要发育于龙一^1（1）小层;埋深大于3 500 m地区优质页岩段发育于龙一^1（1-3）小层,部分井龙一²亚段底部由于成岩收缩缝发育,也成为优质页岩段。     

层理缝对页岩渗透率的影响及表征

层理页岩中发育层理缝,为研究层理缝对储层渗透率及产气量的影响,选取四川气田下志留统龙马溪组层理发育岩样,开展了层理页岩渗透率实验研究,并结合微观孔隙特征对岩样渗透率进行分析,在此基础上运用渗流力学理论,建立了考虑层理缝影响的渗透率模型。研究结果表明：层理缝是导致页岩渗透率各向异性的主要因素;层理缝长度及其与渗流方向的角度是影响岩样渗透率的关键因素,并与岩样渗透率呈非线性变化关系;鉴于层理缝对储层渗透率的影响及应力作用下易闭合的特性,建议在页岩气开发中合理控制生产压差,从而避免应力作用对产能的影响。该项目研究对页岩气产能预测以及合理制订开发方案具有指导意义。     

四川盆地焦石坝地区页岩裂缝发育主控因素及对产能的影响

以涪陵页岩气田焦石坝地区五峰组-龙马溪组页岩为研究对象,通过岩心观察、FMI测井解释和氩离子抛光扫描电镜等手段,对页岩裂缝发育的主要控制因素及其对产能的影响进行分析。研究发现,焦石坝地区五峰组-龙马溪组页岩发育微观裂缝（解理缝、晶间缝和贴粒缝）和宏观裂缝（高角度缝——斜交缝和垂直缝、水平缝——页理缝和层间滑动缝）。这两类裂缝的发育程度明显受到岩层的力学性质、页岩气层异常高压、距主滑脱面的距离、斑脱岩的发育程度以及构造作用的控制,其中微观裂缝和水平裂缝在五峰组和龙马溪组底部最为发育,而高角度缝在远离断裂带的构造稳定区主要发育在五峰组,在靠近断裂带页岩气层均有发育。天然裂缝在纵横向上发育程度的差异控制了页岩气单井产量,主要体现在：①影响了页岩气富集,微裂缝和水平裂缝在远离焦石坝构造周边断裂的稳定区总体表现出积极的贡献,而开启性高角度缝,易于形成页岩气逸散通道,造成页岩气藏丰度降低、实测地层压力略有偏低;②影响了后期人工体积改造的有效性,开启性高角度缝的发育不仅会造成钻井液漏失量大,同时也不利于后期压裂改造形成缝网,使人工体积改造有效性降低。     

川南泸州地区五峰组—龙马溪组古构造应力场及裂缝特征

川南泸州地区为深层页岩气勘探的重点区,中生代以来经历了多期构造运动,下古生界五峰组—龙马溪组深层页岩储层的裂缝主要受控于区域古构造应力场。为了探究泸州地区有利的深层页岩勘探区,以其五峰组—龙马溪组深层页岩地层为研究对象,以褶皱断裂系统、地震资料综合解释、埋深古构造图和页岩岩石力学参数测试为基础,开展了目的层燕山期Ⅲ幕(裂缝主要形成时期)的古构造应力场数值模拟,采用ANSYS有限元数值模拟方法,结合钻井裂缝实测结果,利用裂缝形成的力学原理,预测了其裂缝发育特征。结果表明:该区深层页岩储层的地应力呈差异分布,燕山期Ⅲ幕最大主应力方向为NW向,约为135°;窄背斜核部和断裂附近裂缝发育,低陡构造向斜区裂缝较发育,宽缓向斜核部裂缝弱发育;主要发育水平层理缝和高角度裂缝,裂缝密度分布由NE向SW逐渐降低,在高应力值的低陡构造向斜区,深层页岩储层裂缝发育,有利于游离态天然气聚集。该结论为泸州地区深层页岩气的勘探开发提供了地质依据。     

泥页岩裂缝发育特征及其对页岩气勘探和开发的影响

裂缝既可为页岩气提供聚集空间,也可为页岩气的生产提供运移通道。泥页岩作为一种低孔低渗储层,页岩气生产机制非常复杂,涉及吸附气含量与游离气含量、天然微裂缝与压裂诱导缝系统之间的相互关系。对泥页岩裂缝的成因类型、识别特征、基本参数(宽度/张开度、长度、间距、密度、产状、充填情况、溶蚀改造情况等)、孔渗性、地质控制因素及其对页岩气聚集和产出的影响进行了研究。泥页岩中主要存在5种裂缝,即构造缝(张性缝和剪性缝)、层间页理缝、层面滑移缝、成岩收缩微裂缝和有机质演化异常压力缝;控制裂缝形成的地质因素复杂,主要有区域构造应力、构造部位、沉积成岩作用、岩性、岩相、物性及地层压力等;裂缝识别特征及成因机制各不相同,其对页岩气的吸附和解析以及渗流性响应所起的作用也不相同。页岩气有利勘探目标区应首选那些拥有较高渗透能力或具备可改造条件的泥页岩裂缝发育带。     

四川盆地南部泸203井区五峰组——龙马溪组页岩裂缝特征及形成演化

四川盆地南部泸州深层页岩气是现阶段页岩气勘探的重点,天然裂缝发育对页岩气富集、压裂开发及天然产能具有重要影响。综合岩心、测井分析等地质手段,结合包裹体均一温度及岩石声发射实验,对泸203井区五峰组—龙马溪组页岩裂缝特征、期次及形成演化进行综合分析。结果表明：研究区五峰组—龙马溪组页岩以构造成因的剪切缝为主,发育少量水平滑脱缝及直立张性缝。裂缝充填程度高,充填物复杂,以直立缝及水平缝共同发育、延伸距离短为特点,纵向上裂缝在五峰组—龙一段Ⅰ亚段2小层及4小层中上部集中发育,底部直立缝及水平缝均较为发育,向上以水平缝发育为主。五峰组—龙马溪组页岩裂缝形成于3期构造运动：第1期形成于印支运动期（距今253.4～250.0 Ma）,裂缝被方解石及黄铁矿高度充填,包裹体均一温度为130.4～150.6℃,构造应力方位为NNW—SSE向（335°±5°）,形成近NS向及NWW向平面剪切缝与NEE向剖面剪切缝。第2期形成于燕山晚期—喜马拉雅早期（距今70.58～42.64 Ma）,裂缝被方解石全充填,包裹体均一温度为194.8～210℃,构造应力方位为SEE—NWW向（110°±5°）,形成NW向与N...     

四川盆地东南缘页岩气富集模式 ——以丁山地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩为例

在川东南丁山地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气基本地质条件认识的基础上,利用钻井、测井、压裂测试、分析化验及构造解释等资料,通过天然气在页岩气系统内的赋存形式、运移方式及运移强度的分析,探讨了适用于研究区的页岩气富集模式.页岩气系统中高角度裂缝延伸距离短,页岩储层顺层滑脱缝、页理缝等顺层缝延伸较远,顺层方向渗透...     

页岩气富集高产主控因素分析——以四川盆地涪陵地区五峰组-龙马溪组一段页岩为例

以四川盆地涪陵地区五峰组-龙马溪组海相页岩为研究对象,综合岩心观察、地化分析、测井和地震资料,分别从页岩气富集和高产两方面开展主控因素系统分析,明确有机碳含量、微-纳米尺度孔隙和保存条件是页岩气富集主控因素。其中有机碳含量不仅是评价页岩原生品质的重要参数,同时影响微-纳米尺度孔隙发育特征,而保存条件是页岩气富集的重要基础保障。页岩气高产受脆性矿物含量、埋深、构造形态和裂缝因素影响,其中脆性矿物含量越高,页岩可压性越好;页岩埋深及构造形态对于地应力影响较大,从而影响页岩储层的压裂改造效果;裂缝的发育导致压裂过程中压力的定向性泄压,无法形成有效复杂缝网。      

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。     

异常高压对四川盆地龙马溪组页岩气藏的影响

四川盆地下志留统龙马溪组黑色页岩主要为浅海—深水陆棚相沉积,分布面积广,厚度大。龙马溪组页岩气高产层段地层压力均为异常高压,研究认为,欠压实增压、矿物成岩作用、构造挤压和有机质热演化增压,是造成该层异常高压的主要因素。异常高压对页岩气藏的影响,一方面,能够全面抑制烃源岩热演化,使生气镜质体反射率下限上移;另一方面,能减缓压实等成岩作用,使储集层保存相对较高的孔隙度和渗透率,并通过诱导有机酸的溶蚀和岩石有效应力的减小,形成次生孔隙和微裂缝,提高了储集层的渗流能力,但对压裂改造提出了更高的要求。此外,随着地层压力的增高,吸附气的含量也会随之增加,使得页岩气藏含气性更佳。总体来说,异常高压有利于页岩气的富集。     

页岩气藏水平井分段压裂渗流特征数值模拟

页岩气藏具有独特的存储和低渗透特征,其开采技术也有别于常规气藏的开采技术,水平井完井技术和分段压裂技术是成功开发页岩气藏的两大关键技术。水平井完井和分段压裂后形成的复杂裂缝网络体系以及吸附气的解吸作用等因素,都给页岩气井的渗流机理研究带来极大挑战。研究表明,利用数值模拟软件来模拟页岩气井的裂缝网络系统,不仅能模拟页岩气的渗流机理,也能为编制页岩气藏开发方案提供可靠的理论依据。因此以Eclipse2010.1数值模拟软件为研究平台,建立了３种考虑吸附气解吸的页岩气分段压裂水平井数值模型,能够模拟页岩气藏水平井的生产动态,对体积压裂后形成的裂缝参数进行优化模拟。结论认为：只有通过增加水平井的数量和储层改造体积（SRV）、选取异常高压区钻井和压裂出具有充分导流能力的裂缝,才能有效提高页岩气藏的采收率,实现页岩气藏的有效开发。     

致密储层体积压裂作用范围及裂缝分布模式——基于压裂后实际取心资料

体积压裂在地层中的有效作用范围和压裂缝特征是非常规油气勘探、开发非常关注的问题。本文依据长庆油田在鄂尔多斯盆地致密油试验区完钻的取心井岩心资料、测井资料和分析化验资料，对经大规模体积压裂后储层中产生的人工压裂缝进行了识别和表征，进而分析了致密储层体积压裂改造区人工裂缝发育特征，探讨了体积压裂的有效作用范围、压裂缝的空间分布等关键问题。观察结果表明，X233致密油试验区长7段体积压裂后油层段块状砂岩中发育长度0.13 m近垂直的张性微裂缝，邻近长度1.49 m油层见大量层理缝顺层或斜交延伸，油气外渗显著，为压裂改造后形成的人工缝。综合分析认为，长7段致密油层体积压裂后，由有限数量的主缝、压裂影响形成的大量微裂缝及受压裂影响延伸或扩展的层理缝共同构成了改造后储层的裂缝特征；现阶段技术条件下，体积压裂改造区宏观裂缝网络扩展范围有限，微裂缝分布较广，油层剩余油饱和度依然很高，表明致密油藏体积压裂效果还有进一步优化的空间。