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。      

阜二段页岩油储层可压性评价研究

目前国内外对页岩油可压性评价的研究不全面,为了综合考虑多方面因素的可压性评价模型建立,通过综合页岩脆性、裂缝破裂形态、断裂韧性、天然弱面、热成熟度、有机碳含量、孔隙度和含气量等方面特性,通过不断的演练,创建出可以全方面、合理定量反映页岩油储层的可压性评判模型,该模型从多个角度评价了页岩储层的可压性。结果表明：1)阜二段矿物脆性指数为57,力学脆性指数为62.6,高于其他类似页岩区块。脆性矿物对阜二段形成复杂裂缝影响高于静态力学参数,“方解石+白云石”含量越高,裂缝形态越复杂;2)阜二段产生了一定数量的裂缝分支,在天然裂缝形成过程中,天然裂缝容易与水力裂缝融合,提升了裂缝的复杂程度。应力差异系数对裂缝复杂程度影响极大,排量对裂缝复杂程度的影响低于应力差异系数;3)阜二段脆性强,但应力差异系数相对较大,物质基础相对较差,综合可压性系数为0.389,低于类似页岩储层,可压性一般。     

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。     

济阳坳陷古近系泥页岩岩石学特征对可压性的影响

济阳坳陷古近系泥页岩蕴含着丰富的油气资源,但针对性的压裂未取得预期效果。立足于岩石学特征,从脆性矿物类型、含量、产状及成因、黏土矿物组成、有机质含量、成岩作用强度、天然裂缝发育程度等方面对泥页岩可压性的影响进行了剖析,并与美国相关盆地的页岩有关参数进行了对比。研究认为:济阳坳陷古近系沙三下亚段—沙四上亚段泥页岩脆性矿物以硬度较低的方解石为主,总体抗嵌入能力较差;陆源的石英碎屑颗粒弥散状分布,影响压裂应力集中造缝,但含量仍与岩石脆性正相关;结晶形成的碳酸盐纹层导致岩石纵、横向非均质性增强,不利于压裂形成复杂网状裂缝;有机质含量与岩石脆性负相关,与源岩质量正相关,有利可压层段的选择需辩证综合分析;地层年代新、成岩时间短使岩石相对呈塑性,岩石脆性破裂难度增加。泥页岩可压性的影响因素非常复杂,既取决于岩石学特征又受围压条件及地应力差异等地质条件影响;压裂效果还受压裂液体系及施工参数的选择等方面的影响。      

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。     

页岩储层水力裂缝网络多因素耦合分析

为优化压裂设计、提高页岩储层的改造效果,基于室内真三轴水力压裂模拟实验、现场压裂实践和理论分析的方法,从页岩绪层岩石的脆性指数、水平应力差、天然裂缝的力学特征和发育程度、液体黏度和施工参数等方面分析了页岩储层压裂形成缝网的受控因素。结果表明:页岩储层的水力裂缝网络发育程度受到地质因素和工程因素的双重作用;从储层地质因素上看,岩石的脆性指数越高、天然裂缝越发育、天然缝胶结程度越差,越有利于形成缝网;从压裂作业的因素看,压裂液黏度越低以及压裂规模越大,越有利于形成充分扩展的缝网。在分析单个因素的基础上,建立了多因素耦合的缝网发育指数来表征页岩储层水力裂缝网络发育程度,并用于评价页岩储层压裂后水力裂缝的复杂程度。     

基于层次分析法的致密砂岩储层可压性综合评价

可压性是评价页岩储层体积压裂可行性的重要指标。致密砂岩储层与页岩储层具有相似性,可借助可压性评价指标判断致密砂岩储层体积压裂的难易程度。但通过现有可压性评价指标判断致密砂岩储层改造存在评价效果不理想的问题,评价储层可压性的参数众多,常规单因素评价结果经常出现部分参数满足体积压裂要求,而另一些参数却不满足,难以完成最终的可压性评价。对此提出采用模糊数学中的层次分析法,充分考虑岩石力学脆性、矿物脆性、天然裂缝、水平主应力差异、断裂韧性以及隔层遮挡效应等多个因素,构造等价矩阵确定各因素权重,利用参数标准化后形成的可压指数,对致密砂岩储层体积压裂可压性进行综合评价。与传统评价方法相比,层次分析法更有利于指导选井选层,综合地质工程双甜点因素,评价其含气潜力和易改造潜力,对致密砂岩储层压裂优化设计和施工具有参考价值。     

深层页岩气水平井储层压裂改造技术

四川盆地南部深层页岩气资源量大,但由于埋藏深、构造复杂,适于3 500 m以浅页岩气储层的分段体积压裂主体工艺技术在3 500 m以深页岩气储层的压裂改造中出现了不适应性,难以形成复杂缝网。为此,借鉴埋深为3 500 m以浅的页岩气实现规模效益开发的压裂工艺技术,结合深层页岩的构造与储层特征,形成了一套适合于深层复杂构造页岩气水平井的储层改造技术,并在渝西地区深层页岩气井的压裂改造中进行了现场实践。研究结果表明:①天然裂缝综合预测技术实现了对天然裂缝带的精细刻画及天然裂缝发育强度的定量预测,为后续压裂施工优化提供了依据;②在页岩储层可压性评价参数中,脆性指数、缝网扩展能力指数及含气性指数越大,储层可改造潜力越大、气井增产效果越好;③采用大规模前置液工艺,"高强度注液、低孔数、低浓度段塞式加砂"工艺,以及实施暂堵转向的缝网复杂度提升工艺,单井储层增产改造体积(SRV)与产能得到了有效提升。结论认为,所形成的储层改造技术适用于深层页岩气储层的压裂改造作业,可以为同类型页岩气井的压裂施工提供借鉴。     

非均质性页岩水力压裂裂缝扩展形态研究进展

水力压裂是目前中国构建页岩油气储层复杂裂缝网络的主要技术之一，而页岩储层内部矿物组分差异以及不连续界面（层理、天然裂缝）的广泛分布使其具有强烈的非均质性，直接影响并制约了储层水力压裂改造效果。基于页岩微观矿物组分非均质性和宏观结构非均质性2方面，系统阐述了水力压裂裂缝扩展形态的研究进展。首先，分析了矿物组分差异引起的脆性程度对水力压裂裂缝扩展形态的影响；其次，总结了影响水力压裂裂缝与天然裂缝相互作用模式的关键地质因素和工程因素，探讨了水力压裂裂缝与天然裂缝相互作用机制；最后，研究了页岩层理对水力压裂裂缝穿层扩展的影响机理，阐述了层理面倾角、胶结强度及密度等关键参数对层理面开裂、水力压裂裂缝穿层和扩展形态的影响规律。综述了现阶段非均质性页岩水力压裂研究中存在的问题及发展趋势，为压裂设计优化提供了重要的理论依据。     

川中地区大安寨段页岩油储层可压性评价实验

川中大安寨段页岩油储层主要发育在大二亚段，资源基础丰富，勘探开发潜力大，但工程地质特征及可压性评价手段不明确。为建立可压性评价方法、优化储层改造对策及工艺技术，开展了一系列储层工程地质特征实验，结果表明：川中大安寨以页岩和灰岩互层为主，有机碳含量相对较低，脆性矿物含量大于50%,孔隙度平均为5.9%,孔隙主要集中在0.001～0.1μm范围，发育有微米级孔隙；矿物组分以石英、白云石和方解石为主，平均黏土矿物含量41%,平均岩石力学脆性指数为58.5%;储层天然裂缝发育程度不高，灰岩段破裂压力与页岩段差值9～10 MPa,不利于裂缝在纵向上扩展。文章建立了页岩油储层可压性模型，基于页岩油储层可压性及岩性特征，提出了通过提高缝内净压力以实现层间突破、采取密切割压裂+暂堵转向的组合储层改造工艺来提高裂缝复杂程度的技术对策。通过现场试验，川中地区大安寨段页岩油储层改造效果从最初的油花微气到日产油2 m³/d,现场应用效果不断突破。     

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。     

渤海湾盆地沾化凹陷陆相页岩储层岩石力学特征及可压裂性研究

页岩储层的岩石力学性质与可压裂性对页岩油气的开发具有重要影响。目前对于陆相页岩的岩石力学特征和可压裂性方面的研究较少。利用X射线衍射和岩石力学实验等方法，测试沾化凹陷沙河街组陆相页岩全岩矿物组分、在不同成熟度、不同围压条件下的抗压强度、杨氏模量和泊松比等力学参数，并且对页岩储层的可压裂性进行了分析。页岩矿物成分主要为碳酸盐矿物，平均为44.93%，脆性矿物含量稍高于黏土矿物，分别为30.98%和24.09%；单轴压缩时页岩多为劈裂式破裂，易形成缝网；加围压后破坏形式变为剪切式，抗压强度、杨氏模量和泊松比均增大，可压裂性降低；页岩可压裂性与加热温度，即热成熟度呈正相关。综合考虑页岩矿物成分、力学性质、成岩作用和围压等因素，建立可压裂系数数学模型，可对页岩储层的可压裂性进行定量评价，为压裂选层提供依据。      

基于测井资料的页岩储层可压裂性评价新方法

影响页岩储层可压裂性的因素较多,目前难以建立连续且完整的页岩储层可压裂性评价方法。基于测井资料可以较连续、完整地获取地层信息的特点,在考虑页岩脆性指数、矿物组成、含气性、断裂韧性等因素对可压裂性影响的基础上,利用层次分析法建立长水平井段页岩储层可压裂性评价模型,并通过引入突变理论,形成一种新的页岩储层可压裂性评价方法。分别利用基于突变理论和层次分析法的可压裂性评价方法,对四川盆地威远地区的1口水平井进行可压裂性评价,并将评价结果与微地震监测的该井页岩储层压裂后裂缝的发育情况和依据测井资料进行的储层分类情况进行对比。结果表明,基于突变理论的11级压裂段可压裂性评价结果与依据测井资料的储层分类结果及微地震监测的压裂后有效压裂体积的分布结果均吻合较好。该研究成果可为威远地区压前评价以及提高增产改造效果等提供理论依据。     

基于应力反演的页岩可压性评价方法

地应力求取及可压性评价是进行页岩压裂设计的基础,由于页岩构造和组分的特殊性,目前尚未建立统一的页岩可压性评价方法.为此,以川东南某页岩气区块为研究对象,基于该页岩气区块十余口压裂井196段施工数据,在建立井口压力与井底压力实时转换模型的基础上,反演了该区块储层的破裂压力和水平主应力,反演结果与岩心测试结果相对误差低于1...     

JY1HF井筇竹寺组页岩气体积压裂实践

井研-犍为区块筇竹寺组页岩气为页岩气勘探突破的有力区块,储层埋深3 500~4 000 m,资源量为4 658.1×10~8m~3。JY1HF井为区域内第一口水平井风险探井,储层表现为水平应力差异大(32 MPa)、脆性矿物含量中等(56.2%)等特征。针对储层特征,通过体积压裂改造形成复杂裂缝网络,将大通径压裂技术、变排量控缝高技术、水平井分段优化技术、高砂比体积压裂技术等先进技术进行集成创新,并成功应用于JY1HF井。该井压后在油压18.5 MPa下,测试产量5.9×10~4m~3/d,获得较好的增产效果,证实该套技术在井研-犍为区块具有较好的适应性。     

基于权重分配的页岩气储层可压性评价新方法

为了解决现有页岩气储层可压性评价方法无法连续评价页岩气储层可压性的问题,考虑地质甜点和工程甜点双重因素,通过定量评价地质甜点参数,综合矿物组分含量、细观力学参数计算工程甜点参数,运用标准化、归一化、调和平均和算数平均方法建立了基于权重分配的页岩气储层可压性评价模型。该评价模型充分考虑了页岩储层含气性和易改造性的潜力,确定总有机碳含量、镜质体反射率、剪切模量和断裂韧度4个参数作为评价可压性的关键参数:当总有机碳含量大于2%、镜质体反射率大于1.3%、硅质矿物含量为20%~60%、碳酸盐岩矿物含量为10%~30%、黏土矿物含量为30%~50%时,页岩气储层最适合进行压裂改造。利用建立的评价模型评价了四川盆地威远地区某页岩气井W井储层段的可压性,并根据评价结果指导了该井的压裂设计与施工,压后微地震监测显示,产生了较多裂缝,实现了体积压裂。这表明,利用该评价模型可以连续评价储层的可压性,根据计算结果可以更加准确地划分有效压裂层段和遮挡层段,可操作性强,具有工程应用价值。      

Burial depth interval of the shale brittle–ductile transition zone and its implications in shale gas exploration and production

Brittleness and ductility of shale are closely related to shale gas exploration and production. How to predict brittleness and ductility of shale is one of the key issues in the study of shale gas preservation and hydraulic fracturing treatments. The magnitude of shale brittleness was often determined by brittle mineral content(for example, quartz and feldspars) in shale gas exploration.However, the shale brittleness is also controlled by burial depth. Shale brittle/ductile properties such as brittle, semibrittle and ductile can mutually transform with burial depth variation. We established a work flow of determining the burial depth interval of brittle–ductile transition zone for a given shale. Two boundaries were employed to divide the burial depth interval of shale brittle/ductile properties. One is the bottom boundary of the brittle zone(BZ), and the other is the top boundary of the ductile zone(DZ). The brittle–ductile transition zone(BDTZ) is between them.The bottom boundary of BZ was determined by the overconsolidation ratio(OCR) threshold value combined with pre-consolidation stress which the shale experienced over geological time. The top boundary of DZ was determined based on the critical confining pressure of brittle–ductile transition. The OCR threshold value and the critical confining pressure were obtained from uniaxial strain andtriaxial compression tests. The BZ, DZ and BDTZ of the Lower Silurian Longmaxi shale in some representative shale gas exploration wells in eastern Sichuan and western Hubei areas were determined according to the above work flow. The results show that the BZ varies with the maximum burial depth and the DZ varies with the density of the overlying rocks except for the critical confining pressure.Moreover, the BDTZ determined by the above work flow is probably the best burial depth interval for marine shale gas exploration and production in Southern China. Shale located in the BDTZ is semi-brittle and is not prone to be severely naturally fractured but likely to respond well to hydraulic fracturing. The depth interval of BDTZ determined by our work flow could be a valuable parameter of shale gas estimation in geology and engineering.     

从工程技术角度浅析页岩气的开采

从工程技术角度提出了页岩气有效开采的工程关键主要在于深入理解压裂机理、储层可压性评价、低成本实现大的压裂裂缝体积和“工厂化”作业实施等。剖析了页岩气的压裂改造机理,提出了低、中、高渗透储层和致密储层的压裂改造分类新方法及其主要实现策略。提出储层可压性是页岩气“甜点”选择过程中的重要因素之一,主要内容是评价裂缝和层理、页岩脆性、水平应力差。实现低成本、但产生足够大而有效的压裂裂缝体积是页岩气有效产出的关键,提出了低成本裂缝优化设计的基本思路。阐述了“工厂化”作业的主要做法,从地质条件、工程技术现状、地面和水资源方面分析了中国“工厂化”作业施工与北美地区的主要差距,提出了实施要点。     

中扬子地区五峰组—龙马溪组页岩气成藏关键地质因素

中国南方中扬子地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组具有较好的页岩气勘探前景,但目前对于该区复杂的地质条件及页岩气勘探开发潜力的认识尚不够全面,制约了其勘探成效。为了揭示该区五峰组—龙马溪组页岩气富集的主控因素,以单井储层综合评价为基础,结合钻井、测井、岩心、露头及分析测试数据,对五峰组—龙马溪组黑色页岩的沉积环境、储层发育特征及保存条件等页岩气关键富集条件进行研究,并与四川盆地焦石坝和长宁等页岩气主产区块进行对比。研究结果表明:①该区富有机质页岩段形成于五峰组—龙一3亚段沉积期,为深水陆棚沉积,厚度介于15～39 m,由南至北逐渐增厚;②优质页岩段储层岩石相类型以硅质页岩相为主,孔隙度介于1.60%～7.44%,储集空间以有机孔为主、连通性较好,总有机碳含量高,有机质类型为腐泥型—偏腐泥混合型,热演化程度高,含气性较好,可压裂性好;③当阳复向斜内地层保存较好、产状平缓、断裂发育少、顶底板厚度大且分布稳定,页岩气保存条件较好;④较之于长宁、焦石坝等区块,中扬子地区具有埋藏深、两向应力差较大和地层压力系数较低的特点。结论认为,该区五峰组—龙马溪组具有较好的页岩气富集条件,具备进一步开展勘探...