川南龙马溪组页岩孔隙分形特征

以川南长宁—兴文地区龙马溪组页岩为对象,基于压汞实验测试结果研究其分形特征。对压汞法实验结果进行分析,采用Menger海绵模型和基于热力学关系的分形模型,计算得到川南地区龙马溪组页岩的分形维数。研究结果表明基于热力学关系的分形模型比较恰当地反应了川南长宁—兴文地区龙马溪组页岩的孔隙结构;龙溪组页岩具有明显的分形特征及较大的分形维数,分形维数在2．9337～2．9941;页岩孔隙的分形维数与TOC含量、脆性矿物含量呈正相关,而与黏土矿物含量、碳酸盐岩含量及长石呈负相关,其中黏土矿物中高岭石和绿泥石、碳酸盐岩中方解石及脆性矿物的石英对页岩孔隙结构分布特征影响较大。     

川南深层页岩气藏含气量及可压性测井评价方法

川南深层页岩气藏相对于中-浅层页岩气藏具有埋藏深、温度高及压力高的特点,影响了深层页岩气的游离气/吸附气含量占比及地层可压性。深层页岩气藏的游离气/吸附气含量占比增大、地层岩石塑性增加,使得单一页岩脆性指数不能准确表征地层可压性,因此,深层页岩气藏游离气含量的准确评价是深层页岩气藏含气性评价的关键。基于储层孔隙度、泥质含量与TOC多元回归方法下的饱和度计算模型,解决了深层页岩气藏含气性测井评价难题;同时建立基于页岩地层岩石力学脆性与断裂韧性指数结合的深层页岩地层可压性测井评价方法,有效地评价了页岩气藏高温高压下的储层可压性,在川南深层五峰组-龙马溪组页岩气藏测井评价中取得了良好的应用效果。     

深层海相页岩脆性特征分析与表征

针对中国南方深层海相页岩气开发尚未突破的现实,以四川盆地五峰组—龙马溪组页岩为研究对象,聚焦深层海相页岩的脆性表征,建立了基于全应力—应变曲线的脆性定量评价指标,以峰值应变和峰后坡降陡度分别表示页岩发生脆性破坏的难易程度和充分程度。在此基础上,通过对硅质页岩、钙质硅质页岩、钙质页岩和黏土质硅质页岩开展高围压三轴压缩岩石力学实验,明确了围压对页岩脆性的影响,建立了适用于研究区深层海相页岩的脆性评价方法,开展了深浅层页岩脆性对比。结果表明,低围压时,围压主要表现为对页岩抗压强度的强化,脆性随围压增加而增强,高围压时,围压则主要表现为对裂缝产生与扩展的抑制,脆性随围压增加而减弱;以弹性参数为岩性指示因子,以断裂韧性为围压指示因子,建立了力学脆性指数,可作为矿物法和弹性参数法的补充,有效应用于3 500 m以深页岩储集层的脆性评价;硅质页岩和钙质硅质页岩在4 500～5 000 m仍具有优质储集层的潜力,但是深层海相页岩脆性的弱化使得优质储集层厚度减小。     

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。     

页岩储集层脆性研究进展

脆性是选择页岩储集层有利压裂层段的关键指标,常用评价方法包括矿物法和弹性参数法。中国南方海相页岩具有沉积环境多样、岩相类型复杂、埋深范围大等特点,通过实例分析了现有评价方法存在的理论缺陷和适用性限制。根据页岩岩石力学性质的研究认识,重点总结了矿物组成、有机质、层理和围压对脆性的影响,并阐释了页岩脆性与可压裂性的关系。综合分析指出:矿物法有更强的实用性,但是对脆性矿物的界定模糊,弹性参数法可以有效实现测井和地震预测,但是无法反映围压的影响,难以表征深层和浅层页岩脆性差异。结合中国南方海相页岩的岩相类型和埋深范围,基于不同矿物组分的脆性差异,提出以石英、白云石和黄铁矿作为脆性矿物;基于围压对脆性的影响,提出在弹性参数的基础上增加强度或断裂韧性作为围压指示因子,以适应深层页岩脆性评价。深入认识矿物组成、有机质、层理和围压对脆性的影响,以及脆性与可压裂性的关系,有助于页岩岩相的精细表征和"甜点"优选。     

温压耦合作用下四川盆地深层龙马溪组页岩孔渗和岩石力学特征

为了研究温压耦合变化对深层页岩孔隙度、渗透率和岩石力学特征的影响,选择四川盆地威荣和永川地区下志留统龙马溪组深层页岩岩心样品,设计开展温压条件的上限为120℃、70 MPa的孔渗实验和三轴压缩岩石力学—声波一体化实验。研究结果表明：(1)微观上的孔渗变化与宏观上的岩石变形相互约束,均呈现先快后缓的变化特征,最大温压实验条件下孔隙度降低34%～71%、渗透率降低85%～97%。随着温压的升高,深层页岩经历了以有机质孔、黏土矿物孔被压缩和微裂缝受压闭合的塑性变形和脆性矿物孔、岩石骨架颗粒本体被压缩的弹性变形;(2)与常温高围压实验对比,高温对孔渗应力敏感的影响显著。高温通过增加岩石塑性,加剧高围压对孔隙的压缩,同时引发岩石骨架颗粒间产生热应力,页岩层理易重新开启或沿层理等软弱面产生新缝,使得页岩渗透率随温度和围压升高而降低的程度减弱;(3)与常温三轴力学实验对比,深层页岩在高温高压耦合作用下,抗压强度和峰值应变量显著增加,抗压强度最高达435 MPa、峰值应变超过2%,说明高温增加了岩石塑性,不利于页岩的破裂和裂缝扩展;(4)岩相和矿物组分对深层页岩孔渗和岩石力学特征具有重要影响。不同岩性...     

页岩储层孔隙结构与分形特征演化规律

为了研究页岩储层演化对其分形维数的影响,以鄂尔多斯盆地延长组低成熟度陆相页岩、松辽盆地沙河子组高成熟度陆相页岩、川南地区龙马溪组高—过成熟度海相页岩为例,利用X射线衍射分析、地球化学分析、氮气吸附实验等手段,结合FHH与热力学模型,研究不同分形维数的演化特征,利用灰色关联系数法分析不同演化阶段分形维数的控制因素。结果表明：低成熟度陆相页岩分形维数较低,高成熟度海相、陆相页岩具有较高的分形维数。高—过成熟度海相页岩中,较高的孔表面积与孔体积会造成孔隙复杂程度明显增高,但这种关系在低成熟度陆相页岩并不明显,可能是滞留烃造成微孔阻塞或覆盖孔隙表面,使分形维数下降。随着演化程度的增加,页岩储层分形维数的主要影响因素逐渐从矿物组成变成总有机碳含量。     

川南威远地区W201井古生界海相页岩矿物特征

页岩的矿物学特征是页岩气储集层裂缝、渗流运移和后期压裂改造等相关研究的重要基础。应用X射线衍射分析,对川南威远地区W201井下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组两套海相页岩岩心样品进行了岩石矿物组成的定性和定量分析。结果表明,川南威远地区筇竹寺组和龙马溪组海相页岩主要由石英、黏土矿物和碳酸盐矿物组成,还含有少量黄铁矿等矿物,样品中石英含量分别为38.7%和31.8%,黏土矿物含量分别为26.1%和37.3%,形成于海相强还原沉积环境,有利于有机质的富集和保存,为页岩气的生成提供了良好的条件;筇竹寺组和龙马溪组脆性矿物含量均较高,平均含量分别为70.5%和58.7%,脆性指数分别为73.0%和61.1%,整体上具有良好的脆性和可压性,有利于后期压裂改造,是四川盆地页岩气勘探开发的重要目的层。     

川南龙马溪组页岩孔隙结构综合表征及其分形特征

为了科学评价川南地区龙马溪组页岩孔隙发育特征对页岩气赋存与流动过程的影响,综合采用压汞、液氮吸附及二氧化碳吸附等测试方法,对页岩孔隙结构进行全尺度表征,并对不同尺寸的孔隙进行分形拟合,计算综合分形维数,最后结合地球化学和矿物组成对综合分形维数的影响因素进行探讨。结果表明：页岩样品孔径分布呈多峰态,各阶段孔隙均对总体积有一定贡献,而孔隙比表面积主要由微孔和介孔贡献。龙马溪组页岩孔隙符合分形规律,具有自相似性,宏孔孔隙结构较介孔、微孔更为复杂。以2个孔径段的孔体积比为加权值,计算获得综合分形维数为2.491～2.623,平均为2.560,孔隙结构较为复杂。有机碳含量和矿物组成对综合分形维数具有明显控制作用,有机碳含量越高,综合分形维数越大。孔隙结构复杂程度与综合分形维数呈正相关关系,脆性矿物含量与综合分形维数呈负相关关系,有机质成熟度和黏土矿物对孔隙综合分形维数有积极影响。     

准噶尔盆地中部下乌尔禾组深层陆相页岩孔隙结构分形特征及其地质意义

为明确准噶尔盆地中部下乌尔禾组深层陆相页岩孔隙结构以及分形特征，以东道海子凹陷下乌尔禾组页岩为研究对象，在深入剖析页岩矿物及地球化学特征的基础上，采用场发射扫描电镜、低温N2吸附等研究方法，定量表征下乌尔禾组页岩孔隙结构特征，并基于FHH模型计算页岩孔隙的分形维数，揭示总有机碳含量（TOC）、矿物组分、孔隙结构参数和分形维数的关系及其地质意义。研究结果表明，研究区下乌尔禾组页岩主要发育无机孔和微裂缝，孔径分布呈多峰型，以平行板状或窄缝状孔隙为主；页岩孔隙发育受TOC和石英、长石、黏土矿物含量的控制，导致孔隙结构之间差异性较大，非均质性强。研究区下乌尔禾组页岩孔隙具有双重分形特征，其中表面分形维数（D1）为2.452 2～2.594 8，平均为2.540 9；结构分形维数（D2）为2.604 5～2.774 8，平均为2.705 6。TOC与分形维数呈负相关，孔隙结构参数（比表面积和孔体积）和矿物组分（石英、长石以及黏土矿物）含量与分形维数呈正相关。脆性矿物（石英、长石）和黏土矿物含量的增加有助于微纳米尺度孔隙以及微裂缝的发育，比表面积和孔体积增大，分形维数也增加，孔隙非均质性越强，孔隙结构越复杂。     

四川盆地东部下志留统龙马溪组页岩储层特征及影响因素

四川盆地东部下志留统龙马溪组页岩气勘探已取得重大突破,其储层研究尤其是优质储层发育的影响因素对四川盆地海相页岩的下一步勘探具有重要意义。在岩心观察和岩石薄片鉴定的基础上,通过扫描电镜和 X 射线衍射等分析,对四川盆地东部下志留统龙马溪组储层特征进行了研究,确定了有利储层形成的主控因素。研究区地层矿物成分以石英和黏土矿物为主,方解石、白云石及黄铁矿等的含量较低;干酪根类型以腐泥型（Ⅰ）为主、腐殖腐泥型（Ⅱ1）次之;TOC质量分数为 0.10%～8.67%,平均为 1.49%,Ro 为 1.63%～2.81%,平均为 2.18%;地球化学特征为富有机质和高-过成熟;储集空间类型可分为孔隙和裂缝两大类,其中粒间孔、有机质孔及构造缝为主要储集空间。四川盆地东部下志留统龙马溪组页岩储层的发育受沉积环境、页岩脆性及有机质丰度与成熟度等因素的影响。     

页岩气层关键参数评价及射孔压裂优化选层

针对四川盆地海相页岩气藏,以岩心分析为基础,综合利用钻井、测井、录井、地质、试气、岩心等资料,构建有机碳含量(TOC)、孔隙度(POR)、含气量(GAS)、脆性指数(BI)、破裂压力(PF)等页岩气层关键参数评价模型,依次优先考虑TOC、POR、GAS和BI四参数,分区块建立了页岩气测井解释标准,提出了页岩水平井射孔-压裂优选层原则。在四川盆地两个国家页岩气示范区应用30口井,页岩气层关键参数相对误差最大为7.6%,页岩气层测井识别正确率达95.0%,有力驱动了我国南方页岩气的勘探开发。     

湖相、海相泥页岩孔隙分形特征对比

在松辽盆地湖相泥页岩低温氮气吸附实验的基础上,利用 FHH 模型探讨了湖相泥页岩纳米级孔 隙结构分形维数与比表面积、平均孔径及 TOC 含量的关系,进一步对比了湖相与海相泥页岩孔隙分形 维数特征。 结果表明：①湖相、海相泥页岩纳米级孔隙均具有明显的分形特征,且大孔隙（孔径为 5～ 100 nm）结构复杂,其分形维数高于小孔隙（孔径小于 5 nm）。 ②湖相泥页岩纳米级孔隙结构相对简单, 分形维数小于海相泥页岩。 ③分形维数与 TOC 含量呈正相关关系,湖相泥页岩有机质丰度对分形维数 影响较小。 ④湖相泥页岩分形维数 D1 与平均孔径具有明显的线性关系,表明 D1 可以反映湖相泥页岩 孔隙结构特征;海相泥页岩分形维数 D2 与孔隙比表面积具有明显的指数关系,表明 D2 可以反映海相 泥页岩孔隙比表面积特征。     

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。     

基于矿物组分与断裂韧度的页岩地层脆性指数评价模型

利用岩石力学参数计算页岩地层脆性指数其结果存在不确定性,而由矿物组成得到的结果不能反映地层的实际脆性。为此,在用矿物组分计算地层脆性的基础上,引入断裂韧度作为每种矿物的加权系数,建立了页岩地层脆性指数评价新模型。用页岩地层的岩石力学模型、脆性矿物模型和建立的新模型分别计算了某井页岩地层的脆性指数,并对其结果进行了对比。结果发现,在岩石力学参数异常段,新模型的评价结果比岩石力学模型高10%左右,且评价结果与压裂效果一致。研究表明,新模型的脆性指数与断裂韧度之间呈负线性关系,地层断裂韧度越大,则脆性指数越小,反之亦然。分析认为,该模型有效避免了单一矿物含量模型带来的缺陷,同时新模型与页岩地层的含气量和有机质含量无关,对页岩地层来说是一种高效的模型。      

页岩气工业建产区选区地质评价指标及其下限标准

蜀南地区作为我国页岩气商业开发示范区,勘探开发前景良好。为了解决页岩气单井产能差异大、部分产井低能低效的问题,从X区块实际产气效果出发,结合页岩测井解释数据、X?射线衍射、岩石有机碳分析和储层物性等资料,对页岩气产能的影响因素进行分析,确定页岩气工业建产区地质选区评价指标;根据研究区目前开采深度,以8.0×10⁴ m³/d作为页岩气工业油气流下限,探究相应地质评价指标的下限标准。研究表明：①优质储层钻遇率、TOC、有效孔隙度、脆性指数对页岩气产能的影响作用比较显著,可以作为页岩气工业建产区选区地质评价的关键指标;②页岩气产能与页岩总含气量没有十分必然的联系,而与游离气含量及游离气占比呈现十分明显的正相关关系,因此页岩游离气含量和占比可作为页岩工业建产区的选区评价指标;③相比于BI_mer和BRMC4指数,BI_bm指数能够更好地指示页岩脆性;④要达到工业油气流下限标准,建议优质储层钻遇率至少要达到65%、TOC含量要达到3.3%、孔隙度要达到3.5%、含气量要达到3.0 m³/t,其中游离气占比要达到60%以上,即游离气含量要达到2.0 m³/t、BI_bm指数要达到0.5。     

地应力对页岩储层开发的影响与对策

油气富集程度和页岩脆性在北美页岩油气开发中是地质条件方面成功与效益的关注重点,但对于中国四川盆地海相页岩储层,除上述因素外,复杂地质构造下高地应力条件成为阻碍效益开发的主要因素之一。重点阐述了复杂地应力下水力压裂裂缝扩展机理,展示了复杂构造下不利地应力条件对钻井压裂效果的重要影响;四川盆地页岩气储层的最小水平主应力较高,因此具有较高的破裂压力。通过理论分析和案例应用,提出钻井和完井的优化设计,包括水平井钻井方向、井筒轨迹以及完井压裂层段的选取。根据四川盆地不同地区地应力状况,提出涪陵、威荣和威远页岩气田的钻完井建议。     

四川盆地东南缘林滩场地区上奥陶统五峰组-龙马溪组页岩气储层甜点预测

中国石化西南油气分公司2017年在四川盆地东南缘林滩场完钻的探井林页1井,证实林滩场构造在奥陶纪末—早志留世处于深水陆棚有利相带,页岩气形成条件较好.为进一步落实该区勘探开发潜力,实现五峰组-龙马溪组页岩气的商业突破,对林滩场进行区域构造和沉积特征分析.在大量基础地质实验数据分析的基础上,优选总有机碳(TOC)含量、有...     

基于成像矿物谱的页岩气储层脆性指数计算方法——以四川盆地南部下志留统龙马溪组为例

页岩气储层脆性指数是页岩气藏压裂方案设计所需的核心参数之一,但目前获取该指数的方法成本较高、耗时耗力且过分依赖于取心资料。为了解决上述问题,以四川盆地南部下志留统龙马溪组页岩气储层为研究对象,首先对该区的成像测井数据进行分析和校正、进行图像的直方图加强,将成像测井图像刻度为成像矿物谱;然后基于正态分布理论,并结合实验分析数据,通过解析成像矿物谱,获得了页岩气储层矿物含量;进而结合裂缝特征等建立了脆性指数的计算模型,形成了矿物含量及脆性指数的计算方法(以下简称新方法),并在该区的多口页岩气井进行了验证。研究结果表明:①新方法具有成本较低、适用性强、计算精度和实用价值较高等优点;②较之于目前常用的方法,新方法数据资料具有普遍性、脆性指数计算结果具有连续性;③新方法能够精确地反映层理、薄层及局部岩性变化等对脆性指数的影响,对于页岩气储层脆性及可压裂性评价有着重要的参考作用;④现场应用效果表明,新方法计算结果与实钻结果吻合程度高,该区多口井测试均获得了页岩气工业产能。结论认为,新方法为海相页岩气储层压裂优选评价提供了技术支撑。     

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。