页岩储层微裂缝发育程度预测方法

微裂缝发育程度直接影响页岩储层孔渗性,准确预测微裂缝发育程度对页岩气勘探开发具有重要意义,本文建立了一种页岩储层微裂缝发育程度预测方法。在电镜观测及高压压汞实验基础上,分析了页岩微裂缝基本特征,提出了微裂缝发育量化指标。分析了页岩矿物组分及有机质含量对微裂缝发育的控制作用,建立了页岩微裂缝发育程度预测模型,对川南龙马溪组页岩微裂缝发育程度进行了预测,预测微裂缝孔体积平均值为0. 000 543 m L/g,黏土矿物对微裂缝孔体积贡献最大,占比达到70%,有机质次之,占比为24%,脆性矿物贡献最少,占比为6%。分析了微裂缝预测结果与页岩储层孔渗性之间的关系,验证了预测方法的可靠性。     

海相页岩与海陆过渡相页岩吸附气量主控因素及其差异性

以黔北地区下寒武统牛蹄塘组海相页岩和南华北地区下二叠统太原-山西组海陆过渡相页岩为研究对象,分析页岩有机地化、储层、吸附气量特征,进而研究页岩吸附气量影响因素及其差异性。研究结果表明:页岩有机碳含量大于2%,两者均为优质的烃源岩;但有机碳含量相差甚大。牛蹄塘组页岩矿物组成主要为石英,其次为黏土矿物,而太原-山西组页岩以富集黏土矿物为特征。牛蹄塘组页岩比表面积和吸附气量大于太原-山西组页岩;而总孔体积和平均孔径均小于后者。页岩岩石组成与吸附气量之间的关系如下:牛蹄塘组页岩TOC与吸附气量呈正相关关系且TOC是吸附气量的主要影响因素;而太原-山西组页岩TOC与吸附气量之间关系不明显。牛蹄塘组页岩石英与吸附气量呈正相关性,其原因是石英为生物成因,伴随有机质富集;而太原-山西组页岩石英与吸附气量具有负相关性,其原因为TOC和黏土矿物随石英的增加而减少,且TOC、黏土矿物与吸附气量呈正相关关系。牛蹄塘组页岩伊利石和太原-山西组页岩黏土矿物均与吸附气量具有正相关性,原因为黏土矿物吸附有机质且黏土矿物中各组分发育大量孔隙。     

大巴山前缘田坝剖面五峰组-龙马溪组页岩储层特征

为拓展四川盆地五峰组-龙马溪组页岩气勘探地域,以大巴山前缘巫溪县田坝剖面为基础,通过有机地球化学、矿物组分、扫描电镜、比表面积-孔径和等温吸附等方法,对五峰组-龙马溪组页岩储层的各项参数进行研究。结果显示五峰组-龙马溪组硅质泥页岩富含生物化石,按照TOC质量分数2%为优质页岩的划分标准,仅龙马溪组发育优质页岩段,厚54.31m,TOC质量分数平均为3.80%、Rb平均为2.90%、Ro平均为2.28%;TOC与硅质、脆性矿物含量呈反比,与黏土矿物、黄铁矿含量和BJH总孔容呈正比,黏土矿物含量与BJH总孔容呈正比。有机质孔与层间页理缝构成最主要的储集空间,以两端开口的中孔为主,为页岩气的赋存提供了储集空间与渗流通道。TOC与黏土矿物含量共同控制页岩储层微观孔隙结构的发育。储层孔隙度与渗透率稳定,比表面较大,吸附量大,吸附能力强。与焦页1井对比分析,发现巫溪田坝地区龙马溪组页岩具有高TOC、高Rb、高硅质含量、高白云石含量和低长石、低碳酸盐岩、低孔隙度、低渗透率的"四高四低"特征,热演化程度适中,微孔隙-裂缝系统发育,有利于页岩气富集。     

页岩气储层体积压裂的可行性分析——以习页1井龙马溪组页岩气储层为例

页岩气藏体积压裂是指在水力压裂过程中,使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移,形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络,从而增加改造体积,提高气体产量和最终采收率。页岩的塑脆性是影响页岩可压裂性的主要因素之一,脆性越强压裂越容易形成裂缝网络从而提高产能,因此一直以来都是研究的重点。页岩的脆性特征与页岩的脆性矿物含量和页岩的岩石力学参数有直接的关系,目前国内外计算脆性指数的方法很多。本文通过对所采集的龙马溪组页岩样品进行室内实验对习页1井龙马溪组页岩储层进行了体积压裂的前期可行性分析,并结合灰色关联分析法提出了一种关于计算综合脆性指数的经验公式的探讨,并给出了综合脆性指数的等级划分,为页岩气储层体积压裂的可行性分析和压裂层段的选取提供了一定的依据。     

渝东和渝东南地区页岩的储层特征及孔隙结构

以重庆地区下志留统龙马溪组及下侏罗统自流井组页岩为研究对象, 采用X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)技术、气体吸附法(N₂吸附, CO₂吸附)、场发射扫描电镜(field emission-scanning electron microscope, FE-SEM)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectrascopy, XPS)和岩石单轴压缩实验等手段从页岩的元素组成、矿物组成、储集空间类型以及岩石力学性质等方面对研究区的页岩储层特征进行了综合研究. 结果表明: 研究区页岩的脆性指数高, 具有较高的弹性模量和较低的泊松比, 有利于人工压裂改造; 页岩中的石英含量超过45%, 黏土矿物含量为24.4%~32.5%; 页岩的矿物成分以绿泥石、伊利石、高岭石为主,还含有长石、方解石、白云石、黄铁矿和块磷铝矿等; 页岩的孔隙类型主要包括粒间孔、粒内孔、有机质孔隙和微裂缝; 微孔隙度在5%左右, 主孔区位于0~20 nm, 以介孔为主; 页岩的孔隙度、BET比表面积、孔体积等与总有机碳(total organic carbon, TOC)含量、黏土含量呈正线性相关, 与脆性矿物含量呈负相关.     

下寺湾地区延长组陆相页岩孔隙特征及影响因素

鄂尔多斯盆地下寺湾地区陆相页岩孔隙类型多样,微观非均质性强,为研究该区延长组长7陆相页岩储层孔隙特征,文中通过岩心描述、薄片观察、场发射扫描电镜等直接观察技术手段,结合气体吸附、核磁共振等实测分析技术,对陆相页岩的孔隙类型、大小分布进行研究。研究结果表明:长7页岩孔隙类型包括无机粒间孔、无机粒内孔和有机孔3大类及残余粒间孔、溶蚀粒间孔、碎屑与黏土粒间孔、溶蚀粒内孔、黏土矿物晶间微孔、有机孔、微裂缝7个亚类。页岩孔径从0.3 nm至15μm范围内均发育,孔径100 nm以下的微孔,以有机孔和黏土矿物晶间孔隙为主,占总孔孔体积的41%～73%;孔径大于5μm的孔隙,以溶蚀孔隙为主,占总孔孔体积的25%～55%,页岩中的孔体积主要是由大孔和微孔贡献最大,成因以溶蚀孔和有机孔为主。分析孔隙发育影响因素可知:长7页岩中大孔(孔径 10μm)孔隙体积与黏土矿物(25%～60%)、方解石含量(0.6%～2.7%)具有负相关关系,黏土矿物和方解石含量的增加占据粒间孔隙空间,大孔孔隙体积与斜长石、石英含量具有正相关关系,微孔(孔径100 nm)的体积与黏土矿物含量具有正相关性。有机质含量和热演化程度是控制有机孔体积的主要因素,在低热演化背景下(Tmax460℃),有机孔体积随热成熟度增大而增高。     

南堡凹陷古近系泥页岩孔隙结构特征

对南堡凹陷古近系泥页岩采用岩石热解、X衍射矿物分析、扫描电镜观察、氮气吸附测试等实验方法,探讨主要目的层段泥页岩孔隙结构特征。结果表明,南堡凹陷古近系泥页岩具有低孔致密的储层特征,部分样品具有较高的脆性矿物含量,有利于形成裂缝网络;微观孔隙类型主要包括有机质孔隙、粒间孔、粒内孔和微裂缝;微孔和中孔提供了绝大部分比表面积与孔体积,是气体吸附和存储的主要场所;泥页岩孔隙结构主要有细颈长体的墨水瓶孔型、四面开放的平行板型,其中以有利于气体吸附存储的墨水瓶型为主;有机碳含量是控制南堡凹陷古近系泥页岩中纳米级孔隙体积及其比表面积的主要内在因素;石英含量与孔体积有较好的正相关性;脆性矿物对于孔隙有积极的建设作用;有机碳含量是影响页岩吸附气体能力的主要因素。     

考虑氧化作用的富有机质页岩吸附水量

页岩气井大型水力压裂后压裂液返排率普遍较低,滞留压裂液可能诱发页岩产生裂缝,但在水力裂缝与天然裂缝中占据有效气体传输通道,影响压裂效果。选取四川盆地龙马溪组典型富有机质页岩,采用填砂管与粒状页岩模拟体积改造的页岩气层,开展了蒸馏水与氧化液体积改造后页岩气层吸附水量的对比实验,明确了氧化对压裂液渗吸分散到裂缝附近基块孔隙的作用与机理。结果表明,与蒸馏水相比,氧化作用可以增强页岩渗吸分散水相作用,降低页岩孔隙空间内的自由水量,增加页岩吸附水量;富有机质页岩氧化作用消耗有机质,分解有机黏土复合体,裂缝与孔喉壁面更多的黏土矿物接触压裂液,增加黏土矿物吸附水量,降低裂缝面及基块孔隙含水饱和度,释放渗流空间。建议根据具体工程地质特征,优选氧化性流体的加入时间及用量,充分发挥滞留氧化性压裂液的造缝能力,促进压裂液渗吸分散,实现压裂液少返排或零返排,增大气体在裂缝中有效渗流通道。     

湘东南拗陷龙潭组泥页岩储层特征

探讨湘东南拗陷上二叠统龙潭组泥页岩的页岩气储层特征,借鉴北美页岩气储层研究方法和评价标准并与美国福特沃斯盆地的Barnett页岩进行比对研究。通过实测剖面和系统采样,采用X射线衍射技术、扫描电镜技术与能谱技术相结合的方法,分析龙潭组泥页岩有机碳含量、矿物组成、微孔隙、裂缝类型及发育程度等特征。结果表明,龙潭组储层的有机碳质量分数平均为3.54%;岩石矿物成分中石英的平均质量分数为27%,碳酸盐矿物的平均质量分数为38%,黏土矿物的平均质量分数为35%,同时含有一定量的黄铁矿;其微孔隙发育有晶间孔、晶内孔、粒间孔、溶蚀孔、粒缘孔、印模孔、有机质孔等;实测孔隙度分布在0.7%～16.7%之间;不同尺度的裂缝广泛发育。通过与美国福特沃斯盆地的Barnett页岩对比,认为该地区泥页岩具有良好的页岩气储层特征;同时对该储层孔隙度及其影响因素进行探讨发现,较高的石英含量对其孔隙度发育具有建设性意义。     

页岩水化作用对支撑剂嵌入影响实验研究

页岩压裂改造过程中大量压裂液进入储层后滞留于孔隙或微裂隙中,滞留的流体与页岩发生复杂的物理-化学作用,会改变储层物性和力学性能,加剧压裂裂缝的支撑剂嵌入程度,从而影响压裂裂缝的导流能力。本文采用页岩自渗吸测试与支撑剂嵌入实验测试,明确了页岩自渗吸量变化特征以及吸水软化对支撑剂嵌入程度的影响。通过实验研究发现：1）页岩储层的自渗吸量与黏土矿物含量呈正相关,黏土矿物含量越高,单位体积页岩自渗吸量越大。滑溜水中的助排剂和防水锁剂能降低页岩与压裂液的表界面张力与毛细管力,导致页岩自渗吸量降低。2）页岩弹性模量越小,相同闭合应力条件支撑剂嵌入深度越大。页岩吸水导致弹性模量和强度降低,支撑剂嵌入深度大幅度提升。3）支撑剂嵌入深度与闭合压力线性相关,吸水后页岩的支撑剂嵌入深度与闭合应力关系的斜率大幅度提升。4）地应力对支撑剂嵌入的影响作用明显,围压增加,支撑剂嵌入深度大幅度降低。本文研究成果可为页岩压裂效果评价和压后产能评估提供参考和理论支撑。     

长宁地区富有机质页岩脆性及与裂缝发育关系

页岩的脆性控制着裂缝的形成和演化,对页岩气层的体积改造和页岩气的增产极为关键。以川南长宁地区龙马溪组页岩为例,通过岩石矿物、地球化学和岩石力学等实验对龙一₁亚段的矿物组分、有机地球化学、孔隙-裂缝结构以及力学性质进行测试,分析不同脆性矿物、有机质以及埋深的页岩脆性特征及其与裂缝发育的关系。结果表明,龙一₁亚段脆性最高者为富有机质硅质页岩岩相,石英、长石和黄铁矿等脆性矿物的总含量大于50%,它们能够调节岩石断块的剪切滑移,所积累的能量大于完成岩石整体剪切破坏过程所需的能量;有机质及其在成熟过程中所产生的有机孔隙与微裂缝可促进裂缝的拓展、贯通以及连接,有机碳含量越高,裂缝系统越发育;随着埋深增加,页岩的脆性下降,岩石破裂模式由复杂的劈裂型向单一的剪切型转变;龙一₁¹、龙一₁²小层脆性矿物和有机碳含量最高,脆性指数分别达到了61.31%和60.70%,为压裂甜点层段。     

川南地区下古生界海相页岩微观储集空间类型

为探明不同成因的孔隙对页岩气储集的贡献,基于多种分析测试手段,对川南地区下古生界海相页岩微孔类型与分布、孔隙定量表征进行研究,并探讨页岩中微观储集空间的成因及影响因素。结果表明:下古生界页岩微观储集空间分为矿物基质孔、有机孔和微裂缝3大类,并可进一步细分为9种类型;龙马溪组页岩主要发育有机质孔和黏土矿物层间孔,五峰组页岩主要发育有机质孔和溶蚀孔、缝,九老洞组页岩有机质孔极少,多见溶蚀孔、缝;下古生界3套页岩孔隙类型与分布特征的差异与矿物组成、有机质丰度和成岩演化作用有关;龙马溪组底部页岩微孔发育,比表面积大,为页岩气的吸附提供大量储集空间,是有利的页岩储层发育段。     

陆相与海相页岩水相润湿渗吸特征

针对鄂尔多斯盆地延长组陆相页岩和四川盆地龙马溪组海相页岩开发现状,研究了不同沉积环境下各层位页岩水相作用特征。实验选取了西北地区富页、延页和云页等页岩气探井岩心,对比涪陵气田焦石地区钻井岩心,进行了矿物组分分析、自然孔隙观察和岩石力学测试,探索了页岩表面水相接触角和基质自发渗吸。实验结果表明：陆相页岩黏土矿物含量更高,易水敏导致储层伤害;涪陵地区海相页岩气储层基质较为致密,裂隙形态简单,填充物少,微裂隙和微孔隙较陆相延长组发育更充分;脆性矿物含量高导致涪陵地区页岩杨氏模量和泊松比较大,利于提高改造体积和裂缝复杂度;页岩表面表现为强亲水性,不同层位页岩水相润湿性存在差异,不同类型表面活性剂对页岩润湿性作用效果不同;通过调整减阻剂、粘土稳定剂和表活剂能够促进水相对页岩基质的浸润。研究可见不同层位页岩与水相作用差异明显,需研究开发具有针对性液体体系。     

页岩气储层压裂水平井非线性渗流模型

水平井+体积压裂技术已经成为目前高效高速开发页岩气藏的主要技术手段。针对页岩储层存在的吸附扩散效应和应力敏感效应以及流体的滑脱效应和高速紊流效应,建立了水平井多级压裂复合渗流模型,并获得了其在Laplace空间的解析解;通过Stefest数值反演和Duhamel原理,得到了考虑井筒储集效应和表皮效应影响下的实空间无因次产量模型,从而绘制了无因次产能模型图版并进行了产能影响因素敏感性分析。根据实践应用结果显示,模型能够预测水平井产量并具有更高的预测精度。研究结果表明:页岩气藏压裂水平井产能可划分为三个渗流区域和五个流动阶段,前期由裂缝线性流占主导地位,产量高但递减速度快;中期由天然裂缝供气,是处于基质和裂缝供气的过渡阶段;后期由基质线性流占主导地位,产量低但递减缓慢。启动压力梯度对水平井前期产量影响较大,而储层应力敏感性对后期产量影响较大。模型为认识体积压裂水平井复杂渗流规律、预测页岩气藏压裂水平井产能、评价压裂效果以及优化水平井压裂参数提供了有效的科学依据和理论支撑。     

四川盆地J区块五峰组页岩储层及吸附气特征研究

中国页岩气资源丰富,借助美国页岩气勘探开发经验,中石油、中石化两大石油巨头在四川盆地率先取得突破,中石化在J区块已建成10×108m3/年页岩气产能。为深化认识J区块五峰组页岩储层特征与吸附气特征,通过岩心显微图像、CT扫描和3D FIB图像观察、矿物成分分析、压汞测试、解吸气和吸附气量测量实验及测录井资料进行分析研究。结果表明,页岩代表岩性为灰黑色富含有机质硅质炭质页岩,黏土矿物以伊蒙混层(I/S)为主,脆性矿物以石英、长石为主,含量介于67.5%~85.0%;孔隙度分布在2.0%~7.1%之间,水平渗透率介于0.005~0.545 m D,孔喉半径主要集中分布于4~16 nm;TOC介于1.3%~5.9%,Ro介于2.2%~2.8%;页岩解析气量不低于3.0 m3/t,甲烷饱和吸附体积为2.77 m3/t,总解析气以吸附为主,散失气校正量偏小。研究结果为今后在四川盆地及中上扬子地区寻找页岩气勘探有利区块提供了借鉴。     

黔北地区牛蹄塘组页岩储层裂缝特征

以黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩储层为研究对象,通过岩心、薄片、场发射扫描电镜和测试分析等手段,对牛蹄塘组页岩储层裂缝发育特征和主控因素进行了分析.结果表明:研究区牛蹄塘组页岩岩心裂缝以构造裂缝为主,包括高角度剪性裂缝、高角度张性裂缝、低角度滑脱缝,岩心裂缝充填程度较高,以方解石充填为主;镜下微观裂缝以非构造缝为主,包括层间缝、粒内缝和粒间缝.微裂缝的发育对页岩气藏丰度、页岩气井单井产能都有积极贡献.同时,对裂缝发育的主控因素研究发现,构造因素是裂缝发育最主要的控制因素.此外,同一构造背景下受不同岩性、岩石力学性质、矿物组成、有机质含量等因素影响,裂缝发育程度和性质也存在差异.其中总有机碳(total organic carbon,TOC)含量与裂缝发育程度并非单一的线性关系,当TOC过高时(6％～8％),裂缝发育程度明显降低;具有高弹性模量、低抗拉强度的碳质页岩,在区域应力作用下更易形成构造裂缝.     

渝东南武隆地区龙马溪组页岩孔裂隙特征研究

为明确渝东南武隆地区龙马溪组页岩孔裂隙发育特征,利用岩芯观察、氩离子抛光扫描电镜分析、低温氮气吸附脱附实验等方法,结合图像分析技术和分形几何理论,对LY-1井龙马溪组页岩孔隙结构及分形特征进行了研究。结果表明,武隆地区龙马溪组页岩宏观裂隙以层间页理缝和成岩收缩缝为主,扫描电镜下可见粒内孔、粒间孔及有机质孔,有机质孔最为发育,孔径几纳米到几十纳米;低温N₂吸附实验结果显示龙马溪组页岩存在3类优势孔径,I类优势孔径分布在1.0~1.5 nm,表明微孔是该区主要的孔隙之一,Ⅱ、Ⅲ类优势孔径分别分布在2.5~3.5 nm、5.0~18.0 nm,孔径>4.0 nm时曲线分维值与TOC、脆性矿物含量及含气量呈负相关性,与黏土矿物呈正相关性。研究认为,有机质孔为页岩气富集提供了最主要的空间,黏土矿物发育复杂结构的孔隙对气体赋存具有一定贡献。     

川南长宁地区龙马溪组页岩裂缝发育特征

四川盆地南部下志留统龙马溪组黑色页岩广泛发育,通过对川南长宁地区龙马溪组页岩的系统观察、分析,发现该地区龙马溪组裂缝非常发育,并且多为中-高角度缝,裂缝的展布规律在不同的构造部位差别较大,同一地点的不同层段裂缝的发育特征也有所不同。根据川南地区区域构造背景、构造应力场及长宁构造几何学特征初步分析,控制长宁地区裂缝发育的主要因素为多期复合、联合的构造应力场和构造部位,岩石中脆性矿物的含量也是影响因素之一。长宁地区龙马溪组页岩裂缝发育特征的研究对于日后该地区页岩气的勘探开发具有借鉴意义。     

南川区块五峰-龙马溪组页岩气储层测井评价方法

本文以常规测井资料为基础,以数理模型和相关性分析为主要手段,开展页岩气储层测井评价。研究以南川区块页岩气为例,考虑超压-常压等地质背景差异影响,首次分构造类型(背斜及斜坡带)分别建立测井解释模型;考虑到黄铁矿等导电矿物对电阻率饱和度法的不利影响,采用非电法饱和度模型。文中系统建立了包括页岩矿物组分、有机碳含量、孔隙度、含气饱和度、吸附气含量、游离气含量、总含气量及脆性矿物组分测井解释模型。通过与实验分析数据对比及实际井处理解释,验证了模型的准确性及方法的实用性,正在气田内推广和使用。