页岩气藏缝网形成影响机理研究

页岩气开发对我国能源保障具有重要的现实意义,页岩气开发的关键在于通过体积压裂形成复杂裂缝网络,从而提高页岩气的流通能力。国内对缝网形成机理研究较少,在文献调研基础上,系统分析了缝网形成影响机理:建立了岩石脆性判断准则,得出脆性指数大于40,储层适合体积压裂;分析了天然裂缝、地应力和诱导应力对缝网的影响,得出诱导应力有利于缝网形成,确定了天然裂缝张开后的走向及力学条件;建立了转向半径计算模型,得出泊松比和水平主应力差大于临界值时,难于形成缝网。研究结果为页岩储层体积压裂、判断缝网形成提供了参考和借鉴作用。     

页岩气储层岩石物理性质

在查阅国内外文献的基础上,介绍了页岩气储层评价标准,概括了页岩矿物组成研究方法及测井响应特征,详细分析了页岩气储层岩石物理性质,给出了页岩孔隙度计算公式,提出了页岩气赋存流动新模型及运动机理,并给出了页岩脆性计算方法,将页岩划分为脆性页岩和塑性页岩,为水力压裂设计提供依据.     

页岩气储层水力压裂机理研究

水平井分段压裂技术是现阶段页岩气成功开发的关键技术,并逐渐形成了一系列以实现"体积改造"为目的的页岩气压裂技术,其"体积改造"的理念颠覆了经典水力压裂理论,是现代非常规储层压裂理论发展的基础。到目前为止,页岩气储层水力压裂缝网形成与扩展机理等基础理论还不完善;通过室内大型真三轴水力压裂物理模拟实验,在室内模拟出含裂缝的页岩地层,研究了裂缝性地层水力压裂过程中天然裂缝对水力裂缝扩展的影响;并分析了水力裂缝在该类型地层中的扩展模式及其影响因素。     

鄂尔多斯盆地富县页岩气缝网压裂适应性研究

页岩气开发是近几年国内外研究的热点,缝网压裂是目前页岩气开发的主要技术手段。文章对比分析了美国页岩气与富县延长组页岩气成藏条件,认为鄂尔多斯盆地富县区块延长组长7段具有页岩气开发的潜力。进行了富县与美国各大盆地岩石矿物组成对比分析研究,分析了石英、长石、粘土矿物等组分对缝网形成条件的影响,确定富县区块延长组长7段储层进行缝网压裂的可行性。通过杨氏模量和泊松比计算出长7段页岩脆性范围为54.3%-67.4%,对比结果表明富县延长组长7段页岩使用缝网压裂能够形成较为复杂的网状裂缝;在此基础上,针对富县区块延长组长7段的储层特征提出了缝网压裂的初步方案,即使用低粘度压裂液和低密度支撑剂,大液量、大排量、小粒径和低砂比的压裂工艺,在页岩中形成大规模的裂缝网络,提高油气动用程度,扩大可采储量,对富县区块延长组长7段页岩气改造具有一定的指导意义。     

页岩气储层水力裂缝网络的延伸规律

为了深入认识页岩气储层水力压裂裂缝的延伸规律及裂缝网络形成条件,通过建立页岩气储层水力裂缝延伸的二维模型,分析地应力差异系数、天然裂缝及层理面等因素对水力裂缝延伸方向的影响规律,并对页岩储层水力裂缝网络的形成机制进行研究.研究结果表明:水力裂缝在层理面内转向、分岔及沟通天然裂缝是形成裂缝网络的关键,层理面和天然裂缝逼近角和地应力差异系数需在一定临界组合条件下才形成裂缝网络,偏离该条件均形成单一裂缝;最大水平主应力方向与页岩的层理面和开度较好的天然裂缝之间的逼近角呈大角度时,更有利于形成裂缝网络.     

鄂尔多斯长7致密砂岩储层体积压裂可行性评价

从储层岩石矿物组分、岩石脆性指数、天然裂缝发育状况以及体积压裂所需地应力条件4个方面分析了鄂尔多斯盆地长7致密砂岩储层实施体积压裂的可行性。结果表明:鄂尔多斯长7储层岩石石英质量分数为40.3%,脆性指数为35%~50%;储层微裂缝发育概率在60%左右,裂缝密度为3条/10 m,天然裂缝及水平层理较发育;水平两向主应力差为4~5 MPa,均可满足实现体积压裂复杂形态裂缝扩展的条件。体积压裂井试采效果表明,体积压裂后可形成一定程度复杂缝网。水平井体积压裂技术可成为该储层高效开发的重要措施。     

页岩储层压裂缝成网延伸的受控因素分析

压裂实践表明,页岩储层的水力裂缝呈现出非平面、多分支的复杂延伸模式,这与传统压裂理论认为的对称平面双翼裂缝从形成机理上存在本质的区别。基于室内实验、矿场压裂实践、理论分析和数值模拟等研究成果,系统分析了页岩储层压裂缝成网延伸的受控因素。研究表明:页岩储层的裂缝延伸形态受到地质因素和工程因素的双重作用,从储层地质属性上看,岩石的脆性矿物含量越高、岩石的力学弹性特征越强、水平应力差越小以及天然裂缝越发育,越有利于压裂缝的成网延伸与扩展;从压裂作业的工程条件上来说,施工净压力越高、压裂液流体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。该研究对认识页岩储层缝网扩展机理以及提高页岩储层压裂设计的科学性具有重要的理论价值和现实意义。     

凤冈地区构造特征与页岩储层裂缝研究

裂缝发育程度是页岩气勘探和压裂开采的主要考虑因素之一;而裂缝的形成与构造特征密切关联。在对凤冈地区构造特征分析的基础上,对凤冈地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩的裂缝特征和主控因素进行了研究。认为凤冈地区褶皱、断裂发育,褶皱样式以隔槽式为主,具有典型的侏罗山式褶皱组合特点。区内多条断裂相互切割,具有亚扭性特征;牛蹄塘组黑色页岩中的裂缝以构造裂缝为主,且水平裂缝和低角度裂缝所占比例大,裂缝为局部充填或者全充填;页岩中的脆性矿物所占比例高,易于形成天然裂缝和人工压裂裂缝,提高页岩后期水力压裂效应的有效性,同时提高了页岩储层的渗透性。     

建南气田页岩储层可压性评价方法研究

页岩气勘探开发技术在北美地区海相地层中已经比较成熟,主要形成了页岩气缝网体积压裂形成的判断条件、减阻水大型加砂分段压裂工艺技术、裂缝实时监测技术,实现了储层的有效动用。而建南地区页岩气的沉积类型、矿物组分及流体特征与国外存在一定的差异,因此通过开展岩石力学试验,对页岩气的可压性进行了研究,根据建南地区陆相页岩储层的岩石矿物组分特征,结合室内静态岩石力学试验及地应力大小测试,计算脆性指数和应力各向异性,综合评价页岩储层的可压性。     

一种页岩气远井地层可压性简易评价方法及其应用

可压性是页岩体积压裂设计和效果评价的关键参数,反映了在现有工艺技术条件下,页岩气储层能够被压开并形成具有一定规模的复杂网络裂缝的能力。现有可压性指数评价方法主要以实验数据或测井评价等静态资料为依据,考虑的可压性影响因素各有差异,导致评价效果不理想。通过对施工参数进行等效折算、归一化处理后,建立了远井地层可压性指数的计算方法;将远井可压性指数计算结果与远井脆性指数计算结果,与无量纲归一化处理后的自然伽马和密度进行交汇,实现了对页岩的可压性参数条件的定量化评价。应用结果表明,远井可压性指数、脆性指数与停泵压力具有负相关性;同时具备较高的远井脆性和可压性的参数条件为:自然伽马值216~303API、密度值2.56~2.61 g/cm3。根据此条件评价的压裂段可压性指数越高,对应的微地震监测解释裂缝体积越大,改造效果越好。由此说明方法方便、准确,可为后续压裂井选段分簇和工艺参数设计提供指导。     

涪陵地区五峰-龙马溪组页岩气储层裂缝特征及其控制因素

黑色含炭富泥硅质页岩作为页岩气储层的优质岩相在中国南方广泛分布,尤其是奥陶系五峰组和志留系龙马溪组黑色页岩在部分地区已经实现了工业化开采。页岩低孔隙度、低渗透率的特征决定了天然裂缝和压裂改造产生的诱导裂缝对于实现增产至关重要。通过对涪陵地区五峰-龙马溪组典型钻井的测井资料进行分析、对岩芯裂缝特征观察,结合薄片的镜下观察,探讨了天然裂缝的发育机制、控制因素以及对诱导裂缝的影响,总结了涪陵地区页岩储层裂缝发育模式与北美地区以及周缘地区的差异,以及该模式在区域尺度、宏观与微观尺度对于页岩气渗流储集的影响。结果表明,该地区的页岩气聚集成藏模式为北美典型模式与受构造作用影响的气藏模式所结合的复合模式。在储层裂缝发育的前提下,封闭成藏、构造高点的特征不可忽视。该模式对于在构造变形强烈的中国南方地区进行页岩气勘探具有指导意义。     

中美页岩气储层条件对比

北美页岩气开发已获得了巨大成功,而中国页岩气开发还处于起步阶段,对比分析中美页岩气储层条件,指
导中国页岩气高效开发意义重大。从页岩气的成藏条件、储层特征和储层评价因素３个方面进行了详细对比分析,
结果认为：中国成藏条件更复杂,储层埋藏深、温度高、热成熟度高、厚度低;中国页岩矿物组成更复杂,黏土矿物以
伊/蒙混层和伊利石居多,以微粒运移性的黏土矿物为主;石英含量更高,脆性指数更大,更有利于压裂改造;中国储层
评价因素更复杂,要从有机碳含量、有机质成熟度、干酪根类型、储层有效厚度和岩石学特征等多个方面进行评价。总
之,从储层条件的角度对比情况来看,中国（尤其是四川盆地）页岩气藏已具备规模化开发条件。     

川南泸州区块五峰-龙马溪组现今地应力特征与页岩气开发

川南泸州区块是中国重要的页岩气产区,其内五峰-龙马溪组页岩气资源丰富,勘探-开发潜力巨大。现今地应力在页岩气运移与富集规律分析、钻完井工程、储层压裂改造以及井网部署等方面均具有重要应用。分析泸州区块五峰-龙马溪组深层页岩气储层现今地应力状态,并探讨在其影响下的天然裂缝活动性与压裂裂缝扩展。结果表明:五峰-龙马溪组页岩气储层现今地应力方向呈现WNW-ESE的优势方位;现今地应力值大小为:水平最大主应力最大、垂向主应力居中、水平最小主应力最小,指示走滑型地应力机制。五峰组和龙一₁¹小层水平主应力差分别介于11.90～15.76 MPa和11.80～16.75 MPa范围内,具备形成复杂压裂缝网的地应力条件。在现今地应力条件下,川南泸州区块五峰-龙马溪组页岩气储层天然裂缝不活动,随着开发流体的注入,天然裂缝逐渐活化,其压力增量的临界值为15～23 MPa;压裂后主要形成垂向延伸的裂缝系统。研究成果可为川南泸州区块深层页岩气效益开发提供现今地应力分析的基础与科学依据。     

致密砂岩与页岩压裂缝网形成能力对比评价

压裂裂缝网络形成的程度,是能否实现致密油藏经济有效的开采的首要因素。针对长庆油田长7致密砂岩油藏储层,采用了页岩用的裂缝网络形成的评价方法,结合声发射仪器,对比了长7致密砂岩与页岩2种岩心压裂后形成缝网的能力。通过实验可以看出,致密砂岩压后呈现为简单的平面主裂缝特征,而页岩均呈现无主裂缝的无规则散布特征;岩石脆性并不是影响致密砂岩形成缝网的主要因素;在无水平地应力差或水平地应力差较小的情况下,长7致密砂岩油藏储层能够形成一定程度的复杂裂缝;天然裂缝系统的发育程度也是长7致密砂岩油藏体积压裂形成缝网的关键因素。     

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。     

渝东南下志留统龙马溪组页岩矿物成分及脆性特征实验研究

水力压裂作业已被公认为实现页岩气工业开采的关键技术,压裂方案的设计离不开地层脆性特征分析。本文选取了渝东南龙马溪组露头页岩,从脆性角度对其压裂可行性进行了实验研究。结果显示：该区域页岩具有层理发育,致密、低孔、低渗等特点,具有储层改造的必要性;从矿物组分结果来看,龙马溪组页岩石英、碳酸盐等脆性矿物含量高,在49%-65%范围变化,平均含量为57%,粘土矿物含量低,同时不含强水化膨胀性的高岭土和蒙脱石;在此基础上,利用矿物成分及动态弹性参数计算得到的页岩脆性系数在49%-77%范围变化,平均值在57%以上,显示该地层脆性较好;与北美成功开采的储层数据对比,渝东南龙马溪组地层更适合压裂作业。根据北美页岩压裂实践经验,建议本区块页岩压裂设计中考虑到岩石脆性,选择液体用量多、支撑剂浓度低、支撑剂用量少的压裂液。     

页岩气藏压裂数值模拟敏感参数分析

针对页岩气藏压裂形成复杂裂缝网络后,单一的裂缝描述方法不再适用的问题,采用Eclipse 软件中的页岩 气模型,建立了一种“等效方法”,将页岩气有效改造体积表征为“主裂缝+ 网络裂缝渗透率”,代替“主裂缝+ 次裂 缝”的模拟方法,两种方法产量和长期压力驱替是等效的,解决了手工划分网格工作量大、计算速度慢的问题。运用 Plackett-Burman 型线性试验设计方法,对水力裂缝参数和储层参数进行敏感性排序,结果表明：水力裂缝参数中,压裂 纵向改造程度、网络裂缝渗透率和有效改造体积对产量影响最敏感,储层参数对产量影响敏感程度由强到弱为：地层 压力系数、总含气量、储层有效厚度、吸附气比例、井底流压、基质渗透率。为页岩气压裂选井选层和压裂设计方案优 化提供了依据。     

延长陆相页岩气水平井体积压裂新进展及其应用

页岩气是常规油气的重要接替资源,是一个新的资源领域,开采寿命和生产周期较长,可以提高延长石油集团等油气资源企业的服务年限,实现相对较高的经济价值。根据国内外页岩气勘探开发经验,水平井采用体积压裂技术进行压裂施工。鄂尔多斯盆地延长组陆相页岩储层岩相变化快、脆性矿物含量低、泥质含量高、物性差。比国内外海相页岩气井压裂施工难度更大,本文根据该区储层地质特点,对延长陆相页岩气水平井体积压裂技术进行了研究,形成了适合延长陆相页岩气水平井的体积压裂技术,并进行了现场应用,取得了较好的改造效果。为延长陆相页岩气的高效压裂奠定了基础,有望形成具有指导意义和推广价值的陆相页岩气水平井体积压裂技术,最终在延长石油集团非常规油气领域推广,促进延长非常规油气产业快速发展。     

含水富有机质页岩重复升温热激增渗实验

水力压裂可提高页岩气井产量,但改造尺度多集中于毫米级裂缝,难以沟通微纳孔隙和天然微裂缝,且压后大量压裂液滞留易形成水相圈闭损害,阻碍气体多尺度传输.选取四川盆地下志留统龙马溪组富有机质页岩,模拟水力压裂后页岩储层热处理,开展了加热速率为5 ℃/min干燥页岩重复升温与加热速率为10 ℃/min含水页岩重复升温热激实验,...     

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。