考虑层理效应的页岩压裂模拟全耦合黏结单元法

页岩水力压裂技术是目前最常用的储层改造技术。页岩中存在具有方向性的不连续结构面,使其具有较为明显的层理效应,主要体现为页岩的横观各向同性。为了在水力压裂中反映层理效应,在考虑层理效应的粘结单元方法(CFEM)基础上,考虑了力学场和渗流场的相互作用,推导了界面单元全流固耦合方程。最后,通过水力压裂试验结果与模拟计算结果的对比,展现在不同地应力条件下页岩层理性对水力裂纹扩展的影响作用。在应用该方法时可以根据给定层理方向,模型自动将与层理平行(或近于平行)的粘结面转化为层面界面,而且在整个模拟过程中,不需要引入额外断裂准则,也不需要网格修正,为页岩水压致裂问题的数值模拟提供了新途径。     

上扬子地区下志留统龙马溪组页岩气成藏条件及有利区预测

上扬子地区下志留统龙马溪组页岩气具有较好的勘探前景。早志留世龙马溪期为浅水-深水陆棚沉积环境,笔石页岩尤为发育。利用最新的钻井资料以及野外露头等样品的分析测试资料,以龙马溪组富有机质页岩分布特征、有机地球化学特征、储集条件、保存条件及页岩含气性等为重点,研究龙马溪组页岩气的成藏条件与资源潜力。研究表明上扬子地区下志留统龙马溪组页岩底界深度2 000~8 000 m(一般在4 500 m以内),分布广泛,连续沉积厚度大(一般在50~500 m);机碳含量较高(0.15%~12.5%),有机质类型为Ⅰ-Ⅱ1型,有机质成熟度达到高-过成熟阶段;富有机质页岩脆性矿物含量高,储层空间丰富;多处勘探井中龙马溪组显示气测异常。综合研究认为宜宾-习水-正安一带和彭水-咸丰-鹤峰一带是研究区最有利勘探区带。     

齐家-古龙凹陷青一段页岩气有利区预测及资源潜力评价

运用体积法对齐家-古龙凹陷青一段页岩气进行资源潜力评价。对目的层泥页岩的各项地球化学指标、泥页岩含气特征进行分析,总体评价目的层泥页岩含气性。利用改进后的ΔlgR测井识别技术对目标层位进行TOC非均质性评价,得到齐家-古龙凹陷内59口井的连续计算TOC值,继而依据TOC与含气量的关系,预测目的层含气量,在确定体积法其他相关参数后,参照页岩气有利区划分标准划分出齐家-古龙凹陷青一段页岩气有利区并计算有利区内页岩气资源量。通过对相关资料的整理分析预测可知:齐家-古龙凹陷泥页岩发育,有机质丰度高,类型好,页岩气有利区主要集中于古龙凹陷,面积约为840 km2,地层厚度大,成熟度高,地质资源量约为3 960.71×108m3,具有较好的页岩气勘探前景。     

油页岩层岩性特征及地应力与套损关系研究

在油田开发过程中,套管损坏的研究是一个重要问题。油页岩层是发生大面积套损的主要岩层。研究该岩层套损发生机理及影响因素显得尤为重要。通过开展油页岩层的岩性研究、岩体地应力方向研究,并应用测井解释成果确定套管损坏方位,指出了套损与地应力的关系并阐明了油页岩层的套管损坏机理。研究结果为油页岩部位套损井治理及预防提供了理论上的参考依据。     

页岩储层非稳态渗透率测试方法综述

为了研究页岩储层非稳态渗透率测试方法,对国内外脉冲衰减法和压汞法相关文献进行了广泛深入地调研。详细阐述了岩芯柱脉冲衰减法、岩屑脉冲衰减法、脱气法三种脉冲衰减渗透率测试方法的实验原理、数学处理方法、影响因素、适用条件和存在的问题。针对压汞法,给出了基于不同理论的预测模型。研究结果表明：岩芯柱脉冲衰减法具备较高的测试效率和精度,能够测试不同围压条件下的储层渗透率,为页岩储层原始条件下的渗透率测试和应力敏感性研究提供了有效手段;岩芯柱脉冲衰减法对实验仪器和样品制备要求严格,适用于室内对页岩等致密储层进行精密的渗透率测试,且数学处理上还需要进一步的研究,以区分基质和天然裂缝的作用。岩屑脉冲衰减法不受样品形状限制,缩小了样品测试尺寸,理论上能够避免天然裂缝的影响,为页岩储层基质渗透率测试提供有效手段。脱气法和压汞法精度相对较低,测试结果可作为参考数据。     

龙马溪组页岩应力敏感性实验评价

X射线衍射和全应力-应变结果表明龙马溪组页岩具有明显的硬脆性特征,破裂前曲线均呈现明显的线弹性变形。在5 MPa和10 MPa围压下,平行层理方向与垂直层理方向岩芯力学性质表现明显不同,平行层理方向的微裂缝由于受到张力作用而导致页岩突然破裂而完全失去承载能力;当围压达到20 MPa时,由于层理微裂缝的闭合,页岩的力学性质表现相似。氮气脉冲压力延迟测试结果表明:平行层理方向取芯页岩的应力敏感性更强,当有效应力增至10 MPa时,垂直层理方向岩芯渗透率下降1~2个数量级,而平行于页岩层理方向岩芯渗透率下降2~3个数量级;方解石充填的天然裂缝可提高岩芯整体渗透率2~3个数量级,且闭合型页岩天然裂缝应力敏感性强于张开型天然裂缝岩芯。     

南堡凹陷泥页岩孔裂隙特征及影响因素分析

为了更好地评价南堡凹陷页岩油气资源潜力,综合运用地质、地球物理资料,通过岩心及薄片观察、扫描电镜观察、X衍射矿物分析等实验方法,对南堡凹陷泥页岩储层孔裂隙特征及影响因素进行了研究。研究表明,泥页岩储层发育的裂缝分为四种类型:构造缝、异常压力缝、成岩收缩缝和层间微裂缝,其中以高角度构造裂缝为主。孔隙结构复杂,组合形式多样,孔隙类型包括:有机质孔隙、粒间孔、粒内孔。影响泥岩裂缝形成的机制主要有四个方面,即沉积作用、构造运动、地层超压和成岩作用。其中构造运动控制裂缝的发育数量和展布,是南堡1号、2号和5号构造带以及高柳地区泥页岩裂缝发育的主控因素。     

沧东凹陷孔二段泥页岩特征及页岩油勘探潜力

沧东凹陷孔二段泥页岩具有有机质丰度高、热演化程度适中、厚度大、脆性矿物含量高的特点,页岩油勘探开发潜力巨大;但泥页岩非均质性较强,准确评价页岩油储层含油性和脆性的难度较大。综合岩心描述、镜下薄片观察、X射线衍射全岩矿物分析技术和热解分析,明确了孔二段泥页岩的矿物组成、沉积构造类型以及有机质丰度等沉积特征,并在此基础之上划分了岩相类型。研究表明,孔二段泥页岩的矿物成分主要为石英、斜长石、白云石和黏土矿物,黑色纹层状泥岩相、深灰色层状泥岩相、深灰色层状云质泥岩相、灰褐色层状泥质云岩和棕褐色块状白云岩是研究区主要的五种岩相类型;不同岩相有机质丰度存在较大差异,其中黑色纹层状泥岩有机质丰度最高,其次是棕褐色块状白云岩和灰褐色层状泥质云岩,深灰色层状泥岩与深灰色层状云质泥岩有机质丰度最低。     

三向应力状态下层理性泥页岩地层井壁稳定性研究

层理性泥页岩地层钻进过程中,极易发生井壁失稳问题,严重影响了钻井作业效率,增加了勘探开发的成本。探索了层理性泥页岩地层的井壁失稳机理,开展了考虑钻井液作用下层理性泥页岩地层在真实三向应力状态下的井壁稳定性预测模型研究。研究表明:忽略中间主应力的影响不能准确预测层理性泥页岩地层坍塌的风险;钻井液滤液沿层理面的渗流会降低层理面的黏聚力和内摩擦角;并随时间的变化显现出快速降低和平缓降低两个阶段;改进的层理性泥页岩地层井壁稳定性分析模型能够真实反映地应力状态和井壁岩石的力学特性,现场应用表明其能够比较准确的预测层理性泥页岩地层的井壁稳定性。     

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。