基于灰度关联法的陆相页岩脆性评价新方法

利用RTR-1000岩石三轴测试系统和X射线衍射仪对鄂尔多斯盆地南部长7陆相页岩10块岩心进行力学性质和矿物组分测试,采用灰度关联法确定影响页岩脆性的主要矿物及其在脆性评价时所占的权重。在此基础上,提出一种新的结合页岩矿物组分和其脆性影响系数的脆性评价方法,并利用该方法对W区块L井页岩层段进行脆性评价,指导该井压裂设计。结果表明,W区块陆相页岩中含量较高的主要矿物为长石、石英、伊利石、白云石、透辉石、绿泥石、菱铁矿7种矿物,其在脆性评价中所占权重依次为0. 136、0. 117、0. 138、0. 173、0. 145、0. 136、0. 157,权重相差不超过0. 06,说明该区块页岩脆性评价时7种矿物对脆性的贡献均应考虑;新的脆性评价模型可快速建立页岩储层脆性指数剖面,优选出高脆性段,为储层压裂施工提供一定依据。     

基于能量耗散的页岩脆性特征

针对脆性矿物含量作为页岩脆性评价标准时不能反映不同力学背景下脆性变化的局限性,基于单轴和三轴压缩时页岩的全过程应力-应变曲线,通过能量释放与耗散定义能综合反映岩石破坏前后力学特征的脆性指数和评价指标,并对不同围压下的脆性特征进行评价。研究结果表明:建议的脆性表征方法能同时反映岩石脆性破坏的难易程度和脆性的强弱,可深入分析脆性破坏的实质,评价不同力学背景下的脆性变化特征。页岩峰后稳定破坏所消耗的破裂能越小、剩余能越大,其破裂指数越大,脆性指数越小,脆性越强;反之,其破裂指数越小,脆性指数越大,脆性减弱而延性增强;建议的评价指标均从不同角度反映了页岩脆性特征,可用来对其进行脆性评价。一定围压范围内,随着围压的升高,页岩脆性减弱,破坏后岩块数不断减少,碎裂较不完全,其破坏机制依次为张拉破坏、张-剪破坏和剪切破坏,并呈现出脆性机制向延性机制转变的趋势。     

基于测井资料定量表征页岩储层非均质性

为了解决页岩储层非均质性影响因素多以及难以综合定量表征页岩储层非均质性的问题,基于洛伦兹曲线理论计算页岩宏观非均质性的总有机碳含量、微观非均质性的矿物组分和有效孔隙度以及岩石力学参数非均质性的杨氏模量和泊松比等影响因素的洛伦兹系数,结合运用层次分析法确定影响因素权重,建立综合定量表征页岩储层非均质性方法。研究表明:该方法表征结果与预测布缝方式和压裂施工曲线吻合较好。该方法为页岩储层非均质性表征提供了一种思路,同时对威远地区压前预测和压后评价具有一定参考价值。     

试论长英质颗粒对湖相泥页岩脆性的控制条件

泥页岩的脆性是评价页岩油气开发潜力的重要指标,一般认为长英质颗粒含量与泥页岩的脆性指数具有正相关性。在渤南洼陷沙一段泥页岩矿物成分特征分析的基础上,利用三轴实验系统测试泥页岩的弹性模量与泊松比,计算泥页岩脆性指数,并分析泥页岩矿物成分与脆性指数之间的对应关系。结果表明:碳酸盐矿物含量与泥页岩的脆性指数呈正相关,而长英质矿物含量则与脆性指数基本不相关,这与常规认识有很大不同;长英质含量作为泥页岩的脆性指标是有条件的,研究区沙一段处于中成岩A期,成岩作用比较弱,泥页岩的固结程度差,陆源沉积物质之间的黏结程度低,造成长英质矿物含量与脆性指数不相关;从成岩作用过程的角度推测泥页岩在中成岩B期是长英质颗粒与脆性指数由不相关转为正相关的过渡阶段,因此较强的成岩作用是提高湖相泥页岩脆性的关键因素之一。     

基于细观处理的矿物含量和分布对页岩脆性的影响——以鄂尔多斯盆地延长组7段页岩为例

页岩的脆性研究涉及多尺度,为从细观尺度揭示矿物组分含量和分布形式对页岩脆性的影响规律,对页岩矿物组分进行细观处理并分类,应用COMSOL有限元分析软件,建立页岩细观数值模型,通过模拟加载围压和轴压处理为平面应力问题,并结合室内力学实验,从细观尺度对页岩脆性破坏机理进行探究。结果表明：①页岩受力后沿层理方向分布的次生微裂隙群不断发生挤压、起裂、扩张、贯通,最终导致宏观上的脆性损伤破坏;②碎屑矿物、碳酸盐岩矿物含量增加显著增强页岩的脆性,黏土矿物含量增加弱化了页岩的脆性;③矿物呈斜带状或块状分布时,不同矿物之间弱接触面上出现了明显的应力突变,当矿物呈无序随机分布时,应力集中区域呈零散分布。研究结果从宏-细观尺度明确了影响页岩发生脆性破坏的关键因素,为遴选射孔改造层段和设计储层压裂规模提供了理论依据。     

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。     

二氧化碳对页岩力学性质劣化规律的影响

针对目前缺少不同相态CO_2对页岩微观结构及力学参数影响规律研究的现状,通过室内岩石-压裂液浸泡测试系统,对不同相态CO_2浸泡后岩石矿物组分、微观结构及力学参数进行了测试。研究结果表明:液态、超临界态CO_2相比较滑溜水对矿物颗粒微观结构的影响更为明显,矿物颗粒之间的孔隙增大4%～15%,易导致页岩宏观力学性质受到劣化影响;不同介质浸泡后页岩力学参数劣化受影响程度排序为:抗拉强度泊松比峰值强度弹性模量,滑溜水浸泡后页岩脆性特征变化不明显,而液态、超临界态CO_2浸泡后页岩脆性增强40%～50%。液态CO_2有利于改善岩石微观孔隙和降低岩石抗拉强度,超临界态CO_2有利于提高微孔隙/裂隙穿透性,提高岩石脆性和降低破裂压力。研究结果为页岩气CO_2干法压裂工艺优化提供了一定的实验支撑和理论依据。     

四川盆地东缘石柱地区五峰-龙马溪组页岩矿物组分及含气性特征

四川盆地东缘石柱地区上奥陶-下志留统五峰-龙马溪组自下而上由钙质泥岩、黑色硅质页岩、黑色粉砂岩、黑色粉砂质页岩、黑色页岩、黑色粉砂质页岩、灰黑色泥岩、粉砂质泥岩、泥岩和粉砂质泥岩10个岩性段组成.对采自露头的富有机质页岩通过显微鉴定、扫描电镜分析和X-射线衍射进行了矿物组分定量研究和粒度特征分析.页岩中陆源碎屑矿物主要为石英、钠长石和白云母;自生矿物主要为石英、方解石、白云石、黄铁矿、伊利石和绿泥石等.剖面底部的硅质页岩为主要含气层段,石英是该层段的主要矿物.石英质量分数自底部向上逐步降低,和有机碳质量分数呈正相关关系;黏土质量分数和石英质量分数有相反的变化趋势.页岩中较高的脆性矿物质量分数提供了页岩气的储存空间,生物成因石英质量分数高的页岩有利于有机质富集.     

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。     

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。     

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。     

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。     

页岩敏感性损害评价方法及损害机理

以鄂尔多斯盆地下寺湾地区延长组长7页岩为研究对象,在分析研究区脆性矿物、黏土矿物、孔隙结构等参数基础上,结合目前的行业标准SY/T 5358—2010"储层敏感性流动实验评价方法",建立改善的页岩敏感性损害评价方法,采用压力脉冲衰减法测试页岩敏感性损害前后的渗透率,利用核磁共振仪测试不同流体对页岩孔喉分布和岩相变化影响,揭示页岩敏感性损害微观机理。研究结果表明:长7页岩黏土矿物以伊/蒙间层为主,其次为伊利石,孔喉分布以双峰态为主,孔径一般小于50 nm;具有弱~中等偏弱的水敏和碱敏等损害程度,页岩敏感性损害后纳米级孔喉变化是其敏感性损害的本质原因。水敏损害后页岩孔隙度降低,主要为宏孔、介孔减少,微孔几乎不变;酸敏损害后页岩不同级别的孔隙均减少;碱敏损害后页岩宏孔减少,微孔和介孔增加。     

四川盆地周缘牛蹄塘组页岩微观孔隙结构特征

以四川盆地周缘地区下寒武统牛蹄塘组富有机质页岩为研究对象,通过X衍射全岩分析、低温液氮吸/脱附等实验方法技术对研究区页岩储层微观孔隙结构进行了系统研究;并探讨了控制纳米尺度微观孔隙结构的主要原因。结果表明:四川盆地周缘牛蹄塘组富有机质页岩矿物组分中石英、长石等脆性矿物含量较高,其次是黏土矿物;页岩微孔结构复杂,多为开放型空隙,以管状孔和平行壁的狭缝状孔为主;微观孔隙孔径主要分布在2~10 nm,以微孔为主。通过分析控制该区页岩储层微观孔隙结构的主要因素,认为有机碳含量是控制纳米级孔隙发育的主要因素,同时也是页岩气赋存的重要物质基础。     

叠前AVO同步反演预测页岩地层脆性矿物

最近几年里,页岩气已经进入商业勘探开发阶段,但是页岩气作为非常规油气,需要利用水平井及大规模压裂,获得较高产量.为了对页岩气藏的可改造性进行评价,从单井岩石物理分析入手,优选拉梅常数*密度参数指示页岩层脆性矿物含量,开展叠前AVO同步反演,预测页岩层脆性矿物含量,进而优选页岩气藏工程"甜点区".     

龙马溪组硬脆性页岩水化实验研究

硬脆性页岩水化对页岩气开发井壁稳定有重要的影响,为此,对龙马溪组硬脆性页岩进行水化实验研究,包 括矿物组成、微观结构、水化应力、自吸吸水率及岩芯浸泡等方面实验研究,探讨分析了硬脆性页岩水化过程与机理。 研究结果表明,页岩黏土矿物以伊利石为主,黏土矿物呈片状且定向排列,层理和微裂纹发育,为水化提供作用空间 和流动通道;页岩水化应力和自吸吸水率随浸泡时间增加而先上升后趋于稳定,页岩组构对上升速率或幅度有重要影 响;浸泡过程中,岩样表面主要形成平行层里面的裂缝,随着浸泡时间增加,岩样保持完整性或水化剥落成碎块,页岩 组构和胶结程度对页岩水化程度有重要影响;页岩水化是物理化学作用和力学作用相互耦合结果,前者使岩石断裂韧 性下降,后者使I 型裂纹应力强度因子增大,当应力强度因子大于岩石断裂韧性时,裂纹将扩展或增宽,逐渐形成宏观 裂纹,可进一步扩展成裂缝。     

基于损伤理论的硬脆性泥页岩井壁稳定分析

硬脆性泥页岩地层的失稳破坏机理是非常规油气开发工作者的重点研究对象之一。从硬脆性泥页岩微裂缝的角度出发,将微裂缝视为硬脆性泥页岩的损伤,通过随机函数确定微裂缝的分布,将损伤力学和断裂力学相结合建立了硬脆性泥页岩的损伤本构模型。利用FLAC3D软件将硬脆性泥页岩的损伤破坏模型应用到井壁稳定分析中,并通过计算结果分析了钻井液、微裂缝形态等在硬脆性泥页岩破坏中占有的比重。计算结果显示,硬脆性泥页岩对钻井液的敏感度以及硬脆性泥页岩微裂缝的发育程度对井壁稳定影响最大,硬脆性泥页岩微裂缝的方向对井壁稳定影响很小。因此,钻井液的封堵性和密度是确保硬脆性泥页岩稳定的重要手段,控制钻井方向对维持硬脆性泥页岩稳定的作用有限。     

石英含量对页岩力学特性及能量演化的影响

石英作为页岩中最主要的矿物成分,研究其含量对页岩储层力学性质和压裂起裂机制具有重要意义。通过X射线衍射仪分析黔北地区下寒武统牛蹄塘组五个页岩样品矿物组分,采用INSTRON 1346电液伺服控制材料试验机（200T）对岩样进行单轴压缩试验,并分析不同石英含量页岩在单轴压缩条件下的能量演化特征。研究表明：1）样品石英含量均超过49%,最高可达81.3%,石英含量与脆性指数拟合为R2=0.933;2）岩样1和5的应力-应变曲线无屈服阶段,呈典型的塑-弹性型,且裂纹扩展多而复杂,而岩样2、3和4的破坏面几乎垂直贯穿整个岩样,且连续性好而简单;3）石英和黏土矿物含量与弹性模量分别呈正负相关,其拟合指数分别为0.88和0.73;4）能量演化趋势可划分为平缓-上凹-近线性增长和跌落4个阶段,岩样受压过程中消耗能比弹性应变能大,且低石英含量的岩样吸收总能量普遍要比高石英含量大。本文所取得的研究进一步完善石英含量对页岩储层力学性质和压裂改造的认识,并加深页岩受压破坏过程能量演化的了解。     

湘中、湘东南拗陷泥页岩层系储层特征

为了有效地开展湘中拗陷和湘东南拗陷海相、海陆过渡相的高成熟度富有机质泥页岩储层特征研究,作者利用泥页岩黏土矿物X射线衍射、场发射环境电镜扫描、薄片鉴定、比表面积测试等方法,证实了该区泥页岩的主要矿物组分为石英、黏土矿物及碳酸盐矿物。其中脆性矿物的质量分数达57%,岩石类型以深灰色泥岩、灰黑色页岩、深灰色灰质泥岩为主。泥页岩储层主要储集空间类型为格架孔、溶蚀孔、有机质孔、生物体腔孔和微裂缝等,孔喉分选较好,有利于页岩气在其中渗流。总体上认为湘中拗陷和湘东南拗陷上古生界泥页岩层系具有良好的页岩气储集条件。     

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。