川东南丁山地区龙马溪组富有机质页岩脆性评价

开展页岩储层的脆性评价对优选页岩气藏有利层段具有重要意义。综合利用岩心、测井、X射线衍射、岩石力学实验等资料,采用岩石矿物组分法和弹性参数法对丁山地区龙马溪组页岩脆性特征进行了综合研究,进而开展了页岩储层可压裂性评价。结果表明:研究区龙马溪组页岩矿物脆性主要受石英、长石、黄铁矿等矿物的影响,矿物脆性指数为36.2%~62.7%,平均48.1%;不同围压条件下,页岩受力破坏主要有劈裂型、双剪切型、单剪切型3种模式,力学脆性指数为40.7%~61.6%,平均52.6%。与国内外其他页岩产气区相比,研究区页岩脆性指数级别为中等偏上,脆性矿物、脆性指数与TOC含量具有较好的相关性,岩石可压裂性较好。DY1井龙马溪组脆性较强井段位于2 027.0~2 054.2m,脆性指数均超过50%,可实施压裂求取产能,与实际生产情况匹配性较好。     

页岩储层的脆性特征综合评价——以四川盆地五峰组—龙马溪组为例

页岩储层的脆性特征对页岩气的开发有重要影响,脆性页岩有利于页岩气的开采,因此进行页岩脆性评价有重要的实践意义。目前,页岩脆性的研究方法多达20余种,其中主要有:应用三轴压缩实验、X-衍射实验等室内试验的方法,分析其脆性破坏特征及影响因素;利用岩石弹性参数和矿物成分组合对页岩脆性特征进行综合评价。笔者利用脆性矿物指数法和力学性质测试法对四川盆地五峰组及龙马溪组下部页岩储层进行综合脆性测试。结果表明:页岩中脆性矿物主要包括石英、长石、方解石以及黄铁矿等,石英作为脆性矿物的主要组分,在脆性矿物中占60%以上,长石占30%左右;脆性指数为16%~48%;页岩峰值应变参数约0.085,变形经历了压密、弹性变形、屈服变形、残余变形四个阶段。结合研究应力应变关系曲线图,证明页岩表现较好的脆性特征,力学脆性特征介于北美Barnett页岩最大、最小峰值(2.10%,0.04%)之间。研究证明,五峰组—龙马溪组下部页岩储层具有较好的脆性特征,有利于页岩气的压裂开采。     

岩石脆性预测在吉木萨尔凹陷致密油勘探中的应用

岩石的脆性是非常规油气藏勘探开发中需考虑的关键岩石力学参数之一。岩石脆,压裂过程中易产生缝网,从而有效改造储层,达到提高单井产量的目的。基于岩石弹性参数的归一化杨氏模量和泊松比方法,是当前广泛采用的可用于地震预测的岩石脆性评价技术,但其结果受归一化参数取值的影响较大,适用性受到影响。利用杨氏模量和泊松比的商作为脆性评价指标,并用大量岩石力学实验刻度,大大提高了岩石脆性判别的可信度。利用地震叠前弹性参数反演,开展吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组致密油岩石脆性预测,指导水平井部署。为保证更好的储层改造效果,在水平井轨迹设计过程中不但考虑了储层物性,还充分考虑了岩石脆性。在优选的有利区钻探水平井,并实施了体积压裂,微地震监测结果显示压裂产生了缝状网,储层改造效果理想。该水平井试油获得了稳定高产工业油流。     

深埋海相页岩储层特性及其原位条件下脆性评价

储层压裂改造是非常规能源开发的关键核心技术,近年来我国川西南页岩气区块储层埋深已经突破了4000 m,部分储层埋深已经接近5000 m的深度范畴,这些深埋海相页岩储层的开发与3500 m以浅区相比差异较大,其独有特性对于储层改造工程形成挑战。储层压裂改造中起到控制性作用的是储层岩石的物理力学特性,岩石脆性是其中之关键指标。国内外学者提出多个岩石脆性指标评价方法,矿物成分、力学性质、应力-应变曲线特征、硬度测试以及能量理论等等,但是对于深埋储层岩石在原位条件下的脆性评价,则由于实现难度较大而鲜见相关成果。在实验室模拟储层温压条件下在原位钻取岩石样品实施三轴压缩力学试验获得全应力-应变曲线,其峰前与峰后的应力-应变信息有效反映了原位条件下储层岩石的峰值破坏前后的内在材料属性以及变形破坏过程,通过获取多个储层岩芯峰前以及峰后的弹模计算获得脆性指数K₁和K₂,其值能够反映应力-应变后的弹性变形能量、峰后破裂能量以及冗余能量的关系,该脆性指数的最显著特点是能够反映出深埋页岩储层在原位条件下的温度和压力条件下的材料行为属性,从而能够对深埋海相页岩储层进行原位条件下的脆性评价。本文基于对我国龙马溪页岩储层中龙一层位中1~4小层及其下伏五峰组的页岩原位条件下的脆性评价,对比实际压裂工程现场压裂产气效果讨论了原位条件下的脆性评价的重要性。     

深层致密砂岩储层脆性指数评价新方法

储层岩石脆性评价是储层压裂改造方案设计的重要基础工作,对储层压裂改造效果有着重要影响。以准中地区深层致密砂岩储层为研究对象,开展了0~90 MPa多级围压下的岩石三轴试验,分析了围压变化对于岩石脆性的影响。针对现有脆性指数对目标储层岩石脆性评价效果不理想的情况,基于应力-应变曲线中的能量转化关系建立了新的脆性指数模型,包括岩石峰前峰后脆性指数和综合脆性指数。研究结果表明:试验围压对岩石脆性评价有着显著影响;岩石峰前脆性随围压增大先增加后减小,峰后脆性和综合脆性随围压增大而递减;研究区储层含砾细砂岩的脆性较细砂岩的脆性小,脆性差异主要表现在峰后脆性。      

四川盆地长宁示范区龙马溪组页岩岩石力学特性及脆性评价

页岩的岩石力学特性对页岩气开发效果具有重要影响,因此以四川盆地长宁示范区志留系龙马溪组泥页岩层段为研究对象,分析其力学与脆性特性。采用矿物组分分析、地球物理测井分析和实验室力学实测相结合的方法,比较了龙马溪组龙一段和龙二段的脆性矿物含量、泊松比、杨氏模量、岩石脆性、三轴压力等力学特性。结果表明:龙二段比龙一段具有更高的脆性矿物含量,龙一段的泊松比明显高于龙二段,利用纵横波时差比可以反映泊松比的变化,纵横波时差关系图的斜率与泊松比具有相反的变化趋势。龙一段样品的杨氏模量低于龙二段样品,通过杨氏模量和泊松比关系图发现龙一段与龙二段发生分离,龙二段页岩段的脆性指数大于0.5,应力、应变曲线的负坡较陡。综合评价分析表明:龙二段具有较低的泊松比、纵横波时差比和较高的杨氏模量,龙一段比龙二段更易变形。因此龙二段脆性优于龙一段脆性,有利于后期的压裂改造。     

基于峰前和峰后能量演化特征的岩石脆性评价

为了准确评价油气储藏水力压裂及岩爆等工程中岩石的脆性,总结了目前国内外已有的基于能量理论计算岩石脆性的方法,并指出了它们的局限性.综合考虑岩石峰前和峰后的能量演化特征,建立了一种基于全应力应变曲线的反映岩石变形破坏全过程的脆性指数评价方法,更加全面地描述岩石的脆性特征.为了验证新方法的合理性,收集了4组岩石力学试验对新指数进行检验.试验结果表明:由峰前指数与峰后指数合成的脆性指数都随着围压的增加而减小,低围压下煤岩和页岩2组均具有较强的脆性,而高围压下红砂岩和页岩1组的脆性明显减弱,表现了随围压增大岩石发生脆延转换的特性.在实际边坡工程中通过对板岩进行脆性评价,验证了本文所提出的脆性指数在工程应用中的合理性,该成果有望对岩石脆性评价提供参考.      

评价页岩压裂形成缝网能力的新方法

页岩储层的“体积压裂”,使美国页岩气产业取得巨大成功,有效评价压裂裂缝网络形成的难易程度,是压裂开采的首要目标,目前国内外尚未发现有效的评价方法,为此开发了一种新的测试方法。针对10种岩芯,测试岩石力学参数,并对比分析常用的3种页岩脆性评价方法。采用压后裂隙结构面迹长分布的分维值和面密度对裂缝进行定量表征,并对压后崩落碎块进行对比分析。通过实验认为,杨氏模量和泊松比判别法与塑性系数判别法用于评价岩石脆性,精确度更高;脆性岩石通常表现为高杨氏模量或（和）低泊松比的特征,与单轴抗压强度、抗张强度和压入硬度没有对应关系;压裂裂缝的分布具有统计意义上的分形特征,分维可用于定量评价压后裂缝网络复杂度;硬度越高,压后裂缝密度越小;脆性越强,压后裂缝密度越大。新方法是岩石脆性、硬度和天然裂缝系统（和沉积层理）特征的综合体现,用于评价页岩压后形成缝网的能力,不仅直观可靠,而且简单有效,有利于现场推广应用,对于今后页岩气或致密砂岩气开发的理论研究和现场应用具有一定的指导意义。     

泥页岩储层脆性评价实验研究——以贵州岑巩地区下寒武统牛蹄塘组泥页岩为例

泥页岩的压裂改造效果很大程度上由其脆性决定,开展泥页岩的脆性评价实验研究,可为页岩气田的开发与增产提供技术支撑。贵州岑巩地区下寒武统牛蹄塘组泥页岩层系内页岩发育良好,矿物组份复杂,非均质性强。通过对TX1井岩芯样品分别展开全岩矿物X-射线衍射、地层条件下的三轴压缩应力实验以及物性测定实验,系统分析矿物组成和岩石力学特征,并以实验结果为基础分析矿物成分与岩石物理参数的关系,明确了目的区域常规物性普遍较差,总体具有低孔-超低渗特征。该实验测试数据及取得的认识为该地区泥页岩层段的脆性评价研究能够提供一定指导。     

不同围压及应变速率下页岩变形及破损特性试验研究

为揭示围压及应变速率对页岩力学特性的影响规律,对志留统龙马溪组页岩试样开展了不同围压及不同应变率下的三轴压缩力学试验研究。结果表明,围压和应变率对页岩的弹性模量、峰值强度及破裂形态等均具有显著影响,弹性模量和峰值强度均随围压的升高而增加,峰值强度增加的幅度明显大于弹性模量,峰值强度呈线性增加趋势,低围压时应变率从低到高,弹性模量和峰值强度都呈逐渐升高的趋势,两者与应变率对数的关系可用二次多项式描述;随着围压增大,页岩的应变率效应逐渐减弱,在较高高围压(50 MPa)下峰值强度和弹性模量随应变速率增加而增加现象均变得极不显著。对试验后岩样的破坏模式进行分析可知,页岩在低围压高应变率状态下主要是劈裂–剪切破坏,随着围压的增加和应变率的减小,试样的破坏由脆性劈裂–剪切破坏向单一剪切破坏转变,再逐渐向延性破坏过渡。研究结果对于合理确立页岩力学参数及设计压裂方案具有较好的参考。     

层状页岩岩石力学特性及其脆性评价

页岩气储层的岩石力学特性对压裂改造效果影响极大,开展页岩破坏机理、力学特性和脆性评价方面的研究,可以为页岩气开采中大规模体积压裂提供技术支持。本文对龙马溪组黑色炭质页岩进行单轴压缩试验,得到以下结论:（1）黑色页岩具有明显的层状薄片矿物结构,矿物主要成分为石英和方解石,结构面固有强度较高;（2）由于强结构面的影响,倾斜层理试件具有较高的弹性模量与单轴抗压强度,但是总体积应变量较小;平行或者垂直层理试件的弹性模量与单轴抗压强度较小,总体积应变量反而大;（3）随着层理倾角β的增大,层状页岩单轴压缩试验测得的起裂应力水平指标表现为"中间小两头大"的U型规律,即层理倾角为30°或60°时测量值较小,而0°或90°时较大;（4）岩石脆性是可压裂性的关键因素,层理角度为30°或者60°时,脆性指标较大,页岩的可压裂性更强,脆性指标的变化规律大致呈倒U型。本文的研究对评价页岩的可压裂性、提高压裂改造效果具有重要的现实意义和应用价值。     

不同围压下龙马溪组页岩能量、损伤及脆性特征

页岩气储层的力学性质是影响页岩井壁稳定性的重要因素。根据不同围压下龙马溪组页岩的单三轴试验结果,开展页岩能量演化规律、损伤演化规律和脆性特征研究。结果表明:从初始到屈服阶段,岩样的总吸收能几乎全部转化为弹性应变能;屈服阶段至峰值强度阶段期间,弹性应变能与总吸收能之比逐渐减小,耗散能逐渐增加。峰后弹性应变能骤降,耗散能迅速增加。能量的耗散与岩石损伤具有正相关性;从能量角度揭示的损伤演化规律符合"S"型曲线特征;低围压下,龙马溪组页岩脆性指数更强,高围压下,它的脆性指数更弱。本文的研究对指导储层压裂效果评价及井壁稳定性评价具有重要的意义和应用价值。     

黏土矿物颗粒特征对含水合物的沉积物力学特性影响研究

含水合物的沉积物力学参数是水合物储层稳定性评价的基础数据。我国南海神狐海域含水合物的沉积物中含大量的黏土,深入了解黏土矿物对沉积物力学特性的影响对水合物开采具有十分重要的意义。基于PFC三轴压缩模拟,首先分析了沉积物中不含水合物时,黏土矿物颗粒特征的力学效应,然后分析了水合物对颗粒的胶结作用和围压对沉积物力学特性的影响。结果表明,不含水合物模型的偏应力-应变曲线呈明显的应变硬化特征。黏土矿物的含量、颗粒形状和排列对沉积物三轴压缩特性具有显著影响。黏土矿物含量的增多对沉积物力学强度具有明显的降低作用,黏土矿物形状为条形的沉积物强度和弹性模量要明显高于圆颗粒模型,在细观上受颗粒平均接触数影响,条形黏土颗粒的定向排列使模型的力学参数具有各向异性。水合物对颗粒的胶结作用可显著提高模型的峰值强度和弹性模量,随着颗粒胶结程度的增大和围压的减小,含水合物的沉积物的破坏方式由塑性破坏向脆性破坏转换。     

考虑断裂韧性影响的页岩气储层可压性评价方法

可压性是衡量页岩气储层对压裂改造响应程度的重要依据,目前针对页岩可压性常用脆性指数对其进行评价。但在实际运用中存在脆性指数相近,实际压裂效果却差别甚远的问题。为了弥补利用脆性指数进行页岩气储层可压性评价的不足,在考虑断裂韧性影响的基础上引入临界机械能释放率,综合了Ⅰ型、Ⅱ型断裂韧性对岩石裂缝发育的影响,并定义平均临界机械能释放率。最后结合平均临界机械能释放率和脆性指数,初步建立了以裂缝发育指数为量化指标的页岩气储层可压性评价模型。基于焦石坝龙马溪组焦页48-2HF井测井资料,计算出其弹性模量、泊松比、Ⅰ型及Ⅱ型断裂韧性,并根据构建的裂缝发育指数模型,得出页岩储层可压性随埋深的变化关系。结合现场微震资料,验证了该模型能有效预测页岩气储层可压性随埋深的变化趋势,为页岩气实际开发过程中优选页岩储层压裂段提供可靠方法。      

渝东北地区龙马溪组页岩吸水特性及对其力学性质的影响

页岩中含有一定量的黏土矿物，在与水基压裂液接触后会表现出与泥岩相同的膨胀特性和强度弱化效应，进而引起套管外载增加，在页岩储层压裂过程中套管出现不同程度的变形问题。以渝东北地区龙马溪组页岩为研究对象，开展不同溶液体系下页岩的自吸、膨胀特性物理实验，分析页岩水化对其岩石力学特性的影响。结果表明:页岩吸水量与时间呈对数递增关系，在不同溶液体系中，吸水量大小表现为蒸馏水 > 地层水 > 滑溜水，含有减阻剂浓度小的滑溜水体系更利于减弱页岩的吸水能力；页岩膨胀率与时间呈逐渐增长趋势，黏土矿物含量、围压和溶液体系对页岩膨胀率影响明显，相对于黏土含量，围压对膨胀率影响更加明显，页岩在溶液体系中的膨胀性能表现为蒸馏水 > 地层水 > 滑溜水；页岩的抗压强度和弹性模量都随着水化时间的增加整体呈线性递减规律。研究结果对完井过程套管强度设计具有一定的指导意义。      

复杂地质特征中富有机质页岩脆性评价方法研究

页岩脆性是页岩气勘探开发中“工程甜点”选区的重要评价指标。针对目前页岩脆性评价方法多样,加之我国复杂的各种地质条件与因素均对页岩脆性存在不同程度的影响,难以全面科学的表征页岩脆性等问题,通过对我国产气的主要页岩层系中现有的脆性评价方法的分析,结合页岩岩性岩相特征、埋深情况、有机质与石英含量、室内页岩的力学性质测试和镜下微观结构的观察等研究成果的调研,认为沉积环境和岩性岩相决定页岩脆性矿物种类;埋深环境决定着岩石外部的围压和温度,进而影响岩石力学性质;有机质与石英含量两者差异致使页岩脆性在纵向上产生变化;页岩层理结构和微观孔隙结构特征影响页岩破裂模式,也决定着力学性质的各向异性。综合我国各种复杂地质特征,针对页岩内部与外部环境提出了一种简单的脆性理想评价模型,增强了复杂地质条件中页岩脆性评价的适用性。