页岩裂缝发育主控因素及其对含气性的影响

依据国内外页岩气大量资料和测试数据,对影响页岩裂缝发育的岩性和矿物组成、有机碳含量、岩石力学性质、异常高压等非构造因素和构造因素进行了定性或半定量分析,初步探讨了页岩裂缝发育与含气量之间关系。结果表明:页岩中石英、长石和碳酸盐岩含量高,岩石的泊松比低、杨氏模量高,脆性大,容易在外力作用下形成天然裂缝和诱导裂缝,其发育程度一般与页岩中脆性矿物的含量呈正相关关系。高有机碳含量或异常高压页岩裂缝发育。裂缝发育程度与有机碳含量关系可以划分为4类。页岩裂缝发育程度与总含气量和游离气量呈正相关关系,页岩裂缝越发育,其含气量越大,产气量也越高。裂缝对页岩气藏的形成具有双重作用,一是裂缝可以作为天然气和地层水的有效储集空间和快速运移通道,有利于页岩层系中游离态天然气体积的增加和吸附态天然气的解吸,裂缝密度越大,走向越分散,产气量越高;二是裂缝规模过大,可能导致天然气散失。北美地区页岩裂缝发育带内的页岩气勘探成功率高,产气量高,中国四川盆地下古生界海相富有机质脆性页岩层中天然气有良好显示或高产气井均与裂缝发育密切相关。     

基于微米CT页岩微裂缝表征方法研究

页岩储层中的微裂缝是页岩气的储集空间,也是页岩气运移、散失的重要通道。通过微米CT扫描、场发射扫描电镜(FE- SEM)和岩芯观测等手段,明确了焦石坝地区JYA井龙马溪组页岩微裂缝结构特征,对比了微裂缝在不同条件下(地表或地层)的张开度及其对页岩渗透率的贡献,初步探讨了微裂缝对页岩纳米孔隙保存的影响。结果表明：① 基于微米CT可将页岩样品分为基质组分、高密度矿物(如黄铁矿)及裂缝三个部分,其体积比分别为97. 88%、0. 88%和1. 24%;② 微裂缝在空间上主要呈孤立状、细长条状或锯齿弯曲状,其长度分布范围为3. 4~299μm,以3. 4~20μm为主,平均为12. 44μm;③ 微裂缝在地层中的张开度约为2. 2~30. 33μm,平均为3. 97μm,相对于地表张开度(平均为6. 24μm)降低了36. 38%。尽管这部分微裂缝体积仅占页岩样品总体积的0. 7%,却提供了页岩储层中70%以上的渗透率。笔者认为JYA井龙马溪组页岩内部大量发育的网状结构微裂缝是页岩气沿着“孔隙—微裂缝—宏观裂缝”路径发生强烈“解吸—运移—逸散”作用的重要通道,进而导致孔隙因流体压力降低而压缩变形和闭合,不利于纳米孔隙的保存,这对于研究微裂缝在页岩储层中主要为储集空间或逸散通道具有重要的现实意义。     

海拉尔盆地苏德尔特构造带基底裂缝特征及控制因素

裂缝是海拉尔盆地苏德尔特构造带基底的主要储集空间,其发育规律控制着苏德尔特构造带的油气分布。根据岩芯、测井等资料并结合盆地及其周缘露头观察,对海拉尔盆地火山岩基底储层裂缝特征和控制因素进行研究。结果表明海拉尔盆地苏德尔特构造带基底储层裂缝包括非构造缝(风化缝、溶蚀缝)和构造缝,其中以构造缝为主。裂缝长度变化较大,主要缝宽在0.1~3.0 mm,既有低角度缝也有高角度缝,有效裂缝倾角多为25°~80°。裂缝走向以北东向、近东—西向为主,其次为北西—南东向。裂缝的发育程度主要受基底岩性、剥蚀淋滤作用和构造作用控制,构造作用对全区裂缝的形成和改造具有重要意义。基底裂缝储层分段发育,各段储层裂缝主控因素不同,风化作用主要影响浅层裂缝发育;淋滤作用影响中层裂缝发育;构造作用控制深层裂缝发育。深层致密带储层是苏德尔特构造带深层油气藏勘探的重点目标区,主要发育在盆地基底深大断裂附近或是基底内幕构造应力转化带。研究对于海拉尔盆地基底内幕的油气勘探具有指导借鉴意义。     

川东南丁山地区龙马溪组页岩裂缝特征及对含气性的影响

川东南丁山地区是近年来四川盆地页岩气勘探开发的热点区域,裂缝的发育对页岩含气性及保存条件有重要的影响。综合运用野外露头、岩心、测井资料,结合岩石脆性矿物含量、岩石力学参数等数据,深入分析龙马溪组页岩裂缝发育特征和控制因素,并探讨了裂缝发育对含气性的影响。结果表明,丁山地区龙马溪组页岩裂缝主要以构造成因的剪切缝为主,裂缝优势方位共6组,主要包括4组平面剪切缝和2组剖面剪切缝,其发育主要受2个方向、3个阶段的构造应力场影响而成;裂缝延伸稳定,平均密度小,宽度小,充填程度高,主要被方解石和黄铁矿等充填。裂缝受控因素主要包括古构造应力场、构造部位、脆性矿物组分、岩石力学性质等;断层对裂缝发育具有明显的控制作用,其中断层两盘均存在裂缝发育程度急剧下降的临界范围,临界范围内裂缝发育程度高,超过此临界范围,裂缝发育程度变差且变化趋于平缓;不同期次的裂缝中,形成时间晚、规模过大、充填程度不高、与现今地应力方向一致或呈低角度相交的裂缝易造成页岩气的散失,对提高页岩含气性不利;龙马溪组岩石脆性矿物含量高,脆性指数属中等偏上程度,有利于构造缝发育且可压性较好。随着距齐岳山断裂距离的适当增加,龙马溪组页岩埋藏深度适中,地层压力增大,抗压强度增强高,脆性指数适中,构造保存条件变好,有利于不同方位的裂缝发育和页岩含气量的增加,位于该区域的DY2井与DY4井均位于该有利区域,含气性良好。研究结果对下一步深化页岩气勘探开发具有重要指导作用。     

甘肃武威盆地海子滩地区太原组页岩储层特征研究

海子滩位于武威盆地中部,太原组总厚度超过160 m,埋深在50~1 000 m,厚度大,埋深适中,整套地层页岩极为发育。页岩储层的有机碳含量高,有机质类型以Ⅱ2型为主,成熟度2.35%,生气能力和吸附储集气体的能力较强。通过对页岩的矿物成分、渗透性、孔隙裂隙发育特征及压汞试验结果分析发现,该区岩石中石英等脆性矿物含量较高,小于0.1μm的微孔缝比较发育,有利于储层改造和形成诱导裂缝。综合分析认为研究区太原组页岩储层条件较好,建议进一步开展调查评价工作。     

安徽巢湖下志留统高家边组页岩储集性能初步研究

巢湖地区下志留统高家边组页岩XRD衍射分析表明,页岩主要由伊利石,绿泥石和石英组成。根据沉降法获得石英等脆性矿物平均含量约为67.8%,黏土矿物平均含量约为25.12%。场发射环境扫描电镜对样品进行微观孔隙结构观察,发现页岩的孔隙主要有4种类型,即粒间孔隙、粒内孔隙、裂缝孔隙和溶蚀孔隙。其中粒间孔隙和溶蚀孔隙大量发育,它们是页岩气的重要的储集空间;裂缝孔隙发育良好,是页岩气运移的主要通道。页岩成分和结构之间关系进一步分析表明,页岩中石英等大量脆性矿物的存在,有利于页岩中裂缝的形成;而黏土矿物的存在,不仅能增加有机质含量,并且有利于页岩气的储集。综合分析认为,巢湖地区下志留统高家边组页岩具有较好的储集性能。     

鄂尔多斯盆地中部上古生界山西组页岩储层特征

鄂尔多斯盆地山西组发育一套厚度大且有勘探潜力的陆海陆过渡相页岩。应用岩芯观察、X衍射、扫描电镜和显微镜观察以及高压压汞等方法,对该盆地中部山西组页岩的岩石学、矿物学、页岩储集空间、孔隙结构和物性特征进行分析研究。结果表明:研究区山西组页岩以黑色泥岩、黑色页岩夹纹层或薄层状深色粉砂岩为主,页岩主要由黏土矿物和石英两类矿物组成,二者平均含量分别为59.6%和36.9%。页岩宏观和微观裂隙发育,显微镜下统计的显微裂缝平均面密度达到116.6/m。除了发育与矿物和成岩作用有关的矿物孔隙外,页岩中有机显微组分发育较多的有机质孔。页岩孔隙度平均为0.77%,渗透率平均为0.06×10-3 μm2。山西组页岩总有机碳（TOC）、镜质体反射率（R_o,%）和黏土矿物含量是影响页岩孔隙度的主要因素,具有正相关性,而石英含量与页岩孔隙度呈一定的负相关关系。山西组页岩中裂缝的普遍发育提高了页岩的渗透率,有利于页岩气聚集成藏。综合分析表明山西组页岩气储层地质条件一般,开发难度较大,但在裂缝发育、物性较好的层位和地区仍具有较好的页岩气资源前景。     

塘沽地区湖相白云岩储层裂缝特征及其控制因素

塘沽地区沙三5油组属于断块、高压和裂缝型湖相白云岩油藏,裂缝成因复杂,控制因素多,目前的研究未见深入.从岩心、薄片、测井等资料入手,配合有限元模拟分析,研究塘沽地区湖相白云岩储层裂缝成因、期次,描述裂缝特征,分析成缝控制因素.研究表明:(1) 裂缝以构造缝为主,层理缝和溶蚀缝比例较少,渗流能力依次减弱;(2) 共发育4期裂缝:平行层面的层理缝;倾角为45°的共轭斜交缝、倾角为60°的高角度斜交缝;倾角为75°~90°的高角度/垂直张性裂缝;倾角70°~85°的高角度/垂直缝;(3) 构造、岩性、成岩和超压是湖相白云岩储层裂缝的主控因素,其对断裂和应力场的作用尤为明显;(4) 本区裂缝发育优势区主要集中在距离中部断垒近的2组近NW和NE向断裂交叉地带,油气勘探中应综合研究寻找上述裂缝发育区与高压地层配合的“甜点”区.      

逆断层控制构造裂缝发育的力学机制模拟

在探讨逆断层对构造裂缝控制作用的基础上, 应用Comsol有限元软件, 模拟不同水平作用力、不同岩性、不同断层倾角和距断层面远近等因素影响下断层及其周边区域的应力、应变情况, 并分析了不同控制因素下构造裂缝发育的规律。模拟结果表明, 构造裂缝的发育程度随施加的水平应力作用增大而线性增大; 岩石破裂前产生的应变量可用来描述岩石的脆性, 抗压强度对岩石破裂起主导作用, 而岩石的抗剪强度与岩石破裂发育有一定的相关性; 逆断层倾角存在一个临界角度, 使构造裂缝发育最为强烈; 逆断层控制裂缝发育, 距离断裂面越远裂缝发育程度越低, 并存在一个发育程度骤减的范围, 称为"断裂控制带", 该断裂控制带的形成和分布应该与断裂的性质、规模、断距及岩石力学参数等有关。      

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。     

页岩储层构造应力场模拟与裂缝分布预测方法及应用

裂缝是页岩气富集高产的关键因素。页岩储层相对于其他类储层,其塑性相对较强,非构造裂缝比较发育。构造裂缝除了高角度的张性裂缝以外,还发育有较多近水平的层理缝和低角度构造滑脱缝等。针对页岩储集层的特点和裂缝发育特征,从地质成因的角度,明确了页岩储层构造应力场模拟数值模拟与裂缝分布预测的方法,其核心在于建立模拟地区目的层的精确地质模型、力学模型和计算模型。利用页岩的单轴和三轴压缩变形试验和声发射古、今地应力测试结果进行应力场数值模拟,获得研究区构造应力场分布,将应力场模拟果与实际地质资料对比分析,进一步检验校正已建立地质模型的合理性;在此基础上,针对富有机质页岩主要发育张裂缝和剪裂缝的特殊性,分别采用格里菲斯、库伦摩尔破裂准则计算页岩储层张破裂率、剪破裂率,依据张裂缝与剪裂缝所占的比例关系,求取页岩储层的综合破裂率,据此分别定量表征页岩储层中张裂缝、剪裂缝和构造裂缝的发育程度及分布特征;并在全面考虑影响页岩储层裂缝发育程度的综合破裂率、脆性矿物含量、有机碳含量多种主控因素的基础上,进一步提出了页岩“裂缝发育系数”作为最终判别指标,综合定量表征页岩储层裂缝的发育程度和预测裂缝的分布,页岩裂缝发育系数越大,裂缝发育程度则越高。该方法在我国渝东南地区下志留统龙马溪组页岩储层裂缝分布预测中得到了有效应用。此不仅为页岩气甜点优选提供了一种新的技术方法,而且模拟成果对页岩气水平井和压裂改造方案的设计具有重要的参考价值。     

黄骅坳陷沧东凹陷孔二段泥页岩裂缝发育特征及主控因素分析

黄骅坳陷沧东凹陷孔二段泥页岩沉积厚度大,有机质丰度高、类型好,是泥页岩致密油气勘探开发的重点层位之一。在岩心精细观察与描述基础上,利用偏光显微镜、荧光显微镜、激光共聚焦显微镜观察以及X射线衍射分析、岩石热解分析等技术手段,对沧东凹陷孔二段泥页岩的岩石学特征、裂缝类型及发育特征(长度、开度、角度、充填物等)进行研究,并分析了裂缝发育的主控因素。沧东凹陷孔二段泥页岩主要由长英质矿物、碳酸盐矿物及黏土矿物组成,主要岩性包括云质泥岩、砂质泥岩、泥质云岩、砂质云岩及白云岩等,沉积构造类型包括块状构造、层状构造、纹层状构造及透镜状构造等。孔二段泥页岩主要发育构造缝、层理缝、差异压实缝及异常高压缝等4种裂缝,其中构造缝最发育,其次为层理缝和差异压实缝,异常高压缝发育较少,裂缝中充填物主要包括黄铁矿、方沸石、方解石及沥青等。研究表明,构造作用、岩性与矿物组成、沉积构造、成岩作用及有机质丰度是控制沧东凹陷孔二段泥页岩裂缝发育的主要因素。     

应用氩离子抛光-扫描电镜方法研究四川九老洞组页岩微观孔隙特征

微观孔隙结构是页岩储层研究的重点,而扫描电镜方法无法识别机械抛光中由于页岩硬度差异所造成的不规则形貌。本文利用氩离子抛光-扫描电镜方法对四川威远区块九老洞组页岩进行研究,发现了三种孔隙类型:1无机孔以粒间孔和黏土矿物层间孔为主,同时发育晶间孔和生物孔,孔径主体100~500 nm;2有机孔受控于热成熟度或有机黏土复合体,孔径范围数十纳米至数微米;3微裂缝包括成岩收缩裂缝、高压碎裂缝、构造裂缝和人为裂缝,缝宽数微米,缝长数微米至数十微米。研究表明无机孔和微裂缝是九老洞组页岩气的主要储集空间。     

Types and Characteristics of the Lower Silurian Shale Gas Reservoirs in and Around the Sichuan Basin

This study analyzed the characteristics and types of the Lower Silurian shale gas reservoirs in and around Sichuan Basin through field observations, slices, Ar-ion-beam milling, scanning electron microscopy, and x-ray diffraction analysis of 25 black shale outcrops and samples. Two main types of shale gas reservoirs were determined, i.e., fractures and pores. Fractures were classified into five categories, i.e., giant, large, medium, small, and micro, according to the features of the shale gas reservoirs, effect of fracture on gas accumulation, and fracture nature. Pore types include organic matter pores, mineral pores (mineral surface, intraparticle, interparticle, and corrosional pore), and nanofractures. The various fracture types, fracture scales, pore types, and pore sizes exert different controls over the gas storage and production capacity. Pores serve as a reservoir for gas storage and, the gas storage capacity can be determined using pores; fractures serve as pathways for gas migration, and gas production capacity can be determined using them.     

利用测井资料建立地层剪破裂模型

利用测井资料建立地层剪破裂模型是对现有张破裂的有效补充,有利于完善钻井、压裂等石油工程中的破裂机理。运用FMI（地层微电阻率扫描成像）测井资料能识别钻井诱导缝和剪破裂的方位、数量和密度。本文通过对地层剪破裂的理论研究和影响因素分析,利用内摩擦系数与矿物含量之间的非线性假设,建立了地层剪破裂的临界剪应力模型。研究发现,地层中的黏土矿物含量、内摩擦系数、内聚强度和应力大小是诱发剪破裂的重要因素。利用内摩擦系数（或内摩擦角）与泥质体积分数之间的统计回归模型简化了地层剪破裂模型,并增强了模型的适用性。实际资料表明,地层发生剪破裂时的临界剪应力与钻井诱导缝数量之间呈反比关系,理论研究与实际资料具有良好的一致性。     

库车坳陷K区块冲断带深层白垩系致密砂岩裂缝发育规律、控制因素与属性建模研究

针对致密砂岩气藏裂缝预测的复杂问题,本文以库车坳陷K区块为例,提出基于裂缝精细描述的属性建模方法,为该区裂缝预测提供新思路。首先基于岩心和成像测井裂缝解释模型,采用网格法获取裂缝参数,包括裂缝延伸长度(2~1850mm)、裂缝密度(平均值0.53条/米)、裂缝宽度(集中分布在0.1~0.4mm)、倾角(56°~82°)及面缝率(0.016%~0.083%)。该区影响裂缝发育的主要因素有构造、层厚以及埋深。不同构造部位裂缝发育规律不同:背斜核部发育张裂缝,其宽度和长度呈高值;翼部主要发育X剪裂缝,宽度、长度和密度都处于相对低值;近断裂附近发育高角度裂缝,密度呈高值。层厚与裂缝密度及面缝率成反比。K区目的层是深-超深埋深,随着埋深的增加,矿物脆性减弱韧性增强,超过临界点(7100m)裂缝的发育逐渐减弱。应用Petrel软件,利用裂缝精细描述数据库、构造数据和层面数据等,实现裂缝密度和面缝率模型的建立。最后,探索性的研究裂缝参数和渗透率的相关性,通过裂缝密度参数拟合渗透率模型,实现K区块的渗透率定量预测。     

断层相关褶皱概念模型中的裂缝域

断层相关褶皱对裂缝的控制作用主要体现在岩层的几何形态对裂缝方位的影响和变形对岩石破裂的控制程度。本文在断层相关褶皱概念模型的基础上提出了裂缝域,并以Suppe的平行膝折概念模型为对象,利用几何学方法对模型中区域性裂缝的裂缝域进行分区描述,并提出了断层相关褶皱的曲线概念模型中区域性裂缝的分布规律。以新疆卡普沙良河一处断层转折褶皱剖面上裂缝的实测数据为依据,对模型进行验证,发现测量结果同模型基本一致。该方法为前陆冲断带地区断层相关褶皱对裂缝控制作用的定量预测提供了一种全新的思路。     

鄂尔多斯盆地塔巴庙地区上古生界储层裂缝特征及分布评价

根据塔巴庙地区上古生界地层完钻井的岩心、薄片裂缝观测、测井裂缝解释成果的分析,结合盆地区域构造应力历史、裂缝充填物的稳定同位素特征,对研究区裂缝的成因类型进行确定,分析认为研究上古生界地层中的裂缝为典型的区域性裂缝,具有如下特征:1)岩心上表现为张性的高角度或垂直裂缝,成组出现;2)无论砂岩、泥岩均发育该类裂缝,砂岩比其他岩类相对发育;3)裂缝形成期次与最大燕山期构造活动期一致;4)裂缝产状稳定,走向与燕山期构造主应力方向基本相同;5)裂缝分布不受局部变形所制约。在总结了控制裂缝发育的地质因素后,利用有限元法古构造应力场模拟技术,结合地层特征,对研究区主要层位的区域性裂缝的分布特征进行评价。     

裂缝性碳酸盐岩裂缝的双侧向测井响应特征及解释方法

裂缝评价是裂缝性碳酸盐岩储层评价的关键, 其常规评价方法受到裂缝发育的不均匀性及储层各向异性的影响而存在诸多困难.采用三维数值算法, 利用宏观各向异性地层模型, 研究不同的裂缝参数条件下双侧向测井响应特征, 由此导出一种用于裂缝孔隙度计算的快速算法.分析表明, 裂缝的双侧向响应同裂缝孔隙度与孔隙流体电导率之间存在明显的线性关系, 裂缝的倾角造成双侧向测井曲线幅度差异的变化; 不同倾斜情况下, 将双侧向测井响应近似表示为岩石基岩电阻率、裂缝孔隙度、裂缝流体电导率的函数, 用于裂缝孔隙度的快速计算.实际资料处理表明, 利用双侧向依据该方法确定的裂缝参数同成像测井资料具有良好的对应性.      

深层砂泥岩储层继承性裂缝发育特征

西部挤压盆地内低渗性含油气砂泥岩储层构造运动期次多、埋藏深度大、泥质夹层多、高角度网状缝继承性发育,裂缝不仅是油气的有效运移通道,也是储层压裂开发效果的主要影响因素。选择西部天山山前某区块深层砂泥岩裂缝性气藏为研究区,以裂缝形成机制的探讨和研究为突破点,在岩心观察、CT层析成像扫描、成像测井解释的基础上,精细统计裂缝产状、开度、充填度,结合流体包裹体及古应力场划分裂缝发育期次,最后总结继承性裂缝的发育模式。研究结果表明,砂泥岩储层裂缝继承性缝的有利发育条件为多期次构造运动、低应力差、低逼近角度、适当泥质含量或低摩擦因数,岩性是内因,构造应力是外因。