基于微纳米孔隙理论的页岩气储层岩石物理建模方法

页岩储层由于其复杂的构造和孔隙特征,目前一般的岩石物理模型无法对其进行精确描述.微纳米孔隙作为页岩气主要的储集空间,对页岩整体弹性参数有较大影响.干酪根作为页岩中重要的有机质矿物,在页岩中的赋存状态随成熟度不同而变化,同时干酪根也是纳米级孔隙的主要发育场所.目前常规的岩石物理建模方法没有体现微纳米孔隙的作用,同时较少考虑不同成熟度下干酪根对页岩储层弹性性质的影响.本文采用一种微纳米孔隙理论描述页岩微纳米孔隙特性,考虑微纳米孔隙和不同成熟度下干酪根的赋存状态,应用上述微纳米孔隙模型、各向异性SCA-DEM模型、各向异性Eshelby-Cheng模型和Brown-Korringa固体替换方程等建立一种新的页岩储层岩石物理模型.利用中国西南某工区页岩气井对该模型进行验证,模型预测的横波速度与测井速度拟合较好.结果表明不同干酪根成熟度的页岩岩石物理建模结果具有一定的差异,据此可大致区分该工区井的干酪根成熟度;最后对微纳米孔参数进行正演分析,结果反映了页岩的纵横波速度随微纳米孔隙参数的变化趋势.     

渝东南黔江地区龙马溪组页岩气储层测井解释评价研究

渝东南黔江地区地质构造复杂,广泛发育海相沉积的黑色页岩.区内龙马溪组页岩气储层地球物理响应具有高伽马、低密度、低孔隙度、低渗透率的特征.综合岩心分析、常规测井和特殊测井资料建立了测井解释模型,对研究区龙马溪组页岩气储层的有机碳含量(TOC)、储层物性、裂缝特征等进行了解释评价.研究表明,该区龙马溪组共发育3套优质页岩储层,总厚度达74.8m.孔隙类型以基质孔隙为主,脆性矿物含量达58%～66%,TOC含量较高,顶部发育微裂缝,具有较好的开发潜力.     

川南下志留统龙马溪组页岩储集空间定量表征

以川南上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩钻井资料为基础,通过建立储层岩石物理模型和孔隙度数学模型,对富有机质页岩段基质孔隙构成和裂缝发育状况进行了定量评价.经过定量表征证实,龙马溪组页岩储集空间具有4大特征:(1)脆性矿物、粘土矿物和有机质三者产生的单位质量孔隙体积为有机质最高、粘土矿物次之、脆性矿物最少;(2)有效储层孔隙度适中,与Barnett相当,且孔隙构成以粘土矿物层间孔隙和有机质孔隙为主体;(3)富有机质页岩段孔隙度与TOC、脆性矿物/粘土矿物比值关系密切,主要表现为孔隙度随着TOC增大而增大,富含粘土的页岩孔隙度比富含脆性矿物的页岩孔隙度大;(4)黑色页岩裂缝发育,裂缝规模以微型、中-大型裂缝为主,裂缝密度自上而下增大,反映了龙马溪组底部具有脆性矿物含量高、杨氏模量高、泊松比低和脆性好等特点.     

糜棱化富有机质页岩孔隙结构特征及其含义

在川东北地区下寒武统鲁家坪组地层中发现高含气页岩,该页岩位于大巴山弧形逆冲推覆构造带上城口断裂附近,有机质成熟度Ro达4.0%以上.基于薄片和扫描电镜观察,并结合低温液氮吸附实验,对页岩的孔隙结构特征进行了综合研究.研究认为,地层中劈理发育,劈理域中发育粘土矿物夹有机质颗粒等不溶物质,粘土矿物颗粒呈定向排列,发育糜棱结构;劈理域中大量有机质颗粒与粘土矿物充分混合,发育纳米级粒间间隙-层片间隙集合体-孔隙网络的糜棱化孔隙体系.这种糜棱化孔隙具有比表面积大、吸附能力强和毛细管压力高等特点,是该复杂构造区页岩气富集的主要原因.糜棱化富有机质页岩孔隙结构的发现,揭示了一种四川盆地东北部复杂构造区高过成熟页岩新的富气机理.     

基于纳米孔隙弹性理论的页岩气储层地震弹性反演方法

页岩中的有机质干酪根广泛发育大量纳米级别的孔隙,这些孔隙具有极大的表面-体积比,孔隙表面会产生明显的表面效应,从而对页岩整体弹性性质产生影响.在对页岩进行储层预测时,考虑纳米孔隙的影响是十分必要的.现有的AVO技术以经典弹性理论为基础,通常可以预测页岩储层的纵横波速度、弹性模量和密度等,但往往忽略了纳米孔隙的表面效应.结合纳米孔隙弹性理论和AVO技术,将表征纳米孔表面效应的参数(表面弹性模量、纳米孔径)耦合到反射系数近似公式中,提出了一种新的AVO参数化表征方法,直接体现了纳米孔隙相关参数对反射系数的响应特征.新方法中包含3个待反演参数：基质剪切模量、纳米孔隙相关参数和密度.基于平滑背景约束的贝叶斯反演策略,利用测井的模型试验和实际地震数据验证了所提方法的可行性和适用性,实现了对页岩纳米孔隙相关属性的定量预测.通过定量关系转换,创建了一种用以描述页岩含气能力的指示因子.本文提出的方法为预测页岩气储层弹性性质提供了一种新的思路.     

基于固体替换模型的有机质含量对页岩弹性性质的影响分析

页岩中的TOC(Total Organic Carbon,总有机碳)含量,对页岩的有效弹性模量以及与之相关的弹性波速度(P波和S波)有重要影响,建立弹性模量与TOC含量关系是页岩气甜点预测的重要手段之一.CS和SM两种固体置换理论主要针对孔隙度较大的砂岩,能否适用于孔隙度低、孔隙形态复杂和非均质性强的页岩目前尚未深入研究.鉴于目前已知的富有机质页岩的TOC赋存形态与裂缝以及孔隙形态类似,有关TOC含量对岩石弹性模量的影响可视为孔隙物质充填问题来研究.本文利用数字岩心技术,构造同一数字岩心不同TOC含量的样本群,基于CS和SM两种固体替换理论模型,通过有限元(FEM)数值模拟交叉验证,详细研究了两种固体替换方程对页岩的适用性和TOC含量对页岩弹性性质的影响.研究表明,由于实际岩心孔隙及TOC分布的非均质性,CS替换方程弹性模量预测值与FEM模拟结果存在差异,而SM替换方程预测值与FEM模拟结果基本一致,两种方程的预测差异揭示页岩非均质强度,利用SM替换方程中的参数α_1,α_2,β_1和β_2可详细分析实际岩心孔隙及TOC分布的非均质特征.     

泥质烃源岩中〈2μm黏粒级组分的有机质与比表面关系

选取东营凹陷13块烃源岩岩芯,提取〈2μm黏粒级组分,对氯仿抽提前后样品分别进行热解分析和N2吸附法比表面积测试,探讨了黏粒级组分有机质与比表面积（SBET）的关系.结果显示：（1）黏粒级组分中不同赋存态有机质共存,不同演化阶段对生烃贡献有差异,并影响了黏粒级组分SBET的测定;（2）黏粒级组分有机质与比表面积关系受多种因素影响,TOC含量与SBET呈非线性负相关;（3）黏粒级组分的孔隙是可溶有机质的主要赋存空间,氯仿沥青＂A＂含量与SBET呈负相关;（4）游离态烃类（S1）主要赋存空间为黏粒级组分的孔隙或表面,热解烃（S2）则以与黏土矿物相结合形式存在.泥质烃源岩〈2μm黏粒级组分中不同赋存态有机质的研究及与比表面关系的探讨,对有机质生烃、烃类聚集和运移研究都有重要意义.     

基于扫描电镜的页岩有机孔隙空间定量表征

对于富含有机质的页岩储层来说,孔隙度是评价油气储量的关键参数之一,有机孔隙的存在又对岩石孔隙空间具有重要贡献,因此,研究页岩储层有机孔隙空间是有必要的。本文结合氩离子抛光扫描电镜（SEM）资料和图像分割技术,以川南永川区块YY2井龙马溪组页岩储层为例,对纳米有机孔隙的形态特征和有机孔隙度进行分析研究,研究表明:YY2井龙马溪组有机孔隙较发育,SEM图像中有机孔隙直径差异很大,对龙马溪组6块岩样的SEM图像进行处理,得到的有机质面孔率在0.97％～8.90％之间,个别样品孔径较小,面孔率在1％以下。利用面孔率和有机质含量计算有机孔隙度,计算得到的有机孔隙度在0.12％～0.75％范围内,均值为0.39％,占据岩石孔隙度的10.66％。      

8亿多年前由红藻堆积而成的下马岭组油页岩

在河北下花园新元古界青白口系(距今900~873 Ma)下马岭组第三段厚约350 m的碳-硅泥岩建造中, 发现一套主要由黑色含泥硅质岩和黑棕色纸片状页岩构成的油页岩. 油页岩中的有机碳含量介于21.41% ~ 22.91%, 沥青“A”介于0.5776% ~ 0.8787%, 含油率介于5.29% ~ 10.57%; 对黑棕色纸片状油页岩进行超薄切片观察及干酪根鉴定, 发现其生烃母质主要是底栖红藻, 红藻特有的四分孢子囊清晰可见, 且相当丰富. 这种主要由红藻构成的生烃母质具有如此高的TOC和沥青“A”含量从而成为优质烃源岩的实例鲜见报道. 油页岩抽提物中富含17α(H)-重排藿烷和正烷基三环萜烷系列化合物; 甾烷含量较少. 这些特征明显有别于该区元古代海相碳酸盐岩抽提物中的生物标志化合物分布. 由于该套沉积岩中的生物构成简单, 因此, 这些分子标志物可能在一定程度上反映的是底栖红藻生物的分子组成特征. 根据岩石类型组合和沉积层序分析, 这套含油页岩的碳-硅泥岩建造发育在下马岭组第三段最大海泛面时期的深水海湾环境中, 并受到了海底热水流体活动的影响     

龙马溪组页岩数字岩心LSM-RVM数值建模方法研究及TOC含量影响分析

页岩气储层中含有大量有机碳(TOC),其丰度与成熟度对页岩力学特性有重要影响.建立包含TOC的精细数值模型,将有助于探索页岩微结构与矿物组分含量对等效弹性模量的作用程度,是“甜点区”预测的重要理论基础.本文提出了一种离散数值建模方法,基于高精度成像技术,采用晶格弹簧-随机孔隙耦合模型(LSM-RVM)模拟包含多种矿物组分及不同成熟度干酪根的数字岩心,分析TOC成熟度及含量对弹性参数的影响.在该模型中,参数设置(数值阻尼与加载应变速率)至关重要,选取不当会对计算精度造成一定影响.研究结果表明,LSM-RVM能够生成符合TOC及多种矿物实际分布特征的数值模型,是一种精细数值建模方法.     

鄂尔多斯盆地海相层系中有机酸盐存在以及对低丰度高演化烃源岩生烃潜力评价的影响

鄂尔多斯盆地海相烃源岩TOC多处于0．2％～0．5％,按照形成工业油气藏TOC含量不低于0．5％（高．过成熟区可降低至0．4％）标准是无法形成大型天然气藏,但靖边气田油气源对比分析确实存在海相烃源岩贡献．为了证实低TOC高演化烃源岩中有机酸盐对TOC的影响,本文选择了鄂尔多斯盆地南部某一口探井奥陶系海相和二叠系海陆过渡相烃源岩进行了红外光谱和色质等分析．实验结果表明,无论海相还是海陆过渡相烃源岩中均存在干酪根有机酸和有机酸盐转化酸,其中有机酸盐转化酸主要为有机酸盐完全酸化而来的有机酸,证实了海相烃源岩中确实存在有机酸盐．尽管酸化前后有机酸均以C16：0为主峰,但有机酸盐转化酸在C16：0以前相对丰度明显低于干酪根有机酸和游离有机酸的相对丰度,暗示了干酪根有机酸和游离有机酸以脱羧基生成链烷烃为主,而有机酸盐转化酸以高碳数有机酸裂解为低碳数有机酸为主．利用十六烷酸钙为标准对干酪根有机酸和有机酸盐转化酸进行定量分析表明,TOC含量（大于2．0％）高的海相烃源岩中有机酸盐含量低,而TOC含量低（0．2％～0．5％）的烃源岩有机酸盐含量均比较高．因此,对于TOC含量介于0．2％～0．5％的海相烃源岩,有机酸盐在高演化阶段可能是一种潜力的气源．     

基于微结构-尺度双分解的页岩随机介质模拟和非均质特征分析

页岩储层矿物颗粒、孔/裂隙、干酪根等微观结构呈现明显的尺度化分布特征,常规的单结构单尺度随机介质模拟方法难以完整描述和重构微观尺度的页岩储层介质,本文提出了一种微结构-尺度双分解的随机介质模拟方法.基于龙马溪组页岩数字岩心,将岩心切片按照占比分解为脆性矿物、孔隙、干酪根及背景介质四种类型,对脆性矿物、孔隙和干酪根三种微结构进行尺度分解,通过优化随机介质模型参数,实现精确模拟不同尺度的微结构组分,再按占比进行微结构-尺度双合成.结果表明,微结构-尺度双分解随机介质模拟大幅度提高强非均质页岩储层介质的建模精度.     

核磁共振在页岩储层参数评价中的应用综述

在常规储层中,核磁共振作为一种快速、无损和灵敏的技术,既可以准确评价储层的孔隙度、渗透率、饱和度三参数,还可以精细刻画储层岩石的孔隙结构.但由于页岩储层致密,干酪根发育,黏土含量高,孔隙类型和孔隙结构复杂,烃的赋存空间和赋存方式特殊,而且存在一定含量的黄铁矿和沥青,导致页岩储层核磁共振响应机理复杂,基于核磁共振的储层参数的准确评价存在困难.为了了解目前核磁共振技术在页岩油气储层参数评价中的研究现状,在参阅大量国内外相关文献的基础上,重点介绍了核磁共振技术在评价页岩储层孔隙度、孔隙结构、渗透率以及饱和度等方面的研究进展.同时,针对解决核磁共振技术在评价页岩储层参数中存在的局限性提出了个人认识,旨在为页岩储层相关研究提供借鉴与参考.     

筇竹寺和五峰—龙马溪组页岩地震岩石物理等效模型及等效孔隙纵横比的分析（英文）

四川盆地及其周缘地区的筇竹寺组和五峰-龙马溪组页岩是目前国内页岩气勘探的主要层位之一,但其地震弹性性质响应规律的区域性特征需要开展相关的实验和理论研究工作予以明确。本研究对干燥状态下的筇竹寺组和五峰-龙马溪组页岩的露头样品进行了超声波速度测试,系统地分析了地震弹性性质随页岩岩石学特征的变化规律。研究结果表明,孔隙度与粘土矿物含量呈正相关、与脆性矿物含量呈负相关;粘土、石英、长石和碳酸盐构成页岩岩石基质,与孔隙共同构成页岩岩石骨架,而干酪根和黄铁矿主要赋存于孔隙中,与页岩骨架的耦合较弱。通过将全部连通性孔隙近似等效于仅存在于骨架粘土矿物之内和采用Gassmann流体替换类似的思路处理干酪根和黄铁矿,可以较为简单地将自相容近似(SCA)理论、微分等效介质模型(DEM)和Gassmann方程组合起来构建研究区页岩的地震岩石物理等效模型。该模型通过关键参数等效孔隙纵横比(采用研究区样品平均值或者由碳酸盐含量进行估算)可以较为准确地预测筇竹寺和五峰-龙马溪组页岩的纵波速度,验证了等效模型的有效性和较广的适用性,可为筇竹寺组和五峰-龙马溪组页岩气储层的测井解释和地震"甜点"预测提供依据。     

横观各向同性页岩岩石物理模型建立——以龙马溪组页岩为例

在龙马溪页岩微观物性特征分析的基础上,综合利用测井解释、微观测试分析资料,建立了一种适用于龙马溪页岩的横观各向同性岩石物理模型,该模型建模过程：将各向异性SCA和DEM模型联合模拟得到的黏土和干酪根混合物作为背景介质;采用SCA模型对脆性矿物混合物进行模拟,利用各向异性DEM将脆性矿物混合物添加到背景介质;进一步将空孔隙添加到页岩基质,并利用Brown-Korringa模型进行各向异性条件下的流体替换,从而得到横观各向同性页岩岩石物理模型.通过对四川盆地A井龙马溪页岩进行岩石物理建模分析,计算了孔隙纵横比、纵横波速、各向异性系数和弹性参数,检验了模型的准确性.研究结果表明：矿物颗粒和孔隙纵横比是影响模型精度的关键参数,黏土和干酪根颗粒纵横比为0.05,图像识别获得的脆性矿物颗粒纵横比主要分布于0.45~1.0（集中分布于0.5~0.85）,横波波速反演获得的孔隙纵横比主要分布于0.1~0.3（平均值约为0.22）;模型预测和实测纵波波速之间误差为-2.40%~2.21%（平均绝对误差仅1.20%）,预测和实测横波波速之间误差为-1.93%~1.42%（平均绝对误差仅0.64%）,证实了本文模型的准确性和精度.本文模型能够准确计算页岩5个独立的刚度系数,为页岩弹性参数、声波波速、各向异性和脆性分析提供了有效手段,也为后续地球物理和工程地质参数分析提供了重要依据.     

高-过成熟海相页岩中矿物-有机质复合体(MOA)的显微激光拉曼光谱特征作为成熟度指标的意义

煤和沉积岩中有机质的显微激光拉曼光谱参数越来越多地应用于成熟度评价.虽然针对纯固体有机质(如镜质组、固体沥青)及分离提取的干酪根作了大量的研究,但缺乏直接基于页岩全岩样品的矿物-有机质复合体(MOA)的系统报道.文章通过对取自中国南方不同有机质含量(TOC=0.10～4.59%)与不同成熟度(BR_o=1.71～4.57%)的两套海相页岩样品中MOA激光拉曼光谱的研究,发现该项技术对MOA中赋在的有机质非常敏感,当页岩TOC含量达到0.60%,并可获得完美的有机质的拉曼图谱,与其共生固体沥青的拉曼参数高度吻合,同样可指示页岩的成熟度水平. MOA的拉曼参数是评价高-过成熟页岩成熟度水平的潜在方法,其最大优点是规避了对页岩中显微组分的鉴定与筛选,特别适用于那些缺乏可用于反射率或拉曼测定显微组分的下古生界及前寒武系海相页岩的成熟度评价.     

链珠状沙波的发现及意义

提出"沙波形态-伴生底形"的命名方法,将利用多波束测深系统对长江河口南北港分流口河槽床面形态测量时发现的由链状沙波和伴生底形-椭圆形凹坑组成的微地貌称为链珠状沙波.初步统计了链状沙波和椭圆形凹坑的几何参数,结果表明:链状沙波平均波高1.29 m,平均波长31.89 m,沙波指数(波长/波高)介于14~56.09,背流面常发育有次级沙波,每个沙波发育的椭圆形凹坑介于2~10个;椭圆形凹坑最大深度为1.98 m,最小深度为0.3 m,平均深度为0.98 m.对测区沙波发育环境进行了分析,主要得出:(1)在观测的一个涨潮和落潮过程中,落潮平均流速为0.78 m s~(-1),涨潮平均流速为0.27 m s~(-1),落潮历时大于涨潮历时;(2)底质粒径组成较复杂,粉砂(2~63mm)含量介于21.6%~23.4%,极细砂(63~125mm)含量介于28.2%~32.2%,细砂(125~250mm)含量在39.7%~41.6%;(3)沙波发育区水深在13~17 m.本研究丰富了沙波类型,为长江河口河槽动力地貌过程的研究提供了重要的参考资料,同时在河口工程应用中具有重要价值.     

测井预测TOC方法在页岩储层评价中的运用

总有机碳含量(TOC)是页岩储层评价中的一个重要参数,同时也是烃源岩评价的重要指标.本论文在测井原理的指导下,基于不同岩石类型对测井参数的响应特征,运用自然伽马能谱测井法、多元回归法和△ LogR 法对四川盆地南部龙马溪组页岩的TOC含量进行预测,通过数理统计和误差分析,选出最佳预测方法.研究结果表明:四川盆地南部页岩储层中应用多元回归法和自然伽马能谱测井法预测有机碳含量的效果最好.自然伽马能谱测井法中运用钍/铀比与TOC含量拟合出来的模型比只运用单个放射性元素U与TOC含量拟合出来的模型吻合度高,拟合相关系数高达0.9011,平均绝对误差为29.27％,平均相对误差为19.55％.运用多元回归法的预测结果相关性较高,R2 =0.8934,平均绝对误差为34.59％,平均相对误差为16.81％.两种方法精度都相对较高,满足精度要求.     

龙马溪组页岩微观结构、地震岩石物理特征与建模

龙马溪组页岩是目前国内页岩气勘探的主要层位之一.由于岩石物理实验结果具有区域性,龙马溪组页岩的岩石特征与其地震弹性性质的响应规律需要开展相关的实验和理论研究工作予以明确.本研究基于系统的微观结构观察(扫描电镜和CT成像技术)和岩石物理实验来分析龙马溪组页岩样品地震弹性性质的变化规律,并依据微观结构特征建立相应的地震岩石物理表征模型.研究结果表明,石英含量对龙马溪组页岩的孔隙度以及有机碳(TOC)含量具有一定的控制作用,TOC和黄铁矿主要赋存于孔隙中;岩石骨架组成亦受控于石英或粘土含量,在石英含量大于40%(对应粘土含量小于30%)时,以石英、粘土共同作为岩石骨架,而粘土含量大于30%时,则以粘土作为岩石的骨架.因此,岩石骨架组成矿物、TOC含量、孔隙度共同制约龙马溪组页岩的地震弹性性质,富有机质储层岩石通常表现出低泊松比、低阻抗和低杨氏模量的特征,但由于支撑矿物的转换,某些富有机质页岩亦可表现为高阻抗特征.粘土矿物的定向排列仍然是造成页岩样品表现出各向异性的主要原因,各向异性参数与粘土含量具有指数关系.基于龙马溪组页岩的岩性特征及微观结构特征,可以利用自洽模型(SCA)、微分等效模量模型(DEM)和Backus平均模型的有效组合较为准确地建立龙马溪组页岩的地震岩石物理模型,实验结果和测井数据验证了模型的准确性.研究结果可为龙马溪组页岩气储层的测井解释和地震"甜点"预测提供依据.     

基于岩石物理参数转换模型的页岩气含气量评价新方法研究

页岩气在储层中主要以游离气和吸附气的形式存在,其含气量主要通过现场解吸和测井方法计算.由于页岩储层十分致密,并且常伴有微裂缝发育,这就造成了页岩储层的储集空间从纳米级孔隙到微米-毫米级的微裂缝并存的特殊情况.针对微孔和介孔段(50nm以内)的等温吸附方法,以及针对宏孔(50nm以上)的高压压汞方法在表征页岩孔隙结构上都存在着局限性.而核磁(NMR)T2分布本身虽然能够表征孔径分布,但是需要精确刻度横向弛豫时间与孔径的关系.本文在现有方法的基础上,结合上述方法的优势,采用拼接的方式表征页岩整体孔径分布,并将核磁T2分布刻度为孔径分布.基于横向弛豫时间和孔径的关系,结合T2-I转换模型,采用动态参数计算页岩储层含水饱和度和含气量,这为页岩储层含气量评价提供了新的可靠的方法.