测井信息在前陆挤压区地应力分析中的应用

中国西部前陆盆地主要以挤压构造应力为主,地表与地下构造异常复杂.在油气的勘探与开发过程中既需要精细的地应力研究与预测,也需要简单易行、经济实用的近似方法.本文通过对稳定构造地区与挤压构造区地球物理测井信息的深度域特征进行分析和对比,提出了一种基于测井信息来计算最大岩石主应力的统计模型法.应用该方法对塔里木盆地库车山前挤压应力区进行了实际计算,其结果与实验结果相符.在此基础上对山前挤压区地应力与油气藏分布的关系进行了探索.      

山前带地质及油气成藏特征探讨

山前带包括前陆褶皱冲断带和前陆盆地靠近造山带部分,其油气资源极为丰富。根据前陆盆地的形成机制分类,将山前带划分为弧后前陆型山前带、周缘前陆型山前带和再生前陆型山前带。参考叠合盆地的分类方案,将山前带划分成正反转山前带和继承前陆型山前带。再生前陆型山前带和继承前陆型山前带仅在中国中西部地区发育。山前带的油气成藏具有一定的规律性,前前陆期沉积的页岩作为优质的烃源岩,前陆期砂岩和前前陆期碳酸盐岩是油气成藏良好的储集层,而泥岩、膏盐层、盐岩层等是优质的盖层,断层是油气运移的主要通道。前陆褶皱冲断带以构造圈闭为主,前陆盆地则以构造一地层圈闭为主。     

一种基于测井信息的山前挤压构造区地应力分析新方法

中国西部前陆盆地主要以挤压构造应力为主,地表与地下构造异常复杂。在油气的勘探与开发过程中既需要精细的地应力研究与预测,也需要简单易行、经济实用的近似方法。本文通过对稳定构造地区与挤压构造区地球物理测井信息的深度域特征进行分析和对比,提出了一种基于测井信息来计算最大岩石主应力的近似方法:统计模型法。应用该方法对塔里木盆地库车山前挤压应力区进行了实际计算,其结果与实验结果相符,还分析了岩石的最大主应力方向,据此对山前挤压区地应力分布与油气藏分布的关系进行了探索。     

库车前陆盆地超压特征及测井响应

库车前陆盆地广泛发育超压,实测压力系数最高可达2.2。超压分布与构造挤压和膏盐岩盖层分布具有密切关系。在对库车前陆盆地超压特征分析的基础之上对泥岩和砂岩中超压与测井之间的响应关系进行了研究。研究结果表明,在库车前陆盆地膏盐岩封闭层内以及以下多套地层中均主要发育强超压,由于受构造挤压的影响,超压强度从北向南逐渐递减。在克拉和依南地区泥岩中超压与声波时差和电阻率具有明显的响应关系,在大北和迪那地区只有膏盐层中的泥岩超压与声波时差具有一定的响应关系,砂岩中超压只有在克拉地区与声波时差具有一定的响应。由于侧向构造挤压作用的增强导致岩石更为致密所以超压在不同地区与声波时差的响应存在差异性。因此只有当超压达到一定强度使泥岩中颗粒之间垂直有效应力小于40 MPa,砂岩中颗粒之间垂直有效应力小于25 MPa时,超压才与声波时差具有一定的响应关系。     

中国前陆盆地油气富集规律

天然气的富集是中国前陆盆地的特点,煤系烃源岩发育是天然气富集的主要原因;中西部前陆盆地具有多期成藏的特征,构造多期叠合、古构造发育、多套烃源岩多期演化是油气多期成藏的主控因素;前陆盆地发育三套储盖组合和原源、它源两大套成藏体系,控制着油气纵向分布;前陆盆地不同构造带地质特征控制着油气区域分布规律,逆冲带、前缘隆起带油气藏主要分布于下部成藏体系,坳陷带油气藏主要分布于上部成藏体系;在逆冲山前带油藏被破坏形成油苗、沥青或残余油藏,在坳陷内的逆冲带和坳陷带主要聚集了成熟度相对较高的天然气,在斜坡带和前缘隆起带既聚集了早期形成的油（气）藏,又聚集了晚期成熟度相对较高的天然气。     

中国前陆盆地构造地质基本特征及其控制下的油气分布

在综述前人认识的基础上,通过对中国前陆盆地的沉积充填特征、演化历程、构造成因及其空间分布规律、构造变形特征等的宏观研究和重点解剖,总结出中国前陆盆地构造地质的主要特征:(1)垂向上,前陆盆地表现出两种不同性质的原型盆地在正反转构造背景下的盆地构造层序相叠置;(2)平面上,分布在中国大陆内的前陆盆地或冲断带受统一的印度—欧亚两个大陆板块间的碰撞作用,形成构造变形的时空分布规律有序的环青藏高原巨型盆山体系;(3)时间上,不仅存在新近纪以来的喜马拉雅运动控制的再生前陆盆地,而且显生宙以来中国大陆共发生了4期前陆盆地或冲断构造的演化过程;(4)成因上,受青藏高原向北、向东的隆升挤压,基于小克拉通拼贴后的不均一陆内基底结构,古造山带继承性复活,在其前缘发育再生前陆盆地或前陆冲断带;(5)变形样式上,由于受边界力学条件和沉积地层介质的共同控制作用,可以将前陆冲断带的构造变形样式分为4类。正是因为上述地质构造的特殊性,决定了油气聚集与分布的规律性和勘探的复杂性。油气分布的规律性主要体现在:(1)油气相态分布的有序性;(2)成藏条件配置的有效性;(3)含油气目的层分布的空间有序性;(4)多期成烃、晚期成藏的普遍性。油气勘探的复杂性表现在:(1)4期前陆盆地和冲断带含油气地质特征的差异;(2)含油气层系与油气藏的改造与破坏;(3)陆相盆地的不均一导致储层相变大;(4)前陆冲断构造变形的复杂增加了圈闭落实的难度。     

准噶尔东北缘前陆盆地构造演化与油气关系

在挤压构造环境下，造山带与相邻的克拉通之间形成前陆盆地，其演化是由早期不稳定阶段向晚期稳定阶段不断发展。准噶尔盆地东北缘于克拉麦里山前形成典型的前陆盆地。前陆盆地及前缘陆隆的演化、迁移与克拉麦里深大断裂的走滑发展休戚相关。早石炭世前陆盆地位于陆南－滴西地区，晚石炭世迁至东部大井－石钱滩北部，二叠纪，受克拉麦里大断裂影响，开始向西迁移至五彩湾一带；晚二叠世晚期前陆盆地消失，进入统一拗陷时期。前陆盆地的发展演化过程中，早期与晚期的构造应力作用松弛期，为前陆盆地发育期，分别形成该地区滴水泉组与平地泉组两套烃源岩。其中滴水泉组形成的石炭纪原生油气藏，在后期的构造变动中，遭受了破坏，油气发生散失，而平地泉组最具现实意义。前缘陆隆的变迁，控制着油气的运移方向；前缘陆隆于演化过程中逐步被ＮＥ向构造改造，后期得到不断加强的古隆起之上的ＮＥ向构造是油气有利聚集带。     

中国前陆冲断带油气勘探、理论与技术主要进展和展望

我国中西部地区发育有16个前陆冲断带,油气资源总体较为丰富。前陆冲断带在天然气加快发展中地位与作用重要,是近期勘探突破发现、增储上产的重要领域和补充。2011年以来前陆冲断带勘探获得塔里木盆地库车深层天然气及柴达木盆地西南缘石油两项重大突破、准噶尔盆地西北缘石油及四川盆地西北缘天然气两项重大进展、准噶尔盆地南缘及塔里木盆地西南缘和鄂尔多斯西缘油气3个重要苗头,进一步夯实了西气东输资源基础,推动了前陆盆地大油气区勘探进程。前陆冲断带地质研究在盆地原型恢复和晚期构造改造、深层结构刻画与构造解剖、储层演化与油气充注机制、断-盖控藏模式与油气有效聚集3-R评价方法、区域成藏特征与油气分布规律5个方面形成创新认识,发展了中西部前陆冲断带油气聚集理论。前陆冲断带勘探配套技术研发在复杂构造建模技术、复杂构造深度域地震成像技术、复杂油气藏综合评价技术、前陆深层钻完井和储层压裂改造技术4方面取得进展,推动了前陆核心技术形成和油气勘探发现。前陆冲断带近期勘探显示出较大增储潜力与挑战共存的局面。展望了前陆基础地质、油气勘探、勘探技术研究3方面特点与发展趋势,分析了近期勘探的3点启示与增储潜力,针对未来前陆冲断带在勘探生产、地质研究、配套技术上面临的挑战,提出了相应的4方面勘探研究对策与建议。     

汶川地震断裂带科学钻探1号井(WFSD-1)非弹性应变恢复法(ASR法)三维地应力测试与"5.12"汶川地震的形成机制

汶川地震断裂带科学钻探1号井(WFSD-1)的ASR三维地应力测试结果表明,龙门山前陆逆冲带与其下伏的龙门山前陆盆地和上覆的松潘-甘孜地块的构造及地应力状态存在有重大差异。从整体上看,在汶川地震中,龙门山前陆逆冲带表现为在强烈的区域性挤压背景下,深部物质沿壳内拆离层自SW向NE方向的"层状"流动,在地壳上部转化为沿映秀-北川断裂(YBF)的快速垂向挤出,而其西侧的松潘-甘孜地块作自SE往NW方向的重力滑覆,东侧的龙门山前陆盆地则表现为自NE往SW方向的走滑或右行旋转。晚新生代以来,扬子地块相对于青藏高原东缘的龙门山造山带并无明显的或大尺度的陆内俯冲作用发生。龙门山前陆逆冲带深部高温低粘度物质垂直向上的、快速的流动和挤出,直接导致了"5.12"汶川地震的发生,而松潘-甘孜地块E向扩展导致龙门山前陆带的强烈挤压和陆壳增厚及深部应力和地震能量的积聚则是诱导深部位移场发生突变和物质快速垂向挤出的主因,E向扩展是深部地震能量积聚和快速垂向挤出作用的必要条件,而非地震发生的直接原因。ASR地应力测试得出的主压应力方向完全平行于GPS同震速度场的位移方向,似乎表明ASR测试获得的原地应力场或许真实地反映了或最接近于地震过程中的构造应力状态。     

前陆盆地构造-热演化:以龙门山前陆盆地为例

前陆盆地油气资源丰富但构造变形十分复杂,使得前陆盆地构造-热演化模拟面临挑战。前陆盆地演化过程中构造与热的耦合体现在多个层面:岩石圈热演化对岩石圈强度时空分布及其挠曲的影响;逆冲推覆作用的浅部温度效应;快速沉积作用对盆地温度场的影响等。首先,前陆盆地形成时的岩石圈热背景及其造成的岩石圈强度空间变化对盆地后期的演化具有重要影响。同时早期热事件的热扰动也会叠加在前陆盆地的构造-热演化过程中,并不断衰减,影响岩石圈的流变结构,从而带来一系列的影响。热与构造演化相耦合在前陆盆地定量模拟中非常重要。其次,还需特别关注岩石圈深部过程与近地表构造过程的耦合。造山带逆冲推覆、抬升和剥蚀是与前陆盆地形成相关的重要构造活动,这种运动引起的热对流对造山带的热结构、前陆逆冲带以及前渊地区的温度场的分布有着重要影响。最后,前陆盆地形成演化过程中的快速沉积作用对盆地温度场和地表热流产生强烈的压制作用,对前陆盆地浅部热演化的影响不容忽视。因此,在浅部热演化(包括造山带逆冲推覆、快速沉积压实等)与盆地下伏岩石圈挠曲、深部热演化的联合作用下,使得前陆盆地构造-热演化颇为复杂,二者的耦合使得前陆盆地构造-热演化模拟颇具挑战。     

基于原位地应力测试及流变模型的深部泥页岩储层地应力状态研究

深部泥页岩储层地应力状态的准确确定是页岩气等非常规能源高效开发的关键。综合基于原位地应力测试获得水平最小主应力,建立基于流变模型的地应力剖面,应用成像测井技术确定水平最大主应力方向等,是准确确定泥页岩储层地应力的有效方法。将该研究思路应用于陕西汉中SZ1井,利用水压致裂原地应力测试方法获得储层水平最小主应力值范围为32~41 MPa;利用偶极声波测井数据获得岩石力学参数,结合地壳应变率和储层埋藏史,建立了SZ1井地应力剖面,结果表明牛蹄塘组1950~2025 m深度范围内水平主应力差介于10~15 MPa,水平最小主应力值范围为28~41 MPa,水平最大主应力值范围为47~49 MPa,预测得到的水平最小主应力值与实测结果具有较好的一致性。原地应力实测及流变模型预测结果揭示SZ1井地应力为正断型(S_v＞S_H＞S_h)或正断型与走滑型相结合的应力状态(S_v≈S_H＞S_h)。水平主应力差随伽玛值的升高而变小,表明地应力剖面与地层岩性具有较好的对应关系。基于成像测井揭示的钻孔诱导张裂隙分布特征,SZ1井水平最大主应力方向约为N74°W,与区域构造应力场方向基本一致。相关结论为准确认识SZ1井目标层地应力状态,以及后期水平井布设及压裂控制等提供了重要依据。      

松辽盆地古龙凹陷构造应力场弹-塑性增量法数值模拟

泥岩裂缝油气藏是大庆油田古龙凹陷主要的油气藏类型之一 ,构造裂缝储层在该类油气藏中占有重要地位。老第三纪末及现今的应力释放区是该区泥岩裂缝性储层的主要发育区。构造应力释放区的泥岩储层渗透条件得到改善 ,现今应力场控制着地层压力的分布。采用弹塑性增量的有限元法模拟了古龙地区青山口组地层老第三纪末与现今两期构造应力场。根据区域构造研究结果确定主应力方向 ,以确定应力场的分期。采用晶格位错密度法、水压致裂法及声发射法测定岩石的构造应力值 ,并作为构造应力场模拟的约束条件。由岩石力学试验测定岩石物性参数 (弹性模量和泊松比 ) ,根据区域沉积相带分析建立岩相地质模型。结合钻井及区域地质资料 ,对模拟结果进行分析研究 ,识别出古今四个应力释放区。其中他拉哈、新站两应力释放区的勘探程度高 ,绝大多数钻井资料印证了数值模拟结果的正确性 ;而葡西、杏西高西两应力释放区钻井资料较少 ,应作为潜在的裂缝储层勘探靶区。     

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。     

Fracture development in Paleozoic shale of Chongqing area (South China). Part one: Fracture characteristics and comparative analysis of main controlling factors

Natural macro- and micro-fractures in the Longmaxi shale (Lower Silurian) from Yuye-1 well and the Niutitang shale (Lower Cambrian) from Yuke-1 well are characterized. Regional geological structural evolution and shale geochemistry (including TOC and mineral composition, etc.) are analyzed. The controlling factors of natural fractures in Palaeozoic shale in the southeast of Chongqing have been confirmed, which have been analyzed qualitatively or semi-quantitatively. The results show that fractures are abundant, in both the Longmaxi Shale and Niutitang shale, due to the multiphase strong tectonic movement in the southeast of Chongqing. Therefore, tectonic factors are the principal factors that control fracture development in the Paleozoic shale of this region, followed by the mineral composition of the shale. Vertically, the mineral composition of shale in Yuke-1 well has a high dispersion degree and a strong heterogeneity (the dispersion coefficients of quartz and dolomite were 0.48 and 1, respectively), therefore, the development and distribution of fractures are controlled by quartz and dolomite content in the Niutitang shale, moreover, the quartz content shows positive correlation with the fractures quantity, and fractures are most abundant where dolomite content up to 64.7%. While the mineral composition of shale in Yuye-1 well has a low dispersion degree and a strong homogeneity in a vertical position (the dispersion coefficients of quartz and plagioclase were 0.15 and 0.26, respectively), which shows unconspicuous control effect for fractures, therefore, the development and distribution of fractures are mainly controlled by the TOC content, moreover, the TOC content shows positive correlation with the fractures quantity. Fractures are sealed by calcite, quartz and pyrite. Although sealed fractures do not contribute to the permeability of the reservoir, they are important planes of weakness that tend to be reactivated by hydraulically induced fractures. SEM images show that intergranular pore is connected by microfractures, thereby, the validity of porosity has been improved. The mixed network of microfractures and micropore provide enhanced permeability or storage capacity for the reservoir.     

页岩储层压裂工艺技术在渝东地区应用

页岩气的工业化开发要求对致密储层进行体积压裂改造,水平井多级分段压裂技术是成功开发页岩气藏的关键技术之一。页岩储层在地应力与致裂压力联合作用下突破页岩基质,沟通天然裂隙等弱结构面,形成高导流能力缝网系统,页岩储层中赋存的游离气和吸附气得以释放,提高了页岩气井的初始产量和最终采收率。根据渝东地区页岩储层工程地质特征,结合渝页A-2HF井、渝页B-2HF井矿场压裂施工数据,探索适用于渝东地区的页岩储层压裂工艺技术,结果表明,采用前置盐酸处理储层保持近井带导流能力,能够保障后续大排量施工压力窗口;低砂比粉砂段塞多级降滤实现“控近扩远”,增加储层改造体积;压力异常层段胶液前置充分造缝,可为后续滑溜水携带支撑剂进入地层创造有利条件。     

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。     

基于零厚度内聚力单元的水力裂缝随机扩展方法研究

为有效模拟裂缝性页岩储层中水力裂缝随机扩展过程,基于单元节点的拓扑数据结构,利用网格节点分裂方式,建立了一种基于有限元网格嵌入零厚度内聚力单元的水力裂缝随机扩展新方法。利用KGD模型解析解和2种室内试验,验证了新方法的准确性和有效性。同时,通过数值算例研究了水平地应力差和储层非均质性对水力裂缝随机扩展过程的影响。研究表明:(1)该方法弥补了ABAQUS平台内置的内聚力单元无法有效模拟水力裂缝随机扩展的不足;(2)在较高水平地应力差下页岩储层非均质性越强,与水力裂缝相交的高角度天然裂缝越容易开启。所建方法能准确地描述复杂水力裂缝的随机扩展行为,可为裂缝性页岩储层的数值模拟提供新手段。     

湘中涟源凹陷石炭系测水组页岩气成藏特征及勘探潜力

目前对海陆过渡相页岩的储层及其成藏特征研究较少.湘中地区涟源凹陷下石炭统测水组海陆过渡相页岩是重要的页岩气勘探层位,基于二维地震资料、钻井岩心资料和测录井资料,选取2015H-D6井进行了井区构造与测水组岩性描述,页岩储层地化、物性及含气量等测试分析,以及单井埋藏史和热史模拟.研究表明:涟源凹陷海陆过渡相测水组泥页岩沉积于滨岸泻湖或沼泽环境,有效厚度为71.8 m,埋深大于2 500 m;泥页岩有机碳含量平均为1.68%,干酪根类型以Ⅱ型为主,具备良好的生气基础和吸附载体;成熟度分布在2.30%~3.32%,平均为2.96%,处于过成熟阶段;储层脆性矿物含量超过60%,粘土矿物含量小于30%,储层整体表现为低孔低渗特性,孔隙以微孔隙为主,具较好的页岩气储层条件.利用测井解释、等温吸附以及现场解析等方法,揭示出测水组泥页岩具有较好的含气量,结合模拟结果提出了构造保存并持续沉降是涟源凹陷海陆过渡相测水组页岩气藏形成的关键因素.      

南盘江坳陷东兰地区下石炭统鹿寨组页岩气成藏条件及有利区预测

南盘江坳陷是四川盆地外围海相页岩气勘探战略突破区,具有巨大的勘探潜力,但其页岩气勘探起步晚、勘探方向不明确,严重制约了该区页岩气勘探开发.本次研究以南盘江坳陷东北缘东兰地区野外考察为基础,结合有机地球化学、全岩X衍射、扫描电镜等分析手段,分析了下石炭统鹿寨组泥页岩分布特征、源岩地球化学、储层物性特征、页岩气保存等成藏条件.研究表明:南盘江坳陷东北缘下石炭统鹿寨组泥页岩沉积厚度主要为250~350 m,埋深主要介于1 000~3 000 m;页岩有机碳含量多数大于2.0%,有机质主要为Ⅱ₁~Ⅱ₂型干酪根,处于高成熟-过成熟阶段,具备良好的供烃能力;页岩储层中脆性矿物含量高,孔隙空间发育良好,吸附性好,页岩气储集能力良好;页岩粘土矿物相对较高,成岩期压实、胶结作用较强,使页岩层自封闭性增强,保存条件较好;多期构造运动对后期页岩气保存与否具有决定性作用.对比国内外典型页岩气田成藏条件特征,认为南盘江坳陷东北缘下石炭统鹿寨组具备有利的页岩气成藏条件,提出南盘江坳陷东兰地区东北部为页岩气有利勘探区.      

海相页岩储层矿物质孔隙的形貌-成因类型

在南方下古生界海相页岩矿物种类识别和成因判断的基础上,研究矿物质孔隙的成因类型及其对页岩储层物性的影响。以场发射扫描电镜微观形貌观测结果为主要依据,立足于页岩的矿物组成,综合考虑沉积、成岩、地质构造等因素,将南方下古生界海相页岩储层矿物质孔隙的形貌-成因类型划分为3大类:主要孔隙（顺层缝隙、泥粒孔、组分间隙、层间裂隙等）,镜下常见,数量多,对页岩储层有一定的影响;其他孔隙（晶间孔、溶蚀孔、气液包体孔、片间缝隙等）,镜下少见,局限性大,对页岩储层影响微弱;构造孔隙（构造裂隙、碎粒孔等）是地质构造活动的记录,对页岩储层具有双刃剑的作用。页岩岩性不同,主要孔隙类型不同,不同的孔隙在页岩储层中有不同的作用。