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.     

基于频变AVO反演的页岩储层含气性地震识别技术

结合地震岩石物理技术,研究了叠前频变AVO反演在四川盆地龙马溪组页岩储层含气性识别中的应用.首先,应用Backus平均理论将测井数据粗化为地震尺度储层模型,应用传播矩阵理论进行高精度地震正演及井震标定,分析页岩气储层地震响应特征.其次,基于岩心观测结果,应用Chapman多尺度裂缝理论设计页岩气储层理论模型,研究储层衰减、频散以及对应的地震反射特征.应用该理论模型测试频变AVO反演方法,计算结果表明：对于研究区地层结构和地震数据,区分流体类型的优势频率不是地震子波的主频,还受层间调谐干涉等储层结构因素控制,也进一步说明理论模型测试和标定的重要性.最后,将频变AVO反演技术应用到四川盆地龙马溪组页岩地层,计算得到的频散属性为页岩气储层含气性识别提供依据.     

页岩气地球物理测井评价综述

页岩气是指生成、储集和封盖均发生于页岩体系中,或游离于基质孔隙和天然裂缝中,或吸附于有机质和粘土矿物表面,或溶解于沥青和水中,在一定地质条件下聚集成藏并具有商业价值的生物成因和/或热解成因的天然气.在页岩气勘探开发中,地球物理测井是识别、评价页岩气储层并为后期完井提供指导参数的重要手段.页岩气属于极低孔极低渗的范畴,且具有很强的非均质性和各向异性,常规油气藏测井解释评价方法已不再适用,必须建立新的页岩气测井解释评价体系才能够对页岩气藏做出准确评价.评价页岩气藏的潜力涉及对多种因素正反面影响的权衡,包括页岩矿物组分和结构、粘土含量及类型、干酪根类型及成熟度、流体饱和度、吸附气和游离气存储机制、埋藏深度、温度和孔隙压力等.其中,孔隙度、总有机碳含量和含气量等对于确定页岩储层是否具有进一步开发价值非常重要.本文针对国外尤其是美国近期页岩气勘探开发的现状进行了广泛的文献调研,综述当前国外页岩气地球物理测井技术的发展现状,针对勘探开发的不同阶段介绍常用的含气页岩的测井系列,然后总结页岩气测井响应特征,并详细论述了页岩气储层评价方法及储层评价的重要参数,包括有机碳含量、岩石矿物组分及含量、孔隙度、含气量及岩石力学参数,最后提出我国页岩气地球物理测井研究存在的问题和发展趋势.     

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.     

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.     

泥页岩可压性评价方法及其在焦石坝地区的应用

泥页岩一般具有低孔、低渗的特性,北美页岩气勘探开发经验表明此类页岩储层需经过大规模的压裂改造才能够获得商业产能,因此页岩可压性是评价页岩是否能作为"甜点"的关键指标之一.本文以焦石坝地区志留系龙马溪组-奥陶系五峰组页岩为例,从岩石脆性、地应力特征以及裂缝发育程度三方面评价焦石坝地区的可压性.其中,利用Rickman公式结合叠前地震反演预测证实焦石坝页岩脆性指数较高,构造主体部位脆性指数大于50%,反映页岩易于破裂;页岩岩心实验室测试数据则表明焦石坝地区页岩水平应力差较小(小于0.14),反映页岩在进行工程压裂时易于形成裂缝网络;同时焦石坝地区页岩岩心可见的大量微裂缝,裂缝预测结果也表明构造主体部位网状裂缝发育,更加有利于页岩储层的压裂改造.综合三方面条件来看,焦石坝地区页岩较好的可压性是本区页岩获得商业开发的关键.     

页岩气储层地球物理测井研究进展

页岩气是储存在页岩中以游离态和吸附态存在的天然气,是一种非常规油气资源.地球物理测井技术具有方法多、纵向分辨率高、信息量大、连续、方便、灵敏等优势,能够获得沿井眼剖面的岩石物理参数,是常规油气资源和非常规油气储层评价的重要手段.文章综述了页岩气储层的地质特点,总结了国内外页岩气测井系列和页岩气的测井响应特征.针对测井信息的处理,给出了基于测井有机碳含量(TOC)计算和成熟度指数(MI)的研究进展,讨论了页岩岩性识别、矿物计算和裂缝的评价方法,并对美国页岩气测井评价实例做了介绍.最后,指出目前页岩气测井技术存在的问题和未来的突破方向和思路,对指导页岩气勘探和经济评价具有重要指导意义.     

不同页岩及干酪根比表面积和孔隙结构的比较研究

运用氮气吸附和扫描电子显微镜实验研究了中国南方古生界不同页岩及其干酪根孔隙发育形态及影响因素.结果显示:二叠系大隆组页岩比表面积介于2.22~3.52 m2 g-1,比表面积与TOC含量之间没有相关性;干酪根纳米孔隙不发育,比表面积为20.35~27.49m2 g-1;志留系龙马溪组页岩比表面积介于17.83~29.49 m2 g-1,比表面积与TOC含量之间有极好的正相关性;干酪根纳米孔隙发育很好,比表面积高达279.84~300.3 m2 g-1;寒武系牛蹄塘组页岩比表面积介于20.12~29.49 m2 g-1,比表面积随TOC含量和蒙脱石含量增加而增加;干酪根发育有一定量的纳米孔隙,比表面积为161.2 m2 g-1.作为比对样品,油柑窝组油页岩比表面积为19.99 m2 g-1;干酪根孔隙极不发育,比表面积仅为5.54 m2 g-1,说明了油页岩的比表面积可能主要是来自蒙脱石等粘土矿物的贡献.页岩比表面积的高低及孔隙的多少与有机质含量、类型、成熟度和蒙脱石含量等因素密切相关.低成熟干酪根基本没有孔隙发育而显示出极低的比表面积;高过成熟干酪根具有较好的孔隙发育及较高的比表面积.龙马溪组干酪根比牛蹄塘组干酪根具有更为发育的纳米孔隙和更高的比表面积,这可能与它们的干酪根类型及显微组分等因素有关.较高的蒙脱石含量也会对页岩比表面积有一定的贡献.低成熟干酪根的孔容和比表面积主要是来自大于10 nm孔的贡献,高过成熟干酪根的孔容主要是大于10 nm孔的贡献,但4 nm左右孔也有一定的贡献,比表面积则主要是来自小于4 nm孔的贡献.通过对比研究不同页岩及干酪根的比表面积与孔隙结构可以得出龙马溪组和牛蹄塘组页岩比大隆组页岩具有更强的吸附能力.     

基于煤田测井资料的页岩储层地化参数预测方法研究

为了解决H区山西组使用煤田测井资料进行页岩气储层地化参数预测问题,本文在大量文献调研基础上,梳理总结了页岩气储层总有机碳含量、热成熟度、生烃潜力等地化参数的一般预测方法.针对研究区的测井资料为煤田测井资料实际情况,收集整理了该区最新的页岩气储层地化参数测试分析资料,开展了页岩气地化参数的敏感测井响应分析,优选建立了适合H区山西组页岩储层地化参数的测井解释模型.研究表明,选择建立地化参数解释模型的关键是准备一定数量的地化参数测试分析资料和可靠的测井曲线,按照"岩心刻度测井"的原则建立具体的地化参数测井解释模型;本文优选敏感煤田测井曲线建立了总有机碳含量TOC、镜质体反射率Ro和生烃潜力(S1+S2)的预测模型,较好地解决了基于煤田测井资料的地化参数预测问题,研究成果具有一定的参考意义.     

基于统计岩石物理模型的各向异性页岩储层参数反演

提出了各向异性页岩储层统计岩石物理反演方法.通过统计岩石物理模型建立储层物性参数与弹性参数的定量关系,使用测井数据及井中岩石物理反演结果作为先验信息,将地震阻抗数据定量解释为储层物性参数、各向异性参数的空间分布.反演过程在贝叶斯框架下求得储层参数的后验概率密度函数,并从中得到参数的最优估计值及其不确定性的定量描述.在此过程中综合考虑了岩石物理模型对复杂地下介质的描述偏差和地震数据中噪声对反演不确定性的影响.在求取最大后验概率过程中使用模拟退火优化粒子群算法以提高收敛速度和计算准确性.将统计岩石物理技术应用于龙马溪组页岩气储层,得到储层泥质含量、压实指数、孔隙度、裂缝密度等物性,以及各向异性参数的空间分布及相应的不确定性估计,为页岩气储层的定量描述提供依据.     

川东TS—HNT地区飞仙关组鲕滩储层特征及测井资料解释

简述了川东TS—HNT地区飞仙关组鲕粒储层的地质特征及其储集性能,并介绍了鲕滩储层的测井响应特征。飞仙关组鲕滩储层以孔隙（洞）型为主,具有溶蚀孔洞发育、局部有少量裂缝、储层孔隙结构复杂等特点。准确的确定储层物性参数和岩性是测井解释评价的基础。通过对钻井取芯资料和测井资料的分析研究,对储层四性关系进行分析,建立了适合本区的储层参数测井解释模型,提高了储层物性参数的计算精度;针对研究区鲕滩碳酸盐岩储层孔隙结构复杂、孔渗关系变化多样的特点,以常规测井资料为基础,结合岩芯分析数据及试气投产资料,给出了储层综合测井解释成果,且测井解释结果与实际情况相一致。     

页岩气储层地球物理测井评价研究现状

页岩气是以吸附或游离态为主赋存于暗色富有机质、极低渗透率的泥页岩中,自生自储、连续聚集的天然气藏.我国页岩气富集地质条件优越,具有良好资源前景及开发潜力.页岩气勘探开发的"甜点"是富有机质页岩优质储层的发育段和有利区,页岩气储层评价是寻找"甜点"的关键.地球物理测井技术贯穿于页岩气的勘探开发,是识别和评价页岩气储层的重要手段之一.我国的页岩气勘探开发及储层评价正处于起步探索阶段,为了有效利用地球物理测井技术进行页岩气储层评价,在调研国内外大量文献的基础上,结合已有的地质、测井资料,首先介绍了页岩气勘探开发中不同钻井类型所采用的测井系列,对比和分析了页岩气储层测井响应特征.其次从矿物组分、地球化学参数、物性参数、含气性和可压裂性评价等方面全面深入论述了页岩气储层测井评价方法及评价参数的计算,认为矿物组分、地球化学参数、物性参数、含气性和可压裂性是页岩气储层测井评价的重点,并结合实际资料改进了TOC和脆性指数计算公式.最后提出了我国页岩气储层测井评价中存在的主要问题、发展趋势及一些认识和建议.     

四川盆地龙马溪组页岩气储层各向异性岩石物理建模及应用（英文）

不同类型的页岩,微观物性特征差异明显,本文针对四川盆地龙马溪组页岩气储层进行岩石物理建模及VTI各向异性参数反演。首先,基于前人对粘土矿物的定向排列是产生页岩固有各向异性主要原因这一地质认识,在岩石物理建模过程中引入粘土矿物压实指数CL参数描述粘土矿物的弹性各向异性。之后,基于岩石物理模型开发反演算法,计算页岩储层CL参数及Thomsen各向异性参数,解决了由于无法测得与井壁垂直方向上的声波速度,各向异性直接测量存在困难的问题。计算结果表明,通过在岩石物理建模中引入粘土压实参数,反演方法能够合理估计龙马溪页岩储层的弹性各向异性,反映了龙马溪页岩的微观物性特征。进一步分析发现,龙马溪页岩中粘土含量与参数CL相关性较弱,表明粘土矿物的多少对其压实或各向异性程度影响较小。同时,参数CL在目标层龙马溪组底部和五峰组具有高异常值,反映了储层微观结构与含油气特征具有关联性。最后,基于模型构建了岩石物理模板,可用于储层测井数据与多物性参数关系的定量解释。测井数据在岩石物理模板上的合理分布也验证了岩石物理建模方法的有效性。     

龙马溪—五峰组富有机质页岩三维岩石物理模板分析及"甜点"预测

为识别四川盆地丁山区龙马溪—五峰组目的层富含页岩气的"甜点区",本文对页岩的有机碳含量、脆性、孔隙度及微裂隙等核心指标进行分析研究.对页岩展开岩石物性特征和岩石物理分析,结果显示"甜点区"具有TOC含量高、高孔隙度、低密度、脆性高(石英含量高)的特点,此外储层的拉梅常数和密度的乘积λρ分布范围是18～30 GPa·g·cm-3,泊松比v范围是0.18～0.22,剪切模量μ范围是13～18 GPa.根据储层的岩石物理特征,同时考虑孔隙度、裂隙纵横比和矿物组分对优质页岩敏感弹性参数的影响,采用等效嵌入体应力平均(EIAS)理论模型构建适合页岩气储层的三维岩石物理模板,进而预测储层的孔隙度、裂隙纵横比和石英矿物含量.基于测井数据,对构建的三维岩石物理模板进行校正,将校正后的模板应用到研究工区,选取过三口井的二维测线和三维区块,进行孔隙度、裂隙纵横比和石英矿物含量的定量预测.对比实际资料分析得出的优质页岩储层孔隙度预测范围与测井结果吻合较好,过三口井的目的层产气情况与预测结果一致性良好,目的层页岩具有高孔隙度、低裂隙纵横比和高石英含量的特征,可有效地指示优质页岩储层分布.     

黔东页岩复电阻率各向异性及其与页岩气储层参数关系研究

电法勘探因其成本低、效率高的优势,常被作为寻找页岩气储层的辅助手段.然而,到目前为止,页岩的电性特征,特别是复电阻率各向异性特征,以及其与页岩气储层参数的关系研究甚少,这在一定程度上阻碍了电法勘探在页岩气勘探中的应用.基于此,本文采集了黔东地区几种典型黑色页岩岩样,并测量了 6块黑色页岩在走向、倾向和垂直层理方向的复电阻率,分析了其各向异性特性,讨论了电阻率与总有机碳(TOC)含量、脆性矿物含量、最大镜质组反射率等页岩气储层参数之间的关系.研究表明:(1)页岩复电阻率振幅各向异性存在频率依赖的特征,在中低频阶段,页岩复电阻率振幅各向异性明显,垂直层理方向复电阻率振幅显著大于走向、倾向方向复电阻率振幅,但随频率增加,页岩复电阻率振幅各向异性差异减小,甚至趋于各向同性;(2)复Cole-Cole模型能很好地拟合页岩三方向的复电阻率数据;(3)走向、倾向方向电阻率与TOC含量存在显著的线性正相关关系,通过走向、倾向方向电阻率预测TOC含量有一定可行性;(4)电阻率与脆性矿物含量、黏土矿物含量、最大镜质组反射率关系复杂,未发现简单的线性相关关系.上述研究结果对我们全面了解黔东地区黑色页岩的电性特征,促进电法勘探在页岩气勘探中的应用大有裨益.     

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.     

地球物理技术在页岩储层裂缝研究中的应用

近年来北美等国外页岩气勘探的巨大成功和我国在南方海相页岩(包括涪陵焦石坝、长宁-威远及昭通等)中获得的重大突破表明,泥页岩裂缝的研究尤为重要.裂缝的发育程度是决定泥页岩气藏品质的重要因素,一般来说,裂缝越发育,气藏的富集程度越高.地球物理方法和技术贯穿于页岩气勘探开发的始终,也是识别泥页岩裂缝的重要手段.在对国内外大量页岩储层测试数据和研究成果全面系统调研和深入分析总结的基础上,总结了常规测井技术识别裂缝的特点以及测井新技术裂缝识别的原理和方法.现今有关泥页岩裂缝识别的地震研究工作主要存在下面三种思路和方法:基于对裂缝敏感的属性直接分析、基于施工过程中的裂缝响应特征分析以及基于学科综合的定量化分析预测和识别裂缝.根据以上思路,全面系统分析了泥页岩裂缝识别的各种地震方法.综合测井和地震的地球物理方法准确确定裂缝产状、裂缝长度及空间展布特征等参数,对寻找页岩气富集"甜点区"有着重要意义.     

基于贝叶斯框架的各向异性页岩储层岩石物理反演技术

页岩岩石物理建模旨在建立页岩矿物组分、微观结构、流体填充与岩石弹性参数的关系.对四川盆地龙马溪组页岩进行岩石物理建模研究,针对页岩黏土含量高、层间微裂缝发育等特点,利用Backus平均理论描述页岩黏土矿物弹性参数,利用Chapman理论计算与水平微裂缝有关的VTI各向异性,并利用Bond变换考虑地层倾角的影响.提出以黏土矿物纵、横波速度和孔隙纵横比为拟合参数进行岩石物理反演的方法,并引入贝叶斯框架减小反演的多解性.由已知的黏土矿物纵、横波速度和孔隙纵横比作为先验信息,并以测井纵、横波速度作为约束条件建立反演的目标函数,同时利用粒子群算法进行最优化搜索.计算结果表明,基于先验约束和粒子群算法的反演方法能够较准确地反演黏土矿物的弹性参数、孔隙形态参数以及裂缝密度等参数.计算得到的黏土纵、横波速度较高,并且在一定范围内变化,这可能与龙马溪组页岩的黏土矿物组分中具有较高弹性模量的伊利石含量较高有关,同时也与黏土定向排列等微观物性特征有关.反演得到的裂缝密度与纵波各向异性参数ε呈明显的正相关,而与横波各向异性参数γ相关性较小.另外,页岩各向异性参数与黏土垂向的纵横波速度有较强的相关性.     

基于小波高频属性的泥页岩裂缝测井识别方法研究

近几年受地震属性分析技术的启发,出现了利用测井属性分析泥页岩裂缝油气藏的新方法.为了避免常规测井信号受到噪声干扰影响裂缝识别效果,利用小波变换的高频属性对裂缝识别展开研究.以贵州岑巩地区下寒武统牛蹄塘组的泥页岩裂缝性油气藏为例,观察和分析野外黑色页岩露头、岩心薄片及镜下照片,总结了该地区裂缝发育特征和成因;然后着重利用研究区的测井资料,运用小波阈值去噪和小波高频属性方法对裂缝进行了识别.研究结果表明:研究区主要发育高角度剪性缝、张剪性缝、低角度滑脱缝及层间缝,采用的小波阈值去噪方法具有高信噪比和低均方差特点,在保留原始信号特点的基础上得到更加真实的信号;通过小波高频属性方法提取了声波时差信号中的高频信号,识别出了常规测井方法无法识别的泥页岩裂缝,该套方法成功在贵州岑巩页岩气裂缝识别中得到成功应用,并具有一定的借鉴意义.     

页岩吸附模型及吸附气含气量计算方法进展

随着北美页岩气勘探开发的成功,页岩气资源越来越受到重视.我国页岩气层评价从勘探和开发等多个方面也得到了迅猛发展.页岩储层较为致密,以较小的纳米级微孔隙微裂缝作为主要储集空间,具有与常规储层不同的储集空间特征,因此决定了油气储集的特殊性.天然气在页岩中多以游离态和吸附态两种赋存状态为主,并且吸附气占主要组成部分.因此研究天然气在页岩中的吸附机理,建立吸附模型,对于页岩气储层含气性评价具有至关重要的作用.本文对页岩气储层特点进行简要介绍,提出现有页岩吸附模型的局限性,简要介绍并总结了近几年常用的页岩亚临界吸附模型和超临界吸附模型的基本思路,对页岩气的勘探开发具有一定参考作用和指导意义.