济阳坳陷罗家地区各向异性页岩储层全波场地震响应模拟及分析

济阳坳陷罗家地区页岩储层的固有各向异性及水平层理发育使得储层呈现VTI（vertical transversely isotropy）各向异性,而VTI各向异性背景下垂直裂缝的发育使得储层进一步呈现等效正交各向异性特征。本文以正交各向异性介质作为罗家页岩油储层模型,在岩石物理建模中应用Backus平均理论将测井尺度的VTI各向异性粗化至地震尺度,并利用Schoenberg理论在VTI各向异性背景中引入垂直裂缝,进而得到正交各向异性等效介质模型,同时考虑裂缝尺度和流体填充等因素。之后,应用各向异性反射率法进行全波场地震正演模拟,计算正交各向异性页岩油储层AVAZ（amplitude versus azimuth）响应,通过振幅的方位特征进行储层裂缝识别。计算结果表明,PP波、PSV波和PSH波方位振幅响应各不相同,且方位振幅分布图的拟合形状可反映裂缝的发育方向,为页岩油储层中裂缝的地震识别提供依据。     

页岩气储层关键参数评价及进展

目前,中国页岩气开发及储层评价工作正处于初步探索阶段。为有效利用地质及地球物理测井技术进行页岩储层评价,在前人研究的基础上,总结了页岩气储层的基本特征,优选确定了页岩储层评价的关键参数:TOC含量、矿物成分及矿物的脆性指数、储层物性及含气量。概括了页岩地层使用的测井系列、页岩气层的定性测井响应特征,详细论述了表征页岩储层特征的关键参数定量评价方法,从有机地球化学参数、页岩的矿物组分及脆性指数、页岩储层物性参数、储层含气性评价4个方面展开了深入论述。最后,探讨了页岩储层综合评价研究进展及中国页岩气储层评价存在的问题,为建立适合我国页岩气储层的综合评价方法,优选优质页岩富集区段提供依据。     

焦石坝地区页岩各向异性及其影响的分析研究

黑色富含有机质页岩由于沉积方式的特殊性,一般具有较强的各向异性。但现有大部分研究是基于各向同性理论开展页岩储层预测工作,这与页岩的实际地质特点不符。文中联合利用实验室岩石力学测试数据以及各向异性参数经验公式计算焦石坝地区页岩的各向异性参数,并进一步探讨了各向异性对页岩岩石速度、储层AVO响应特征以及岩石力学参数计算的影响。结果表明,各向异性对页岩速度、脆性指数预测结果影响较大,在地层倾角较大时进行速度分析及页岩可压性预测时应考虑各向异性参数的影响;同时,AVO正演结果表明地震反射入射角小于40°时,各向异性算法与各向同性算法计算的页岩AVO响应差异较小,利用各向同性叠前反演方法进行页岩储层预测具有可行性。     

鄂西宜昌地区五峰组-龙马溪组页岩储层特征及其脆性评价

依据鄂西宜昌地区五峰组-龙马溪组页岩X射线衍射全岩分析、X射线衍射黏土矿物分析、物性分析、含气性测试和地球物理测井等资料,对区内页岩储层发育特征和页岩脆性特征进行了研究和综合评价。结果表明:宜昌地区五峰组-龙马溪组页岩依次主要由石英、黏土矿物、长石、白云石、方解石、黄铁矿等组成;具有自底部"高硅、低黏土"页岩向上过渡为"低硅、高黏土"页岩的发育特征。页岩孔隙度主要为1.01%～1.77%,平均1.29%,渗透率主要为0.001×10~(-3)～0.843×10~(-3)μm~2,平均0.234×10~(-3)μm~2,属于低孔特低渗储层;五峰组-龙马溪组下部页岩含气量普遍大于1 m~3/t,厚度可达20 m。脆性矿物含量法脆性分析结果显示,页岩脆性指数分布于39.6%～89.6%之间,平均55.4%,其中底部10 m厚的页岩脆性指数均大于60%,利于储层压裂改造后形成复杂的裂缝网络系统。弹性参数法脆性分析结果显示,五峰组-龙马溪组页岩杨氏模量主要为25.2～67.5 GPa,平均38.9 GPa;泊松比主要为0.177～0.327,平均0.297;脆性指数主要介于8.5%～97.3%之间,平均33.2%;其中底部13 m厚的页岩具有典型高杨氏模量、低泊松比和高脆性指数的特征。页岩脆性综合评价结果表明,五峰组-龙马溪组底部9 m厚的页岩发育相对最优杨氏模量和泊松比条件,脆性属于中-高等程度,造缝能力强,可压裂性好。将页岩段划分为4类可改造储层,其中底部2 714.4～2 723.4 m段页岩具有泊松比相对最小、含气性最好、脆性最优和有机质含量高等特征,构成研究区最优改造层段。     

四川盆地龙马溪组页岩各向异性影响因素

四川盆地下志留统的龙马溪组黑色页岩是国内页岩气勘探开发的重点区域,但是有关龙马溪页岩各向异性性质的研究还较少。在实验室开展模拟页岩储层压力条件下的超声波速度测试,研究龙马溪组页岩在不同方向的纵、横波速度以及各向异性参数随压力的变化规律。用矿物分析、X射线扫描的方法,分析页岩各向异性的影响因素,指出黏土含量、层理和有机质是引起龙马溪页岩各向异性的主要原因。     

基于岩石物理模型的页岩储层裂缝属性及各向异性参数反演

针对富有机质页岩储层复杂的矿物组分与微观孔缝结构,本文提出基于岩石物理模型和改进粒子群算法的页岩储层裂缝属性及各向异性参数反演方法。应用自相容等效介质理论与Chapman多尺度孔隙理论建立裂缝型页岩双孔隙系统岩石物理模型。开发基于岩石物理模型的反演流程,引入模拟退火优化粒子群算法解决多参数同时反演问题,反演算法能够避免陷入局部极值且收敛速度快。将本文方法应用于四川盆地龙马溪组页岩气储层,反演得到的孔隙纵横比、裂缝密度等物性参数和各向异性参数与已有研究结果一致,能为页岩储层的评价提供多元化信息。     

不同深度页岩储层力学各向异性的试验研究

为研究不同深度页岩储层力学参数的各向异性,开展了龙马溪组相关储层页岩的单轴压缩试验,探究了页岩储层力学参数在横向和纵向的变化规律,深入分析了页岩储层力学参数的各向异性指数。不同深度页岩储层矿物含量、天然裂缝的发育、层理缝密度等因素均导致储层表现出一定程度的各向异性;取样深度范围内,弹性模量随储层埋深的增加有减小的趋势;泊松比随储层埋深的增加有两头高、中间低的现象;抗压强度随储层埋深的增加表现出两头低、中间高的现象。抗压强度的横向和纵向异性指数均显著大于相同环境条件下弹性模量和泊松比的异性指数,且抗压强度的异性指数波动范围更广。力学参数的横向及纵向异性指数在一定程度上反映岩体力学性能的空间分布,深部岩体工程施工时,应提前开展不同深度和不同方向异性指数的力学试验调查,在优化工程施工的基础上,选取适用的力学本构关系。     

含流体浊积岩速度与衰减各向异性特征研究——以北海浊积岩为例

研究了含流体浊积岩储层的速度与衰减各向异性特征,分析了影响含流体浊积岩储层速度与衰减各向异性特征的主要因素。研究表明低频与高频条件下获得的含流体浊积岩弹性模量存在较大差异。通过速度各向异性分析可知,随着饱和度的增加,纵波速度增大;随着角度的增加,纵波速度增大;随着净毛比的增大,纵波速度减小。衰减各向异性分析结果表明层间流体流动导致平行于层理的纵波衰减小于垂直于层理面的纵波衰减;衰减依赖于介质非均匀性,当介质非均匀性最大时,衰减最大。     

应用扫描电镜与X射线能谱仪研究黔北黑色页岩储层孔隙及矿物特征

页岩储层研究已经成为页岩气研究的重点,页岩组构特征的特殊性使得页岩储层发育纳米/微米级孔隙。岩石及矿物中的纳米/微米级空隙是黔北黑色页岩的结构组分之一,传统的光学显微镜方法由于分辨率及放大倍数的限制无法对页岩储层的孔隙类型进行观察;核磁共振等仪器虽能准确测试页岩储层的孔隙度,但是无法获得孔隙的形貌及分布特征等信息。本文整合扫描电镜微区分析与X射线谱学分析的优点,运用Hitachi S-4800型场发射扫描电镜与IE250X-Max50牛津能谱仪组合,对黔北黑色页岩储层中矿物的分布、形态特征及矿物的组成元素进行分析测试。分析结果表明,利用场发射扫描电镜发现黑色页岩中发育微裂缝、纳米/微米级粒内溶孔;通过X射线能谱发现黑色页岩矿物主要有伊利石、石英、钠长石,其次为绿泥石、白云母、白云石等。黔北黑色页岩中裂隙直径为0.1~20μm,其中主要分布在1~5μm,均大于甲烷分子直径(0.414 nm),因此可作为天然气的运移通道与储集空间。此外通过X射线能谱仪对黔北黑色页岩中的石英、方解石、白云石、伊利石等脆性矿物进行分析,发现石英的含量(9.1%~78%)较高,伊利石(17.6%~25.5%)等黏土矿物含量较低,所以该页岩具有很高的脆性,易产生裂缝,可为游离气提供运移通道及储集空间,提高页岩气的产能及储量,进而为黔北地区储层评价及预测等提供依据。     

各向异性介质储层数值模拟及波场特征研究

各向异性介质储层中波场特征的研究,有利于对多波资料的准确解释。在弹性波方程基础上,结合数值模拟技术与AVO技术,对多种介质模型和第二类含气砂岩储层模型进行数值模拟与波场特征描述。以表征介质各向异性程度的Thomsen参数为出发点,研究各参数对地震波场动力学和运动学特征的影响,并对第二类含气砂岩介质中模拟得到的正演记录,以及各向异性参数对波场的影响程度进行分析,进一步加深了对该类储层各向异性特征的认识,这为各向异性介质中的参数反演与地震资料解释提供了有力的参考依据。     

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。     

龙马溪组层状页岩微观非均质性及力学各向异性特征

层状页岩的微观非均质性及力学各向异性对研究井壁稳定以及水力裂缝扩展形态具有重要意义。为了向页岩优化钻井、压裂工艺参数提供一定的理论和试验依据,对沿不同角度取心的页岩试样开展单轴压缩实验,配合场发射扫描电镜、原子力显微镜观测实验和波速测试等,研究龙马溪组层状页岩微观非均质性及力学各向异性特征,并讨论这些物理力学特征对水力裂缝形态的影响规律。结果表明:受层理面的影响,龙马溪组页岩呈现出较强的微观非均质性和宏观力学各向异性特征。具体的,微观孔隙结构特征方面,随着观测方向与层理方向之间夹角β的增大,微观孔隙结构的发育程度逐渐增加,说明气体的储集和空间呈增加趋势;宏观力学特征方面,单轴压缩条件下,随着加载方向与层理方向间夹角θ的增加,页岩试样的破坏模式从贯穿层理面的张拉破坏,先转变为剪切破坏,再变为劈裂-剪切混合破坏;龙马溪组层状页岩的单轴抗压强度、泊松比随着θ的增加呈现出先减小后增大的"U"形各向异性模式,弹性模量、横纵波速则逐渐减小,胶结程度较弱的页岩层理面会先于基质体发生破坏,进而显著影响岩石整体的力学性质;页岩微观非均质性及力学各向异性特征在一定程度上影响压裂过程中水力裂缝的扩展行为,以及停泵后压裂液的渗流路径。研究结果可为页岩压裂工艺参数优选提供一定依据。     

页岩各向异性特征的试验研究

为研究彭水页岩气区块储层的各向异性特征,开展了石柱县龙马溪组页岩的单轴和三轴压缩试验,分析了其力学特性、强度特征和破裂模式的各向异性,并揭示了其破坏机制的各向异性。结果表明：(1) 龙马溪组页岩具有明显的各向异性特征,弹性模量在平行层理方向最大,垂直层理方向最小,且围压的增加使其增加速率不断减小;0°、30°和60°、90°页岩的泊松比随围压的增加呈现出了相反的变化规律,这可能与页岩层理间孔隙和微裂缝的良好发育有关。(2) 相同围压下,0°试样强度最高,90°次之,30°最低,总体上呈现出两边高、中间低的U型变化规律,而不同角度的Hoek-Brown强度准则能较好地反映其强度的各向异性特征。(3) 页岩破裂模式的各向异性是由破坏机制的各向异性引起的,而强度的各向异性是由破坏机制的各向异性控制的。单轴压缩时,0°页岩为沿层理的张拉劈裂破坏,30°为沿层理的剪切滑移破坏,60°为贯穿层理和沿层理的复合剪切破坏,90°为贯穿层理的张拉破坏。三轴压缩时,0°为贯穿层理的共轭剪切破坏,30°为沿层理的剪切滑移破坏,60°和90°为贯穿层理的剪切破坏;页岩地层的层状沉积结构和层理间的弱胶结作用是破坏机制各向异性的根源。研究结果为水平井井壁的稳定性分析和水力压裂施工设计等提供了技术参考。     

海相页岩气储层特征研究进展与发展动态

富有机质泥页岩复杂的沉积成岩过程、细粒特征,以及远小于常规储层的以微米—纳米级为主的孔隙空间,给海相页岩气储层特征研究带来了极大的挑战。近年来借助多项先进技术方法的推广运用,在海相页岩气储层的多个方面形成了重要认识,页岩有机质与其成熟度关系密切,岩石矿物组分判定方法向定量化发展,岩相预测与建模技术得以应用,但成岩作用对储层的影响尚有待进一步探知,物性变化趋势的认识尚存在不同见解,孔隙结构实现了从定性到定量表征的跨越,页岩力学性质的解析能够有效指导压裂改造。通过进一步分析海相页岩气储层研究的发展动态,就页岩气储层孔隙结构系统表征、区域尺度上成岩与岩相变化的时空配置关系、成岩演化—岩相—孔隙系统—有机质丰度潜在的多元关系等研究方向作出了展望,以期推进储层特征研究在深度和广度上向前发展。     

页岩各向异性力学特性微观测试方法研究

页岩力学各向异性特征是地应力、井壁稳定、水力裂缝扩展相关研究的重要基础参数。针对页岩力学各向异性宏观测试中存在样品制取困难、制样成功率低的特点,采用来源丰富的钻井岩屑或破碎岩块,通过研究纳米压痕实验原理、实验方法和数据解释方法,采用连续刚度测试方法对平行层理和垂直层理的页岩试样进行纳米压痕测试;基于硬度的分类准则将纳米压痕数据分为三类主要矿物基质进行合理解释,采用接触刚度法计算硬度、杨氏模量,采用能量法计算断裂韧性,得出了页岩粘土基质的杨氏模量、硬度和断裂韧性。测试结果表明这种基于硬度的分类准则处理纳米压痕数据是方便合理的。页岩粘土基质力学特性在纳米尺度上具有各向异性,纳米尺度力学参数与层理方向相关。页岩不同力学参数的各向异性表现不同,杨氏模量各向异性较弱,断裂韧性各向异性较强。平行层理方向断裂韧性为垂直层理方向断裂韧性的80%。     

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。     

鄂尔多斯盆地延长组泥页岩储层SiO2赋存状态研究

鄂尔多斯盆地泥页岩储层纯页岩段黏土矿物含量高,储集空间体积小。因此,黏土矿物转化释放的二氧化硅缺乏足够的空间,不能生长成自生石英,只能以非晶态存在于黏土矿物之间;而其粉砂质泥岩夹层中常见微米级孔洞。孔洞由长石溶蚀和黏土矿物转化形成,内部则发育晶形完好的自生石英、绿泥石及含铁方解石。此外,粉砂质泥岩的碎屑颗粒间常发育结块状非晶态二氧化硅,碎屑石英颗粒周围则以次生加大边的形式发育粒状和席状(或片状)非晶态二氧化硅。二氧化硅主要来源于黏土矿物转化与石英碎屑颗粒溶蚀。     

淮南矿区新集矿1001井煤系泥岩脆性矿物及其沉积控制

采取钻孔岩心样品,采用X射线衍射、有机碳含量、镜质体反射率等测试方法,研究淮南矿区新集井田1001井煤系泥页岩组成特征、脆性及其沉积控制。结果表明:煤系泥页岩TOC质量分数偏低,为0.6%~6.05%,平均2.44%;干酪根类型以Ⅲ型为主,少量Ⅱb型,处于生油窗和湿气生成范围;泥岩矿物成分以石英和黏土矿物为主,脆性指数主要为20%~60%,平均45%,储层脆性高,可压裂性较好,具有储层改造的潜力。缺氧滞留还原环境有利于脆性矿物发育,对泥页岩脆性控制有促进作用;海相向陆相环境过渡过程中,黏土矿物含量增加,脆性矿物含量明显减少,泥页岩脆性受抑制;受海洋影响较强的还原环境对该井煤系泥页岩中脆性矿物的发育较为有利,这一结果可能在较大程度上受埋藏成岩作用的影响。      

页岩气水平井产能预测数值模型综述

页岩气的规模开采已逐步实现高产和稳产,作为替代能源弥补油气能源短缺成为可能。页岩储层致密,微纳米孔发育,具有吸附解吸特征和扩散、滑脱效应。同时天然裂缝、层理等发育,水平井体积压裂后水力裂缝不规则扩展,具有多场耦合跨尺度流动效应。其产能预测困难且不确定性大,制约着页岩储层的高效开发和评价。考虑页岩气多尺度多重输运特征,综述了基于双重介质模型、多重介质模型以及复杂缝网模型的页岩气水平井产能预测数值模型的研究发展现状。认为双重介质和多重介质产能模型均弱化了页岩储层压后开采时复杂缝网系统提供的庞大的可渗流面积和通道,不能综合表征页岩气全尺度多重耦合运输特征。而基于复杂缝网的页岩气水平井产能预测数值模型提供了多尺度流动嵌入的缝网系统,解决流动系统性的同时又精确表征了各尺度流动。产能可靠预测需要获得符合储层地质特征、岩石力学行为、高压流体冲击流固耦合作用机理的复杂缝网形态表征。缝网表征是页岩气水平井产能预测的关键。     

柴达木盆地北缘侏罗系陆相低熟页岩孔隙发育特征及主控因素

为了深入研究柴达木盆地北缘陆相低成熟页岩储层微观孔隙发育特征及主控因素,本文针对同一钻井内不同深度的页岩样品采用高压压汞、低温氮气吸附、低温二氧化碳吸附、核磁共振等多种测试手段,实现了对孔隙结构的全尺度定量综合表征.研究结果表明:在目前低成熟度条件下,页岩孔径分布呈现多峰式,总体孔径大多小于25nm,其中又以0.4nm左右的微孔和2～3nm的介孔为主,贡献了主要的孔容和比表面积,孔隙形态上多为四周开放的平行板或倾斜板狭缝状孔.同时还存在粒间孔、微裂缝等微米级孔隙,造成核磁共振曲线的双峰或三峰式分布.当前阶段由于有机质成熟度低,宏孔的孔体积与埋深呈负相关、与T OC、黏土矿物含量呈正相关,介孔的孔体积与脆性矿物含量呈负相关,孔体积和比表面积与Ro呈正相关,微孔的孔体积和比表面积与T O C、脆性矿物含量呈正相关.陆相页岩中不同孔隙的发育主要受控于埋深、T O C、Ro、脆性矿物含量、黏土矿物含量等因素中的一种或多种,随着有机质演化程度的增加,埋深及脆性矿物含量在控制孔隙发育方面作用减弱,T O C、Ro和黏土矿物含量成为孔隙发育和演化的主要影响和控制因素.