页岩气储层压裂水平井产能模型

在页岩气藏地质特征研究的基础上,针对页岩气的吸附解吸、滑脱、扩散及渗流等复杂流动过程,建立水力压裂条件下,页岩储层水平井单相气渗流数学模型,从而全方面描述页岩气渗流机理.采用Laplace变换、Stehfest反演和Matlab编程对模型进行求解,绘制页岩气储层压裂水平井产能递减曲线,并分析滑脱效应、吸附解吸、储容比、窜流因子、气藏尺寸对产能的影响.结果表明:滑脱效应、吸附解吸、窜流因子和气藏尺寸主要影响生产过渡期和中期,储容比主要影响生产初期和过渡期;滑脱效应和吸附解吸使得过渡期和中期的产量更高,不同的是滑脱效应使生产时间缩短,吸附解吸延长生产时间,并且有利于稳产;窜流因子和气藏尺寸越大,过渡期和中期的产量越高;储容比越小,初期和过渡期的产量越低.     

低压气体吸附实验在页岩孔隙结构表征中的应用

页岩孔隙结构特征直接影响气体在其中的吸附和运移。以长宁示范区下志留统龙马溪组下部富有机质页岩样品为例,利用场发射扫描电镜(FE-SEM)、低压CO2气体吸附及低压Ar气体吸附等实验,对长宁示范区开发主体层段富有机质页岩的孔隙结构进行定性描述和定量表征。结果表明:长宁示范区富有机质页岩主要发育有机质孔隙,页岩孔隙结构非均质性强,平均比表面积为42.19m2/g,平均孔体积为0.059 1cm3/g,孔径小于2nm的微孔提供页岩60%以上的比表面积,是页岩气主要的吸附场所;孔径大于10nm的介孔和宏孔提供页岩70%以上的孔体积,是页岩气主要的储存场所。改进的气体吸附法可实现对页岩纳米级孔径分布的连续定量表征,研究结果对了解富有机质页岩纳米级孔隙结构特征、评价页岩含气性具有指导意义。     

四川盆地长宁构造地区龙马溪组页岩孔隙结构及其分形特征

以四川盆地长宁构造地区古生界下志留统龙马溪组页岩为例,利用低压氮气吸附测试手段和分形法理论,分析了页岩的孔隙结构参数及分形维数,结合有机质含量和矿物组成分析,研究了页岩孔隙结构特征及其分形特征的影响因素。结果表明:龙马溪组页岩孔隙结构复杂,孔隙主要以两端开口的圆筒状孔、墨水瓶状孔等开放性孔为主,孔径主要在1~10nm之间,孔径主峰位于1.86nm附近;页岩平均孔径在1.807~4.343nm之间,与w(TOC)、石英含量呈负相关,与黏土矿物含量呈正相关,其中w(TOC)对其影响显著;页岩总孔容在0.010 76~0.025 04cm3/g之间,比表面积在5.416~25.958m2/g之间,页岩总孔容、比表面积与w(TOC)、石英含量呈正相关,与黏土矿物、碳酸盐含量呈负相关;页岩具有双重分形特征,大孔隙分形维数D₁为2.091 8~2.653 7,小孔隙分形维数D₂为2.724 8~2.857 5,说明大孔隙结构的复杂程度大于小孔隙;页岩孔隙的分形维数与比表面积和总孔容呈正相关,而与平均孔径呈负相关;与w(TOC)、石英含量呈正相关,与黏土矿物、碳酸盐含量呈负相关,其中w(TOC)、石英和黏土矿物含量对页岩孔隙结构复杂性影响较大。      

辽河东部凸起太原组页岩孔隙分形特征

页岩孔隙结构具有良好的分形特征,孔隙结构的分形维数能定量描述孔隙结构的复杂程度。以辽河东部凸起为例,应用高压压汞方法研究了页岩孔隙结构及其不规则性,计算了页岩孔隙分形维数。研究结果表明,辽河东部凸起太原组页岩孔隙分形无标度区为0.09~60 μm,孔隙分维数为2.378~3.007,随着分形维数的增大,页岩的非均质性增强,压汞实验得出的页岩孔径分布特征也证明了页岩的孔隙分形维数可以用来定量描述页岩储层岩石孔隙结构的微观非均质性;数学拟合表明分形维数与有机质含量相关性差,反映页岩中无机孔隙为主体孔隙类型;分形维数与石英含量呈较弱的正相关而与黏土矿物含量呈较强的负相关性,表明黏土矿物含量对页岩孔隙结构影响明显。分形维数与页岩的渗透率和孔隙度均具有很好的负相关性,分形维数越大,岩心的渗透率和孔隙度越小,表明分形维数越大,孔隙结构越趋于复杂,不利于气体的渗流和产出。      

川渝鄂地区龙马溪组页岩沉积环境及储集特征

根据8条野外油气地质基干剖面调查、测井资料、岩心观察,以及薄片分析、X线衍射和扫描电镜等,分析川渝鄂地区龙马溪组黑色页岩沉积环境、分布规律及储集空间特征。结果表明:早志留世龙马溪组为受古隆起围限的浅海深水沉积的古地理格局,主要为深水陆棚相、浅海陆棚相、潮坪潟湖相沉积环境。优质黑色页岩主要发育于陆棚相,厚度为20~120m,呈北东向展布。龙马溪组页岩段黏土矿物质量分数分布在18.80%~30.19%之间,平均为26.50%,以伊/蒙混层为主,对CH4吸附性强。泥页岩孔隙度分布在0.47%~16.50%之间,平均为4.57%,渗透率为(0.004~0.917)×10~(-3)μm~2,页岩储集空间主要包括微孔隙和微裂缝2种类型,有机质孔最为发育,与含气量呈正相关关系。该结果为川渝鄂地区页岩气勘探和开发提供依据。     

鄂西地区深层页岩气储层岩相孔隙结构特征差异及其控制因素——以YT1和YT3井五峰—龙马溪组页岩为例

岩相页岩孔隙结构是影响页岩气储集及运移能力的重要因素。以鄂西地区五峰—龙马溪组深层页岩为例,采用小角中子散射、高压压汞和场发射扫描电镜等实验方法,对比不同岩相页岩孔隙结构特征,明确不同岩相页岩孔隙结构特征差异及其控制因素。结果表明：鄂西地区五峰—龙马溪组页岩划分为高有机质硅质页岩岩相、中有机质硅质页岩岩相和低有机质黏土/混合质页岩岩相,不同岩相总孔隙度为1.76%～4.27%;高有机质硅质页岩和中有机质硅质页岩储集空间以有机孔为主,低有机质黏土/混合质页岩储集空间以无机孔为主,微裂缝发育程度为高有机质硅质页岩>中有机质硅质页岩>低有机质黏土/混合质页岩;有机质丰度和矿物组分是不同岩相页岩孔隙结构差异主控因素,随总有机碳质量分数和硅质矿物质量分数降低,有机孔密度和孔径显著下降,孔隙结构非均质性减弱,微裂缝发育程度逐渐降低。高有机质硅质页岩相具有较强生烃潜力,微裂缝发育程度较高,为研究区段最优页岩相。总有机碳质量分数和矿物组分是五峰—龙马溪组深层页岩气储层不同岩相孔隙结构特征差异关键因素,高有机质硅质页岩相为研究区段最优页岩相。该结果为鄂西地区下寒武统五峰—龙马溪组深层页岩气储...     

页岩孔隙系统研究实验方法

基于页岩孔隙系统的特殊性,讨论了FESEM QEMSCAN 、FIB FESEM、NANO CT、氮气吸附法、小角中子散射等几种页岩孔隙系统研究方法的特点和适用范围。指出场发射扫描电镜以及与之结合的能谱和矿物定量评价系统(FESEM QEMSCAN)是研究页岩纳米级孔隙类型、大小、形态以及矿物分布的基础手段;聚焦离子束扫描电镜、微纳米CT可刻画页岩孔隙系统在三维空间的展布特征,利用获得的三维数据体进行数值模拟,可进一步计算孔隙度、渗透率等物性参数;氮气吸附法可对小于100 nm的极微孔隙的孔径、形态进行求算;小角中子散射则可利用孔隙中存在的气体分子,获得孔隙系统连通性等重要参数。最后从页岩岩石组构的角度,探讨了页岩孔隙控制因素,指出有机质含量与成熟度,黏土矿物类型、含量,碎屑颗粒的含量以及成岩强度是影响页岩孔隙系统的主要因素。      

鄂尔多斯盆地南部延长组页岩微观储集空间特征

以鄂尔多斯盆地三叠系延长组泥页岩为研究对象,采用岩心观察、薄片鉴定、扫描电镜分析、比表面积及孔径分布分析和等温吸附实验等方法,研究页岩气储层微观储集空间的类型、成因及微观孔隙结构.结果表明:延长组泥页岩微孔隙与矿物的形成与转化存在一定联系,微孔隙中次生孔隙是不稳定矿物溶解和矿物成岩转化过程体积收缩等作用的综合结果.泥页岩孔径分布主要在10~30nm之间,孔径分布特征与页岩比表面积具有较好的对应关系.根据等温吸附—脱附曲线形态,将研究区微孔隙形态分为四类,研究区以第Ⅱ类微孔隙结构为主,页岩气的解吸效率相对较高.该研究结果为明确研究区延长组页岩微观储集空间特征及页岩气赋存机理提供指导.     

川东南石林地区五峰组—龙马溪组黑色页岩特征

川东南石林地区五峰组—龙马溪组黑色页岩为四川盆地页岩气勘探重点地区重点层位,应用野外观察、镜下鉴定、化学测试等方法分析石林地区页岩特征.结果表明:川东南地区五峰组—龙马溪组主要为陆棚相黑色页岩、硅质泥页岩和粉砂质泥岩沉积,且黑色页岩段富含黄铁矿和笔石化石;以Ⅱ型干酪根为主,有机碳质量分数大于2.0%,有机质成熟度大于2.0%,具备大量生气条件;脆性矿物质量分数大于50%,有利于人工造缝;储集空间类型丰富,以纳米级孔隙及微裂缝为主,测试孔隙度为2.5%.与焦石坝地区对比,川东南地区五峰组—龙马溪组黑色页岩整体表现为有机质质量分数高、成熟度高、页岩脆性好和生气能力强的特点,较有利于页岩气的形成和富集,为勘探远景有利区.     

川西南威远地区龙马溪组页岩储层孔隙发育特征及控制因素分析

以四川盆地西南威远地区龙马溪组页岩为研究对象,通过X衍射、场发射扫描电镜、氮气吸附实验方法和QSDFT的分析方法,对该区的页岩孔隙类型、结构及孔隙发育的自身控制因素进行了研究。研究结果表明:①龙马溪组主要发育3种孔隙,即有机质孔、无机质孔和微裂缝,有机质孔有连续分布和不连续或块状分布2种形态,孔隙以2种结构为主,即墨水瓶孔和平行狭缝内壁的孔隙。②孔隙直径呈0~2,2~4 nm双峰态分布,微孔和介孔提供了主要的比表面积和孔隙体积,且随着埋藏深度的变浅,储层的孔隙体积和比表面积均减小。③页岩有机质含量和矿物组成控制了页岩储层的孔隙发育,有机质主要控制微孔的发育;石英主要影响介孔的发育,对其有一定的抑制作用;黏土矿物有利于介孔的发育,不利于微孔的发育。④与焦石坝地区页岩储层的对比表明,有机质含量是页岩气储集空间发育的主控因素。      

川东南地区志留系龙马溪组页岩孔隙结构特征

页岩储层的孔隙结构对页岩气资源评价和勘探开发具有重要意义。通过高压压汞法、低压氮气吸附法、氩离子抛光-场发射扫描电镜对川东南龙马溪组页岩微观孔隙结构特征进行了深入的研究,分析了微观孔隙发育影响因素。研究表明,页岩排驱压力比较高,孔隙分选差,退汞率极低,说明孔隙与喉道非常不均一;页岩比表面积为12.330~29.822 m2/g,平均为20.132m2/g;孔体积为0.015 9~0.094 7cm3/g,平均为0.044 5cm3/g;平均孔径为3.484~12.473nm,平均为7.400nm;主体孔隙为中孔,存在一部分的微孔和大孔,氮气吸附-脱附曲线表明孔隙形态以墨水瓶形孔和狭缝状孔为主。孔隙类型可分为有机质孔、原生残余孔、次生溶蚀孔、黄铁矿晶间孔、黏土矿物晶间孔、裂缝6种类型,其中原生残余孔、次生溶蚀孔可达微米级。有机碳含量、石英含量、黏土矿物含量、热演化程度均会影响微观孔隙发育,比表面积和孔体积随有机碳、石英含量的增加而增加;而随黏土矿物含量的增加,比表面积、孔体积呈减小趋势;适宜的热演化程度是纳米级孔隙发育的重要影响因素。      

鸡西盆地主力煤层水可动性及其孔渗控制

水可动性是影响煤层气产出的重要因素,分析孔渗对水可动性的作用对鸡西盆地煤层气开发具有重要意义。以鸡西盆地不同矿区主力煤层为研究对象,开展了低场核磁共振（NMR）及渗透率实验,同时,结合称重测定煤样含水饱和度的方法,分析了煤层孔渗特征对煤中水可动性的影响。结果表明:①研究区煤样中吸附孔较为发育,平均占比为58.36%;渗流孔和裂隙发育程度相当,平均占比分别为21.23%和20.41%,且两者之间连通性较好;②确定了煤样达到束缚水状态的离心力为1.38 MPa,此压力下煤中可排出半径约0.1 μm半开放或开放孔隙中的可动水。煤样可动水饱和度为27.84%~60.87%,平均值37.86%;束缚水饱和度为39.13%~72.16%,平均值62.14%,可动水含量相对束缚水含量较低。随着离心压力的增加,可动水首先沿着大裂隙流动,随后经过渗流孔流出,束缚水主要存在于吸附孔中,需要克服较大的毛细管阻力,难以流动;③尽管煤样变质程度相近,但其内部水的可动性及赋存状态存在明显差异,这可能是造成同一区块不同煤层气井气水产出差异的原因之一;④研究区煤中半径>1 000 nm段孔喉越发育、煤岩渗透率越大,煤的可动水饱和度越高,水在其中越容易流出;煤中半径0~100 nm段孔喉越发育,煤的可动水饱和度越低,水在其中被束缚而难以流动。      

Upper Paleozoic Marine Shale Characteristics and Exploration Prospects in the Northwestern Guizhong Depression,South China

Multiple sets of organic-rich shales developed in the Upper Paleozoic of the northwestern Guizhong Depression in South China. However, the exploration of these shales is presently at a relatively immature stage. The Upper Paleozoic shales in the northwestern Guizhong Depression, including the Middle Devonian Luofu shale, the Nabiao shale, and the Lower Carboniferous Yanguan shale, were investigated in this study. Mineral composition analysis, organic matter analysis(including total organic carbon(TOC) content, maceral of kerogen and the vitrinite reflection(Ro)), pore characteristic analysis(including porosity and permeability, pore type identification by SEM, and pore size distribution by nitrogen sorption), methane isothermal sorption test were conducted, and the distribution and thickness of the shales were determined, Then the characteristics of the two target shales were illustrated and compared. The results show that the Upper Paleozoic shales have favorable organic matter conditions(mainly moderate to high TOC content, type Ⅰ and Ⅱ_1 kerogen and high to over maturity), good fracability potential(brittleness index(BI) 40%), multiple pore types, stable distribution and effective thickness, and good methane sorption capacity. Therefore, the Upper Paleozoic shales in the northern Guizhong Depression have good shale gas potential and exploration prospects. Moreover, the average TOC content, average BI, thickness of the organic-rich shale(TOC 2.0 wt%) and the shale gas resources of the Middle Devonian shales are better than those of the Lower Carboniferous shale. The Middle Devonian shales have better shale gas potential and exploration prospects than the Lower Carboniferous shales.     

基于低温氮气吸附和高压压汞表征潜江凹陷盐间页岩油储层孔隙结构特征

为了更全面地表征潜江凹陷潜江组页岩油储层孔隙结构特征,系统选取了距物源不同距离的A井和B井多块页岩样品进行了分析测试,通过场发射扫描电镜、低温氮气吸附和高压压汞实验综合分析了页岩孔隙结构特征;通过对比抽提前后场发射扫描电镜图像、低温氮气吸附和高压压汞实验数据,进一步研究了页岩中滞留烃的赋存空间特征;通过对典型页岩样品的二次压汞实验,探讨了页岩中连通孔隙的孔径分布特征。结果显示:潜江凹陷潜江组页岩油储层孔隙大小为纳米-微米级,孔径2~180 nm的黏土矿物层间孔和白云石晶间孔是该区发育最主要的两种孔隙类型;A井页岩中的滞留烃主要赋存在孔径2~20 nm的黏土矿物层间孔中,滞留烃含量较低,连通孔径主要集中在3~15 nm范围内,B井页岩中的滞留烃赋存在孔径8~100 nm的白云石晶间孔中,滞留烃含量多,连通孔径主要分布在10~130 nm范围内;白云石和黏土矿物的存在都有利于页岩储层储集空间的发育,但远离物源的生物成因的白云石更有利于滞留烃的赋存和可动性。研究成果可以为潜江凹陷页岩油的勘探和开发提供一定的理论支撑。      

下寺湾地区延长组长7陆相页岩气储层敏感性实验

利用X射线衍射、场发射扫描电镜、氮气吸附、岩心驱替实验等技术方法对鄂尔多斯盆地下寺湾地区延长组长7陆相页岩气储层进行了敏感性实验研究。结果表明,储层具中等偏弱或弱的盐敏、水敏和碱敏,弱-无酸敏,中等偏强或强的应力敏感特征,矿物组分、储层物性及储层微孔结构是影响储层敏感性的主要因素。考虑到页岩储层的特殊性,在敏感性实验中对部分关键实验技术的条件和方法进行了改进:①将压汞法毛管压力曲线与氮气吸附法BJH函数孔径分布曲线资料结合,拼接出完整的孔喉分布曲线图;②敏感性实验的样品除油采用常规洗油与高温(150~200℃)烘烤方法结合;③采用了目前最适合页岩气储层敏感性实验的脉冲气体渗透率仪,用气体驱替法代替常规液相驱替法,获取敏感性实验前后的渗透率值。通过一系列改进后的敏感性实验,取得了符合泥页岩储层特性的敏感性数据,达到了本次实验的目的和要求。      

考虑真实气体的低渗气藏动态预测模型

针对气藏的生产特征,基于稳定渗流理论,以气体高速非达西渗流为基础,考虑真实气体PVT参数动态变化,结合气藏物质平衡方程,推导建立同时考虑滑脱效应、启动压力梯度、应力敏感等因素共同影响的低渗气藏动态预测模型,分析各因素对气井产量变化的影响.结果表明:在考虑高速非达西流的基础上,考虑滑脱效应将导致渗流阻力降低而引起气井稳产年限增加和地层压力下降变快,考虑启动压力梯度和应力敏感效应时将导致渗流阻力增加而引起气井稳产年限降低和地层压力下降变慢;启动压力梯度和渗透率变形系数越大,气井稳产年限下降幅度越大,地层压力下降越慢,而滑脱因子越大,气井稳产年限增加幅度越大,地层压力下降越快.     

压力及温度对碳酸盐岩声波速度与频谱特征的影响实验

碳酸盐岩声波传播特征具有重要的应用价值,系统性地分析流体类型、流体压力、温度及围压对碳酸盐岩声波速度与频谱特性影响的研究仍需加强。选取四川盆地合川-潼南地区灯影组缝洞碳酸盐岩,开展了不同条件下的声波透射实验,分析了围压、孔隙压力、压力差、温度及流体类型对碳酸盐岩样品声波速度的影响及不同条件下透射声波的主频特征。研究结果表明：饱和地层水时声波速度对压力变化的敏感度较饱和氮气时低。压力变化过程中,声波速度变化幅度与岩样孔隙度为正相关关系。实验温度范围内,随着温度逐渐升高,饱和地层水、氮气岩心纵波速度、横波速度均小幅降低。当差应力较低时,通过改变孔隙压力来改变差应力的方式对应的声波速度大于通过改变围压来改变差应力方式对应的声波速度,当差应力较高时,结论相反。相同差应力条件下,声波速度对围压变化较孔隙压力变化更为敏感。定围压变孔隙压力与定孔压变围压曲线所对应的2条声波速度-差应力关系曲线的夹角及斜率差可定性反映岩样动态Biot有效应力系数相对大小。随着差应力增大,孔隙压力对有效应力的贡献逐渐降低。随着孔隙压力增大,纵波主频幅值、横波主频幅值均逐渐下降,随着围压增大,纵波主频幅值、横波主频幅值均...     

焦石坝地区五峰组-龙马溪组页岩孔隙结构特征及其主控因素

孔隙结构是评价页岩储气能力、渗流能力以及是否具有商业开采价值的关键。以重庆焦石坝JY1井五峰组-龙马溪组底部富有机质页岩为研究对象,选取了15块页岩样品开展了有机碳含量、X射线衍射、压汞、氦气孔隙度测定,低温氮吸附、氩离子抛光电镜观察,并结合沥青反射率测定、天然气碳同位素等资料表征页岩孔隙体积、大小和分布特征;从外部和内部两方面探讨了孔隙结构的主要控制因素。研究表明:①JY1井五峰组-龙马溪组页岩孔隙类型主要为无机孔(黏土矿物晶间孔、粒间孔和粒内孔)、有机质孔和微裂缝;②压汞和吸附实验显示页岩孔隙结构相对较复杂,以孔径小于50nm的孔隙为主,微孔提供了大部分的比表面积(约占65%),中孔提供了大部分的比孔容(约占57%),且以四面开放的平行板状孔隙为主,兼有多种其他形态的孔隙;③自白垩纪以来的多次挤压抬升剥蚀过程中,构造应力或温压的变化可能形成了大量微裂缝,沉积环境的差异制约了富有机质页岩发育的厚度、分布以及有机碳的富集程度;④相关性分析表明,微孔、中孔的比表面积和比孔容与有机碳质量分数关系密切,其中中孔体积和微孔的比表面积表现最明显;黏土矿物和石英质量分数对孔隙结构的影响呈现此消彼长的效果;当R_o<3.0%时,微孔和中孔的比表面积、比孔容与R_o值呈弱的负相关,反之呈现增大趋势,这与过高热演化阶段,生气速率变慢反而制约了纳米级孔隙发育,导致微孔数量减少有关。      

高压压汞联合分形理论分析致密砂岩孔隙结构:以鄂尔多斯盆地合水地区为例

孔隙结构是致密砂岩储层的关键要素,制约油气在储层中的储集与流动,而储层孔隙结构是目前非常规油气勘探开发研究的重点和难点。选取鄂尔多斯盆地合水地区上三叠统延长组长7段10块致密岩心样品,开展高压压汞和X-衍射等实验,运用分形理论研究储层孔喉分形特征,并分析分形维数与储层物性、孔隙结构参数与矿物含量之间的关系。研究结果表明:根据压汞曲线形态和孔隙结构参数将储层分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类,其储集性能和渗流能力依次递减,微观非均质性依次增强。不同类型的储层具有不同的分形特点:根据分形曲线存在的拐点0.05和0.02 μm,将实际情况和IUPAC提出的孔隙大小划分标准结合,Ⅰ类储层孔隙分为大孔(＞50 nm)和中孔(50~6 nm);Ⅱ、Ⅲ类储层据拐点分为中孔A段(50~20 nm)和中孔B段(20~6 nm);平均分形维数依次增大,分别为2.619 3,2.745 4,2.852 6,非均质性逐渐增强。较少的大孔贡献了主要的渗透率,分形维数反映的主要是孔隙大小非均质性。分形维数与部分矿物存在较好的相关性,矿物成分及其含量是决定分形维数大小的内在因素,进而影响储层的质量和孔隙结构特征。