现今地应力对富有机质页岩断层封闭性的研究——以川东南丁山地区龙马溪组为例

断层的封闭性研究对油气藏的保存、评价工作及探索油气的分布规律具有重要的参考价值与指导意义。以川东南丁山地区龙马溪组页岩为例,利用FMI成像测井、震源机制解、现场水力压裂、三轴力学实验、有限元2D-σ方法等技术与方法分别对其现今地应力的方向、大小及岩石力学性质进行了分析,最后对井位附近断层封闭性进行了初步的评价。结果表明:丁山地区龙马溪组页岩现今地应力方向总体处于北东东-南西西（55°±5°）至南东东-北西西（110±5°）范围。DY2井龙马溪组页岩层现今最大主应力约145.0 MPa,断层面叠合正应力约188.4~218.3 MPa,岩石处于塑性变形阶段,破裂模式较为单一,脆性指数约41.6%~49.0%,破裂系数约0.197~0.355,断层封闭性总体较好,含气性与试气效果较好。DY1井龙马溪组页岩层现今最大主应力约52.0 MPa,断层面叠合正应力约75.8~83.1 MPa,岩石处于弹性变形阶段,破裂模式较为复杂,脆性指数约48.5%~55.0%,破裂系数约0.355~0.671,断层封闭性总体较差,含气性与试气效果较差。DY3井和DY4井龙马溪组附近断层封闭性一般。      

川东南丁山地区龙马溪组页岩裂缝特征及对含气性的影响

川东南丁山地区是近年来四川盆地页岩气勘探开发的热点区域,裂缝的发育对页岩含气性及保存条件有重要的影响。综合运用野外露头、岩心、测井资料,结合岩石脆性矿物含量、岩石力学参数等数据,深入分析龙马溪组页岩裂缝发育特征和控制因素,并探讨了裂缝发育对含气性的影响。结果表明,丁山地区龙马溪组页岩裂缝主要以构造成因的剪切缝为主,裂缝优势方位共6组,主要包括4组平面剪切缝和2组剖面剪切缝,其发育主要受2个方向、3个阶段的构造应力场影响而成;裂缝延伸稳定,平均密度小,宽度小,充填程度高,主要被方解石和黄铁矿等充填。裂缝受控因素主要包括古构造应力场、构造部位、脆性矿物组分、岩石力学性质等;断层对裂缝发育具有明显的控制作用,其中断层两盘均存在裂缝发育程度急剧下降的临界范围,临界范围内裂缝发育程度高,超过此临界范围,裂缝发育程度变差且变化趋于平缓;不同期次的裂缝中,形成时间晚、规模过大、充填程度不高、与现今地应力方向一致或呈低角度相交的裂缝易造成页岩气的散失,对提高页岩含气性不利;龙马溪组岩石脆性矿物含量高,脆性指数属中等偏上程度,有利于构造缝发育且可压性较好。随着距齐岳山断裂距离的适当增加,龙马溪组页岩埋藏深度适中,地层压力增大,抗压强度增强高,脆性指数适中,构造保存条件变好,有利于不同方位的裂缝发育和页岩含气量的增加,位于该区域的DY2井与DY4井均位于该有利区域,含气性良好。研究结果对下一步深化页岩气勘探开发具有重要指导作用。     

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。     

川东南地区志留系龙马溪组页岩微观孔隙结构特征

以川东南地区为例,运用氩离子抛光扫描电镜技术对龙马溪组页岩孔隙结构特征进行研究。结果表明,该地区龙马溪组页岩孔径主要为纳米级,孔隙可分为有机质孔、无机孔（微裂缝、微孔道、絮状物孔隙、晶间孔、晶内孔）,以有机质孔为主。结合前人研究成果,建立了泥页岩微观孔隙组合模式。通过氮气吸附实验,确定龙马溪组页岩气储层为Ⅱ类吸附曲线,表明其孔隙主要由纳米孔组成,结构具有一定的无规则(无定形)孔特征,颗粒内部孔结构具有平行壁的狭缝状孔特征,且含有多形态的其他孔     

四川盆地龙马溪组页岩有机质的纳米孔隙

在南方下古生界海相页岩有机显微组分及其赋存状态研究的基础上,以场发射扫描电镜二维图像所展示的有机质纳米孔隙形貌特征为主要依据,将四川盆地龙马溪组页岩有机质纳米孔隙的成因类型划分为沥青球粒孔、气孔、铸模孔。分别论述了这3种纳米孔隙的成因、形貌、大小、演化、连通性、相互关系及其在页岩储层中的作用。研究表明,龙马溪组页岩的显微组分主要是沥青质体,气孔和沥青球粒孔均发育于沥青质体内部,形成于有机质降解和热演化过程,是页岩气生成、吸附和聚集的有力佐证与优先空间。龙马溪组底部富有机质页岩中,各种有机质纳米孔隙发育程度高,直接体现了强的生气和聚气作用。      

黔西北地区龙马溪组页岩有机质和脆性矿物的控缝机制

页岩"甜点"层段中有机质和脆性矿物对裂缝的发育具有极为重要的控制作用，揭示并把握裂缝萌生、发育和演化的机理与规律，对于压裂目标层段的优选以及页岩气增产和稳产具有极为重要的工程实践价值。以黔西北地区龙马溪组页岩为例，通过地化测试、岩石力学实验以及扫描电镜，深入剖析和揭示了"甜点"层段中与有机质和脆性矿物相关的控缝机制，并结合数值模拟实验展现了"甜点"层段中裂缝的形成和演化的完整过程。研究结果表明，有机质和脆性矿物的同步富集为裂缝的发育和演化提供了重要的物质基础，其中裂缝趋向于沿着有机质形成的结构面传播，有机质的孔隙结构对裂缝具有较为明显的诱导机制。在外力作用下，内在积累的能量转化为脆性矿物的变形和变位，脆性矿物含量越高者裂缝发育能力越强，裂缝发育程度越高。数值模拟实验呈现了一种由于有机孔隙和脆性矿物所导致的应力集中从而诱发裂缝萌生和演化的整个过程。该研究成果可为深化认识裂缝的成因机理以及压裂施工过程中相关压裂参数的调整提供一定的借鉴与参考。     

四川盆地长宁示范区龙马溪组页岩岩石力学特性及脆性评价

页岩的岩石力学特性对页岩气开发效果具有重要影响,因此以四川盆地长宁示范区志留系龙马溪组泥页岩层段为研究对象,分析其力学与脆性特性。采用矿物组分分析、地球物理测井分析和实验室力学实测相结合的方法,比较了龙马溪组龙一段和龙二段的脆性矿物含量、泊松比、杨氏模量、岩石脆性、三轴压力等力学特性。结果表明:龙二段比龙一段具有更高的脆性矿物含量,龙一段的泊松比明显高于龙二段,利用纵横波时差比可以反映泊松比的变化,纵横波时差关系图的斜率与泊松比具有相反的变化趋势。龙一段样品的杨氏模量低于龙二段样品,通过杨氏模量和泊松比关系图发现龙一段与龙二段发生分离,龙二段页岩段的脆性指数大于0.5,应力、应变曲线的负坡较陡。综合评价分析表明:龙二段具有较低的泊松比、纵横波时差比和较高的杨氏模量,龙一段比龙二段更易变形。因此龙二段脆性优于龙一段脆性,有利于后期的压裂改造。     

四川盆地南部志留系龙马溪组富有机质页岩沉积环境的元素地球化学判别指标

氧化还原敏感元素是确定古海洋水体氧化还原环境的重要指标,常用的环境判别指标有U/Th,V/Sr,V/Cr,Ni/Co,V/(V+Ni),δU,Ce/Ce*,Eu/Eu*等元素比值。对四川盆地南部宁203井志留系龙马溪组页岩沉积环境的元素地球化学研究结果表明,龙马溪组底部富有机质页岩沉积于缺氧环境,上部为氧化环境。有机碳含量与V/Cr和Ni/Co呈正相关关系,且生物生产力相关元素富集,说明有机质保存与缺氧环境有关。认为在对页岩沉积水体氧化还原条件进行研究时,应将地球化学指标与沉积和古生物特征综合起来得出科学解释。     

川东南地区志留系龙马溪组页岩气有利区评价优选

通过对川东南地区志留系龙马溪组页岩有机质丰度、热成熟度、有机质类型、脆性矿物含量、页岩层厚度、埋藏深度、构造形态等七大地质因素的综合分析,认定该区分布广泛的页岩有机质含量较高,有机质类型较好,热演化程度高,生烃潜力大,具备形成页岩气藏的气源条件。页岩厚度较大,埋深较浅,脆性矿物含量较大,页岩气的保存条件良好,有利于页岩气的压裂与开采。     

不同围压下龙马溪组页岩能量、损伤及脆性特征

页岩气储层的力学性质是影响页岩井壁稳定性的重要因素。根据不同围压下龙马溪组页岩的单三轴试验结果,开展页岩能量演化规律、损伤演化规律和脆性特征研究。结果表明:从初始到屈服阶段,岩样的总吸收能几乎全部转化为弹性应变能;屈服阶段至峰值强度阶段期间,弹性应变能与总吸收能之比逐渐减小,耗散能逐渐增加。峰后弹性应变能骤降,耗散能迅速增加。能量的耗散与岩石损伤具有正相关性;从能量角度揭示的损伤演化规律符合"S"型曲线特征;低围压下,龙马溪组页岩脆性指数更强,高围压下,它的脆性指数更弱。本文的研究对指导储层压裂效果评价及井壁稳定性评价具有重要的意义和应用价值。     

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。     

四川盆地志留系龙马溪组富气页岩地球化学特征及沉积环境

为探讨四川盆地志留系页岩氧化还原条件和古沉积环境,并给页岩气下步勘探和有利区优选提供参考,选取W201和Z106两口龙马溪组页岩取心井,进行了主微量元素和有机地球化学分析。结果表明,W201井富有机质页岩Th/U、V/Cr和Ni/Co值分别为0.3~2.3,1.49~4.27和2.51~6.7,Z106井分别为0.45~2.15,1.34~5.61和3.64~11.96,稀土元素(δCe和δEu)与微量元素一致,结合黄铁矿和笔石富集程度,指示川南上奥陶统观音桥段沉积于氧化环境,龙马溪组底部富有机质页岩沉积于滞留缺氧的还原环境。早志留世的缺氧环境与全球海平面快速上升一致,对川南龙马溪组黑色页岩的形成具有明显控制作用,形成一套稳定发育的厚度为30~40m的黑色页岩,TOC含量为1.96%~4.28%,是目前页岩气勘探开发主力层段。     

四川盆地龙马溪组页岩孔隙度实验方法分析

孔隙度是页岩气藏勘探、评价的关键参数,快速、准确测定页岩孔隙度对于储量计算至关重要。目前有氦气法、液体饱和法、图像分析法应用于页岩孔隙度测定,但方法间、实验室间比对效果欠佳。本文选取69件四川盆地下志留统龙马溪组页岩样品,应用X射线衍射、氩离子抛光-扫描电镜、压汞-氮气吸附等分析测试技术研究样品特征,开展方法间的孔隙度测定比对实验,分析各方法的适用性。结果表明：①龙马溪组页岩黏土含量高、有机质孔隙多、孔喉细小、渗流能力差,导致了外来液体和气体难以快速进入孔隙中,对岩心图像资料的分辨率有很高要求;②液体饱和法(酒精法)使用20MPa压力饱和样品24h,导致了岩心损伤,测得的孔隙度偏离真实值;图像分析法因忽略了矿物基质中的微孔(孔径 < 2nm)和介孔(孔径 < 50nm)等因素使孔隙度测定结果不可靠;③氦气法孔隙度测定结果与烘干温度、稳定时间密切相关,温度越高则测得的孔隙度越大,稳定时间过短会使孔隙度结果偏小。在60℃下烘干岩心24h以上至恒重状态后,通过设置合理的稳定时间,氦气法可获得准确的孔隙度结果,适当提高注入压力有助于加快实验速率。     

威信凹陷龙马溪组页岩成藏条件分析

下志留统龙马溪组是威信凹陷页岩气重点勘探评价层系之一。以威信凹陷下志留统龙马溪组为研究对象,通过5口井的孔渗、比表面、X衍射矿物分析、有机质含量、镜质体反射率、三轴应力实验和常规测井以及ECS测井数据分析了该页岩储层的地球化学特征、储存能力、矿物成分以及储层力学特性。结果表明:与北美及四川礁石坝页岩比较,该页岩储层有机质丰度一般,成熟度高,地球化学特征有利于大量生烃;吸附性较好,孔渗性较低,表现出较好的存储特性和较差的物性;脆性矿物含量适中,杨氏模量适中,但泊松比较小,储层表现出较好的脆性;在纵向上,龙马溪组下部泥岩层具有较大的w(TOC)值与较好的孔渗特性,且脆性矿物含量普遍高于上部,较上部表现出更好的开发潜力。     

川南龙马溪组页岩孔隙发育的主控因素

针对川南龙马溪组页岩的孔隙发育状况,采用地球化学资料、低温液氮吸附、氦气孔隙度、X射线衍射、场发射扫描电镜等观测手段,分析沉积环境、热演化程度、成岩作用及构造条件对孔隙发育的控制作用。研究结果表明:深水陆棚相硅质页岩、黏土质硅质页岩、硅质黏土质页岩、钙质黏土质页岩为TOC大于1%,孔隙度大于4%的富有机质页岩;富有机质页岩与贫有机质页岩各类孔容随成熟度变化的趋势线,二者在微孔孔容为0.002 cm~3/g,中孔孔容为0.003 5 cm3/g,大孔孔容为0.001 cm~3/g时,呈现出一个明显孔容分界线,该界线对应的Ro为1.7%～2.7%,即为页岩孔隙发育的适宜演化区间;富有机质页岩脆性矿物含量高,溶蚀作用发育,受压实作用影响相对较小,对于孔隙的形成及保存具有重要的影响。富有机质页岩顶底板裂缝不发育,封存性良好,形成地层超压,压力系数大于1.2,埋深2 220m～4 000m,孔隙度为3.61%～5.18%,有利于孔隙保存。综合分析川南龙马溪组页岩中孔隙发育的主控因素首先是:优质岩相这是孔隙形成的物质基础,其次是适宜演化这是孔隙发育的重要保障,第三是构造条件这是孔隙保存的决定因素。     

四川盆地J地区志留系龙马溪组页岩裂缝地震预测与评价

利用三维地震资料进行相干体分析﹑应力场分析﹑P波各向异性分析,对四川盆地J地区龙马溪组优质页岩层段不同规模裂缝的优势发育带进行预测,对比分析表明,对于大型裂缝的预测,相干体分析相对较好;对于中小型裂缝的检测,采用P波各向异性技术的效果相对较好。龙马溪组页岩段底部在构造主体部位上主要发育中小型裂缝,是优质页岩储层的主要分布层段。JY1井区两口水平井的测试结果证实,对龙马溪组优质页岩段开展三维地震裂缝预测是可行的,预测结果可有效地指导该区的页岩气勘探。     

渝东南龙马溪组页岩储集空间特征研究

开展对解四川盆地东南缘龙马溪组页岩的储集空间特征及其影响因素的研究,有利于页岩气的勘探和开发。在区域地史演化、区域构造、沉积环境调研和分析的基础上,结合岩心、铸体薄片、扫描电镜、X衍射及分析化验资料,对研究区古生界下志留统龙马溪组页岩的矿物成分,储集空间发育特征及类型进行综合分析。研究表明,川东南龙马溪组页岩矿物成分主要包括粘土矿物类、石英、长石等碎屑矿物类、碳酸盐岩类。龙马溪组页岩储集空间类型丰富,包括:粒间孔、粒内孔、有机质孔、溶蚀孔和微裂缝等。     

川南龙马溪组页岩储层特征及主控因素

以川南长宁页岩气示范区A井页岩气优质产层龙一1小层与非优质产层龙一2小层及龙二段为主要研究对象,从储层矿物组成、纳米孔隙发育特征和赋存载体组合样式及其主控因素等微观层面进行系统对比,进一步明确了两者的差异及相互关系.研究结果显示:1)龙一1小层富含有机质、石英和黄铁矿,页岩孔径分布呈前峰型,纳米孔隙发育主要受TOC含量...