页岩储层裂隙渗透率模型和试验研究

页岩储层的裂隙渗透率是评价页岩气开采的重要参数,基于裂隙法向刚度的概念,考虑页岩储层变形过程中裂隙系统和基质系统之间的相互作用以及页岩气解吸引起的体应变,提出了与有效应力相关的页岩储层的渗透率模型。然后分别分析了页岩气藏在单轴应变和常体积条件下的渗透率模型,分析表明,单轴应变和常体积条件下（3个方向的总应变都为0）的裂隙渗透率模型完全一致。采用脉冲衰减渗透率仪测试了煤系页岩的裂隙渗透率,当有效应力从0.7 MPa增加到14.5 MPa时,渗透率从41.81×10-17 m2降到5.43×10-17 m2。为了阐述渗透率模型的有效性,利用煤系页岩的渗透率数据对有效应力-渗透率模型进行拟合。结果表明,当裂隙的法向刚度、张开度和煤系页岩的初始渗透率分别为57 922.5 MPa/m、0.000 17 m和50.15×10-17 m2时,有效应力-渗透率模型和煤系页岩的渗透率拟合程度较好。然后利用现场渗透率数据对该模型进行拟合,结果表明,当裂隙的法向刚度和张开度的关系符合反比例函数时,拟合程度非常好。该渗透率模型适合于单轴应变、常体积和常围压条件,可用于描述页岩气开采过程中页岩储层裂隙渗透率随孔隙压力的变化规律。同时,该渗透率模型和P&M模型以及S&D模型进行了比较,结果表明,该渗透率模型的拟合结果与S&D模型基本一致,但与P&M模型存在一定的差别。     

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%。     

深部泥岩渗透率测试方法及数据适用性分析

针对深部地层同一种泥岩,先后采用常规渗透测试、变围压渗透测试和三轴压缩下瞬态法3种方法开展渗透率的测试研究。试验发现,3种方法下泥岩的渗透率差别极大,其中常规渗透测试所得的渗透率高出后两种方法3~5个数量级;变围压法在围压大于5 MPa后与三轴压缩下的瞬态法所测得的渗透率值较为接近;瞬态法下泥岩渗透率随偏应力增加而缓慢 降低,偏应力高达30 MPa时仍未出现扩容现象。测试显示泥岩的渗透率具有强烈的压力敏感性,其内在原因是较高围压下裂隙闭合、孔隙压紧、孔喉连通性减小,进而导致渗透率下降,而制样、烘干处理等对渗透率也有一定影响。基于试验结果与泥岩所处实际地层应力状态,提出可采用变围压法开展油气储集层的盖层的渗透率及其演化规律研究,而三轴压缩下瞬态法则更适用于能源储库盖层及核废料处置室围岩的渗透规律研究;常规渗透方法所得数据的应用则须商榷。研究结论对研究深部泥岩的渗透特性和密封性能有一定参考价值。     

含气页岩实验评价指标与测试方法综述

页岩具有源储一体、低孔隙度和超低渗透率的特点而与常规的砂岩、碳酸盐岩等储集体存在较大差异。因此,明确含气页岩实验评价指标与测试方法对于页岩分析显得尤为重要。现阶段对含气页岩的分析主要分为有机地球化学特征、储层特征、含气性特征3个方面进行。对总有机碳含量测定、干酪根显微组分分析、镜质体反射率测定、矿物组分分析、孔渗测量、扫描电镜、低温氮气吸附、纳米CT扫描、含气性测定、等温吸附共10个实验的指标意义与分析方法进行了论述,提出了现阶段国内外存在的实验共性问题和探索思考,为含气页岩实验测试方法的进一步研究提供了指导与思路。     

构造变形对海相页岩储层渗透率演化的影响

与北美不同,中国南方海相页岩层经历了多期构造改造,页岩储层物性受构造变形作用的影响较大。为了研究构造变形对南方海相页岩储层渗透率的影响特征和机理,以雪峰山西侧地区五峰-龙马溪组页岩为研究对象,利用气体脉冲衰减法、压汞法和扫描电子显微镜等手段对不同变形页岩样品的渗透率、孔隙结构及孔隙形貌特征进行了测试分析,探讨构造变形页岩的渗透率演化特征及其对孔隙结构演化的响应机理。测试结果显示,强烈构造变形页岩的渗透性较原生页岩和弱变形页岩的渗透性显著提高,强变形页岩样品的渗透率在0.2 mD和2.69 mD之间,比未变形和弱变形页岩样品的渗透率(在1.5×10-4 mD和1.7×10-3 mD之间)高三个数量级,表明强构造变形作用对页岩渗透率具有显著促进作用;同时,不同有效压力条件下页岩渗透率的演化特征显示,强变形页岩气体渗透率的压力敏感性比原生页岩和弱变形页岩显著降低。构造变形条件下页岩孔隙结构与渗透率相关性的进一步分析认为,强变形页岩的孔隙结构变化特别是大孔和裂隙的发育,是促进其渗透率增加的主要原因。这些研究结果表明,伴随强烈的构造变形,南方海相页岩易形成大孔和微裂隙发育的孔隙结构特征,有助于强变形页岩层渗透性的显著提高。构造变形页岩渗透率的提高有利于地质条件下气体的运移,一方面,将有利于页岩气往构造高点的迁移和富集从而形成游离气型或外源型页岩气甜点;另一方面,也可能导致页岩气在盖层条件不佳和断裂发育区的散失。      

流体注入法定量表征页岩孔隙结构测试方法研究进展

页岩致密且结构复杂,对其孔隙结构进行定量表征一直是页岩储层研究的重点和难点,因其能够为页岩油气储层评价和甜点确定提供重要信息。通过系统梳理已有研究成果,介绍了以压汞法和气体吸附法为代表的流体注入法,简述了能够影响测试结果的因素,指出了目前页岩全孔径孔隙结构表征的问题及发展方向。分析表明,颗粒样气体吸附法和块（柱）压汞法表征结果的数据匹配性差,整合难度大;同时由上述两种方法联合所获得的表征结果也无法被其他独立测试所验证。进一步指出采用颗粒样代替传统块（柱）样进行页岩压汞测试可以提高数据质量,也是未来方法联用的发展方向,其中样品颗粒堆积孔进汞量校正、颗粒样粒径选择、多方法数据匹配是实现页岩全孔径孔隙结构定量表征的关键。      

渝东南地区下寒武统牛蹄塘组页岩孔径分布测试方法研究

低温氮气吸附法已普遍用于评价页岩的孔隙结构,但是文献中报道的脱气温度和脱气时间等测试条件不尽相同,此外测试结果中经常出现滞后环不闭合的情况,严重影响了孔径分布等结构参数测试的准确性。为了评价和探索有效的页岩孔径分布测试方法,本文选取渝科1井下寒武统牛蹄塘组黑色页岩,重点研究应用低温氮气吸附法分析其孔径分布的测试条件,系统探讨了样品质量、脱气温度、升温速率和脱气时间对测试结果的影响,通过进一步优化参数建立了可靠的孔径分布测试方法,并成功用于测定其他页岩样品。结果表明:吸附-脱附等温线呈反C型,属于Brunauer等提出的BDDT等温吸附曲线分类中的V型,滞后环完全闭合,属于IUPAC分类中的H4型,对应狭窄的狭缝型孔隙,说明此类页岩中除了含有峰值孔径主要集中在3.5~4.5 nm的中孔和一定数量的大孔外,还存在大量微孔。研究认为脱气温度是影响测试结果的主要因素。该研究是页岩孔径分布测试方法的一项补充,为我国页岩气的深入研究提供了关键参数支持。     

页岩层系不同岩矿组合试样渗透率变化规律差异及其机理分析

页岩地层垂向岩矿组合变化大,页岩气开采需要对储层进行大规模人工水力压裂改造。笔者等基于样品的全岩X- 射线衍射分析,通过对不同岩矿组合的3块页岩试样进行流—固耦合物理模拟实验,获得了3点认识,反映了不同岩矿成分的页岩在不同条件微裂缝与渗透率的变化特征,以及碳酸盐矿物含量高时的影响。这一实验对于研究页岩储层在压裂过程中的变化具有探索性,对于页岩气生产具有重要的参考意义。     

页岩层系不同岩矿组合试样渗透率变化规律差异及其机理分析

页岩地层垂向岩矿组合变化大,页岩气开采需要对储层进行大规模人工水力压裂改造。笔者等基于样品的全岩X-射线衍射分析,通过对不同岩矿组合的3块页岩试样进行流—固耦合物理模拟实验,获得了3点认识,反映了不同岩矿成分的页岩在不同条件微裂缝与渗透率的变化特征,以及碳酸盐矿物含量高时的影响。这一实验对于研究页岩储层在压裂过程中的变化具有探索性,对于页岩气生产具有重要的参考意义。     

充填天然裂缝对页岩受载过程中渗透率变化规律影响机理分析

页岩气开采需要对储层进行大规模人工水力压裂改造,为了研究压裂过程中页岩渗透率变化规律及其机理,文章通过对含充填天然裂缝和不含天然裂缝两块页岩岩样进行流-固耦合物理模拟实验,并结合样品的全岩X-射线衍射分析,获得以下认识:加卸载过程中,应力-应变曲线中应力小平台的出现可以指示样品中微裂缝的形成与闭合,是渗透率变化的内在机制;当岩样达到破裂条件形成显裂缝后,样品发生永久性变形,从而达到渗透率增大的效果;受载过程中,微裂缝易沿着天然裂缝脆弱面发育,并不断积累连通成裂缝网络,是形成两块岩样渗透率变化差异的机理。      

碳酸盐岩的渗透率特征研究

通过实验室塞状岩心、全直径岩心在常温常压和高温高压下水平渗透率和垂直渗透率的测试得到，由于碳酸盐岩成岩后生变化的差异性，从而导致其渗透率变化的无规律性，有别于砂岩储层渗透率变化的规律性，从而澄清了人们对碳酸盐储层渗透率的某些认识。     

页岩孔隙研究新进展

随着非常规油气勘探的兴起页岩孔隙研究备受重视,如何研究页岩孔隙已经成为非常规油气首要解决的问题之一,其对页岩油气勘探层位选取、资源潜力评价和油气渗流能力计算具有重要意义。对页岩微—纳米孔隙表征技术、页岩孔隙类别的划分以及页岩孔隙演化规律分别进行了综述并指出存在问题,同时结合最新研究进展对页岩孔隙研究进行展望。提出工业CT—微米CT—纳米CT/FIB系列辐射扫描方法和压汞(MICP)—氮气吸附(N2)—二氧化碳吸附(CO2)流体法是孔隙定量表征的最优方法,通过单井孔隙度测井资料与实验室测定结果建立校正图版指导储层孔隙发育段优选;页岩孔隙分类研究还应该考虑含油气性,利用原子力显微镜等工具加强孔隙含油性研究;孔隙演化规律研究应该采用模拟实验和真实剖面样品对比并结合矿物组成分析等寻找主控因素。     

煤储层渗透率动态变化效应研究

基于现代测试技术和煤层气井实测排采数据,采用物理模拟和数值模拟研究方法,探讨了开采过程中煤储层渗透率动态变化效应。研究结果表明,试验模拟和数值模拟渗透率数值相差较大,可达1～2个数量级;煤储层渗透率动态变化效应呈现出两种相反的规律,即数值模拟渗透率随流体压力降低而衰减,试验模拟渗透率随流体压力降低而增大,两种模拟渗透率动态变化特征看似相互矛盾,实则相互衔接,预示煤储层渗透率在排采过程中会逐渐得以改善。根据分析,揭示了二者差异性的根本原因。提出在整个排采过程中,应采用动态渗透率指标,不断调整和优化工作制度     

页岩纳米孔隙研究新进展

随着页岩油气勘探的兴起及近年来北美地区页岩油气开发取得的巨大成功,含气页岩储层的孔隙研究受到越来越多的重视。页岩储层不同于常规储层,其以纳米孔隙为主,无法用常规储层孔隙研究方法进行表征和评价。对目前国内外含气页岩孔隙分类及孔隙表征方法进行了综述,从定性及定量的角度对表征方法进行归类和总结,指出了各类方法的优缺点及应用范围。定性表征方法主要是利用聚焦离子束扫描电子显微镜、高分辨率的场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、宽离子束扫描电子显微镜、原子力显微镜等电子显微成像分析技术及Nano-CT技术等直观描述页岩孔隙的几何形态、连通性和充填情况等;定量表征方法是利用气体吸附法、压汞实验、小角散射及核磁共振等技术定量分析页岩孔径大小及分布、比表面积等。进一步探讨了含气页岩纳米孔隙发育演化的控制因素以及纳米孔隙对页岩气聚集的影响。展望未来,在页岩纳米孔隙结构表征技术方面,应不断提高实验精度和效率,定性与定量表征相结合,改进三维成像技术;在页岩纳米孔隙储层评价研究方面,纳米孔隙发育演化的控制因素、纳米孔隙储层的储气及产气能力、陆相非均质页岩纳米孔隙的表征与评价是关注的重点领域。     

脆性岩石变形机制与渗透率关系研究

为研究脆性岩石变形机制与渗透率- 应变的关系,根据脆性岩石应力- 应变和渗透率- 应变关系曲线分析指出：脆性 岩石经压密、弹性变形和非稳定破裂后,内部微裂隙出现丛集式发展,且不断合并、贯通,导致微观结构发生明显变化, 使渗透率在临界破坏点处急剧增大;当岩石宏观破坏后,内部结构面上的岩桥或凸起体部分被剪断或磨平,使得岩石强度 随变形突然下降,此时渗透率到达峰值。结合重整化群理论分析表明,脆性岩石在应力- 应变曲线拐点处应变和渗透率峰 值点处应变对应、临界破坏点处应变和渗透率急剧增大点处应变对应。通过试验研究和实例统计分析,验证了结论的合理性。     

煤样三维渗透率应力敏感性试验研究

目前国内三维渗透率测试研究处于起步阶段,利用自主研发的煤样三维渗透率测试仪,可以模拟实现真实三向应力状态下流体通过立方体煤样孔隙的三维渗流,并进行真实三向应力条件下煤样渗透率应力敏感性试验研究。试验结果表明,真实三向应力作用下煤样水平最大主应力对煤样水平方向渗透性的影响程度大于水平最小主应力;煤样三维渗透率对三向应力的敏感程度不同,对垂直应力的敏感性最强,水平最大主应力次之,水平最小主应力最小。     

碳酸盐岩储层渗透率研究现状与前瞻

在塔里木盆地碳酸盐岩储层实际评价工作基础上,结合近期大量发表文献,系统地总结当前碳酸盐岩储层渗透率研究新进展。基于孔隙结构是影响储层岩石渗透率的重要因素,首先论述应用2D/3D数字化成像技术定量地表征岩石孔隙结构;重点讨论将这些孔隙结构参数与储集岩类型的概念相结合,形成一种新的储集岩类型划分方法;接着综述了应用NMR和FMI测井及三维地震评价碳酸盐岩储层渗透率的研究新进展,进一步指出,综合2D/3D数字化成像技术、新储集岩类型划分方法、NMR和FMI测井及三维地震,将是一套新的碳酸盐岩储层渗透率评价思路。