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。     

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。     

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。     

不同卸围压速率下煤样卸荷破坏能量演化特征

岩体破坏实际上是在能量驱动下的一种状态失稳现象,其变形破坏过程中的能量演化规律能够反映岩体变形破坏的本质特征。为探求煤样破坏过程中能量的演化规律,对其进行了常规三轴及不同卸围压速率的三轴卸围压试验。试验结果表明:不同试验路径下,煤样在峰值应力前以能量的存储及耗散为主,在峰值应力后以能量的释放及耗散为主;煤样在较高的卸围压速率下,卸荷段经历时间较短,内部裂纹扩展及环向变形不充分,耗散能和克服围压做功耗能都较小,大量的能量在破裂时释放出来,破裂更加剧烈;同时,卸围压速率越快,煤样在破裂前后损伤量增加速率越快,损伤曲线急剧增高,因此,高应力煤岩体在开挖卸荷时,在岩体开挖施工速度较快时,极易引起大量积聚能量的突然释放,造成严重的灾害。     

四川盆地龙马溪组页岩微裂缝发育的“甜点”效应与机制

系统认识和明确页岩“甜点”层段中有机质和脆性矿物促进微裂缝发育的效应和机制,对于提高水力压裂效率,促进页岩气增产稳产具有重要的工程实践意义。本文系统调研了国内外页岩中有机质和脆性矿物控制下的裂缝发育机理等的研究成果,结合数值模拟,对四川盆地龙马溪组页岩“甜点”层段中微裂缝发育的效应和机制进行了全面剖析和探究。研究结果表明：四川盆地龙马溪组页岩特殊的沉积背景为裂缝的发育提供了良好的物质基础。其中有机质的不同成熟度阶段、空间分布和形状、丰度和有机孔隙都在不同程度上控制着微裂缝的形成和发育。脆性矿物在岩石破坏过程中能量的高效转化和良好的脆性响应机制,促进了裂缝的复杂化。少量裂缝的发育还受控于有机质和脆性矿物接触的力学边界、有机酸的溶蚀以及脆性矿物的嵌入等相关效应与机制,进一步突显了裂缝成因的复杂化。由此,建议未来关于页岩储层的脆性评价工作向多元组分的精细化方向发展,同时注重微米—纳米尺度下有机质和脆性矿物力学性质的表征,对于促进并深化页岩破裂机理的认识具有一定的研究价值。     

不同围压下砂岩的变形力学特性与损伤机制

开展不同围压下砂岩的强度、变形和损伤演化研究,对岩体工程的结构设计和稳定性评价具有重要意义。对赵固一矿二1煤层顶板砂岩进行试验获得其力学参数,并采用颗粒流程序获得砂岩细观力学参数,结合编制的fish语言程序进行试验,研究砂岩在不同围压的强度、变形和损伤演化机制,得到如下结论:随着围压增加砂岩的屈服段变长,围压小于40 MPa时峰值强度随围压变化敏感,大于40 MPa时敏感性降低,随着围压增加砂岩由脆性破坏逐步转变为延性破坏;砂岩的扩容经历线性体缩、线性扩容和非线性扩容3个阶段,围压增大线性扩容阶段缩短而非线性扩容阶段增加,扩容指数和扩容起始点轴向应变与围压存在指数变化规律;砂岩的损伤破坏经历损伤弥散分布、聚集成核、形成局部裂隙和主控破裂面形成4个阶段,低围压下砂岩沿单一主控破裂面发生压剪破坏,高围压下主控破裂面呈X型交叉破坏岩体,为X型共轭斜面剪切破坏形式。     

四川盆地长宁地区志留系龙马溪组页岩孔隙特征及发育控制因素

利用四川盆地长宁地区龙马溪组产气层岩芯扫描电镜图像研究泥页岩储层孔隙特征,根据泥页岩成分和孔隙格架矿物,将孔隙分为三大类,并从TOC含量、岩性及矿物成分、热演化程度等方面讨论其对孔隙的影响。认为无机孔隙的形态受格架矿物的形态控制,有机质孔隙的形态受热演化程度控制。相关性分析显示龙马溪组孔隙类型主要为有机质孔隙,影响孔隙的主要因素是有机质含量,其次是热演化程度和矿物含量。从储层特征出发分析了研究区内孔隙类型和孔隙发育的控制因素,为储层基础评价研究提供了思路。     

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     

四川盆地志留系龙马溪组页岩与美国Fort Worth盆地石炭系Barnett组页岩地质特征对比

从沉积学、地球化学、生烃演化、构造演化等方面,对美国Fort Worth盆地石炭系Barnett页岩和四川盆地下志留统龙马溪组页岩进行了对比性研究,发现四川盆地志留系,特别是川南志留系页岩气具有较好的勘探前景。2套烃源岩共性与个性共存,具有相似的沉积背景、厚度、有机质类型(Ⅰ~Ⅱ1)和生烃演化史。但是,Barnett页岩TOC值较高(3%~13%)、相对富集脆性矿物、页岩的微孔隙发育;龙马溪组页岩埋藏较深(一般2000~4000m)、相对富集粘土矿物,且具有较高的成熟度(普遍Ro>2%)、较大的隆升幅度和较快的隆升速率(3000m/80Ma)。     

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。     

四川盆地志留系龙马溪组页岩与美国Fort Worth盆地石炭系Barnett组页岩地质特征对比

从沉积学、地球化学、生烃演化、构造演化等方面,对美国Fort Worth盆地石炭系Barnett页岩和四川盆地下志留统龙马溪组页岩进行了对比性研究,发现四川盆地志留系,特别是川南志留系页岩气具有较好的勘探前景。2套烃源岩共性与个性共存,具有相似的沉积背景、厚度、有机质类型(Ⅰ~Ⅱ1)和生烃演化史。但是,Barnett页岩TOC值较高(3%~13%)、相对富集脆性矿物、页岩的微孔隙发育;龙马溪组页岩埋藏较深(一般2000~4000m)、相对富集粘土矿物,且具有较高的成熟度(普遍Ro>2%)、较大的隆升幅度和较快的隆升速率(3000m/80Ma)。     

四川盆地志留系龙马溪组页岩与美国Fort Worth盆地石炭系Barnett组页岩地质特征对比

从沉积学、地球化学、生烃演化、构造演化等方面,对美国Fort Worth盆地石炭系Barnett页岩和四川盆地下志留统龙马溪组页岩进行了对比性研究,发现四川盆地志留系,特别是川南志留系页岩气具有较好的勘探前景.2套烃源岩共性与个性共存,具有相似的沉积背景、厚度、有机质类型(Ⅰ～Ⅱ)和生烃演化史.但是,Barnett页岩TOC值较高(30%-13%)、相对富集脆性矿物、页岩的微孔隙发育;龙马溪组页岩埋藏较深(一般2000-4000m)、相对富集粘土矿物,且具有较高的成熟度(普遍Ro>2%)、较大的隆升幅度和较快的隆升速率(3000m/80Ma).     

渝东南地区志留系龙马溪组页岩粘土矿物特征及其地质意义

渝东南地区地处上扬子前陆盆地川中隆起与黔中隆起之间,古生界发育多套厚层黑色页岩,其中下志留统龙马溪组黑色页岩分布极为广泛,为区内重要的烃源岩。根据探井岩心X-射线衍射测试结果,页岩中粘土矿物的组合类型为伊利石、有序的伊/蒙间层和绿泥石,其中伊利石相对含量最多,平均含量为54%,伊/蒙间层次之,平均含量为36%。在纵向上粘土矿物的组合类型没有变化,但随着埋深的增加,伊/蒙间层不断向伊利石进行成岩转化,绿泥石的含量逐渐降低,埋藏加热作用在成岩过程中起主导作用。粘土矿物的组合类型也反映了干旱的古气候和富含钾、镁、铁离子的古水介质特征,盐碱性水介质在成岩过程中起到了重要的控制作用。伊/蒙间层的间层比和镜质体反射率表明龙马溪组黑色页岩已达到晚成岩阶段,有机质演化属于过成熟期。     

康滇古陆西侧龙马溪组黑色页岩地球化学特征及其地质意义

为查明康滇古陆西侧龙马溪组黑色岩系的地质成因及沉积环境,指导区域页岩气勘探开发,对宁蒗盆地东南缘李子河地区龙马溪组岩层开展了详细的元素地球化学研究。结果表明,研究区硅质含量较高(SiO₂值为64.78%~96.89%),Al₂O₃与TiO₂呈正相关,SiO₂/A1₂O₃与A1₂O₃呈负相关,这种相关关系表明该区硅质岩系为非纯硅质岩,含有较高比例的陆源泥质沉积物。Al/(Al+Fe+Mn)值(0.53~0.75)、Fe/Ti值(6.38~14.96)、(Fe+Mn)/Ti值(6.40~18.20)、Si/(Si+Al+Fe)值(0.82~0.99)及Al-Fe-Mn三角图解综合显示出生物沉积硅质岩的特点。MnO₂/TiO₂值(0.005~1.20)、δCe值(0.46~0.92)、相关构造判别图解以及稀土元素分布形式特点均说明源区形成于接近大陆边缘的深水-半深水沉积环境。沉积期水体盐度指标m值(4.96~36.88)、CaO/(Fe+CaO)值(0.017~0.83)以及氧化还原指标δCe负异常、δEu正异常、Ce/La值(1.04~2.09)等元素特征指示其沉积于还原条件下低中等盐度海水环境,这种环境下适合有机质的富集和保存。高有机碳(TOC)与高硅质含量显示弱的负相关,说明生物成因硅质岩是造成高TOC的主要原因,而陆源物质硅对有机质进行稀释和破坏反而降低了TOC含量。受上述成因构造及沉积环境的影响,在宁蒗盆地李子河地区龙马溪组形成一套品质较好的富有机质烃源岩储层,具有一定的页岩气地质评价意义。     

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...     

不同围压下煤岩声发射基本特性及损伤演化

利用PCI-2声发射系统对四川芙蓉白皎煤矿煤岩展开不同围压（0、8、16、25 MPa）的声发射试验研究,旨在揭示不同围压下煤岩破坏过程的振铃计数率、声发射时空分布、声发射b值及破坏煤岩的损伤特性变化规律,为有效预测煤岩破坏提供有利的理论依据。研究表明：声发射现象能够较好地反映煤岩内部裂纹的扩展情况,围压对煤岩破坏具有一定的抑制作用。随围压增大,振铃计数率平静期越长;单轴、三轴状态下振铃计数率高频段发生时段不同。单轴状态下声发射定位点均匀分布于煤岩内部,三轴状态下则集中分布于破坏截面。随围压增大,峰前声发射b值波动现象增强,可利用b值变化预测煤岩破坏。基于累计振铃计数、结合煤岩破坏应力建立煤岩损伤破坏模型,结合声发射振铃计数率、时空分布、b值及损伤变量可对煤岩有效破坏的前兆应力点进行预测。研究成果将为煤岩破坏的微震监测分析奠定基础。移动阅读     

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。     

川南龙马溪组页岩不同应力条件下脆性破坏特征室内实验与数值模拟研究

四川盆地龙马溪组页岩具有较好的生烃潜力。为研究龙马溪组页岩力学特性,首先对完整页岩试样开展了单轴压缩试验,基于颗粒流离散单元法反演单轴压缩岩石动态破坏过程,通过模拟常规三轴压缩试验,研究不同应力条件下页岩脆性破坏特征。研究表明,该龙马溪组页岩脆性矿物含量高,强度大,脆性特征明显;不同应力条件下龙马溪组页岩发生脆性破坏时具有相似的破坏特征,且峰值强度符合Mohr-Coulomb线性规律。加载到岩石损伤应力以前,微裂纹的分布无明显方向性和区域性,该时微裂纹的分布应与岩石的非均质性有关;损伤应力后微裂纹的萌生、聚集和贯通将受应力影响。页岩的特征应力(起裂应力、损伤应力、峰值强度)与围压表现出强相关性,但围压对峰值应力的影响程度比对损伤应力和起裂应力的影响程度更大,因裂纹稳定扩展阶段,微裂纹独立产生无相互影响,峰值应力还需考虑微裂纹间的相互作用及形成的宏观破裂面粗糙性的影响。     

焦石坝页岩气田龙马溪组—五峰组沉积相特征

依据岩心观察、实验分析、录井和测井资料,研究了四川焦石坝页岩气田志留系龙马溪组下部—奥陶系五峰组海相页岩基本特征、沉积环境。龙马溪组下部—五峰组主要为黑色、灰黑色炭质页岩,形成于弱氧化—强还原环境,由含碳低硅,高碳低硅,中碳中硅、低硅,高碳高硅、中硅,富碳高硅7种岩石相构成;沉积微相可划分为深水砂泥质陆棚、深水混积陆棚、深水硅泥质陆棚、深水泥质陆棚4种;页岩沉积经历了一个较为完整的"海进—海退"三级海平面升降旋回,沉积亚相为深水陆棚沉积。研究成果为今后在四川盆地海相页岩地层寻找优质储层、深化认识焦石坝海相页岩储层特征提供了有益的借鉴。     

焦石坝页岩气田龙马溪组—五峰组沉积相特征

依据岩心观察、实验分析、录井和测井资料,研究了四川焦石坝页岩气田志留系龙马溪组下部—奥陶系五峰组海相页岩基本特征、沉积环境。龙马溪组下部—五峰组主要为黑色、灰黑色炭质页岩,形成于弱氧化—强还原环境,由含碳低硅,高碳低硅,中碳中硅、低硅,高碳高硅、中硅,富碳高硅7种岩石相构成;沉积微相可划分为深水砂泥质陆棚、深水混积陆棚、深水硅泥质陆棚、深水泥质陆棚4种;页岩沉积经历了一个较为完整的海进—海退三级海平面升降旋回,沉积亚相为深水陆棚沉积。研究成果为今后在四川盆地海相页岩地层寻找优质储层、深化认识焦石坝海相页岩储层特征提供了有益的借鉴。