基于水力压裂实验的龙马溪组页岩各向异性特征研究

水力压裂储层改造技术是页岩气开发的关键技术手段.大量高压流体注入页岩储层会显著改变岩石的纵横波速度、岩石力学参数及其各向异性特征.文章在伪三轴应力加载条件下对龙马溪组页岩开展了差异化的水力压裂岩石物理实验,对比了应力加载方式和水-岩物理化学反应对于页岩纵横波速度和岩石力学参数的影响.实验结果表明,对于干燥页岩样品,各向...     

龙马溪组页岩微观结构、地震岩石物理特征与建模

龙马溪组页岩是目前国内页岩气勘探的主要层位之一. 由于岩石物理实验结果具有区域性, 龙马溪组页岩的岩石特征与其地震弹性性质的响应规律需要开展相关的实验和理论研究工作予以明确. 本研究基于系统的微观结构观察(扫描电镜和CT成像技术)和岩石物理实验来分析龙马溪组页岩样品地震弹性性质的变化规律, 并依据微观结构特征建立相应的地震岩石物理表征模型. 研究结果表明, 石英含量对龙马溪组页岩的孔隙度以及有机碳(TOC)含量具有一定的控制作用, TOC和黄铁矿主要赋存于孔隙中; 岩石骨架组成亦受控于石英或粘土含量, 在石英含量大于40%(对应粘土含量小于30%)时, 以石英、粘土共同作为岩石骨架, 而粘土含量大于30%时, 则以粘土作为岩石的骨架. 因此, 岩石骨架组成矿物、TOC含量、孔隙度共同制约龙马溪组页岩的地震弹性性质, 富有机质储层岩石通常表现出低泊松比、低阻抗和低杨氏模量的特征, 但由于支撑矿物的转换, 某些富有机质页岩亦可表现为高阻抗特征. 粘土矿物的定向排列仍然是造成页岩样品表现出各向异性的主要原因, 各向异性参数与粘土含量具有指数关系. 基于龙马溪组页岩的岩性特征及微观结构特征, 可以利用自洽模型(SCA)、微分等效模量模型(DEM)和Backus平均模型的有效组合较为准确地建立龙马溪组页岩的地震岩石物理模型, 实验结果和测井数据验证了模型的准确性.研究结果可为龙马溪组页岩气储层的测井解释和地震"甜点"预测提供依据.     

矿物组分对龙马溪组页岩动、静态弹性特征的影响

龙马溪组页岩是目前国内页岩气勘探的主要层位之一,其静态弹性性质是影响压裂效果的重要因素,而动态弹性性质则是页岩"甜点"地震预测的重要基础.但对龙马溪组页岩动、静态弹性特征相互关系及其影响因素缺少对比研究,致使运用动态弹性性质进行"甜点"预测时存在不确定性.在对龙马溪组页岩样品系统动、静态性质联合测量基础上,分析了页岩样品动、静态弹性性质的变化规律,并讨论了成岩作用与动、静态弹性性质变化规律的因果关系.研究结果表明,龙马溪组页岩上下两段成岩过程存在明显差异,致使上段页岩在结构上表现为以塑性黏土颗粒作为受力骨架,而下段页岩在结构上逐渐转变为脆性石英颗粒作为受力骨架.页岩岩石结构特征的变化控制了动、静态弹性特征的整体变化规律,表现为动、静态杨氏模量、峰值强度等随石英含量的增大表现出近似"V"型的变化形式,而与钙质含量变化呈现正相关关系,与黏土含量变化表现出负相关性.上段页岩宏观力学性质受微观石英+黏土颗粒集合体弹性性质控制,应力应变曲线表现出明显塑性段,动、静态杨氏模量比大于1.4,破裂易于发生在黏土与石英颗粒边界形成宏观单剪型破裂模式,样品脆性低,且脆性变化不受石英含量的影响.下段页岩宏观力学性质受微观石英颗粒集合体弹性性质控制,应力应变曲线表现为弹性变形,动、静态杨氏模量比小于1.4,破裂发生在石英颗粒内部形成宏观劈裂型破裂模式,样品脆性高,且脆性变化与石英含量呈明显正相关关系.研究结果可为龙马溪页气储层的测井解释和地震"甜点"预测提供依据.     

基于扫描电镜的页岩有机孔隙空间定量表征

对于富含有机质的页岩储层来说,孔隙度是评价油气储量的关键参数之一,有机孔隙的存在又对岩石孔隙空间具有重要贡献,因此,研究页岩储层有机孔隙空间是有必要的。本文结合氩离子抛光扫描电镜（SEM）资料和图像分割技术,以川南永川区块YY2井龙马溪组页岩储层为例,对纳米有机孔隙的形态特征和有机孔隙度进行分析研究,研究表明：YY2井龙马溪组有机孔隙较发育,SEM图像中有机孔隙直径差异很大,对龙马溪组6块岩样的SEM图像进行处理,得到的有机质面孔率在0.97％～8.90％之间,个别样品孔径较小,面孔率在1％以下。利用面孔率和有机质含量计算有机孔隙度,计算得到的有机孔隙度在0.12％～0.75％范围内,均值为0.39％,占据岩石孔隙度的10.66％。     

成岩过程对五峰-龙马溪组页岩地震岩石物理特征的影响

五峰-龙马溪组页岩是目前国内页岩气勘探的首选层位,而其地震岩石物理特征是利用地震方法进行"甜点"预测的重要基础之一,但对五峰-龙马溪组页岩地震弹性特征变化规律的研究并未考虑沉积、成岩过程的影响,致使相应的规律性认识缺乏地质意义.在对五峰-龙马溪组页岩样品系统声学测量基础上,分析了页岩样品地震弹性性质的变化规律.利用X射线衍射分析、扫描电镜（SEM）、阴极发光（CL）与能谱分析确定了五峰-龙马溪组页岩在不同沉积环境下的成岩过程,并讨论了成岩过程与地震弹性性质变化规律的因果关系.研究结果表明,页岩中有机质（TOC）受高热演化程度的影响,其密度通常高于1.4 g·cm^-3,并接近于有机碳密度上限1.6 g·cm^-3（石墨密度）.五峰-龙马溪组页岩地震弹性性质变化规律整体受沉积环境控制,沉积环境的差异形成不同的成岩过程,致使地震弹性特征也表现出不同的变化规律.表现在五峰-龙马溪页岩样品动态岩石物理特征主要受岩石结构控制（支撑颗粒弹性性质）,而孔隙度、TOC含量以及孔隙形状则为对地震弹性特征影响的次一级因素.五峰-龙马溪组页岩上段为浅水陆棚相,机械压实与化学压实（硅质胶结）为先后两个过程,造成样品表现出高的速度-孔隙度变化率、高速度比（泊松比）、高各向异性以及低TOC含量的特征.五峰-龙马溪组页岩下段为深水陆棚相,机械压实过程中同时伴有生物成因的硅质胶结,造成岩石样品表现出较高TOC含量与孔隙度、各向异性较弱以及较小的速度-孔隙度变化率.研究结果可为五峰-龙马溪页气储层的测井解释和地震"甜点"预测提供依据.     

龙马溪组页岩数字岩心LSM-RVM数值建模方法研究及TOC含量影响分析

页岩气储层中含有大量有机碳（TOC）,其丰度与成熟度对页岩力学特性有重要影响.建立包含TOC的精细数值模型,将有助于探索页岩微结构与矿物组分含量对等效弹性模量的作用程度,是"甜点区"预测的重要理论基础.本文提出了一种离散数值建模方法,基于高精度成像技术,采用晶格弹簧-随机孔隙耦合模型（LSM-RVM）模拟包含多种矿物组分及不同成熟度干酪根的数字岩心,分析TOC成熟度及含量对弹性参数的影响.在该模型中,参数设置（数值阻尼与加载应变速率）至关重要,选取不当会对计算精度造成一定影响.研究结果表明,LSM-RVM能够生成符合TOC及多种矿物实际分布特征的数值模型,是一种精细数值建模方法.     

龙马溪组页岩数字岩心动态法弹性等效数值建模

数字岩心是计算岩石弹性性质的一类常用方法.龙马溪组页岩具有多矿物构成、复杂微结构和强非均质等特征,常规岩石物理的弹性等效解析建模局限性较大,目前流行的静态数值等效建模方法的精度有限.本文基于高分辨率的页岩数字岩心数据,采用多阈值分割方法将数字岩心分解为黏土、石英、孔隙、TOC、长石类、黄铁矿类等六种矿物类型;利用矿物组分等效模量法计算各类矿物的弹性模量;采用二元函数分水岭方法表征不同压力下的岩石孔隙变形和颗粒接触关系变化;通过取向分布函数（ODF）定量分析矿物颗粒展布造成的各向异性特征.最后基于Biot孔弹方程,采用不分裂卷积完全匹配层（CPML）旋转交错网格有限差分法模拟不同压力下弹性波在数字岩心中的传播.以未加压的数字岩心为参考模型,计算不同压力下弹性波走时的平均时间差,进而估算各压力点的数字岩心等效速度.与该岩心样品的超声实验测量速度比较,动态法数值计算结果略偏高,据此校正数值计算过程中表征岩石微结构及颗粒接触关系随压力变化的二元函数,有效改善动态法弹性等效数值建模精度.

     

龙马溪组页岩数字岩芯超声响应数值模拟及散射特征分析

超高频（几百兆赫兹）超声数值模拟微米至纳米尺度的龙马溪组页岩数字岩芯及其强非均质性严重挑战数值模拟算法的精度和数值稳定性.本文利用图像阈值分割算法将龙马溪组页岩数字岩芯主要成分分解为石英类、黏土类、黄铁矿及孔隙四种类型,假定液相（油）均匀分布在整个介质模型中,根据岩芯的孔隙度、渗透率和各类矿物的岩石物理参数,建立了精细的非均质双相介质模型.采用基于Biot双相介质方程的不分裂卷积完全匹配层与高精度旋转交错网格有限差分方法精确模拟超声波在页岩岩芯中传播的散射衰减.通过精确控制匹配层吸收边界数来模拟边界反射量及其对尾波的干涉强度,并与超声实验尾波散射Q值进行比较,估算超声实验中的边界反射量及其对尾波的干涉强度.对不同超声子波主频的数值模拟试验,结合L/a-ka散射态式图分析表明：本文采用的龙马溪组页岩数字岩芯的非均质强度与600 MHz波长尺度相当,产生的散射衰减达到最大.开展页岩岩芯超声波散射数值模拟研究,据此评估页岩岩芯的非均质性,为页岩储层声学非均质预测提供依据.

     

石英结晶度指数:中国四川盆地及周缘晚奥陶世-早志留世富有机质页岩中硅质为生物成因的定量性新证据

采用石英结晶度指数(QCI)来表征晚奥陶世五峰组(WF)和早志留世龙马溪组(LM)页岩硅质和芦草沟组凝灰质页岩中的"空降型"火山灰脱玻化成因硅质的结晶状态,以期将两种硅质区分开来.研究发现,五峰-龙马溪组不同笔石带页岩中硅质的QCI值不同.WF2～3、LM1～4笔石带页岩中硅质的QCI值明显比LM5～9笔石带页岩和芦草...