雪峰隆起西缘下寒武统牛蹄塘组页岩裂缝发育特征及主控因素

基于雪峰隆起西缘下寒武统牛蹄塘组页岩地表露头、岩心、薄片和扫描电镜下天然裂缝特征参数的观察与统计,并借助相应样品的实验测试数据,对牛蹄塘组页岩裂缝的发育特征与主控因素进行了深入分析,并探讨了裂缝发育与含气性之间的关系。结果表明:研究区牛蹄塘组页岩宏观裂缝以构造缝为主,成岩缝次之,构造缝包括高、中角度剪切缝,低角度滑脱缝及少量张裂缝,主要为6期形成,其中第1期高角度剪切缝最为发育,裂缝优势方位为NWW向、NNW-近SN向与NE向。微裂缝主要为层间缝和顺层缝。岩心宏观裂缝多被充填,后期裂缝的充填程度低于前期裂缝。裂缝的发育受构造作用、岩性和矿物组分、岩层厚度、有机碳含量、成岩作用及异常流体高压等多种因素影响,其中构造应力与构造部位是裂缝发育的主要控制因素,区域构造应力决定了裂缝的性质与整体发育特征,局部构造应力与构造部位使裂缝的分布具有差异性,应力相对集中且变化梯度大、地层变形强烈的构造部位更易形成裂缝。此外,页岩在脆性矿物含量高、单层厚度小、成岩阶段晚、有机碳含量高、存在异常高流体压力时,裂缝更发育。研究区牛蹄塘组天然裂缝的发育及伴生的大量微裂缝有效改善了页岩的储渗性能,对提高含气量起重要作用。     

鄂尔多斯盆地南部延长组长7油组页岩层系天然裂缝发育特征及主控因素

利用地表露头、岩心、薄片和测井资料,对鄂尔多斯盆地南部长7油层组陆相页岩层系天然裂缝的成因类型、发育特征和主控因素进行研究。按地质成因,鄂尔多斯盆地南部长7油层组页岩层系的天然裂缝可以分为构造裂缝和成岩裂缝两大类,其中构造裂缝主要包括剪切裂缝和张性裂缝;成岩裂缝主要包括层理缝、页理缝和收缩裂缝。不同岩性中的天然裂缝发育情况明显不同,致密砂岩中以构造裂缝为主,层理缝仅在粉砂岩和局部细砂岩中发育;页岩和凝灰岩中页理缝、层理缝和构造裂缝均比较发育。不同类型的天然裂缝主控因素明显不同,构造裂缝的发育主要受岩性和岩石力学层层厚控制;砂岩中层理缝的发育主要受碳质纹层、粘土矿物转化程度等因素控制;凝灰岩中层理缝的发育主要受刚性玻屑脱玻化作用的控制;页岩中页理缝的发育主要受纹层、TOC含量和黄铁矿含量的控制。     

陕甘宁盆地川口油田低渗透油藏长6油层裂缝特征

通过对野外野头观测，岩心观察，薄片鉴定、地层倾角测井解释等方法，对川口油田长6油层裂缝进行了研究，川口油田长6油层主层裂缝方向为近EW向，天然显裂缝规模小且不发育，裂缝在原始地层条件下多为闭合状态，只有在人工激发后才会表现出明显的裂缝特征，川口油田储层类型为孔隙型储集层，该区油层埋深500－700m，垂向应力为最小主应力，压裂后理论上应产生水平缝，但受到天然垂直（闭合）缝的影响，在裂缝发育区可能会形成垂直压裂缝，在目前注水条件下，注水实验区储层裂缝的作用还未表现出来。     

川中下侏罗统致密灰岩储层裂缝的主控因素与发育规律

天然裂缝是致密油储层重要的储集空间和主要的渗透通道,影响致密油气成藏、富集规律、单井产能及其开发效果。本文利用野外相似露头、岩心、薄片及成像测井资料,在研究四川盆地中部下侏罗统致密灰岩储层裂缝类型和发育特征的基础上,阐明了其裂缝分布的主控因素与发育规律。四川盆地中部下侏罗统致密灰岩储层普遍发育构造裂缝和成岩裂缝,其中以高角度构造剪切裂缝为主,大部分裂缝为有效裂缝。在同一区域应力场作用下,构造裂缝的分布主要受岩性、层厚及构造的控制。其中灰岩中裂缝最发育,随着泥质含量的增加,泥质灰岩、灰质泥岩和泥岩的裂缝密度依次降低。总体上,随着灰岩层厚的增加,裂缝间距增大,裂缝发育程度降低。大安寨致密灰岩储层可以分为4 种组合模式,不同组合模式的裂缝发育程度存在明显的差异,其中单层厚度为4～8 m 的介壳灰岩与单层厚度小于5 m 的泥页岩互层是形成裂缝的有利条件。不同构造部位的裂缝分布亦存在差异,其中断裂带附近与背斜轴部和转折端等构造高部位是裂缝发育的有利区域。     

川东北元坝地区侏罗系陆相页岩天然裂缝发育特征及其对页岩油气富集和保存的影响

川东北元坝地区陆相页岩中天然裂缝发育,是影响页岩油气富集和保存的关键因素。本文依据岩心、镜下薄片和扫描电镜等资料研究该区侏罗系大安寨段和千佛崖组页岩层系天然裂缝的发育分布特征,探讨裂缝对页岩油气富集和保存的影响。结果表明,侏罗系页岩中主要发育构造裂缝、层理缝、穿层水力破裂缝和收缩缝,其中构造裂缝包括穿层剪切缝、顺层剪切缝和层内张开缝,层理缝是页岩中最为发育的天然裂缝,线密度介于66～357条/m之间,平均为188条/m。层理缝和收缩缝既是页岩油气的储集空间也是运移通道,改善了页岩的储集性能,有利于页岩油气的富集。构造裂缝、穿层水力破裂缝与层理缝相互连通形成的宏观裂缝网络是页岩油气排放的通道,对大安寨段页岩气的逸散影响较大,对千佛崖组页岩油的保存条件影响较小。研究成果可为四川盆地陆相页岩油气勘探开发提供基础性参考依据。     

冀中坳陷东北部石炭-二叠系裂缝发育特征研究

岩心裂缝观测是目前研究裂缝的一个最重要、最基本,也是最有效的方法,它是根据岩心裂缝发育情况对地层中的裂缝进行最直观的描述,是进行裂缝研究的最直接的手段,是裂缝测井和地震研究的基础,也是对后者研究精度的最直接的检验。通过对冀中坳陷东北部钻遇石炭-二叠系井的岩心观察,发现研究区的裂缝主要是天然裂缝,人工裂缝较少。天然裂缝的主要特征为裂缝间距较小,裂缝开启程度小或者是在地下为闭合缝,高角度缝和低角度缝均较为发育。其中,开启裂缝大部分未被充填,缝面干净,有镜面擦痕。影响天然裂缝发育的地质影响因素主要有岩性、埋藏深度和构造应力的关系。在冀中坳陷石炭-二叠系中裂缝发育段主要集中在泥质粉砂岩和含砾砂岩中;裂缝发育程度在同一期构造应力场下是随着深度的增加而减少的。     

松辽盆地三肇地区低渗透油田构造裂缝特征

松辽盆地主要经历了伸展构造期和反转构造期两个构造时期，形成了复杂的构造裂缝组系。裂缝以垂直和高角度倾斜缝为主，力学性质表现为张性缝。虽然存在多组裂缝方向，但以东西向裂缝占优势，其次为北东和南北向裂缝。裂缝形成时期主要在反转构造期的挤压应力作用下形成，裂缝的发育主要受岩性、岩层厚度和构造部位的控制。在现今地应力作用下，东西向裂缝有效程度高，成为影响三肇地区注水开发的主要裂缝组系。     

泌阳凹陷安棚油田核三段储层裂缝成因、期次及分布研究

根据定向取心、成像测井、常规岩心及薄片资料对安棚油田核三段储层天然裂缝特征进行分析的基础上,通过对20个裂缝充填物的稳定同位素测定,5组样品的声发射实验,结合岩心裂缝特征、地质构造历史等,确定出核三段地层中裂缝为区域性裂缝,以垂直或高角度张性缝为主,成组出现,产状稳定,不受局部鼻状构造控制,确定出裂缝有4个破裂期,主要破裂期为第二期。从岩石力学性质、刚性岩石分布情况和岩(砂)层厚度、构造应力场强度等方面入手,系统地讨论了控制裂缝发育的地质因素。区域应力场强度与裂缝发育程度有密切关系,是影响裂缝发育的主要外因,而岩性、岩石密度和厚度是影响裂缝发育的主要内因。采用构造滤波法、应力场模拟法、主曲率法对研究区Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ油组的平面裂缝分布进行了预测和评价。     

束鹿凹陷古近系沙河街组第三段下部储层物性及其影响因素

本文在对束鹿凹陷古近系沙河街组第三段下部地层、岩性、沉积相、成岩作用、成像测井等方面进行深入研究的基础上,查明了研究区储层物性特征及其影响因素。指出研究区储层原生孔隙不发育,以孔隙-裂缝型储层为主,储集空间以次生溶孔和裂缝为主,渗滤通道主要是裂缝,属特低孔特低渗储层。研究区的储集层主要是重力流成因的各种砂砾岩体和混积成因的泥灰岩类,由于其特殊性,导致它既不同于一般的碎屑岩,也不同于正常沉积的碳酸盐岩,因此,影响其储集性能的因素较复杂,概括起来主要有岩性、厚度、沉积相、成岩作用、构造应力等对裂缝、孔隙度的影响。其中性脆、泥质砂的中薄层砂砾岩,即贫基质的碎屑流易形成裂缝,同时构造应力是导致裂缝形成的重要原因：而具塑性、泥质含量高、层厚的重力流沉积及泥灰岩沉积不易形成裂缝。而成岩压实和胶结是导致地层孔隙度减小的主要原因,溶解作用则形成次生孔隙。     

深层砂泥岩储层继承性裂缝发育特征

西部挤压盆地内低渗性含油气砂泥岩储层构造运动期次多、埋藏深度大、泥质夹层多、高角度网状缝继承性发育,裂缝不仅是油气的有效运移通道,也是储层压裂开发效果的主要影响因素。选择西部天山山前某区块深层砂泥岩裂缝性气藏为研究区,以裂缝形成机制的探讨和研究为突破点,在岩心观察、CT层析成像扫描、成像测井解释的基础上,精细统计裂缝产状、开度、充填度,结合流体包裹体及古应力场划分裂缝发育期次,最后总结继承性裂缝的发育模式。研究结果表明,砂泥岩储层裂缝继承性缝的有利发育条件为多期次构造运动、低应力差、低逼近角度、适当泥质含量或低摩擦因数,岩性是内因,构造应力是外因。     

水力裂缝沟通天然裂缝活化延伸的机理研究

页岩储层中天然节理、裂缝极为发育,水力压裂产生的水力裂缝可激活天然裂缝,形成复杂的弥散性裂缝缝网,起到增渗、增产的效果;另外,天然裂缝也是页岩气储存的介质,一部分气体以游离态的形式存在于天然裂缝当中。采用数值计算方法研究水力裂缝与天然裂缝的相互作用机理,重点探讨水力裂缝沟通天然裂缝活化延伸形成缝网的机制。计算模型包括单一天然裂缝和3条天然裂缝两种情况,计算变量考虑天然裂缝与水力裂缝的逼近角、主应力差和地层的弹性参数。研究表明:（1）随着逼近角的不同,地层的破裂应力存在一定的差异,逼近角为90°时,地层破裂所需要的临界水压最大,且地层的破裂应力随着主应力差的增大而减小;（2）无论是单一或3条天然裂缝,水力裂缝沟通天然裂缝活化后,分支裂缝的延伸方向基本恢复至与最大水平主应力平行的方向,当逼近角为90°时,裂缝的滑移量最大,激活效果最佳;（3）逼近角为90°时,天然裂缝尖端处容易出现水力裂缝双转向现象,更有利于形成复杂的裂缝网络,并且此时单元破裂数量最大,压裂效果最好;（4）随地层弹性模量的增大或泊松比的减小,激活天然裂缝的临界水压减小,说明储层的弹性属性会影响缝网的形成,在高弹性模量、低泊松比的脆性地层中射孔时会收到较理想的压裂效果。     

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。      

鄂尔多斯盆地延长组页岩裂缝特征与地应力研究

鄂尔多斯盆地延长组是我国近些年陆相页岩气的重点勘探区之一。本文从页岩的露头观测、岩石学特征、成像测井分析、地应力特征及可压裂性等方面,研究了鄂尔多斯盆地延长组泥页岩层段的裂缝发育特征,以及地应力对人工压裂诱导缝的影响。基于岩石学分析,延长组长7和长9段的泥页岩脆性矿物平均含量较高,分别为57.2%和44%。根据泥页岩露头观测和成像测井分析,长7段泥页岩发育有北东东向为主的垂直裂缝组,同时可见北北东向和南北向的垂直裂缝组。此外,压裂诱导缝的优势方位和成像测井分析结果表明,现今最大水平主应力方向为70°左右（即北东东向）。裂缝开启性分析表明,北东东向至近东西向裂缝组与现今最大水平地应力方向一致,开启性较好;而北北东裂缝组与现今最大水平地应力交角相对较大,开启性相对较差。因为现今地应力的水平应力比值（σH/σh = 1.54）相对较小,在后期人工压裂中延长组泥页岩中的诱导裂缝更倾向形成复杂的裂缝网格系统,这样会使裂缝与储层之间获得最大的接触,从而更有利于提高产能。     

页岩岩相类型对裂缝形成及演化的影响研究——以黔西北地区龙马溪组为例

沉积环境的变迁导致岩相的递变,进而控制着裂缝的形成和演化,揭示不同页岩岩相中裂缝的发育规律及有关机制,对于“甜点”层的脆性精细评价具有重要的工程意义。以黔西北地区龙马溪组页岩为例,通过X‐射线衍射实验、偏光显微镜、岩石力学实验以及有限元数值模拟,对不同岩相类型进行了划分,深入探讨了不同页岩岩相类型岩石的力学性质以及破坏模式,最后再现了两种不同岩相叠置的地质体模型中裂缝的形成和演化的动态可视化过程。结果表明:龙马溪组富有机质页岩层段主要发育硅质页岩、钙质硅质混合页岩以及粘土质硅质混合页岩等3种岩相类型;硅质页岩具有较高的应力跌落速率和弹性能量转化效率,裂缝拓展能力较强,岩石整体具有较强的脆性,纵向和横向裂缝均有发育且相互之间发生交会和联结,而钙质硅质混合页岩裂缝拓展能力次之,最弱者为粘土质硅质混合页岩;粘土质硅质混合页岩夹层对孔隙水压力和主应力的传播有较强的应力屏障效应,裂缝跨层传播能力随应力的急剧下降而受到削弱,钙质硅质页岩应力屏障效应较弱,裂缝具有较强的跨层传播能力。这些研究成果对“甜点”层优选、水平井地质导向以及压裂施工参数的调整等具有较好的参考价值。     

页岩水平井多段分簇压裂起裂压力数值模拟

页岩储层孔隙度和渗透率极低,天然裂缝和水平层理发育,常规压裂增产措施无法满足页岩气的开发要求,水平井多段分簇压裂是页岩气开发的关键技术之一,该技术能够大幅度提升压裂改造的体积、产气量和最终采收率。为确定页岩储层水平井多段分簇射孔压裂的起裂点和起裂压力,采用有限元方法建立了水平井套管完井（考虑水泥环和套管的存在）多段分簇射孔的全三维起裂模型。数值模型的起裂压力与室内试验结果吻合较好,证明了数值模型的准确性和可靠性。利用数值模型研究了页岩水平井多段分簇射孔压裂的起裂点和起裂压力的影响因素,研究发现：射孔孔眼附近无天然裂缝或水平层理影响,起裂点发生在射孔簇孔眼的根部;射孔簇间距越小,中间射孔簇的干扰越大,可能造成中间的射孔簇无法起裂;射孔密度和孔眼长度增大,起裂压力降低;天然裂缝的存在,在某些情况能够降低起裂压力且改变起裂位置,主要与天然裂缝的分布方位及水平主应力差有关;水平层理可能会降低起裂压力,但与垂向主应力与水平最小主应力的差值有关。获得的起裂压力变化规律,可作为进一步研究水平井多段分簇射孔条件下的裂缝扩展规律的基础,可以为压裂设计和施工的射孔参数确定及优化给出具体建议。     

Numerical Modeling of Natural Fracture Distributions in Shale

The production efficiency of shale gas is affected by the interaction between hydraulic and natural fractures. This study presents a simulation of natural fractures in shale reservoirs, based on a discrete fracture network (DFN) method for hydraulic fracturing engineering. Fracture properties of the model are calculated from core fracture data, according to statistical mathematical analysis. The calculation results make full use of the quantitative information of core fracture orientation, density, opening and length, which constitute the direct and extensive data of mining engineering. The reliability and applicability of the model are analyzed with regard to model size and density, a calculation method for dominant size and density being proposed. Then, finite element analysis is applied to a hydraulic fracturing numerical simulation of a shale fractured reservoir in southeastern Chongqing. The hydraulic pressure distribution, fracture propagation, acoustic emission information and in situ stress changes during fracturing are analyzed. The results show the application of fracture statistics in fracture modeling and the influence of fracture distribution on hydraulic fracturing engineering. The present analysis may provide a reference for shale gas exploitation.     

页岩裂缝发育主控因素及其对含气性的影响

依据国内外页岩气大量资料和测试数据,对影响页岩裂缝发育的岩性和矿物组成、有机碳含量、岩石力学性质、异常高压等非构造因素和构造因素进行了定性或半定量分析,初步探讨了页岩裂缝发育与含气量之间关系。结果表明:页岩中石英、长石和碳酸盐岩含量高,岩石的泊松比低、杨氏模量高,脆性大,容易在外力作用下形成天然裂缝和诱导裂缝,其发育程度一般与页岩中脆性矿物的含量呈正相关关系。高有机碳含量或异常高压页岩裂缝发育。裂缝发育程度与有机碳含量关系可以划分为4类。页岩裂缝发育程度与总含气量和游离气量呈正相关关系,页岩裂缝越发育,其含气量越大,产气量也越高。裂缝对页岩气藏的形成具有双重作用,一是裂缝可以作为天然气和地层水的有效储集空间和快速运移通道,有利于页岩层系中游离态天然气体积的增加和吸附态天然气的解吸,裂缝密度越大,走向越分散,产气量越高;二是裂缝规模过大,可能导致天然气散失。北美地区页岩裂缝发育带内的页岩气勘探成功率高,产气量高,中国四川盆地下古生界海相富有机质脆性页岩层中天然气有良好显示或高产气井均与裂缝发育密切相关。     

准噶尔盆地玛湖凹陷二叠系风城组页岩储集层裂缝测井识别与有效性分析*

中国页岩油资源潜力巨大,裂缝的发育程度是影响页岩油产量高低的重要因素。以准噶尔盆地玛湖凹陷风城组页岩储集层为研究对象,通过岩心观察、薄片鉴定、常规及成像测井方法总结归纳了研究区裂缝的发育特征,提出“常规+成像+岩心”的页岩储集层裂缝测井综合识别方法,建立了典型裂缝发育类型的测井综合识别图版。结果表明,玛湖地区天然裂缝在风三段密集发育,风一段次之,风二段中部几乎不发育。裂缝主要在长英质页岩、云质页岩和混合质页岩中发育,以高角度构造裂缝与低角度成岩裂缝为主,开启程度高,少数被碳酸盐矿物充填,走向主要为NW-SE向。基于裂缝参数定量计算结果,结合岩性及矿物组分和地应力等因素分析了储集层裂缝有效性。研究认为,脆性矿物组分含量高、走向平行于现今水平最大主应力的高角度未充填裂缝发育段对储集层有效性存在明显的控制作用,与产液资料较为吻合。此裂缝测井综合评价方法效果显著,可为页岩储集层裂缝识别与有效性评价提供方法支撑。