考虑页岩纹层与裂缝网络的延长组页岩多尺度三维地质结构模型

现场调查表明,砂质纹层、凝灰质纹层和天然裂缝广泛地存在于陆相页岩储层中。本文对鄂尔多斯盆地页岩储层中的纹层和天然裂缝进行了多尺度研究,并构建了三维地质结构模型。首先,基于二维裂缝现场调查,利用蒙特卡罗模拟方法建立了研究区域的三维裂缝网络模型。然后通过多种观测手段获得由宏观尺度到微观尺度的纹层结构特征。对多尺度纹层厚度的统计分析表明,米级、分米级、厘米级、毫米级和10微米级等不同研究尺度下的纹层平均厚度分别为2.26 m,2.09 dm,1.70 cm,1.48 mm和11.7 μm,呈现出分形特征,分形维数为1.06;不同研究尺度下的单层厚度均服从负指数分布规律,即各研究尺度下厚度越大的纹层,其层数越少,反之越薄的纹层其数量越多。最后,根据上述纹层平均厚度及概率分布函数特征,建立了页岩的多尺度纹层结构模型,并将其叠加在裂缝网络模型上,生成不同尺度下的页岩三维地质结构模型。模型输出的裂缝、纹层参数与研究区域的真实地质参数有着较好的对比验证。这项研究工作可为页岩气储层的水力压裂数值模拟和物理模型试验提供更可靠的地质模型。     

致密低渗透砂岩储层多尺度天然裂缝表征方法

本文利用地表露头、岩芯、测井、三维地震和微观分析资料,根据多尺度裂缝的发育特征及不同资料的精度,探讨了多尺度裂缝的表征方法。致密低渗透砂岩储层发育多尺度天然裂缝,根据天然裂缝规模以及限制天然裂缝扩展延伸的岩石力学层界面,将天然裂缝分为大尺度裂缝、中尺度裂缝、小尺度裂缝和微尺度裂缝4级,不同尺度裂缝的发育特征存在较大差异。其中大尺度裂缝主要应用三维地震资料的叠后属性进行检测和表征;中小尺度裂缝在单井上可以应用岩芯、成像测井和常规测井相结合的方法进行表征,在平面上采用基于地质和测井约束的三维地震叠前各向异性分析以及储层地质力学相结合的方法进行综合预测和评价;微尺度裂缝一般应用铸体薄片、普通薄片、扫描电镜和三维CT扫描等微观分析方法进行观察描述,通过主控因素约束的方法进行预测。利用本文提出的多尺度裂缝表征方法实现了对鄂尔多斯盆地西南部致密砂岩储层多尺度裂缝表征,可为其它致密低渗透砂岩储层多尺度裂缝表征提供借鉴。     

致密低渗透砂岩储层多尺度天然裂缝表征方法

本文利用地表露头、岩芯、测井、三维地震和微观分析资料,根据多尺度裂缝的发育特征及不同资料的精度,探讨了多尺度裂缝的表征方法。致密低渗透砂岩储层发育多尺度天然裂缝,根据天然裂缝规模以及限制天然裂缝扩展延伸的岩石力学层界面,将天然裂缝分为大尺度裂缝、中尺度裂缝、小尺度裂缝和微尺度裂缝4级,不同尺度裂缝的发育特征存在较大差异。其中大尺度裂缝主要应用三维地震资料的叠后属性进行检测和表征;中小尺度裂缝在单井上可以应用岩芯、成像测井和常规测井相结合的方法进行表征,在平面上采用基于地质和测井约束的三维地震叠前各向异性分析以及储层地质力学相结合的方法进行综合预测和评价;微尺度裂缝一般应用铸体薄片、普通薄片、扫描电镜和三维CT扫描等微观分析方法进行观察描述,通过主控因素约束的方法进行预测。利用本文提出的多尺度裂缝表征方法实现了对鄂尔多斯盆地西南部致密砂岩储层多尺度裂缝表征,可为其它致密低渗透砂岩储层多尺度裂缝表征提供借鉴。     

富有机质页岩天然裂缝研究进展

天然裂缝是富有机质页岩油气储层的重要储集空间和主要渗流通道,影响页岩油气的富集、保存、单井产能及开发效果,天然裂缝发育规律研究对富有机质页岩油气勘探开发具有重要意义.本文在调研近年来海相和陆相富有机质页岩裂缝研究成果的基础上,综述了富有机质页岩天然裂缝的成因类型、发育特征、主控因素以及评价与预测方法等方面取得的最新进展,讨论了富有机质页岩天然裂缝今后重点研究方向.富有机质页岩天然裂缝分为构造裂缝、成岩裂缝和异常高压裂缝3大类6小类,其中层内张开裂缝、穿层剪切裂缝、顺层剪切裂缝和水平层理缝是其主要的裂缝类型.页岩构造裂缝的发育程度主要受脆性矿物含量、有机质含量、高脆性页岩层厚度、构造、地层倾角和流体压力等因素的控制,页岩水平层理缝的形成与发育程度主要受有机质含量、纹层类型、纹层数量、纹层厚度及后期构造抬升等因素的影响.由于陆相页岩与海相页岩的沉积环境不同导致的矿物组分、岩相变化及有机质热演化程度等方面的差异,使得陆相页岩与海相页岩裂缝的发育特征明显不同.与海相页岩裂缝相比,通常陆相页岩裂缝的分布型式更复杂,构造裂缝规模更小,穿层剪切裂缝和顺层剪切裂缝的发育程度低.页岩裂缝的评价与预测目前主要借助于已有的常规低渗透致密储层构造裂缝研究方法开展,如何针对页岩裂缝规模小和水平层理缝发育的特点,将地质、地球物理和机器学习相结合,形成适合不同尺度和不同类型页岩裂缝的分类评价与预测方法,对提高页岩裂缝的评价预测精度和更好地指导油气开发至关重要.深层富有机质页岩裂缝的发育规律、天然裂缝对水力压裂缝的影响以及综合多尺度、多产状和多成因页岩裂缝的复杂缝网系统三维地质建模,也将是今后页岩裂缝研究需要解决的重要问题.     

利用多尺度边缘检测研究碳酸盐岩裂缝分布

裂缝检测与图像分析中的边缘检测有许多相似之处,因此,能够借助某些边缘检测理论并结合实际地震资料形成有效的裂缝检测方法。作者基于小波多尺度边缘检测理论,结合地震波场对裂缝的多尺度特性,提出了碳酸岩裂缝预测的多尺度边缘检测方法。方法的主要思想是：利用小波变换械的局部极值,检测出三维地震记录裂缝点特征位置,并通过调整模值在图像中的灰度,自动识别裂缝发育区的范围。     

泥页岩裂缝研究进展

国内外大量泥岩裂缝油气藏不断发现和近年来北美地区页岩气勘探获得的巨大成功表明,泥页岩裂缝的研究尤为重要.在对国内外泥页岩裂缝研究成果全面系统调研和详细深入分析总结的基础上,认为与其他岩石类型的储层相比,塑性相对较大的泥页岩储层在裂缝类型与成因、裂缝识别方法、裂缝参数估算、裂缝分布预测等方面既有共性也有其特殊性.依据成因...     

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。     

胜利油田页岩油藏钻井液技术

胜利油田相继在罗家等区块部署了页岩油藏水平井,用于页岩油的开发。页岩地层层理和微裂缝发育,钻井过程中极易引起井壁失稳问题。同时,由于水平段较长,也存在着润滑、井眼清洁等难题。针对施工难点和风险,研究制定了页岩油藏钻井液方案,二开采用胺基钻井液体系,三开采用油基钻井液,顺利地完成了钻井施工。就胜利油田页岩油藏钻井液技术进行了介绍和分析,针对应用过程中存在的一些问题进行了探讨,对页岩油藏的勘探开发有一定的启示作用。     

玛湖凹陷二叠系风城组深层陆相页岩储层天然裂缝及其有效性

准噶尔盆地玛湖凹陷二叠系风城组陆相页岩最大埋深超过5 000 m,油气资源丰富,其中广泛发育的天然裂缝对烃类聚集和储层勘探开发具有关键作用.通过岩心、成像测井、薄片和扫描电镜观察,建立了基于地质成因和裂缝产状的深层陆相页岩天然裂缝分类方案,阐明了不同类型天然裂缝的发育特征和有效性,并讨论了深层陆相页岩天然裂缝的非均质性及其对储层的贡献.深层陆相页岩天然裂缝依据地质成因分为构造裂缝、成岩裂缝和异常高压相关裂缝.按照裂缝产状构造裂缝细分为穿层和顺层剪切裂缝、及层内张裂缝,成岩裂缝划分为层理缝、缝合线和收缩裂缝.构造裂缝规模相对较大,组系特征明显,主要以高角度和近直立为主.成岩裂缝主要为近水平发育,缝面弯曲、易分叉.层内张裂缝、层理缝和缝合线是深层陆相页岩储层的优势裂缝类型.天然裂缝可被方解石和含有机质的细粒混合物等矿物不同程度充填,其中构造裂缝和层理缝的充填程度较低,缝合线更易被充填.微观构造裂缝的开度较小,而成岩裂缝的开度通常较大.推测认为构造裂缝主要为储层中流体渗流提供了有效通道,层理缝发育程度更高,不仅是储层流体的渗流通道,也是其有效储集空间的重要组成部分.研究成果对于完善深层陆相页岩天然裂缝分类方案及深入认识这类储层天然裂缝分布规律具有重要的借鉴意义.     

天然裂缝对页岩储层井周诱导缝形成扩展的影响

页岩储层物性极差,必须通过体积改造形成网状裂缝系统才能实现经济有效开发,掌握页岩地层中诱导裂缝延伸规律是成功实现缝网压裂的基础。借助基于细观损伤力学和弹性力学研发的岩石破裂分析系统RFPA2D,开展了页岩储层在水力压裂过程中的裂缝形成及延伸规律研究。在考虑到地层非均质的前提下,结合页岩本身的力学特性,分析了井周天然裂缝长度及密度对井周诱导缝形成及发展的影响。结果表明,井壁天然裂缝越长、密度越大,其开启可能越大,开启后伴生诱导缝发育程度越高。另外,对不同地应力差下天然裂缝长度影响开展的研究表明,低应力差下,即使天然裂缝较短,也会被打开,伴生诱导缝延伸具有较强的随机性,在天然裂缝长度较长的情况下,伴生诱导缝倾向于沿天然裂缝方向继续发展。     

页岩气藏微裂缝表观渗透率动态模型研究

为研究页岩气藏开发过程中介质变形和滑脱效应对微裂缝表观渗透率动态变化的影响规律,分析有效应力和多孔介质结构参数等对气体渗流影响机制,采用光滑平板模型,结合分形及气体微观渗流理论,建立了介质变形和滑脱效应耦合作用下的微裂缝表观渗透率动态模型,并对模型进行可靠性验证和参数敏感性分析。研究表明,页岩气藏降压开采过程中受介质变形和滑脱效应“一负一正”耦合影响,微裂缝表观渗透率呈先减小后增大趋势,且临界压力值约为5 MPa;不同有效应力状态下,由于介质变形和滑脱效应耦合机制的差异性,导致表观渗透率变化规律不同,从微观作用机制角度对实验中不同加载条件下页岩应力敏感性的差异做出了理论解释;微裂缝最大开度越小,表观渗透率曲线“凹槽”越深,同时微裂缝孔隙度及开度分形维数越高、迂曲度分形维数越低,表观渗透率值越大。     

A new model for flow in shale-gas reservoirs including natural and hydraulic fractures

In this work, we construct a new coupled Multiscale/Discrete Fracture Model for compressible flow in a multiporosity shale gas reservoir containing networks of natural and hydraulic fractures. The geological formation is characterized by four distinct length scales and levels of porosity. The window of observation of the finest (nanoscale) portraits the nanopores within organic matter containing adsorbed gas. At the microscale, the medium is formed by two solid phases: organic, composed by kerogen aggregates, and inorganic (clay, quartz, calcite). Such phases are separated by the network of partially-saturated interparticle pores where microscopic free gas flow influenced by Knudsen effects along with gas diffusion in the immobile water phase occur simultaneously. The upscaling of the local flow to the mesoscale gives rise to a nonlinear homogenized pressure equation in the shale matrix which lies adjacent to the system of natural fractures. Homogenization of the coupled matrix/preexisting fractures to the macroscale leads to a microstructural model of dual porosity type. Such homogenized model is subsequently coupled with the hydrodynamics in the network of induced fractures which, in the context of the discrete fracture modeling, are treated as (n ? 1), (n = 2, 3) lower dimensional objects. In order to handle numerically the nonlinear interaction between the different flow equations, we adopt a superposition argument, firstly proposed by Arbogast (1996), in each iteration of a fixed-point algorithm. The resultant governing equations are discretized by the finite element method and numerical simulations of gas production in stratified arrangements of the fracture networks are presented to illustrate the potential of the multiscale approach.     

页岩气藏数值模拟模型研究进展

以页岩油气为代表的低品位油气资源勘探与开发不断取得重大突破,已经成为中国重要的接替性资源。开展页岩气渗流机理和数值模拟模型研究有助于实现页岩气藏开发的动态变化过程,为认识页岩气渗流规律、优化数学模型、产能评价和预测奠定技术基础。围绕页岩气多尺度多流态多重介质下的运移机理,系统地阐述了页岩气数值模拟模型的研究进展,页岩气数值模拟模型可分为等效连续介质模型、离散裂缝网络模型和混合模型,总结了这3类数值模拟模型的优缺点。等效连续介质模型原理简单,追求宏观尺度的等效,忽略了储层内部真实流态,适用于裂缝发育程度低的均质页岩气藏;离散裂缝网络模型准确反映复杂裂缝网络的渗流特征,可以描述高度离散裂缝的形态规律,适用于勘探程度高且裂缝高度发育的页岩气藏;混合模拟模型结合两者的优点,能够准确反映复杂裂缝网络和流体运移规律,在满足计算精度的同时又节约了大量的计算资源,随着计算处理能力的增强,混合模拟模型是今后的发展趋势。最后分析了页岩气藏数值模拟模型中存在的问题,并指出了发展方向。     

柴达木盆地英西地区E32盐类矿物成因及油气地质意义

近年来,柴达木盆地英西地区渐新统E32获得了持续的重大勘探发现。基于岩心观察、系统的微观岩石学、矿物学以及地球化学分析,系统总结了柴达木盆地英西地区渐新统咸化湖盆中盐类矿物特征、成因及成藏作用：(1)英西地区渐新统E32 4种重要的盐类矿物包括石盐、硬石膏、钙芒硝以及天青石等,或聚集成为具有一定厚度的盐层,或以矿物颗粒形式赋存于基质碳酸盐岩中。上部的盐间油层组的盐层较厚,以石盐为主,下部的盐下油层组的盐层较薄,以石膏为主;(2)盐类矿物“低锰”的元素地球化学特征、与盐类矿物伴生的基质碳酸盐岩具有的“低温成因”的碳氧同位素地球化学特征、未见热液矿物发育的岩石学特征以及分布面积极广的平面展布特征均显示了盐类矿物为典型的咸化湖盆沉积型,而非热液卤水析出型;(3)“盐”在油气成藏过程中发挥着重要作用,包括盐类矿物对裂缝的充填和防止油气逸散的封堵作用、盐层因具有很高的毛管突破压力和塑性特征而具有良好的封盖作用、地层条件下促进白云岩次生孔隙发育的作用以及占据一定的储集空间的消极作用等。这一研究成果可为盐下湖相碳酸盐岩的油气勘探提供重要的指导作用。     

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。     

Laboratory investigation of hydraulic fracture propagation using real-time ultrasonic measurement in shale formations with random natural fractures

The significance of natural fractures in unconventional shale hydrocarbon formations has opened new research frontiers in hydraulic fracturing. Among many of its unique contributions to gas production, the interaction between natural fractures and hydraulic fractures has long been experimentally and computationally investigated. Here, we experimentally investigated the evolution of the fracturing network with a self-developed ultrasonic testing system. Laboratory experiments are proposed to study the propagation of hydraulic fracture in naturally fractured model blocks that contain random micro-fractures. Our analysis suggests that the total fracture width obtained by ultrasonic pulse velocity (UPV) can reflect the dynamic evolution of the fracturing network. The nonlinear fracturing network evolution process is closely related to the variation of the total fracture width. It is suggested from the total fracture width that the maximum fracture network can be realized with greater natural fracture density, large injection rate, and smaller stress ratio. The study presents a better insight into the response of random naturally fractured shale formation under hydraulic fracturing treatment by analyzing the variation of UPV in real time.     

四川盆地海相页岩气藏TSR证据的发现

正1研究目的(Objective)中国从2009年开展页岩气实质勘探以来,已在四川盆地上奥陶统五峰组(O_(3w))—下志留统龙马溪组(S_1l)海相页岩成功实现页岩气商业开发,成为世界上少数几个实现页岩气工业开采的国家之一,近年来掀起了页岩气研究的热潮。国内学者在页岩气的形成、演化、保存和成藏等方面取得诸多突破,同时也遇到诸多科学难题,如地质条件下页岩的成烃演化规律、页岩气乙烷碳同位素与干酪根碳同位     

Beyond dual-porosity modeling for the simulation of complex flow mechanisms in shale reservoirs

The state of the art of modeling fluid flow in shale reservoirs is dominated by dual-porosity models which divide the reservoirs into matrix blocks that significantly contribute to fluid storage and fracture networks which principally control flow capacity. However, recent extensive microscopic studies reveal that there exist massive micro- and nano-pore systems in shale matrices. Because of this, the actual flow mechanisms in shale reservoirs are considerably more complex than can be simulated by the conventional dual-porosity models and Darcy’s law. Therefore, a model capturing multiple pore scales and flow can provide a better understanding of the complex flow mechanisms occurring in these reservoirs. This paper presents a micro-scale multiple-porosity model for fluid flow in shale reservoirs by capturing the dynamics occurring in three porosity systems: inorganic matter, organic matter (mainly kerogen), and natural fractures. Inorganic and organic portions of shale matrix are treated as sub-blocks with different attributes, such as wettability and pore structures. In kerogen, gas desorption and diffusion are the dominant physics. Since the flow regimes are sensitive to pore size, the effects of nano-pores and micro-pores in kerogen are incorporated into the simulator. The multiple-porosity model is built upon a unique tool for simulating general multiple-porosity systems in which several porosity systems may be tied to each other through arbitrary connectivities. This new model allows us to better understand complex flow mechanisms and eventually is extended into the reservoir scale through upscaling techniques. Sensitivity studies on the contributions of the different flow mechanisms and kerogen properties give some insight as to their importance. Results also include a comparison of the conventional dual-porosity treatment and show that significant differences in fluid distributions and dynamics are obtained with the improved multiple-porosity simulation.     

页岩气藏超低含水饱和度形成模拟及其意义

页岩气属于非常规天然气,资源丰富,开发潜力巨大。含水饱和度是控制致密气藏持续生产最关键的储层参数,然而现阶段对页岩气成藏中超低含水饱和度是否存在尚存在疑问。选取川渝地区页岩露头岩样,采用气驱法模拟了成藏过程中含水饱和度变化,结合川南页岩气储层地质特征,建立了生烃排驱的地质模型,提出了气携液的概念模型。结果表明,页岩气藏存在超低含水饱和度现象;页岩气成藏过程中大量生烃产生排驱效应与气携液作用,有利于页岩气储层超低含水饱和度的形成,气携液作用、裂缝和高温环境加速了含水饱和度降低;超低含水饱和度增加页岩气储层吸附能力,增大储层可流动孔喉范围,提高气相传输能力,但在工程作业过程中加大水相渗吸速率,强化水相滞留效应,使页岩气藏水相圈闭损害潜力更大。在页岩气有利区评价、气藏钻完井、开发过程中,须倍加重视超低含水饱和度这一客观事实和其衍生的工程作业问题。