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。     

基于神经网络的页岩微纳米孔隙微结构分析的正则化和最优化方法

页岩气成藏机理与页岩内部孔隙结构紧密相关,对页岩孔隙结构的研究成为页岩气勘探开发技术中至关重要的一环。页岩内部不同结构体组分对X-射线的吸收能谱不一样,这样就导致观测数据是由不同页岩组分衰减不同波段的X-射线构成的。经过对CT图像分割,能够获得页岩微孔结构的图像,尤其是获得有机质中孔隙类别、形状、尺寸、空间分布、连通特性。本文利用同步辐射X射线扫描重构的页岩CT数据,研究并设计基于多能CT图像的神经网络图像分割技术和算法,以期得到页岩体三维结构特征及空间分布,可以为建立有机质种类和无机矿物组成与微纳孔隙特征的联系以及最终实现页岩气的资源储量评估和勘探开发提供技术支持。     

基于人工鱼群算法和SCA等效理论的井中横波速度预测方法

在建立页岩岩石物理模型的基础上,根据等效自相容近似(SCA)岩石物理模型,构建出岩石的纵波速度、横波速度与岩石密度、组分和孔隙度等的定量关系,得出使理论纵波速度和实际纵波速度最接近的孔隙纵横比,进而将该孔隙纵横比作为约束条件来实现横波速度预测。反演算法利用人工鱼群算法来计算最佳孔隙纵横比,并将预测的横波速度与实际测得的横波速度对比,证明了人工鱼群算法的有效性。     

不同应变率单轴加载条件下页岩的各向异性力学行为

基于静载条件下的常规力学试验可以证明,页岩层理面的存在是导致其力学行为各向异性的主要原因,而应变率的变化势必也影响着页岩各向异性特征的变化。为探究应变率对页岩各向异性力学行为的影响,分别在10-4 s-1、5×10-4 s-1、10-3 s-1和10-2 s-1 4种应变率条件下对不同层理角度的页岩进行单轴压缩力学试验。研究表明:（1）页岩弹性模量的各向异性程度随应变率升高而减弱,泊松比的各向异性程度受应变率的影响不明显;（2）页岩峰值强度随应变率升高而增加,其中45°~60°试样应变率敏感性最强,页岩的强度各向异性度随应变率升高而降低;（3）随着应变率升高,层理面对页岩破坏模式的控制作用得到削弱,破坏模式的各向异性程度减弱。总体而言,页岩的各向异性力学特征随应变率升高而减弱,研究结论有助于页岩力学行为的深入理解。     

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。     

地震叠前反演方法预测页岩脆性指数在南川地区的应用

页岩气的有效开发依赖水平井的压裂效果,而页岩脆性是影响页岩压裂的关键因素。通过对比分析现有的3种脆性指数计算方法,即矿物脆性指数计算法、岩石力学脆性指数计算法、基于多元回归脆性指数计算法,优选基于多元回归的脆性指数计算法计算五峰—龙马溪组(简称龙马溪组)页岩储层脆性指数。以四川盆地东部南川地区龙马溪组海相页岩气为例,利用南川地区三维地震资料叠前反演方法,获取多元回归脆性指数计算方程所需的参数,预测页岩脆性指数。结果表明,在已有钻井矿物脆性指标约束下,叠前反演法计算的脆性指数平面预测效果较好,且与实际压裂数据具有较好的一致性,能够满足南川地区页岩气勘探开发的需要。     

页岩压裂影响因素三维模型数值分析

不同影响因素对页岩水力压裂效果有不同的影响。基于三维数值计算模型介绍了水力压裂的典型过程,针对水平最小主应力、页岩的弹性模量和渗透系数对压裂的影响进行了分析。结果表明:随着水平最小主应力的增加,裂缝高度也随之增加;随着页岩的弹性模量增加,裂缝的高度随之降低;随着渗透系数的增加,裂缝高度也随之增加;随着压裂液的黏度系数提高,裂缝的高度降低。     

四川盆地下古生界硅质页岩层系中硅质来源及其对有机质保存的影响初探

四川盆地下古生界两套硅质页岩层系是其重要的页岩气产层,五峰组—龙马溪组硅质含量与TOC及含气量呈正相关性,暗示硅质矿物对该地区页岩气的生成具有重要意义。但硅质来源复杂,且存在后期硅质流体的注入。因此,本文在总结前人的研究成果基础上,对四川盆地寒武系底部硅质岩系与五峰组—龙马溪组硅质岩系的硅质特征进行了详细的岩石学分析,揭示了3种硅质来源特征：①同沉积无机硅质流体;②生物硅;③后期无机硅质流体。其中寒武系底部以同沉积无机硅质流体与生物硅来源为主,同沉积硅质流体导致有机质快速石化埋藏,有机质内部结构及形态保存较好;五峰组—龙马溪组硅质来源以后期无机硅质流体与生物硅来源为主,有机质在保存过程中受硅质流体的影响很小,有机质腐泥化作用充分,内部结构和形态多数保存较差。该研究初步揭示了两套页岩层系的硅质发育岩石学特征,及其对有机质保存的影响,期望能为四川盆地两套页岩气储层差异性提供新的思路与基础地质数据。     

松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组储集空间与油态研究

松辽盆地古龙凹陷有丰富的页岩油气资源。但是目前对古龙凹陷页岩油储层的岩石学特征和页岩油的状态,尤其是储集空间的类型及其组合关联性认识不清。通过对古龙凹陷白垩系青山口组岩芯的精细描述及其薄片分析和电子显微镜观察及三维CT深入研究,发现古龙青山口组页岩油的储集空间具有多样性和多尺度性。除了纳米孔缝外,还有页理缝。根据页理缝的规模和与油气的关系,可分为5类：① 纳米缝,缝宽在10~50 nm,缝长50~100 nm,或更长;两端尖中间宽,微弯曲呈蠕虫状;本身也是重要的储集空间,是纳米级油元的重要组成部分,与纳米级孔油元和微米级油基关系密切;② 微米缝,宽 0.1 μm 到数微米,长数十微米到数百微米,与纳米级油元和微米级油基关系密切;③中微缝,宽数微米到数十余微米,缝长数百微米,与微米级油基关系密切;④大微缝,宽数十微米到100 μm,长数百微米到数毫米,与微米级油基和微微缝及中微缝关系密切和⑤ 大页理缝(宽数百微米,肉眼明显可见),与各级微裂缝关系密切。此外,可见高角度倾斜或直立的裂缝,由于这些页理缝顺层发育,所以往往当做页理对待。通过研究,认为页理缝主要是嫩江组沉积末期（嫩末）和明水组沉积末期（明末）的构造反转褶皱过程中形成的。另外,还发育了大量的顺层方解石脉,根据方解石脉的宽度分为3类：① 小型介于0.1~1.0 mm;② 中型介于1.0~5.0 mm;③ 大者介于0.5~1.0 cm,最大宽度2.5 cm。较大的顺层方解石脉由垂直页理的纤柱状方解石组成。大方解石普遍发育共轭裂缝和挤出构造,是古龙凹陷嫩末和明末古应力反转的结果,也是古应力恢复的重要依据。经应力恢复认为嫩末和明末,可能一直延续到依安组的最大应力来自于水平方向（东西方向）,在1500 m和2500 m深度水平最大挤压应力分别可达139.16 MPa和204.27 MPa,而垂向最小应力则分别为35.44 MPa和59.07 MPa。所以,在这种应力状态下导致顺层发育了大量页理缝和顺层纤柱状方解石脉。此外,在页理面上还发育了一系列摩擦镜面、擦痕、阶步、光面、剪裂面、鳞片构造、碎片构造等,揭示了沿页理发育了强烈的顺层剪切。四级纳微缝与大页理缝密集发育,在顺层面方向构成了裂缝空间联通网络,使页岩在顺层面方向渗透率较好或很好;裂缝空间联通网络与纳米和微米孔一起构成了一个三维的特殊缝孔体,与碳酸盐岩的缝洞体相当。纳米孔缝和微米孔缝及页理缝对于松辽盆地青一段页岩油的勘探开发具有重要意义。     

扁铲探头贯入干砂的位移特征试验研究

扁铲侧胀试验（DMT）已在国内外岩土工程勘察、地基加固效果评价等领域中得到广泛应用。DMT的测试过程在扁铲探头贯入到测试位置后进行,因此探头的贯入过程对土体造成的扰动在一定程度上将直接影响测试结果。目前关于扁铲探头的贯入机理,以及贯入过程可能引起的土体扰动及其对测试结果的影响尚未研究清楚。通过室内模型试验手段,进行扁铲探头贯入不同初始密实状态下均质干砂的试验研究,分析了探头贯入过程中产生的土体位移场分布特征。试验结果表明:扁铲探头的楔形部和膜片所在的侧胀部贯入产生的挤压作用是引起土体变形扰动的主要原因;探头楔形部的贯入过程表现为向下和向斜侧面挤压土体,竖向位移量很小,产生向两侧扩展为主的扁状位移场,而探头侧胀部的贯入过程主要表现为向两侧面水平向挤压土体,产生半椭圆状水平位移场且分布范围明显更大,同时探头侧面表现为一定的剪切作用而产生较窄范围的竖向位移场。另外,扁铲探头贯入干砂产生的位移场受砂土初始密实状态的影响较小,主要表现为探头楔形部周围的位移场分布范围随密实度增大而扩大。