复杂构造变形区断控裂缝发育分布模式

天然裂缝是油气重要的储集空间和渗流通道。在复杂构造变形区,裂缝明显受断层影响控制,但其规律和模式尚不清晰。为此,本次研究以库车坳陷为例,通过现场地质观测、成像测井裂缝解译和理论分析,计算断控裂缝系数,揭示走滑断层、逆冲断层控制复杂构造变形区天然裂缝的规律,提出断控裂缝发育分布模式。结果表明:(1)逆冲断层对天然裂缝产状和发育程度均具有明显的控制作用,裂缝密度与距断层距离呈现负指数关系,距断层由近及远可以划分为断层强控制裂缝带、断层弱控制裂缝带和区域裂缝带。(2)走滑断层包括调节走滑断层和逆冲走滑断层。调节走滑断层与地层走向近垂直或大角度斜交,发育断层控制裂缝带,其受断层规模影响显著;逆冲走滑断层与地层走向近平行或者小角度斜交,天然裂缝主要局限于断层带内,沿断层走向断裂带宽度发生变化。(3)定义断控裂缝系数(K),即断层强控制裂缝带宽度与断层断距(滑距)的比值,通过分析,库车坳陷逆冲断层K值为1.50~1.80,走滑断层K值为0.125~0.150。研究成果对复杂构造变形区油气勘探开发具有理论和实践指导意义。

地质力学层定量划分方法及其超深层油气勘探开发应用

超深层油气高效勘探开发是当前全球能源地质研究关注的焦点,“地质力学层与油气勘探开发”是国际前沿研究领域,形成地质力学层的有效划分方法,对超深油气高效勘探和效益开发具有理论和实际意义。现今地应力状态影响天然裂缝有效性,裂缝发育分布影响岩石力学性质,而岩石力学性质又控制着现今地应力的分布,但当前“岩石力学层理论”不能完整涵盖三者之间耦合联系。为此,基于水平最小主应力、水平主应力差、弹性模量、现今地应力优势方位与天然裂缝走向的夹角、天然裂缝密度和应力集中系数等6种参数,构建储层地质力学层指标,形成一种地质力学层定量划分方法。基于塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带大北区块W井的实例分析,表明该井目的层白垩系巴什基奇克组垂向呈现强地质力学非均质性,储层地质力学层与气层发育段具有较好的对应关系。因此,借助地质力学层划分结果,可指导超深层油气甜点层段的优选。

川南泸州区块五峰-龙马溪组现今地应力特征与页岩气开发

川南泸州区块是中国重要的页岩气产区,其内五峰-龙马溪组页岩气资源丰富,勘探-开发潜力巨大。现今地应力在页岩气运移与富集规律分析、钻完井工程、储层压裂改造以及井网部署等方面均具有重要应用。分析泸州区块五峰-龙马溪组深层页岩气储层现今地应力状态,并探讨在其影响下的天然裂缝活动性与压裂裂缝扩展。结果表明:五峰-龙马溪组页岩气储层现今地应力方向呈现WNW-ESE的优势方位;现今地应力值大小为:水平最大主应力最大、垂向主应力居中、水平最小主应力最小,指示走滑型地应力机制。五峰组和龙一11小层水平主应力差分别介于11.90~15.76 MPa和11.80~16.75 MPa范围内,具备形成复杂压裂缝网的地应力条件。在现今地应力条件下,川南泸州区块五峰-龙马溪组页岩气储层天然裂缝不活动,随着开发流体的注入,天然裂缝逐渐活化,其压力增量的临界值为15~23 MPa;压裂后主要形成垂向延伸的裂缝系统。研究成果可为川南泸州区块深层页岩气效益开发提供现今地应力分析的基础与科学依据。

塔里木盆地库车坳陷白垩系巴什基奇克组致密砂岩力学性质影响因素及其变化规律

为查明塔里木盆地库车坳陷白垩系巴什基奇克组致密砂岩力学特性,结合深层—超深层油气勘探开发的现场问题,采用三轴压缩实验定量研究了围压、流体和加载速率影响岩石力学性质变化的规律,并初步分析其原因。研究结果表明,砂岩试样最大主应力差、弹性模量均随着围压的增大而显著增大,其微观原因在于围压增大使岩石内部质点彼此之间距离缩短,增强了岩石的内聚力,颗粒之间不易离散;砂岩试样经历低围压脆性→脆—韧性转换→高围压韧性变形破裂演化的过程。与干燥砂岩试样相比,纯净水浸泡样、150 g/L溶液浸泡样、250 g/L溶液浸泡样和350 g/L溶液浸泡样弹性模量降低幅度分别为67.71%、61.45%、64.69%和57.32%,纯净水浸泡造成的降低幅度最大,流体矿化度的升高能够减弱岩石力学参数弱化的趋势;晶体表面结晶和双电层厚度变化是上述变化规律的重要控制因素。在较低的加载速率条件时,砂岩试样的最大主应力差、弹性模量和泊松比的值都较小,但随着加载速率的增大增速较快;当加载速率达到一定关键数值之后(本次实验为0.05 mm/min左右),岩石力学参数值增速变缓。

大宁—吉县地区5号煤层现今地应力预测及其对煤层气开发的影响

现今地应力场对煤储层渗透率具有极其重要的控制作用。中国鄂东大宁—吉县地区煤层气资源丰富,然而该区现今地应力研究程度较低,限制着该区煤层气的高效开发。为查明大宁—吉县地区主采煤层现今地应力场特征,利用三维有限元数值模拟方法对下二叠统山西组5号煤层现今地应力分布进行预测。结果表明,5号煤层现今地应力表现为正断型应力机制。鄂东大宁—吉县5号煤层最大水平主应力在15.4~21.6 MPa,最小水平主应力在9.8~14.4 MPa,构造变形的复杂性影响地应力分布。现今地应力控制压裂裂缝扩展,研究区现今地应力状态下的压裂缝沿NNW-SSE向垂直扩展。研究区5号煤层应力差大部分小于6 MPa,具备形成复杂裂缝网络的地应力基础。煤层渗透率随有效地应力的增大呈指数减小,有效地应力越大,煤储层的渗透性越差。研究区东南部远离断层,地应力值相对较低,有利于形成煤层气富集区。研究成果可为大宁—吉县地区煤层气效益开发提供地质基础与科学指导。

黔西盘关向斜两翼现今地应力差异及影响因素分析

现今地应力发育特征与分布规律对煤层气高效勘探和开发具有重要指导意义,而断层、褶皱等构造对地应力分布具有显著控制作用,即便在同一褶皱内,不同部位的现今地应力也可能存在差异。以黔西盘关向斜为例,首先基于注入/压降试井数据,计算获取实测点地应力大小;然后利用测井资料,结合修正Anderson模型,计算获取盘关向斜两翼地层现今地应力大小及分布,查明盘关向斜不同部位地应力的差异性,并重点分析了地质构造与岩石力学参数对盘关向斜两翼现今地应力的控制作用。结果表明,区域地应力大小与地层弹性模量具有正相关性,与断层数量及规模呈现负相关关系。在相同深度下,储层现今地应力越大,渗透率越低,正断型应力机制影响下的煤层渗透性较逆断型的好。研究成果可以为盘关向斜煤层气勘探和开发提供基础地质参数。

基于神经网络的莺歌海盆地DF区块黄流组储层压力预测与成因分析

在油气勘探开发及生产过程中,储层压力对油气聚集、分布及运移的过程起着重要作用,异常高压储层甚至会造成井壁崩落、井涌、井喷等钻井事故。传统的储层压力测井预测主要采用经验公式法、有效应力法等,存在参数确定难、主观性强等问题。为此,以莺歌海盆地DF区块为例,在实测数据基础上,构建基于BP神经网络和卷积神经网络的储层压力预测模型,建立测井曲线与实测储层压力之间的隐式直接关系,对储层压力进行了预测并分析了其超压成因。研究结果表明:(1)构建的卷积神经网络模型预测储层压力精度高,最优模型的均方根误差为0.27 MPa;(2)预测莺歌海盆地DF区块黄流组储层压力为53.26~55.60 MPa,平均压力系数为1.66~1.95,呈现为超压;(3)DF区块黄流组超压成因机制为以流体膨胀作用为主,欠压实作用为辅。

基于拓扑结构分析的断层连通性评价——以川南泸州中区深层页岩气储层多级断层为例

川南深层页岩气是中国天然气增储上产的重要领域。断层连通性是影响深层页岩气储层渗透性能、单井产能的重要因素,前期多针对断层形态、组合样式开展研究,鲜有断层连通性的系统量化评价。研究以川南泸州中区五峰组页岩气储层多级断层为研究对象,利用拓扑结构分析方法研究断层网络拓扑结构,并对其连通性进行定量评价,结果显示:泸州中区五峰组断层发育,断层网络分支的平均连接点数为1.12,可形成高渗通道,有利于页岩气的运移。研究区中部及南部断层产状分散度、断层长度分散度和断层密度均较大,连接型节点、分支数量多,有利于提高断层连通性,其连通性评价结果优于其他区域,具备一定的潜在高产井可能。

胶东半岛现今地应力特征与分布预测

现今地应力对区域地质稳定性分析、油气资源勘探开发以及矿床开采等方面具有重要意义。本研究在前人实测地应力数据的约束下,分析现今地应力与深度关系,构建有限元数值模型,揭示现今地应力分布规律及应力机制,结果表明:(1)胶州半岛现今地应力方向具有WNW-ESE优势方位,三轴主应力均为挤压应力,呈现S_(Hmax)>S_(v)>S_(hmin)大小关系,表明现今地应力为走滑型应力机制,侧压系数为0.92~1.70,反映以水平应力为主导的现今地应力状态。(2)胶东半岛内隆起区的现今地应力值相对较高,断层带和盆地区地应力值较低,其主要受岩性、断层等差异发育分布控制。(3)胶东半岛现今地应力状态受太平洋板块、欧亚板块以及菲律宾板块之间相互作用控制,应力具地表值小、梯度大的特点,近地表水平构造作用较弱。研究结果可为胶东半岛地质稳定评价、矿区安全建设与开采提供地质参考。

库车坳陷博孜气藏超深致密砂岩储集层现今地应力预测

库车坳陷超深层油气资源丰富,储集层非均质性强,井间产能差异明显。现今地应力在井轨迹部署、水平井施工、压裂设计等方面均具有重要作用,但当前研究方法存在诸多弊端。在实测现今地应力基础上,构建地应力与测井参数的关系,利用BP神经网络实现了库车坳陷博孜气藏超深致密砂岩储集层现今地应力预测。结果表明:BP神经网络是预测地应力的有效方法,地应力预测结果与实测值误差较小,总体在10%以内;库车坳陷博孜气藏下白垩统最大水平主应力最大,垂向主应力次之,最小水平主应力最小,整体表现为走滑型应力机制,最大水平主应力在博孜气藏东部优势方位呈北东—南西向,在西部呈北西—南东向;砂泥岩互层段相较于纯砂岩段,地应力波动强,局部存在突发高地应力;在博孜气藏东部沿北东—南西向、西部沿北西—南东向钻取的水平井井壁较为稳定,直井存在井壁垮塌的风险。

空地一体化的地质碳封存泄露风险监测方法

为了有效验证和评估地质碳封存的持久性和安全性,本文设计空地一体化的地质碳封存区域泄露风险监测方法,并对封存区域的大气CO_(2)浓度时空变化进行了分析。以地质资料、CO_(2)地面站点数据、OCO-2卫星等数据为研究基础,以新疆维吾尔自治区准噶尔盆地油田碳封存区为研究区域,构建了空地一体化的地质碳封存泄露风险监测方案,设计了“特征提取-特征嵌入-距离度量-特征解码”的空地监测数据融合方法,设计可变密度的地表监测传感节点优化部署网络算法,或密集或稀疏地布设监测节点有效提高监测的准确性,处理OCO-2碳卫星数据分析封存区域大气CO_(2)自然背景浓度波动本底,基于局部近似回归法逐步逼近回归拟合并分离地表监测时序数据,实现全生命周期长期而持续的地表监测CO_(2)局域特征及浓度梯度场分布对比分析。结果表明,空地一体化的地质碳封存泄露地表监测方法,能有效优化CO_(2)地质封存区的传感监测节点部署,通过融合碳卫星观测数据实现地质碳封存泄露扩散场景的长期监测并追踪,为封存泄露过程的精准监测和预警提供科学数据基础,为落实地质负碳创新技术成效和有关政策制定提供重要数据支撑。

川南海坝区块页岩气储层裂缝发育特征与预测

随着油气勘探开发的深入,全球化石能源结构产生重大变化,页岩气是我国当前重要的非常规能源之一,储层中天然裂缝的发育与分布对页岩气勘探开发具有重要影响。为了查明川南海坝区块页岩气储层裂缝发育分布特征,该研究基于成像测井与钻井岩芯资料,在量化表征页岩气储层裂缝参数的基础上,综合利用R/S分析法对其进行预测。研究结果表明:1)海坝区块页岩气储层天然裂缝较发育,非均质分布,Hb5和Hb7井附近裂缝密度较高;2)区内页岩气储层裂缝以垂直缝为主,其次是高角度斜交缝,水平缝不发育,裂缝优势走向方位为NW-SE向,大多数裂缝被充填,裂缝有效性相对较差;3)单井裂缝发育,总体呈现非均质分布特点,整体上,龙马溪组底部层段的裂缝发育程度较高;4)成像测井质量及裂缝特征等多因素对R/S分析法裂缝发育分布预测结果存在制约。该研究成果对川南海坝区块页岩气勘探开发具有一定的实际指导意义。

鄂尔多斯盆地庆城—合水地区延长组长6_3储层构造裂缝定量预测

鄂尔多斯盆地庆城—合水地区上三叠统延长组低渗透砂岩是该区的主要储集层,其中构造裂缝系统是油气渗流的重要通道。在岩石力学参数测试的基础上,考虑砂体分布的影响,采用三维有限元法对庆城—合水地区延长组长63储层主要裂缝形成期的古构造应力场进行数值模拟,通过岩心构造裂缝发育程度的约束,预测出庆城—合水地区延长组长63储层构造裂缝发育和分布情况。结果表明:在燕山期和喜马拉雅期不同构造应力作用下,构造裂缝发育和分布情况存在差异。燕山期构造裂缝密度在庄72井、庄47井、宁88井以及正20井附近较高,可以达到0.10m-1,而喜马拉雅期构造裂缝密度则在庄156井、宁45井以及正20井附近较高;整体上,燕山期构造裂缝密度要比喜马拉雅期构造裂缝密度高。鄂尔多斯盆地庆城—合水地区长63储层构造裂缝发育特征和分布预测成果可为低渗透储层裂缝分布概念模型、裂缝孔隙度计算模型的建立提供基础资料,同时也可为庆城—合水地区的油气勘探提供新的地质依据和指导。

库车坳陷依南-吐孜地区下侏罗统阿合组砂岩构造裂缝分布预测

塔里木盆地库车坳陷依南一吐孜地区下侏罗统阿合组低孔低渗砂岩是该区主要的储集层，其中构造裂缝是油气渗透的重要通道和储集空间。在声发射地应力测量和岩石力学参数测试的基础上，考虑断层对构造裂缝形成的影响，采用三维有限元法对库车坳陷依南一吐孜地区主要裂缝形成期的古构造应力场进行数值模拟，通过岩心构造裂缝发育程度的约束，预测出库车坳陷依南一吐孜地区阿合组构造裂缝的分布规律。结果表明，在依奇克里克背斜带和依南2井附近构造裂缝最为发育，构造裂缝的密度在1．4m-1以上，向东吐孜地区以及依南2井南部地区，构造裂缝密度逐渐减小，在0～0．4m-1范围内。通过本次研究可以为该区的构造裂缝评价和油气勘探提供新的地质依据和指导。

塔中Ⅰ号断裂带北段构造裂缝面密度与分形统计

断裂如何控制其附近构造裂缝的发育程度是碳酸盐岩地区构造裂缝定量研究的重要方面,对碳酸盐岩裂缝性油气藏的储层预测具有重要的意义。文中以塔中Ⅰ号断裂带为例,重点研究逆冲断裂控制构造裂缝的分布规律,对其控制的构造裂缝面密度和分形进行了研究。研究结果表明,塔中Ⅰ号断裂控制的构造裂缝的裂缝面密度与距断裂的距离呈指数关系,其控制的构造裂缝带宽度约为距离Ⅰ号断裂3 km的范围内;构造裂缝分数维的研究结果表明,研究区塔中Ⅰ号断裂控制的构造裂缝按发育程度可以划分为3个级别,距断裂越近,裂缝越发育,分数维值越大,从而对构造裂缝分形分布的特征进行了定量化的描述。

多煤层条件下现今地应力特征与煤层气开发

我国煤层气资源较为丰富,滇东地区是我国长江以南著名的煤层气产区,其内雨旺区块二叠系煤层气资源丰富,具有可观的开发前景。现今地应力状态是影响煤层气勘探开发的重要地质因素,对有效开发煤层气资源具有实践指导意义。但目前对雨旺区块现今地应力的研究仅限于利用注入/压降测试数据开展的地应力大小统计学分析,没有揭示出多煤层发育区不同类型岩石内地应力分布的差异性。本次研究中,首先通过对成像测井资料的解译,揭示钻井诱导缝和钻孔崩落的发育特征,并基于其与地应力的关系确定雨旺区块现今地应力方向;然后再利用常规测井资料,在注入/压降实测地应力数据约束下,基于Anderson修正模型预测雨旺区块二叠系煤层现今地应力的大小及其分布规律。结果表明:滇东雨旺区块现今地应力方向整体呈现为近N—S的优势方位;煤层现今地应力大小随着埋藏深度的增加而增大,水平最大主应力(SHmax)、水平最小主应力(Shmin)和垂向主应力(Sv)大小总体上遵循SHmax≥Sv>Shmin的关系,水平应力起主导作用,表现为走滑型应力机制。在现今地应力场的控制下,雨旺区块内煤储层渗透性随有效地应力的增大而变差,煤层内走向为330°~150°的割理对煤层气开发贡献更大。走滑型应力机制会造成煤层压裂改造后形成的压裂缝沿垂向扩展。另外,雨旺区块煤层内水平应力差相对较小,一般在6 MPa左右,据此推测可在煤层内形成复杂压裂缝系统。本次研究量化分析了雨旺区块现今地应力状态,其结果可以为滇东雨旺区块煤层气勘探开发提供有益的现今地应力成果参考。

滇东恩洪区块地应力分布及深部煤层气临界深度预测

我国滇东恩洪区块二叠系煤层气资源丰富,该区块是今后煤层气开发的重点区域之一,地应力分布对于储层压裂改造等煤层气开发工程具有重要影响。在注入/压降试井方法实测地应力约束下,基于Anderson修正模型对恩洪区块地应力分布进行预测,总体上,水平最大主应力SH,max、水平最小主应力Sh,min和垂向主应力Sv在不同深度段呈现不同应力机制类型,由浅至深依次表现为逆断型、走滑型和正断-走滑型。研究结果表明:在该区块二叠系宣威组内,地应力遵循SH,max≥Sv>Sh,min的关系,呈现正断-走滑型应力机制,而宣威组煤层地应力数值较其顶底板小,表现为正断型应力机制;岩石类型与埋藏深度影响地应力分布,水平主应力随埋藏深度的增加呈线性增大,杨氏模量小的煤岩,其水平地应力值最低;滇东恩洪区块深部煤层气临界深度约为700 m;研究结果可以为滇东恩洪区块煤层气开发提供新的地质参考。

断层相关褶皱对砂岩构造裂缝发育的控制约束

在砂岩储层中进行构造裂缝发育规律的研究,对储层预测具有一定的现实意义。文中以库车坳陷东部地区砂岩中发育的断层转折褶皱和断层传播褶皱为研究对象,统计分析构造裂缝密度大小与断层距离的关系,探讨断层相关褶皱对裂缝发育程度的规律性认识。分析结果发现:在断层相关褶皱中,构造裂缝的密度随着距断层距离的增大而减小,二者存在明显的指数关系;并且在靠近断层和转折端的附近,存在一个构造裂缝密度骤减的范围,定义这个范围为"断层-转折端共控构造裂缝带"。断层相关褶皱带内"断层-转折端共控构造裂缝带"的发现与认识,对构造裂缝的定量化研究以及油藏数值模拟等都具有一定的指导意义。

鄂尔多斯盆地延长组长7油层组致密砂岩储层层理缝特征及成因

裂缝发育程度与类型是影响致密砂岩储层能否获得油气高产稳产的重要因素。目前,鄂尔多斯盆地延长组致密砂岩储层勘探开发高度重视构造裂缝,而对层理缝的关注甚微。近期勘探开发实践表明,致密砂岩储层层理缝发育对油气富集具重要影响。综合利用野外露头观察、岩心描述分析与薄片观测,系统表征鄂尔多斯盆地延长组长7油层组致密砂岩储层层理缝特征,并分析其成因机理。结果显示:鄂尔多斯盆地延长组长7油层组致密砂岩储层层理缝多近水平或低角度发育,裂缝开度较小;横向上常断续分布,延伸不远;垂向上彼此独立,基本无联系,其发育分布具强非均质性,可被构造裂缝切割;岩心中发育的层理缝多存在油浸或油迹显示。分析认为:自晚燕山期,长7油层组致密砂岩储层内层理缝开始大规模形成,其发育分布受流体压力、构造应力以及溶蚀作用等多种地质因素综合控制。延长组长7油层组致密砂岩储层层理缝对鄂尔多斯盆地致密油勘探开发的地质意义主要体现在其储集效应,层理缝差异发育是造成鄂尔多斯盆地致密油非均质分布及影响单井产能的重要因素,其发育区可能是致密油勘探开发的"甜点区"。

库车坳陷依南吐孜地区阿合组砂岩构造裂缝评价

以测井资料为基础,计算构造裂缝孔隙度;然后根据构造裂缝发育会导致岩石强度降低的基本理论,定量描述岩石杨氏模量的变化对构造裂缝发育情况的影响,提出基于构造裂缝孔隙度和岩石杨氏模量两个参数所构建的"裂缝评价指标(f)",并划分构造裂缝发育的级别,对库车坳陷依南?吐孜地区下侏罗统阿合组低孔低渗砂岩构造裂缝的发育程度进行评价。结果表明:在平面上,依南?吐孜地区下侏罗统阿合组砂岩构造裂缝在依南2井地区构造裂缝级别相对较高,构造裂缝较为发育;在垂向上,阿合组上部砂砾岩夹泥岩段构造裂缝的发育级别相对较高,构造裂缝较为发育。