页岩裂缝和基质渗透率各向异性特征及影响因素

页岩裂缝渗透率是控制页岩气富集高产的关键参数,而页岩基质渗透率决定了页岩气的稳产和经济开发,研究页岩裂缝和基质渗透率的各向异性特征对于保障页岩气的长期产量尤为重要。以渝东南地区海相页岩为研究对象,探究了页岩裂缝和基质渗透率各向异性特征及其影响因素。基于微计算机断层扫描技术(micro computed tomography,micro-CT)、高压压汞手段分析了页岩裂缝特征并区分了页岩裂缝与基质,利用立方体样品以及3D打印岩心夹持器技术测定了地层压力条件下页岩三轴方向的渗透率,采用定性观察、定量分析和数字岩心等方法揭示了页岩裂缝和基质渗透率各向异性与孔隙结构特征的关系。研究表明:页岩基质渗透率主要受岩石的微观结构控制,而页岩裂缝渗透率主要由裂缝形态和特征决定;微裂缝的存在增大了水平与垂直方向裂缝渗透率的差异性,但对水平方向间裂缝渗透率的比值影响较小甚至有所降低;水平方向上矿物和有机质呈层排列易形成连通的孔隙微裂缝网络,增大了页岩平行层理方向上的基质渗透率,使其比其垂直层理方向高出1~2个数量级;砂质条带和砂质纹层使得页岩水平方向上的基质渗透率差异性增强,而且页岩3个方向的基质渗透率与孔隙的比表面积、孔隙体积以及平均孔径具有较好的正相关性,页岩微孔和介孔越发育,页岩的基质渗透率越高。研究成果对进一步认识页岩非均质性的理论问题及其影响具有重要意义,可指导页岩气勘探开发并为页岩气经济开采提供依据。

四川盆地涪陵地区页岩酸压裂缝渗透率实验

体积压裂是实现页岩气商业开发的必要技术手段,但其增产机理和各种辅助增产措施的有效性需要进一步探索。通过页岩酸蚀裂缝渗透率测试实验,探究了碳酸盐矿物含量、酸液类型和浓度、支撑剂对页岩酸蚀剪切裂缝渗透率的影响,并借助CT扫描研究了页岩酸蚀前后的微观孔吼结构变化。结果表明:碳酸盐含量为2%的页岩采用11. 25%HCl+6. 75%HF的土酸配方可得到最佳酸蚀效果,碳酸盐含量为15%的页岩采用浓度为7. 5%左右的HCl酸蚀效果最佳。碳酸盐含量为25%的页岩采用2. 5%左右的HCl效果最佳;若页岩中钙质胶结的天然裂缝发育,应适当提高最优酸液浓度。页岩基质渗透率极低,如果储层中开启的天然裂缝或钙质充填裂缝不发育,即使是高浓度的酸液也不能将岩心驱透。该实验研究成果为页岩储层水力压裂的有效设计提供了更多有价值的信息。

低渗透砂岩裂缝孔隙度、渗透率与应力场理论模型研究

低渗透砂岩储集层普遍发育裂缝,裂缝不仅是重要的流体渗流通道,而且在油井周围的发育程度直接影响着油井的生产能力。目前裂缝定量化预测方面存在的焦点问题是:缺乏一个有效而合理的力学模型,裂缝渗透性的求取方法仍处于半定量化,不具通用性。以史深100块沙三中储集层为目标,从应力场和裂缝主要参数的关系入手,以裂缝开度为桥梁,通过实验和理论推导的方法,建立了构造应力场和裂缝孔隙度、渗透率之间的定量关系模型。在岩石力学参数测试结果和地质模型建立的基础上,对目的层裂缝发育时期的古构造应力和现今地应力进行数值模拟,将结果代入关系模型,计算研究区裂缝孔隙度和渗透率的空间分布,进而指导低渗透砂岩油藏的裂缝参数定量预测、产能规划及井网部署。

激波掠过后岩石相对损伤度与裂缝渗透率关系模拟实验研究

为了将岩石动载损伤的研究成果应用于爆炸增产技术优化设计和施工中,开展了激波作用下岩石相对损伤度与裂缝渗透率的定量关系研究。依据激波作用后试样的损伤实验结果,建立了激波掠过后试样的相对损伤度模型,并定义了无量纲弹性波速。依据无量纲弹性波速,求得了相对损伤度与裂缝孔隙度的定量关系。利用实验数据和理论模型,得到了裂缝孔隙度随裂缝渗透率的变化规律,并求得了裂缝的平均宽度。依据裂缝孔隙度,求得了相对损伤度与裂缝渗透率的定量关系。定性地对地层条件与实验条件下的渗流强化结果进行了对比,并预测了爆炸压裂技术在低渗透油藏的增产效果。

双侧向测井计算碳酸盐岩裂缝性储层渗透率的应用研究

鄂尔多斯盆地S区奥陶系马五组为一套基质孔隙度和渗透率低,且裂缝发育的裂缝性碳酸盐岩储层。为了充分利用常规测井资料有效地定量评价储层渗透率,以现有的常规测井资料与理论分析相结合,应用双侧向测井视电阻率建立了该区裂缝性碳酸盐岩储层裂缝渗透率的计算模型,并利用有限的岩心分析数据及试气资料进行了对比验证。结果表明,该方法较为准确地评价了研究区裂缝性储层。

页岩拉张型微裂缝几何特征描述及渗透率计算

为了研究页岩拉张型微裂缝中的渗流规律，采用巴西实验在5块Barnett页岩岩心中形成拉张型裂缝。采用三维面轮廓仪获取裂缝面形态，基于扫描原理将三维信息转换为二维信息计算迂曲度、倾角、粗糙度等特征参数，引入聚类分析方法明确各参数间距离，采用格子玻尔兹曼方法模拟开度在0．05～0．40mm范围内页岩微裂缝渗流，并结合理论分析推导微裂缝渗透率计算公式。结果表明：所选取样本迂曲度在1．10左右，倾角为0．99°～8．86°，粗糙度为0．062-0．162mm；迂曲度、粗糙度、倾角对渗透率影响不存在替代关系，必须同时考虑三者的影响；计算微裂缝渗透率比平板模型渗透率要小19％-29％，说明必须考虑裂缝粗糙度影响；经验证，推导的渗透率计算公式误差控制在4％以内，可用于拉张型微裂缝渗透率计算。

页岩储层裂缝渗透率动态变化研究

在页岩气藏开采过程中,页岩储层的渗透性随孔隙压力的降低而发生变化。分析有效应力效应、基质收缩效应和克林肯伯格效应对页岩渗透率的影响,在此基础上建立页岩裂缝渗透率动态变化模型,综合研究页岩储层裂缝渗透率的动态变化规律。研究结果表明:开采初期,页岩储层压力降低,有效应力的影响显著;开采中期,当页岩储层压力降低到气体临界解吸压力后,页岩吸附气不断解吸,基质收缩效应开始影响裂缝的渗透性;开采后期,在低压环境下克林肯伯格效应成为主导影响因素。

深层页岩剪切滑移裂缝渗透率变化规律

为了明确深层页岩裂缝渗透率在剪切滑移过程中的变化规律,选用四川盆地涪陵地区下志留统龙马溪组页岩和美国宾夕法尼亚地区Marcellus页岩露头岩样,进行了不同法向应力和滑移速率条件下的裂缝剪切滑移实验,并应用脉冲衰减法采集了裂缝渗透率的变化数据,分析了法向应力、岩石矿物组分和滑移速率等因素对深层页岩裂缝长期导流能力影响的规律。研究结果表明:①页岩剪切滑移裂缝的渗透率受到裂缝表面凸起被剪切破坏和剪胀作用两种因素的综合影响;②裂缝表面凸起被剪切破坏致使裂缝的孔隙度下降、有效水力开度减小、渗透率降低,其中渗透率的变化主要受到页岩矿物组分、法向应力和滑移速率等因素的综合影响;③层状硅酸盐含量高的页岩裂缝在高法向应力和高滑移速率下,剪切作用导致裂缝表面凸起被破坏,较之于网状硅酸盐含量高的页岩,前者裂缝渗透率的下降幅度更大;④滑移裂缝的剪胀作用使得裂缝的有效水力开度增大、渗透率升高,其中渗透率的变化主要受到滑移距离、剪胀角、页岩矿物组分、法向应力等因素的影响;⑤网状硅酸盐含量高的页岩裂缝在低法向应力和低滑移速率下,剪胀作用会使得裂缝渗透率出现小幅度的上升;⑥压裂施工前期可考虑大排量、高注入压力形成规模复杂缝网,后期可考虑采用较低的流体注入速率和注入压力,使压裂裂缝和天然裂缝产生一定程度地滑移,从而有效提高裂缝渗透率和储层整体渗透性。

一组平行裂缝变形特征及动态渗透率模型

为了解裂缝性储层中复杂裂缝网络的变形特征及其对整个渗流介质渗透率的影响,假设岩石基质为各向同性线弹性体,建立了一组平行裂缝变形计算模型,并研究了流体压力及基质、裂缝的弹性参数、几何参数对裂缝变形、裂缝渗透率的影响,研究了整个渗流介质渗透率张量的变化规律,最后通过物理模拟实验验证了该模型的准确性。研究结果表明:裂缝变形量随孔隙流体压力增大而增大,随弹性模量增大而减小;裂缝渗透率随裂缝间距增大而减小;裂缝倾角在0°～90°变化时,裂缝渗透率呈先增大后减小的趋势;渗流介质的渗透率最大主值方向始终沿着裂缝发育方向。

基于偶极横波测井资料估算低孔裂缝性地层渗透率

渗透率是油气田开发中的一个重要参数,采用常规测井资料很难算准低孔裂缝性地层渗透率,而偶极横波测井中的低频斯通利波对低孔裂缝性地层的渗透性非常敏感。本文利用从偶极横波测井资料(XMAC/DSI)中提取出纵波、横波和斯通利波时差,结合井径和密度等测井资料,首先计算ST波流体移动指数(QFM),然后对关键井对应层段的岩心物性实验、生产测井和试井分析中的渗透率数据(基质渗透率和总渗透率)进行归位匹配分析,最后通过回归统计法建立了QFM与地层总渗透率(K)之间的关系式,实现了利用压前、压后的斯通利波资料准确有效地计算地层渗透率。将上述方法应用到苏里格气田多口井的低孔裂缝性地层渗透率估算中,精度较高、效果良好,值得推广应用。

斯通利波裂缝渗透率计算模型与应用

塔里木库车地区发育致密砂岩储层,如何准确评价储层裂缝渗透性是油田面临的主要问题。针对这一问题,利用含人工造缝岩心开展了裂缝渗透率测量实验,根据实验结果对裂缝渗透率理论公式进行刻度,结合斯通利波能量衰减系数与裂缝张开度的关系,建立了裂缝渗透率计算模型并进行应用。结果表明:实验测得裂缝渗透率与裂缝张开度具有良好的相关性;刻度后的裂缝渗透率模型计算的渗透率与试井渗透率吻合较好,裂缝渗透率评价结果与产能测试数据匹配较好。试井渗透率和厚度乘积与模型计算的平均渗透率和厚度乘积的对比结果表明,模型计算所得渗透率相对误差小于20%,满足目前裂缝渗透性评价的需求。

页岩压裂裂缝渗透率的测试与分析

为了提高页岩气体积压裂的有效性,有必要对不同类型页岩压裂裂缝渗透率及其影响因素开展进一步的评价研究。为此,在研究页岩矿物组构特征、储层孔隙与裂缝特征的基础上,对3种不同类型(原位闭合型、剪切自支撑型、单层支撑型)的页岩压裂裂缝渗透率进行测试,并系统研究了页岩储层压裂裂缝类型、裂缝面粗糙度、碳酸盐矿物含量、页岩层理、围压等因素对页岩压裂裂缝渗透率的影响。结果表明:(1)原位闭合型裂缝渗透率与压力的关系符合Walsh理论,随围压增大而减小,其渗透率介于0.13~16.75m D,该类型裂缝不论有没有支撑剂充填和错位,对于提高页岩气储层产能都同样的重要、有效;(2)相对于原位闭合型裂缝,剪切自支撑型裂缝渗透率可提高1~2个数量级(渗透率介于7.53~88.48 m D)、单层支撑型裂缝渗透率可提高2~3个数量级(渗透率介于9.98~771.82 m D);(3)裂缝面粗糙度越大,裂缝渗透率越高,裂缝面分维数与渗透率具有较好的正相关关系;(4)剪切自支撑、单层支撑型裂缝渗透率和压力的关系与Walsh理论存在着一定的偏差,该偏差反映了自支撑点破碎、支撑剂嵌入和破碎等的影响。结论认为,该实验研究成果对于页岩气压裂工艺优选、参数优化具有指导意义。

裂缝各向异性介质方向渗透率半解析计算方法

裂缝性油藏一般发育有一组或多组裂缝,每组裂缝大都有各自比较一致的方向性。由于裂缝的存在,使得油藏的渗透率具有各向异性特征。为此,基于多边形保角变换方法Schwarz-Christoffel变换(S-C变换)及渗流力学理论,推导建立了一种新的方向渗透率半解析计算模型,编制了相应的求解程序,利用物理模拟实验验证了计算模型的准确性和实用性,并给出了相应的计算实例。该裂缝方向渗透率计算模型,不仅可以在已知裂缝渗透率和压力条件下计算相应的流量,同时还可以根据实验测得的流量和压力数据来反算裂缝渗透率,使用范围广。该计算方法为裂缝性介质渗流参数的确定提供了理论依据,对研究裂缝各向异性介质的渗流特征也具有重要的参考价值。

利用偶极横波测井确定地应力,岩石方位力学特性和裂缝渗透率

在苏伊土湾，由红海断层引起的区域应力图通常批示出大致的裂缝方位或最大应力走向。然而，象大断层之类的地区性变化和区域化构造可以完全改变应力类型。这种区域性的应力信息关系到石油勘探和开发的许多方面，如对油气运移、水力压裂、最佳井位、井眼稳定性和产砂等都是很重要的。在这次研究中，利用偶极横波测埃及苏伊士湾裂缝储层获得的横波各向异性百分率、岩石的方位力学特性、地下原始应力方向和大小以及裂缝方面。

基于最大主曲率的煤储层渗透性预测方法

阐述了最大主曲率法用于煤层气藏储层裂缝渗透率预测的原理,运用三维地震沿层最大主曲率属性对构造裂缝进行了预测。通过分析裂缝间距、构造最大主曲率值、岩层厚度及渗透率之间的相关关系,建立了基于最大主曲率的煤储层渗透率计算模型,该模型对某区煤层气渗透率预测的结果与测井和实验室岩心分析结果吻合较好,表明基于最大主曲率的煤储层渗透率预测方法在煤层气藏裂缝渗透率预测中的可行性和合理性。

特低渗透砂岩储层微裂缝特征及微裂缝参数的定量研究--以鄂尔多斯盆地沿25区块、庄40区块为例

对鄂尔多斯盆地沿25区块、庄40区块长6油藏进行精细描述,指出微裂缝对提高储层的渗流能力,提高特低渗油藏开发水平具有十分重要的意义。阐述了特低渗透储层的岩块、显裂缝系统及其各自特征,指出显裂缝大致由三组裂缝组成。研究认为:岩块系统包括基质和微裂缝两部分,微裂缝一般长度小于200μm,规模小;两区块特低渗储层微裂缝呈条带状展布,且呈平行或雁式排列,具有明显的方向性,条带性随着岩性的变化而变化;可将微裂缝划分为有效缝和无效缝,有效缝对渗流起作用,无效缝充填方解石,对渗流不起作用。微裂缝和基质的储、渗性能差别很大,沿25区块微裂缝的储集能力是基质的0.0377倍,渗流能力是基质的42倍;庄40区块微裂缝的储集能力是基质的0.0337倍,渗流能力是基质的78倍。

鄂尔多斯盆地姬塬油田上三叠统延长组超低渗透砂岩储层微裂缝研究

通过对鄂尔多斯盆地姬塬油田上三叠统延长组长4+5油藏的精细描述,指出微裂缝对提高储层渗流能力、提高超低渗透油藏开发效果具有十分重要的意义。研究表明,鄂尔多斯盆地姬塬油田上三叠统延长组长4+5油藏微裂缝线密度为7.86条/cm,微裂缝开度为3.70μm,微裂缝间距为1.2723mm,微裂缝孔隙度为0.29%,微裂缝渗透率为3.32×10-3μm2。微裂缝孔隙度是基质孔隙度的2.74%,微裂缝渗透率是基质渗透率的12.15倍。微裂缝分布的差异性和不均一性是造成研究区超低渗透致密储层中有相对高渗透层的主要原因。微裂缝发育及展布状况是沉积微相带及基底断裂基础上成岩过程中多期古构造应力场与现今构造应力场共同作用的结果。在油气勘探中以寻找有利的沉积相—成岩相—微裂缝带为勘探目标,会加大勘探成功率。

碳酸盐岩潜山储层渗透率解释方法探讨

碳酸盐岩储集层的非均质性非常严重,大多数具有多重孔隙结构特征,渗透率为岩块渗透率和裂缝渗透率的总和,计算比较复杂。我们充分利用常规测井资料及核磁测井技术对潜山裂缝性油藏储集层进行深入系统的研究,总结出了一套全面系统的评价渗透率的解释方法,极大地提高了碳酸盐岩潜山裂缝性储层渗透率的解释精度。

页岩储层渗透率数学表征

为研究页岩储层渗透率表征方法中存在的问题,根据页岩储层独特的裂缝、孔隙分布特点,分别建立了裂缝渗透率理论计算模型和基质渗透率理论计算模型,定性分析了缝宽、孔隙直径、孔隙压力等参数对渗透率的影响。模型研究表明:裂缝内气体渗流满足立方定律,其渗流能力由缝宽决定;基质渗透率受气体滑脱效应和扩散效应影响,其渗流能力由孔隙压力和孔隙直径共同决定,且随孔隙压力和孔隙直径的变化发生动态变化;裂缝渗透率和基质渗透率极差较大,实际应用时须进行适当分类处理,以克服采用现有渗透率数学表征方法表征页岩气渗透率的不足。应用实例结果表明,该方法准确有效。