涪陵地区井下页岩岩芯裂缝体密度与声学性质关系实验研究

本研究对涪陵地区井下产气的龙马溪组页岩岩芯,采用三轴压机压裂制造裂缝,用工业CT扫描压裂前后岩芯,应用图像识别技术统计出裂缝体密度,又用超声脉冲透射法测定样品破裂前后裂缝方向上的纵波、单偏振方向与裂缝不同夹角的横波,来研究裂缝对页岩岩芯声学性质的影响.实验结果表明:压裂后样品的纵波速度略微降低,只有含较多内部裂隙的150#样品纵波速度减小幅度明显.压裂前后样品的纵波波形差别不大,纵波主频随裂缝体密度呈下降趋势,即压裂后纵波频谱主频向低频端移动.压裂前横波速度随自身与裂隙方位角变化而变化,与0°和180°相比,在45°和135°时略微减小,在90°时速度降低幅度最为明显并且发生相位反转.典型样品的横波主频随偏振方向与裂缝夹角的增大而逐渐向低频移动;压裂后,横波频谱杂乱,出现多处局部峰值,速度和主频较压裂前更低,平均横波波速随裂缝体密度呈明显减小趋势.平均纵横波速比随裂缝密度呈近线性增加,表明其与裂缝体密度有较强相关性.

酸压裂缝体形态与流动能力的控制因素——以鄂尔多斯盆地大牛地气田下奥陶统马家沟组马五5亚段储层为例

立体改造技术是实现非均质碳酸盐岩油气藏立体开发的关键技术之一,而控制酸压裂缝体的形态和流动能力则是其核心。为了揭示控制酸压裂缝体形态和流动能力的主要因素,选取鄂尔多斯盆地大牛地气田下奥陶统马家沟组马五5亚段露头岩样,针对“滑溜水+高浓度酸液”酸压工艺,采用岩石力学真三轴耦合系统开展室内物理模拟实验;采用CT扫描技术来表征酸压裂缝体形态及获取裂缝宽度;在此基础上,研究了酸压裂缝体形态控制因素;然后,通过对裂缝系统的渗透率进行测试,分析了酸压裂缝体流动能力的控制因素。研究结果表明:①大牛地气田马五5亚段储层平均水平应力差异系数为0.25,酸压后能够形成复杂裂缝体;②酸液对裂缝条数的影响不明显,其对水力裂缝的溶蚀、疏通作用增加了裂缝宽度,酸蚀缝宽是酸液在水力裂缝主缝与分支缝、靠近注液端的水力裂缝与远端水力裂缝中竞争流动、反应的结果;③该气田马五5亚段储层进行酸压改造时的合理注酸强度为12.0 m^3/m,注酸排量应大于等于6.0 m^3/min;④进行立体酸压设计时,需要针对特定储层改造对象,确定注酸量的合理范围及最小合理注酸排量,进而优化注酸规模,以实现对储层的充分改造。结论认为,所取得的研究成果可以为致密碳酸盐岩储层立体酸压的优化设计提供指导。

塔里木盆地古城地区古生界垒-扭叠合复合断层-裂缝体模型

塔中地区深层古生界巨厚的碳酸盐岩是当前油气勘探的热点。近年来,在塔中北坡的北西、北东与北东东向断层-裂缝带中取得了油气勘探的重大突破。然而,在其邻近的古城地区断层-裂缝体的研究则一直很薄弱,这一状况严重地制约了该区的油气勘探进程。基于高分辨率三维地震剖面,提出了古城地区古生界垒-扭叠合复合断层-裂缝体模型。其要点是:①剖面上,断层-裂缝体的性质不具有继承性。在深部寒武系、中部中-下奥陶统、上部上奥陶统和顶部石炭系依次发育加里东早期伸展断层-张性裂缝带、加里东中期压扭断层-压剪性裂缝带、加里东晚期张扭断层-张剪性裂缝带和海西早期张扭断层-张剪性裂缝带,它们在垂向上依次叠合。②平面上,自下而上断层-裂缝体的走向发生了明显的顺时针和逆时针旋转。在深部寒武系、中部中-下奥陶统、上部上奥陶统和顶部石炭系断层-裂缝体的走向分别为北东东向、北北东向、北东-北东东向和北东向,它们在横向上依次复合。③剖面上,断层-裂缝体呈现出“上倒锥、下地垒”的形态叠合特点和“上下张性、中间压性”的性质叠合特点。④平面上,断层-裂缝体呈现出“扫帚状”和雁列状的展布特点。

水平井层内爆炸裂缝体模拟研究

水平井层内爆炸是一动态裂缝扩展过程,涉及到被爆岩石、炸药及边界条件各系统之间相互作用关系。基于有限元分析方法及其单元消除技术,应用线弹性断裂力学理论中平面应力—位移关系方程及最大拉应力脆性断裂准则方程,建立了适用于水平井层内爆炸裂缝体模拟数学模型。通过对水平井筒内瞬时爆炸载荷分布规律的描述、模型区域的选取、初始地应力场的施加、远场边界条件的设定、单元类型与尺寸的选择及高载荷速率下形成的奇异解的处理,并考虑应力波在岩石中的传播、阻尼影响,可以利用ABAQUS有限元计算工具对该方程所在的爆炸冲击模块中进行动态显式方法求解。数值模拟结果可以得到一定条件下水平井筒层内爆炸产生的裂缝体几何形态,分析不同地应力大小、地应力各向异性、岩石力学特征及不同炸药性能对裂缝形态及几何尺寸的影响。该研究结果可以揭示水平井层内爆炸裂缝体延伸规律及其主要控制因素,有利于提高爆炸能量的利用率,对现场施工方案设计及效果分析具有一定的理论指导意义。

四川盆地新场构造带深层须二段致密砂岩断褶裂缝体特征和地质模式

针对四川盆地川西坳陷新场构造带上三叠统须家河组二段(简称须二段)储量动用率低、气藏甜点地质模式认识不清的问题,基于大量岩心、野外露头、分析化验和井震资料,精细解剖新场构造带须二段气藏,提出断褶裂缝体概念并划分其类型,分析裂缝发育主控因素,建立断褶裂缝体地质模式。研究表明:(1)断褶裂缝体是指断裂、褶皱及其伴生的裂缝储集体;(2)根据裂缝体特征及成因,可进一步划分为断缝体、褶缝体和断褶体3种类型;(3)断裂上盘、越靠近断裂有效裂缝越发育,褶皱褶曲幅度越大、越靠近褶皱枢纽面有效裂缝越发育;(4)建立2类5型断褶裂缝体地质模式,分别为断褶裂缝类和基质储渗类,前者可分为网状缝型和单构造缝型,后者可分为层理缝型、低渗孔隙型和极低渗孔隙型。此外,建立断褶裂缝体有利区优选流程,提出有利开发目标,支撑井位部署获得高产,并可以为中国深层致密砂岩油气藏勘探开发提供借鉴。

苏北盆地高邮凹陷花页1井古近系阜宁组裂缝脉体流体演化及其对页岩油充注过程的指示意义

苏北盆地页岩油勘探开发取得重大突破。高邮凹陷花页1井岩心观察发现,古近系阜宁组二段富有机质页岩中天然裂缝发育,脉体内保存了大量页岩油气流体活动迁移的信息。以阜二段页岩裂缝充填的方解石脉体为研究对象,综合运用矿物学、元素地球化学、地质年代学以及地质流体技术,聚焦页岩裂缝脉体的古流体来源、脉体形成时间以及流体包裹体特征开展深入研究,提出页岩含油层埋藏、抬升剥蚀过程中古温度条件与对应地质时间。阜二段页岩裂缝主要产状类型为层理缝、滑脱缝、剪切缝、收缩缝和张性缝,裂缝内主要充填一期纤维状方解石脉体,方解石脉体表现为偏还原环境热液流体的来源;始新世中期阜二段裂缝脉体捕获原生绿色荧光油包裹体、始新世晚期捕获次生蓝色荧光油包裹体和第四纪晚期捕获次生绿色荧光油包裹体,分别指示了富有机质页岩主要存在三期页岩油的充注过程。页岩油的充注主要在页岩最大埋深时期形成,三垛构造运动对于该地区页岩油的调整运移具有重要作用。

深层裂缝性碳酸盐岩油气藏立体酸压数值模拟

为了实现对深层裂缝性碳酸盐岩油气藏储层的有效改造,基于立体酸压的技术理念,结合裂缝性碳酸盐岩储层的特征,建立了综合考虑酸压过程中水力裂缝扩展、酸液在复杂介质中滤失、热传导影响的多场耦合酸压模型,开展了酸液刻蚀天然裂缝、水力裂缝数值模拟研究;在此基础上,对经过立体酸压改造形成的“酸压裂缝体”改造体积及无因次产能指数进行了分析,明确了影响立体酸压效果的主控因素。研究结果表明:①储层基质渗透率、天然裂缝初始流动能力是影响立体酸压后“酸压裂缝体”改造体积的主要因素,在基质渗透率较低(小于等于1.0 mD)并且天然裂缝较宽(大于等于150μm)的条件下,采用立体酸压能够获得较大的改造体积;②注酸量越大,改造体积越大,无因次产能指数也越大,而后两者的增量逐渐降低;③在基质渗透率为0.1 mD、天然裂缝宽度为250μm的条件下,注酸量超过600 m^(3)后,改造体积增量迅速降至10 m^(3)/m^(3)以下,而无因次产能指数增量则趋于平缓;④在基质渗透率相同的情况下,天然裂缝宽度越大无因次产能指数越高,而在裂缝宽度及密度相同的条件下,基质渗透率越低无因次产能指数越高;⑤通过立体酸压形成“酸压裂缝体”,对于裂缝性低渗透碳酸盐岩储层中油气井产能的提升效果更加显著;⑥为了同时获得天然裂缝和水力裂缝的良好改造效果,在立体酸压过程中需要适当增加注酸量。

滨里海盆地东缘北特鲁瓦油田石炭系碳酸盐岩储层裂缝网络连通性评价

基于岩心、成像测井及裂缝网络建模结果,应用拓扑学理论,对滨里海盆地东缘北特鲁瓦油田石炭系碳酸盐岩储层裂缝网络的连通性进行了评价,并分析了其对油田开发的影响。研究结果表明:(1)滨里海盆地东缘北特鲁瓦油田石炭系碳酸盐岩储层裂缝切割类型可划分为高高切割、高低切割和低低切割,研究区A2,A3,G1,G2,G3及G4小层裂缝切割较为发育,且主要分布在构造高部位。(2)裂缝网络连通性可通过连通体面积占比、裂缝体密度、裂缝的平均长度和平均节点数4个参数进行定量评价,根据连通体面积大小、裂缝体密度大小及裂缝类型可对裂缝连通体进行定性分析和命名,研究区A2小层主要发育低低大连通体、高中大连通体和高高大连通体。(3)裂缝网络连通性和储层物性的耦合作用是油田水窜的原因,裂缝网络连通性主要与裂缝长度和裂缝体密度有关。

隧道进口段坡体裂缝发生与控制机理

隧道进口施工一直是困扰大型隧道施工的技术难题,在偏压地段更是如此,结合张家口至石家庄高速公路北口隧道进口段工程,针对工程开挖后初期支护和坡体产生裂缝这一隧道进口段代表性工程问题展开了专项研究。采用理论分析与监测试验相结合的研究方法,在全面研究偏压隧道进口段工程裂缝发生机理的基础上,提出了非均匀支护控制措施,并通过控制效果监测数据的稳定性评价验证了机理和措施的合理性。研究结果表明:基于围岩压力和隧道开挖后松动圈、塑性区及变形计算理论,通过支护结构特征曲线与围岩支护需求曲线相结合,分析了北口隧道进口段初期支护和坡体裂缝发生机理;在裂缝发生机理研究的基础上,基于支护结构刚度思想确定了非均匀支护参数。

岩体裂缝走向分组分布特征的分形研究

详细介绍了岩体裂缝走向分分布的分形研究方法和三个煤矿岩体裂缝与岩样裂隙走向分组观测与统计结果，由此获得岩体裂缝走向分组分布仍然服从分形规律，但主次走向分组裂缝的分维值并不相同的结论。

水平层状裂缝性岩体的井壁稳定性分析

在一些钻井工程实践中,常会遇到水平层状裂缝性岩体的井壁稳定问题。因此,了解该类岩体的强度特征及其大小,建立相关的强度模型,对于正确判断和处理工程中出现的水平层状裂缝性岩体的井壁失稳是非常有益的。分析了水平层状裂缝性岩体的应力和应变情况,建立了水平层状裂缝性岩体交界面处的抗压强度模型。利用该模型,结合大庆油田徐家围子地区部分井段水平层状裂缝性岩体的井壁稳定性较差,井壁坍塌、掉块严重的特点,以室内试验为基础,确定了该井段水平层状裂缝性岩体的合理坍塌压力,为该地区井壁稳定提供了保障。

薄盒式光纤岩体裂缝计研究

山体(岩体)破坏和发展过程可以看作为裂纹扩展的过程,可以实现对其发展过程进行实时监测。为此,研究了一种薄盒式光纤岩体裂缝计。给出了其结构设计,并对该薄盒式光纤岩体裂缝计的性能进行了位移和压力两项室内试验研究,结果表明:所研究的光纤岩体裂缝计,具有可靠、实用和高灵敏度等特点,对于山体(岩体)(或其他裂缝工程体,如水坝)的变形发展和失稳的机理研究和早期预报,将是一种良好的传感监测设备,具有较好的工程应用价值。

页岩气藏超压演化过程:来自四川盆地南部五峰组-龙马溪组裂缝流体包裹体的证据

四川盆地南部(以下简称川南地区)上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气藏普遍存在着超压现象,部分井页岩地层压力系数远高于1.50,目前对于该区页岩气藏压力演化的过程认识尚不清楚。为了揭示该区五峰组—龙马溪组页岩气藏超压的形成机制与演化过程,以川南地区泸州、威远两地典型井页岩裂缝复合脉体样品为研究对象,通过薄片分析、阴极发光扫描电镜观察,明确裂缝复合脉体胶结物的充填期次,开展不同期次裂缝脉体矿物中包裹体测温和激光拉曼分析,结合埋藏史—地热史研究成果,揭示了不同期次裂缝的开启时间,进而探讨了其与页岩气藏超压演化过程的关系。研究结果表明:①研究区典型井页岩裂缝中主要存在着两期脉体充填,第一期脉体主要分布在裂缝壁,矿物颗粒较小,脉体中流体包裹体均一温度与主生气期温度相符,表明第一期裂缝开启过程与生烃增压作用有关,第二期裂缝脉体主要分布在裂缝中部,矿物颗粒较大,脉体中流体包裹体温度范围较广,与抬升过程地层温度相符,指示第二期裂缝开启过程与构造抬升泄压有关;②研究区页岩最大埋深前甲烷包裹体捕获压力介于103.06~139.82 MPa、压力系数介于2.05~2.50,储层抬升过程中甲烷包裹体捕获压力介于101.32~127.73 MPa、压力系数介于1.89~2.18;③页岩气藏超压来自液态烃裂解生气增压作用,抬升阶段是持续泄压的过程。结论认为,川南地区五峰组—龙马溪组页岩气藏具有良好的保存条件,现今仍能保持较高的压力系数。

一种矿井岩体动态裂缝快速识别算法

由于人体指纹和岩体的纹路有着一定的相似性,在指纹识别技术的基础上提出一种算法用于岩体的动态裂缝识别。通过对矿井现场岩体动态裂缝纹路差异的检测和分析,证明了该种方法在岩体的动态裂缝识别上的可行性。

高寒地区煤矿大直径储运筒仓筒体裂缝原因的探讨

本文分析了高寒地区筒仓筒体裂缝的原因及裂缝的危害.并提出了预防裂缝的措施.

涟源凹陷上二叠统大隆组泥页岩裂缝方解石脉体流体包裹体特征及其启示

针对湘中涟源凹陷上二叠统大隆组黑色泥页岩中油气特征及微观保存条件,选择涟源凹陷XY1井大隆组泥页岩中高角度裂缝方解石脉体,开展了脉体岩相学和阴极发光观察、脉体盐水包裹体和烃类包裹体特征及温压研究,结合泥页岩有机质成熟度及油气生成阶段分析和埋藏-热演化-构造抬升史模拟,确定了裂缝脉体形成时期和深度,讨论了泥页岩油气微观保存条件。研究表明:大隆组泥页岩有机质成熟度R_o为1.2%~1.3%,原始有机质中发育有机孔,泥页岩孔隙内液态油中很少发育有机孔;裂缝方解石脉体由早晚两期形成,边界清晰;早期脉体中发育大量蓝白色荧光的液相烃包裹体和气-液两相烃包裹体,发微弱荧光的气相烃包裹体和不发荧光的甲烷包裹体,盐水包裹体均一温度主要介于93~138℃间,对应古埋深为2 000~3 000 m;晚期脉体中包裹体发育程度差,仅零星见烃类包裹体,盐水包裹体均一温度主要介于50~62℃间,对应古埋深为900~1 100 m;依据早期裂缝方解石脉体中甲烷包裹体激光拉曼参数和甲烷体系状态方程估算甲烷包裹体捕获压力为28.92~41.47 MPa,相应古压力系数为1.10~1.57。根据早晚两期裂缝方解石脉体中气-液两相盐水包裹体和烃类包裹体的发育程度以及捕获温压信息推断,在燕山-喜山期大幅度构造抬升和地层剥蚀过程中,泥页岩中多期裂缝形成和开启以及成脉古流体活动,对大隆组泥页岩中滞留油气的微观保存条件产生了一定程度的不利影响。

含油气盆地微观裂缝脉体期次、成因与流体演化研究进展及展望

沉积岩石中断裂与裂缝是含油气盆地流体活动的重要通道,断裂与裂缝中充填的不同期次、不同类型的矿物脉体是烃-水-岩相互作用的产物,记录了断裂、裂缝形成过程中不同期次流体性质、组分、来源以及温压场、氧化还原环境等信息,为研究沉积盆地断裂发育、流体动力场特征、物理化学环境及封闭与保存条件等地层古流体活动、动态演化过程提供了重要线索。系统总结了含油气盆地微观裂缝脉体流体活动示踪、演化的基本方法及其地质应用现状,认为目前主要集中在三个方面:①通过对裂缝脉体充填的成岩矿物岩石学观察,分析成岩矿物类型、结构及形成的相对次序;②通过对脉体成岩矿物的同位素、微量-稀土元素、流体包裹体等地球化学测试,示踪成脉古流体性质、来源、温压-氧化还原环境等;③通过对脉体成岩矿物放射性同位素(如U-Pb、Re-Os等)的测试,精确确定脉体形成时间,结合区域构造演化探讨脉体形成过程、流体动力场环境及其动态演化过程。最后分析了现有研究方法存在的问题,探讨今后的发展趋势及地质应用前景,以期为含油气盆地古流体演化及其与油气运移、聚集与保存等油气成藏机理的研究提供参考。

页岩储层构造裂缝活动期次及开启性研究进展与展望

随着我国在非常规油气领域的研究不断深入和技术手段不断提高,页岩油气勘探开发工作取得了显著进展。大量生产实践结果表明:页岩储层裂缝是影响油气富集、高产和稳产的关键因素,页岩储层中裂缝的存在不仅可以改善储层的物性,还有利于后期的压裂改造。特别是储层中发育的构造裂缝,其活动期次与开启性的研究对于揭示页岩油气富集规律、保存条件等具有重要意义。早期对于页岩储层裂缝的研究集中在裂缝分类、识别与表征、裂缝发育主控因素分析与分布预测及建模等方面,而对于裂缝的形成时间与活动期次厘定、裂缝开启性的主控因素、裂缝开启与闭合机理、裂缝开启程度定量表征研究相对薄弱,制约了我国盆内页岩油气的高效勘探开发。为此本文在充分调研了国内外页岩储层构造裂缝研究成果的基础上,围绕页岩储层构造裂缝活动期次及开启性这一主题,重点梳理了页岩裂缝期次划分、充填脉体定年、开启性主控因素分析及开启程度定量表征方面的研究进展。裂缝活动期次的划分方法可分为两类:地质定性分析和裂缝充填物地球化学示踪分析。在实际应用中,上述方法只能得到裂缝活动期次相对的先后顺序,且会受到埋藏史、热史等基础地质资料精度的影响,其应用存在一定局限性。裂缝中脉体多为碳酸盐岩矿物和石英,高精度微区原位U-Pb定年技术的出现,使得厘定不同组系裂缝脉体形成的绝对年龄成为可能,避免了由于热史、埋藏史认识差异带来的流体活动时间的多解问题。影响构造裂缝开启性的主控因素较多,不仅受到岩石本身特性的影响,还受到现今地应力、地层流体压力等因素的控制。裂缝中广泛分布的纤维状充填物岩石学特征记录了晶体的生长过程,此类特殊的晶体形态是裂缝曾经存在多期活动的证据,揭示了裂缝多次开启闭合的演化过程。目前主要应用开度这一参数来表征裂缝的开启程度,或是通过计算及实验获取裂缝开启压力间接表征其开启性。在总结并分析上述研究成果后指出了页岩储层构造裂缝活动期次及开启性研究中存在的关键问题及发展趋势,旨在丰富和完善页岩油气储层研究的理论和方法体系,为我国页岩油气的构造保存条件和富集机理研究提供重要的科学依据。

四川盆地绵阳-长宁拉张槽中段下寒武统筇竹寺组页岩裂缝脉体特征及古流体活动过程

四川盆地绵阳-长宁拉张槽及周缘沉积了巨厚的筇竹寺组黑色页岩,是未来深层页岩气勘探的有利目标。以拉张槽中段及周缘筇竹寺组富有机质页岩裂缝脉体中赋存的古流体为研究对象,基于岩心和薄片观察了裂缝脉体的发育特征,通过碳氧同位素测试分析了古流体的来源及成因,利用盆地数值模拟恢复了地层压力演化过程,进而探讨了筇竹寺组页岩气的保存条件。结果显示:绵阳-长宁拉张槽内的GS17井和拉张槽东侧的MX9井筇竹寺组页岩裂缝脉体相对不发育,拉张槽西侧W201井发育多组顺层缝和高角度裂缝,被早期方解石和晚期鞍状白云石、重晶石、石英等矿物充填;碳氧同位素结果表明成脉流体与热液和有机质脱羧作用有关;拉张槽内及东侧高石梯-磨溪地区筇竹寺组由于原油裂解发育强超压并保存至今,而拉张槽西侧的威远构造虽然也曾经发育过超压,但在晚期构造运动中发生了泄压作用。相较于拉张槽内和高石梯-磨溪地区,威远地区筇竹寺组页岩气的晚期保存条件相对苛刻,需要重点关注局部超压发育区。