四川盆地东部页岩气水平井裂缝识别方法及应用

根据地质(岩心)、成像测井、测井评价、地震预测等资料,利用四川盆地东部南川—武隆地区裂缝与气测关系,研究了页岩气水平井裂缝的识别方法。针对该区岩心、成像测井缺乏和页岩气水平井的天然裂缝难识别,首先从地质上通过直井建立起岩心尺度级别的页岩天然裂缝识别模式,岩心高角度裂缝的发育与全烃异常高值、尖峰较为吻合;其次,结合裂缝识别模式,基于全烃信息可快速、低成本定性识别出无取心直井裂缝发育层段,在裂缝发育段中会出现全烃值突增的现象,特别是低有机碳含量(TOC)的页岩段,全烃值的突增代表着裂缝的存在;最后,利用TOC值与归一化全烃相关性图版法,定量识别无取心、无成像测井资料的直井与水平井裂缝段,将归一化全烃值大于等于0.4、TOC值大于等于0.5%所圈定的区域作为水平井裂缝发育段。基于识别出的水平井裂缝段,从地质—工程一体化角度出发,压裂时可提前避开或注意这些密集发育的大型或巨型裂缝,从而提高单井产量。

上扬子地区寒武系牛蹄塘组页岩有机质孔隙发育特征及主控因素

上扬子地区下寒武统牛蹄塘组页岩气勘探开发程度较低,且不同沉积区域有机质孔隙发育具有明显的差异性。本文针对位于上扬子板块东部鄂西裂陷槽的EYY1井、板块西部浅水陆棚相的W001-4井以及板块北部汉南古陆的SNY1井3个不同沉积区域的钻井样品进行分析,根据矿物组成划分了岩性;利用扫描电镜观察分析了有机质类型及有机质孔隙发育特征,并在此基础上讨论了有机质孔隙发育的主控因素。研究发现:(1)不同区域牛蹄塘组页岩矿物及岩性组成有差异,EYY1井、W001-4井页岩取样段岩性包括硅质页岩、钙质页岩和过渡型页岩3类,而SNY1井取样段岩性均为硅质页岩;(2)牛蹄塘组有机质分为原生有机质和运移有机质,原生有机质均具有较高的C/O比值,平均为6.74;运移有机质C/O值相对较低,平均为2.71;(3)EYY1井与SNY1井有机质孔隙发育较好,面孔率达到6%~28%,而W001-4井有机孔发育较差,面孔率为3%~10%。牛蹄塘组有机孔孔径分布均为单峰型,EYY1井和SNY1井有机质孔隙直径主要分布在2~50 nm,W001-4井样品有机质孔隙大小普遍在5~25 nm;硅质页岩有机质面孔率普遍高于钙质页岩;(4)牛蹄塘组页岩中运移有机质孔隙发育程度好于原生有机质,有机质生烃增孔作用和压实减孔作用相互叠加影响有机孔的发育。黏土矿物是制约页岩有机质孔隙微观发育机制的重要因素,富黏土的硅质页岩可能是寒武系页岩气甜点选择的重要线索。

林州钾砂页岩生产釉面发泡陶瓷砖试验

笔者以河南安阳林州市任村镇牛岭山钾砂页岩为主体原料,研制出釉面发泡陶瓷仿岩面陶瓷砖。该釉面发泡陶瓷砖,具有较高的力学性能、隔音声学性能和隔热热学性能,可广泛应用于内外墙隔音保温装饰,高速、高铁、学校等隔音屏障声学隔音装饰等场所,是绿色节能建筑和宁静社区建设的关键材料。

板状页岩单轴压缩实验及断裂力学分析

基于板状页岩的单轴压缩试验,研究了含共线闭合裂隙页岩的裂纹扩展规律,从断裂力学角度,解释了裂纹起裂顺序,推导了板状页岩的脆性断裂准则及抗压强度,给出了断裂韧性的求取方法,得到:含预制裂隙页岩的抗压强度劣化程度较弹性模量大;破坏后宏观裂纹分为两类,一类为表面平整、光滑的拉裂纹,另一类为呈锯齿状、有明显压痕的压剪裂纹;预制裂隙内端比外端更容易起裂,起裂角范围为46°~86°;裂隙间距越小岩桥越容易搭接贯通;裂纹尖端起裂方向只和θ有关,和KⅡ无关;裂隙尖端的内端应力强度因子较大,更易起裂;共线双裂纹模型的优势裂纹角为β_m=0.5arctan f^(-1)。

中国页岩剖面区域分布及其页岩气地质意义

我国页岩分布在平面上广泛、时间上连续、空间上复杂,笔者对华北、华南、塔里木板块页岩分布进行了系统梳理和讨论。中、上元古界页岩以海相为主兼有陆相,发育滨浅海至浅海陆棚相、海相和陆相冰碛页岩,页岩剖面以见于不同古板块的边缘为特点。下古生界页岩以海相为主,发育广海陆棚相至浅海陆棚相页岩,页岩主要分布在华南板块和塔里木板块内部。上古生界页岩以海陆过渡相为主,兼有不同程度的海相和陆相,具有最广泛的发育和分布。中、新生界页岩类型多样但以陆相为主,中生界页岩沿近南北向的滇、川、陕和近东西向的新—陕—黑一线为主,新生界页岩主要发育在华北板块的东、西两侧。板块边缘、褶皱带及复杂构造活动区对页岩剖面分布具有重要影响,古海槽对页岩沉积、沉积环境对页岩成分、成分对页岩剖面的抗风化能力等均具有明显的影响作用。不同时代和地区的页岩剖面发育受多种因素影响,各具不同的地质特点。页岩剖面可分为锰质、硅质、灰云质、粉砂质、炭质、煤质及混合型7种,炭质型可出现在各种剖面中。其中的锰质型页岩主要见于华南板块中二叠统及更老地层中,硅质型页岩主要见于广海陆棚相,煤质型页岩发育时代较晚且主要见于海陆过渡相和陆相,粉砂质和灰云质型分布广泛。页岩类型各具有不同的时代性和地域性分布特点,对我国页岩层系进行系统梳理,有助于页岩气新区新层系研究。

中扬子湘鄂西区构造演化特征

中扬子湘鄂西区为中国南方海相天然气重点地区,分析其构造演化特征对该区常规天然气及页岩气勘探具有重要指导意义。运用重力、磁力、野外地质调查、地震及钻井等资料,明确了湘鄂西晋宁期-喜山期可划分为基底形成阶段、旋回性坳陷沉积阶段及变形、变位阶段,其中澄江期至部分印支期形成了区内广布的以海相碳酸盐岩夹部分碎屑岩为主的沉积建造,燕山主期为区内大规模褶皱及断裂形成期,是在研究油气保存条件时应重点探讨的构造活动期。

湖南雪峰山前陆盆地沉积特征及页岩气勘探潜力

雪峰山志留系前陆盆地分布在湘中-湘西北-四川盆地,是上扬子板块主要的盆地类型,但目前针对该前陆盆地沉积特征和页岩气勘探潜力的研究少见。根据野外资料、测井资料和分析测试资料分析了湘西北和湘中地区前陆盆地沉积建造过程和页岩气勘探潜力。结果表明,湘中前陆盆地前渊带以浊积扇和浅海陆棚相沉积为主,而湘西北隆后盆地沉积相类型丰富,包括潮坪相、浅海陆棚相、滨岸相、三角洲相和碳酸盐岩台地相等。虽然前渊带和隆后盆地沉积相类型和沉积厚度差异较大,但沉积旋回的划分却一致,因此,前渊带和隆后盆地相互连通,雪峰山对其两侧盆地的遮挡作用有限。大量的地球化学测试分析表明,研究区隆后盆地页岩的有机碳含量、有机质类型均较四川盆地的焦石坝差。湖南地区志留系页岩各项地化指标较差的主要原因是其缺少龙马溪组第一旋回的黑色碳质页岩。

龙潭组能源勘探形式分析

通过收集整理龙潭组煤炭及页岩气勘探资料,分析了传统煤炭资源分布规律,并从页岩气发育地球化学特征及泥页岩内部结构特征等方面对页岩气发育条件进行了研究。认为煤炭资源的分布受龙潭组沉积时期海陆过渡沉积体系的控制,有利成煤区在川贵地区成条带状分布,湘、赣、浙等省呈透镜体状分布。上扬子板块的川南地区、下扬子板块黔北地区和南京地区龙潭组中均取得了较好的含气显示,是页岩气勘探开发的重点区域。

华南五峰组-龙马溪组黑色岩系时空展布的主控因素及其启示

在回顾五峰组-龙马溪组两个地层单位沿革并重申其定义与划分基础上,重建了华南五峰组-龙马溪组及其相关地层序列的区域地层框架.根据这一框架中奥陶-志留纪黑色笔石岩系的穿时性、以及相关地层序列纵向演化特征与岩石圈板块挠曲模式的联系,结合所发现钾质斑脱岩源岩的板块汇聚背景,以及该阶段海平面升降与黑色岩系对应关系,提出控制该阶段华南黑色岩系的时空展布格局的主要因素有两个,即该阶段自南东向北西的华夏地块与扬子地块幕式汇聚过程所产生的岩石圈板块挠曲-周缘前陆盆地的同向迁移,以及该阶段两次全球性的三级海平面变化快速上升阶段所导致的缺氧及欠补偿水体.本文认为,要在华南奥陶-志留纪(包括其他断代)寻找其他可能的烃源岩层位,可能要首先考虑类似背景下这两种因素综合作用所导致的快速沉降及深水缺氧的沉积环境.

板式叠层粘接筛网及其压紧装置的改进

分析了老式钩边筛网及其张紧装置存在的缺点 ,介绍了一种新型板式叠层粘接筛网 ,该筛网主要由 3层不同目数的筛网、筛板及金属筛框组成 ,大大提高了筛网的使用寿命和筛分效果。分析了早期板式叠层粘接筛网用压紧装置的结构特点以及现场应用过程中存在的问题 ,对其结构进行了较大的改进 ,用 1根M 2 0螺纹拉杆代替原来的U形螺栓 ,拉杆拉紧压舌后部 ,使得压舌前部压紧筛网 ,调节拉杆上部的盲螺母 ,可以调节压舌前部对筛网的压紧力。经现场应用证明 ,板式叠层粘接筛网和改进后的压紧装置寿命大大提高 ,完全能够满足钻井液振动筛连续工作的要求。

一种适用于海上疏松砂岩油田的防砂设计方法

在考虑了地层砂粒度中值、均质系数、泥质含量以及蒙脱石含量4个参数的基础上,开展室内防砂试验,并结合现场统计数据,建立了适合于我国海上油田的防砂方式设计图版.针对不同类型的防砂筛管及不同尺寸的砾石开展防砂参数室内试验,得出结论：在产出液含砂量不超过0.5‰时,优质筛管挡砂精度可放大到地层砂d50的1.28倍左右,砾石尺寸的设计可适当放大到d50的6～7倍左右,相比于常规防砂方式,油井产能可提高30%左右.本防砂设计方法已在海上多个油田开发方案设计中得到应用.

构皮滩软岩流变模型原位载荷蠕变试验研究

针对构皮滩水电站破碎页岩进行2点原位刚性承压板载荷蠕变试验,采用1级循环加载方式,试验压力为工程应力水平,试验历时1686,2299 h。试验揭示了该软岩如下蠕变特性:在工程应力下,岩体经历起始阶段减速蠕变和682,910 h较长时间的等速蠕变后,蠕变速率趋于零,总体呈衰减蠕变,并不发生塑性流动;卸荷后,经历瞬时回弹、弹性后效,存在较大的残余变形,残余变形大于总变形的50%。提出一种加载呈弹性、卸载不回弹的单向弹簧元件[HI]描述残余变形,将其与广义Kelvin模型串联组成变异广义Kelvin模型,该模型结构简单,可综合描述软岩加载呈衰减蠕变、卸载存在较大残余变形的蠕变特性。视岩体体积变形为弹性、畸变遵循变异广义Kelvin模型,基于相应性原理推导了岩体表面蠕变方程,以岩体蠕变方程拟合试验蠕变曲线,得到了模型参数。

扬子板块北部古被动大陆边缘的地球化学特征

本文初次提出扬子板块北部古被动大陆边缘的地球化学特征是:a、裂陷早期阶段,发育碱性双峰式火山岩,但在裂陷的晚期和移离的早期阶段,发育碱性而不具双峰特征的火山岩、岩脉群;b、发育具两类不同地球化学特征的砂页岩,裂陷阶段形成的砂页岩与活动大陆边缘形成的砂页岩具相似的地球化学特征,移离阶段所形成的砂页岩才真正具被动大陆边缘砂页岩的地球化学特征。

页岩气井环空带压临界控制值计算方法

页岩气井由于大规模压裂导致井筒完整性破坏而引起大量环空带压问题,严重影响页岩气井的安全生产。针对页岩气井环空带压问题,基于API RP 90-2环空带压临界控制值计算方法,考虑页岩气井储层压力、产量变化、腐蚀以及磨损等因素,分析实际生产中环空各组件承压能力随服役时间的变化情况,建立了页岩气井环空带压临界控制值计算方法及环空带压控制图版,并进行了实例计算。研究结果表明,页岩气井环空带压临界控制值在服役早期主要受井口装置、技术套管承压能力影响,到服役后期时,随着腐蚀及地层压力降低,主要受油管薄弱点抗外挤强度影响,且随服役时间、腐蚀速率增加而不断降低,当环空带压控制值小于地层压力时,需要对环空压力值进行监测并采取相应措施,以保证现场安全生产。

阿拉伯板块古生代岩相古地理及其对油气富集的控制作用

中东阿拉伯板块自寒武纪以来为一个构造相对稳定的块体,油气储量占全球重要地位。近年来,深部古生界储层成为油气勘探新发现的主要层系。本文通过调研中东区域地质、含油气盆地地质资料,结合油气藏层位及分布特征,编制阿拉伯板块寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、早二叠世、晚二叠世等6个地质时期的岩相古地理图,并分析对油气富集特征的控制作用。研究结果表明:(1)寒武纪-志留纪,阿拉伯板块整体以陆相-浅海相沉积环境为主,早志留世的快速海侵形成热页岩,为古生界油气生成提供了雄厚的物质基础;(2)泥盆纪-石炭纪,海西构造事件造成抬升剥蚀,使志留纪烃源岩能够发生垂向/侧向运移至二叠系储层;(3)早二叠世以碎屑岩沉积为主,晚二叠世为海相和局限海沉积环境,形成了以碳酸盐岩储层和蒸发盐岩盖层为主的优质储盖组合;(4)已发现油气藏主要分布在寒武系-志留系陆相碎屑岩、下二叠统陆相-海陆过渡相碎屑岩和碳酸盐岩以及上二叠统海相碳酸盐岩储层中,上二叠统碳酸盐岩为最重要的储层,志留系热页岩广泛分布、基底继承性构造和前寒武系盐穹隆为古生界油气运聚提供了有利条件。

特提斯域板块构造约束下上扬子地区二叠系龙潭组页岩气的差异性赋存

全球页岩气勘探开发在海相页岩中取得了巨大成功,在海-陆过渡相和陆相页岩中也进行了积极探索,但尚未形成商业开发局面。在分析华南地区二叠纪板块构造对原型盆地和富有机质页岩形成分布控制的基础上,研究了龙潭组岩相、地化、矿物组合、储层特征,通过与具有相似沉积背景且已进行商业开发的国内外典型页岩层系的对比,明确了龙潭组海-陆过渡相-海相页岩气赋存特征及资源前景。研究认为:①受秦岭洋和金沙江洋俯冲消减的拖拽作用和“峨眉地裂运动”等构造事件的影响,扬子台地内部和边缘分别发育了一系列的裂陷盆地,发生了强烈的构造-沉积分异作用,形成了一套陆相-海-陆过渡相-海相的沉积体系。②四川盆地龙潭组富有机质层段可以划分为泥页岩夹灰岩型、砂泥灰互层型、泥页岩夹煤层型3种类型,分别形成于深水陆棚、浅水陆棚、潮坪-潟湖环境。③川东北地区二叠系龙潭组页岩沉积时古水深大,沉积水体滞留严重,封闭性和还原性增强,是有机质富集的理想场所。该区不仅具有下三叠统膏盐岩优质区域盖层,而且具备良好的顶板(长兴组灰岩)和底板(茅口组灰岩)条件,保存条件总体较好。④川东北地区龙潭组泥页岩具有“高有机碳含量(TOC>2%)、高热演化程度(R o>2%)、高孔隙度(Φ>5%)、高石英含量(>40%)、高含气量(解吸气含量>3 m^3/t)、高压力系数(~1.5)”六高特征,具有良好的页岩气赋存条件和资源潜力。⑤四川盆地二叠系龙潭组与五峰组-龙马溪组、Barnett、Ohio、Antrim、New Albany等国内外典型海相页岩类似,具备形成规模性页岩气赋存的良好地质条件,有望在埋深相对较浅、硅质页岩厚度较大的川东北-川东地区率先获得战略性突破。

一种新型多级分段压裂自动投球器

投球压裂是页岩气水平井分段压裂改造的常用技术,目前的投球器存在着压裂球尺寸小、投球数量有限、结构过于复杂、适用性差等问题,不能满足页岩气井大通径、小间距压裂作业的需求。为此,设计出了一种转板式大通径井口自动投球器,该投球器上端设置储球筒,下端的底座内部布置投球机构,通过驱动电机控制投球机构实现逐个投球的功能;采用FEM(有限单元法)对该投球器的投球过程进行碰撞分析,通过任意拉格朗日欧拉(ALE)网格自适应方法和耦合的光滑粒子流体动力学(FEM-SPH)方法进行仿真模拟和样机实验。研究结果表明:①投球碰撞在转板上边缘处产生最大的等效应力、等效塑性应变和位移,产生的最大应力在600 MPa左右,小于42CrMo的屈服强度930 MPa,满足强度要求,并且具有一定的安全余量;②样机成功实现了投球直径介于64～108 mm、投球级差为4 mm的12级分段压裂连续投球测试。结论认为,该投球器操作简单、适用性广,可有效满足页岩气水平井多级分段压裂工艺的需要。

页岩陶粒轻质混凝土双向叠合楼板受力性能试验及挠度计算分析

根据3块足尺页岩陶粒轻质混凝土双向叠合楼板试件和1块足尺现浇双向楼板对比试件的静力堆载试验结果,分析了双向叠合楼板预制底板的普通混凝土和后浇叠合层的页岩陶粒轻质混凝土采用相同强度等级时的挠度变形特点,并根据试验结果和弹性力学薄板理论推导了页岩陶粒轻质混凝土双向叠合楼板的挠度计算公式。推导了四边固支页岩陶粒混凝土和普通混凝土叠合板在竖向均布荷载作用下截面中和轴高度、抗弯刚度和挠度的计算表达式,并分别对挠度和初始刚度计算公式进行了修正,提出了考虑四边支承转动的页岩陶粒轻质混凝土双向叠合楼板挠度计算公式。结果表明:页岩陶粒轻质混凝土双向叠合楼板跨中位移呈现线弹性变化特征,页岩陶粒轻质混凝土材料的弹性模量、叠合楼板中设置的钢筋桁架以及双向叠合板的板端约束条件是影响叠合楼板刚度和跨中挠度的主要因素;采用所推导公式计算的页岩陶粒混凝土叠合楼板的挠度值与试验值吻合良好。

油页岩粉尘层着火的理论模型与实验研究

为了解油页岩粉尘着火爆炸危险性,利用化学反应动力学、传热学以及Thomas热自燃理论,建立了稳态条件下粉尘层着火的不对称理论模型.利用热板测试装置测试了我国4大产地油页岩粉尘层的最低着火温度,结果介于503-613 K,最低着火温度随粉尘层厚度的增加而降低,不同产地油页岩粉尘着火温度高低依次为：抚顺〉桦甸〉龙口〉茂名,与油页岩挥发分含量成反相关.利用测试结果确定了油页岩粉尘层燃烧动力学参数值,代入不对称着火理论模型,计算得到相应厚度粉尘层的临界着火温度,和实验结果对比,误差在10%以内,为预测生产过程油页岩着火危险性提供了可行的理论方法.

页岩气测试平台积液原因及排液对策研究

在页岩气排液测试阶段,井口压力、温度较高,采出气中含有大量的饱和水,影响测试平台内工艺设备和采气管线的正常运行。基于此,对饱和水进行现场取样与测试分析,探究测试平台的积液原因。针对积液原因,提出了在波纹板分离器前安装间壁式换热器的方案,以降低波纹板分离器入口的气流温度和饱和水质量浓度,并采用Fluent软件对换热管内部气流温度进行了模拟。结果表明,换热管内气流的平均温度可从入口处的60.34℃冷却至出口处的30.00℃,通过计算发现饱和水质量浓度可降至0.731 g/m3。同时,提出了在波纹板分离器流道内部加装疏水钩的方案,并采用Fluent软件对流线型与带钩型波纹板分离器的分离特性进行了对比分析。结果表明,带钩型波纹板对液滴的分离效率可由原来的28.90%提高到76.50%,当液滴粒径达到35μm以上时,其分离效率可达90.00%以上。研究结果对解决页岩气测试平台积液问题具有重要的指导意义。