四川泸州地区大深度页岩气水力压裂电磁监测的应用

电磁法在评估压裂液范围及裂缝形态时发挥着重要作用,在压裂监测中应用前景广泛。然而,对于川南地区的大深度页岩气水力压裂监测应用较少。为此,本文基于电磁监测理论,通过简化压裂模型进行数值模拟实验,在建立电磁监测技术的数据处理流程基础上,结合现场试验,从压裂液波及范围、用液强度、加砂强度、重复改造面积等多方面分析了压裂监测效果,进一步分析了电磁法进行水力压裂裂缝监测的有效性。其中,压裂监测段共计13段,获得各段波及面积4700~24042 m 2,波及宽度36~182 m,平均波及长度207 m。应用实例表明,电磁监测技术能实时了解压裂波及范围与展布形态,对压裂效果评价与施工参数的优化具有一定程度的指导意义。

深层页岩气储层水力压裂裂缝扩展影响机理

现有中浅层页岩气压裂取得的认识难以解释深层页岩气储层压裂过程中水力裂缝扩展的影响机理。为了研究四川盆地深层页岩气储层水力压裂裂缝扩展机理,文中以泸州深层页岩气区LS1平台为研究对象,进行基于地质-工程一体化的水力压裂裂缝扩展数值模拟与分析。首先,根据泸州区块目标井区储层的地质概况,建立地质模型,明确地质力学属性;然后,基于微地震和蚂蚁体数据,建立符合真实储层构造特性的离散天然裂缝网络;在此基础上,根据现场实际施工数据,建立了基于DFN的水力压裂复杂裂缝扩展模型,并基于微地震监测结果对模型进行了验证;最后,还研究了4个单因素对储层改造体积的影响特点。研究结果对深层页岩气储层水力压裂复杂缝网研究有一定的指导作用。

深层页岩气水平井天然裂缝发育特征及其对精细开发的启示——以川南泸州区块五峰组—龙马溪组为例

天然裂缝发育特征分析是深层页岩气勘探开发评价的重要环节,对储层品质综合评价、压裂差异化设计具有指导意义。以四川盆地南部(以下简称川南)泸州区块五峰组—龙马溪组深层页岩为研究对象,综合利用岩心分析化验、水平井成像测井和地震等资料,从岩心天然裂缝描述、水平井成像测井发育特征、水平井天然裂缝与地震预测裂缝带之间的匹配关系等方面进行了系统研究。结果表明:水平井成像测井可准确识别3种天然裂缝类型,即高导缝、高阻缝和微断层;水平井识别裂缝走向与现今最大水平主应力方向一致,裂缝倾角分布规律与处于相同构造部位的评价井直井段总体相似;地震预测裂缝带控制成像测井岩心尺度天然裂缝发育,中强度曲率体裂缝带、低强度曲率体裂缝带、蚂蚁体裂缝带对岩心尺度天然裂缝的影响距离分别为110、80、30~50 m。泸州区块岩心尺度天然裂缝具“双高”特征(倾角高、方解石充填程度高),揭示的水平井岩心尺度天然裂缝发育特征与直井段、地震预测裂缝带之间的对应匹配关系,可为川南地区海相页岩天然裂缝精细表征、储层分类评价和差异化压裂工艺试验攻关方向提供借鉴。

页岩气开采中的压力变化与气液传质规律

根据页岩气的赋存及流动机理,建立考虑页岩渗吸与吸附、渗流与扩散的流动方程,采用线段源叠加解等效为压裂产生的压力分布作为方程的初始条件,使用非结构PEBI(perpendicular bisection)网格对水平井多段压裂井进行网格划分,有限体积法进行离散。利用高频压力监测的闷井压力数据验证了算法程序的可靠性。研究得出以下结果:(1)发现页岩气开发的压力双漏斗及气液双向传质流动规律;(2)依据这一规律给出页岩气压最佳闷井时间和最优排采制度。

页岩气储层动用井地电磁监测特征分析

为满足我国高效低成本开发页岩气资源的战略需求,本文基于井地电磁监测理论,通过构建多组页岩气储层动用模型,采用有限单元法计算并分析了不同模型下地表电位异常分布特征,数值实验结果表明:①地表最大电位异常中心不与低阻体中心地表投影位置一一对应;②随着埋深加大,异常等值线发生变化,测区内低值带也发生变化,异常幅值整体逐渐减小;③不同电性特征的低阻体进入储层后引起地表电位异常响应特征不同,低阻体相对背景电阻率越小,地表异常幅值越高,对于电磁监测越有利;④地表电位异常特征受低阻体规模和位置变化影响显著,当低阻体规模较小时,异常等值线近似圆形,随着低阻体规模变大,电位异常幅值越高,等值线形态也发生变化。本文通过分析页岩气储层井地电磁监测地表纯电位异常分布特征,在一定程度上验证了井地电磁监测页岩气储层动用方法的可行性,为我国页岩气储层动用监测提供理论支撑。

页岩气水平井气液两相流动规律实验研究

为了研究页岩气水平井井筒气液两相流动特征,掌握井筒生产流压分布特征,本文设计制作了可视化页岩气水平井井筒气液两相流模拟实验装置,能够模拟流体通过多条裂缝进入水平井,进行变质量流动实验。通过实验研究了上翘型、水平型和下倾型水平井两相流流动规律。分析了各裂缝进气量、进液量分布及沿程压力分布特征,结果表明,页岩气水平井各井段中,造斜段最易积液,但对水平段各裂缝进气量影响较小;各井型中,下倾型水平井最易积液,会降低各裂缝进气量,最不利于生产。下倾角度越大,趾端积液越严重,裂缝的进气量越小。

井筒听诊器技术在川南页岩气田的应用研究

为了丰富页岩气压裂的评价手段,为现场提供辅助决策,实现压裂资源的有效配置,井筒听诊器技术应运而生。该技术是一种非干扰的实时监测技术,通过采集压裂施工过程中水击震荡变化而产生的压力波信号,可以在压裂过程中实时定量地诊断压裂改造进液点深度,并对段内单簇是否进液进行有效评价,从而确定射孔簇的改造情况,判断改造井段是否需要进行二次封隔措施或者调整改造规模。采用该技术在川南页岩气田开展了多次现场试验评价,通过在压裂阶段停泵实时监测进液位置,针对常规页岩气水平井和套变页岩气水平井,评价了暂堵转向压裂工艺效果以及机械桥塞封隔的有效性。该技术能有效指导暂堵转向压裂工艺参数优化,进一步实现压裂改造范围的最大化,也为压后效果评估提供技术支持,从而加强各工艺间的交叉验证,助推非常规油气储层增产改造工艺技术进步。

海相含气页岩水平层理类型、成因及其页岩气意义——以川南地区古生界五峰组-龙马溪组为例

页岩发育多种成因类型水平层理,不同类型水平层理渗透性存在差异。综合岩心观察、大薄片全直径成像和氩离子抛光片扫描电镜分析发现,川南地区古生界五峰组-龙马溪组含气页岩发育递变型、砂-泥递变型、砂-泥互层型和书页型4种水平层理。递变型水平层理由多个粉砂层水平叠置而成,粉砂和泥混杂堆积,粒序发育。砂-泥递变型水平层理中粉砂纹层和泥纹层水平互层,粉砂纹层呈颗粒支撑结构,整体正递变,其底部为突变界面,顶部与上覆泥纹层渐变接触。砂-泥互层型水平层理由粉砂纹层和泥纹层水平互层构成,层和纹层界面均突变接触,粒序不发育。书页型水平层理由极薄层状泥纹层构成,发育微弱的正粒序。4种水平层理具有不同的成因机制。递变型和砂-泥递变型水平层理均为相对低能的泥质浊流成因,递变型水平层理形成的水动力更弱;砂-泥互层型水平层理为陆棚相等深流成因;书页型水平层理为远洋悬浮沉降成因。水平层理类型直接影响页岩渗透性。书页型水平层理页岩富含有机质和有机孔,页岩渗透性最好;砂-泥互层型水平层理页岩颗粒分选性较好,页岩渗透性次之;递变型和砂-泥递变型水平层理页岩颗粒分选性差、有机质含量低,渗透性最差。

基于页岩气井返排特征的闷井时间优化方法

为确定页岩气井压后闷井时间,提高最终采收率,提出了基于页岩气井返排液特征的闷井时间优化方法。首先,以泸州地区深层页岩和威远地区中深层页岩为研究对象,开展自发渗吸试验确定实验室尺度闷井时间;然后,利用返排液矿化度和返排率数据反演得到矿场尺度裂缝宽度和特征长度;最后,结合自发渗吸无因次时间模型,计算得到矿场尺度闷井时间。结果表明,矿场尺度闷井时间与岩心尺度闷井时间并不一定呈正相关关系,其结果受渗吸速率、返排液矿化度和返排率等因素影响。研究结果为页岩气井压后闷井时间优化提供了一种新的方法。

四川盆地“槽-隆”控制下的寒武系筇竹寺组页岩储层特征及其差异性成因

四川盆地寒武系筇竹寺组是继五峰组-龙马溪组后页岩气勘探开发的重要接替层位,目前在德阳-安岳裂陷槽中心和槽缘部署的Z201井和WY1井页岩气勘探取得良好效果,但裂陷槽内筇竹寺组页岩储层发育特征仍不清楚。以槽内中心Z201井和槽缘WY1井为重点,结合其他页岩气勘探开发资料,系统分析了研究区筇竹寺组页岩各小层矿物特征、有机地化特征、储层及储集空间特征、含气性特征。研究结果表明:①筇竹寺组可划分为8个小层,页岩整体以脆性矿物为主,总有机碳含量(TOC)普遍大于1%,为优质烃源岩,且槽内TOC高于槽缘,具备良好的生气条件。②筇竹寺组页岩有机孔与无机孔均发育,槽内孔隙发育更好,具有极高的含气量。1,3,5和7小层黑色页岩储层品质较好,5小层储层品质最优。③德阳-安岳裂陷槽控制了筇竹寺组页岩储层发育,槽内Z201井钻遇的筇竹寺组页岩储层优于槽缘WY1井。④乐山-龙女寺古隆起控制筇竹寺组页岩有机质演化程度,古隆起内筇竹寺组有机质热演化成熟度普遍低于古隆起外,隆起区适中的热演化程度具备大规模富气的条件。筇竹寺组页岩储层各项条件较好,是未来页岩气勘探开发的主要接替区域。

川南盆地长宁页岩气田五峰组-龙马溪组成藏动力学过程及其意义

川南地区上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组黑色页岩层系是我国南方海相页岩气勘探开发最具代表性和示范性的地区,但其油气成藏过程及特征研究相对薄弱.基于含油气系统成藏动力学过程的基本原理,结合量化构造地质学、低温热年代学和盆地数值模拟等研究,以多期构造变形过程中五峰组-龙马溪组生烃动力学及其压力体系变化特征为载体,实现对其成藏过程的模拟表征和再现.以川南长宁页岩气田五峰组-龙马溪组页岩层系为研究对象,流体包裹体测试揭示其均一温度呈双峰分布特征,分别为120~140℃和160~180℃,捕获压力压力系数为1.0~1.1和1.1~1.3;低温热年代学定年和热史模拟揭示该区新生代地表抬升剥蚀量达2.0~2.5 km,五峰组-龙马溪组页岩热史模拟表明,中志留纪-中二叠世、晚二叠世-晚三叠世、早侏罗世-早白垩世和早白垩世以来烃源岩分别进入低成熟、中等成熟、高成熟和过成熟阶段.压力模拟结果显示,长宁地区五峰组-龙马溪组页岩层系早期长时间属于常压系统,至晚侏罗世地层持续埋深增温导致五峰组-龙马溪组生气速率达到高峰,地层压力剧增,逐步形成超压,早-中白垩世埋深达到最大,地层压力系数达2.0左右,新生代地表虽然遭受抬升剥蚀作用,但五峰组-龙马溪组超压被保存下来,现今压力系数仍有1.9.因此,川南地区长宁五峰组-龙马溪组页岩气田具有早期有限聚集、中晚期富集-保存超压型成藏特征.

深层页岩气水平井井筒瞬态温度场研究与应用

深层页岩气水平井钻井过程井筒瞬态循环温度对旋转导向工具的选择具有重要作用。基于井筒与地层间的对流换热机理及能量守恒原理,建立了井筒瞬态温度场模型;分析了循环时间、排量、水平段长度和入口温度对井筒瞬态温度的影响;优选了页岩气水平井轨迹控制方法,提出了降低井底循环温度的工程措施。结果表明,上部井段环空钻井液循环温度随循环时间和排量的增加而增加,而下部井段环空钻井液循环温度反而降低;随着水平段长度增加,环空钻井液循环温度增加,水平段越长,循环降温效果越低;随着钻井液入口温度增加,钻井液出口温度增加,下部井段环空钻井液循环温度随入口温度的变化较小。当垂深超过4000 m后,水平段较短时,可采用旋转导向钻井工具;水平段较长,井底循环温度高于135℃后,推荐采用螺杆配LWD测量工具。采用增加循环时间、排量及边循环边下钻的方式可降低井底循环温度,以确保旋转导向工具和LWD工具处于安全工作温度内。

深层页岩气水平井“一趟钻”技术探索与实践

页岩气水平井“一趟钻”技术能大幅提升钻井效率、降低钻井成本,在北美页岩气开发中得到了广泛应用。我国川南深层页岩气储层埋藏深、温度高、地质条件复杂,“一趟钻”技术面临诸多挑战。基于地质工程一体化理念,通过三维地质精细建模与关键层位标定形成了井眼轨迹优化设计与预调预判方法;利用大数据钻头效能评价机制,完成PDC钻头型号优选;融合钻井液地面降温、高温储层旋转导向工具优选、储层降密度欠平衡钻井等方法,最终形成了川南深层页岩气水平井造斜-水平段“一趟钻”钻井技术集成配套。在Y101H65-7井开展现场试验,首次实现了造斜-水平段“一趟钻”2330 m完钻,四开钻井周期较邻井缩短67%,较泸州区块缩短68%;水平段机械钻速15.78 m/h,较邻井提高129%,较泸州区块提高141%;井底循环温度相比邻井降低6~8℃。现场试验结果证明:该配套系列技术是实现川南深层页岩气造斜-水平段“一趟钻”高效经济开发的有效手段。研究结果可为我国深层页岩油气开发提供技术参考和借鉴。

深度Transformer迁移学习的页岩气储层核心参数预测案例

地层纵横向非均质性强,工区间数据分布存在差异.这导致基于已有工区数据构建的机器学习储层参数预测模型,推广到新工区会存在较大预测误差.常规地质方法是在岩心与测井响应特征分析基础上建模,利用测井资料计算储层参数,流程复杂.该方法需要岩心校准模型,同样难以快速推广到新的工区.考虑地层纵横向非均质性,本文设计了一种深度Transformer迁移学习网络,通过已有工区的测井与岩心资料构建预测模型,实现未取心新工区储层参数快速准确预测.首先利用无监督学习算法-孤立森林剔除测井数据中存在的异常噪声数据.然后设计Transformer特征提取网络,提高网络特征提取能力,以此深入挖掘测井数据与储层参数的内在联系.最后设计深度迁移学习网络,构建网络损失函数,利用随机梯度下降算法优化网络参数,实现储层参数准确预测.本方案应用于四川南部地区五峰组—龙马溪组页岩储层参数孔隙度、总有机碳含量和总含气量预测.实验结果与工区校正后计算结果、主流机器学习模型预测结果对比,本方案结果与岩心数据具有更高的一致性.应用结果表明:本文方案具有实用性、有效性和可推广性.

储层精细评价潜在关键关联指标:页岩沉积构造及其量化问题研究评述

页岩储层粒度细小,其物质组分与物性特征在多个尺度上受到沉积构造的控制影响。为总结储层精细评价潜在关键关联指标,对页岩沉积构造及其量化问题的研究进展进行分析,通过文献梳理、文献分析及专家访谈等方式,提炼出页岩储层沉积构造研究的部分代表性问题及趋势。结果表明:沉积构造是页岩储层联系物质组分及其分异特征、储层纳米孔隙系统、物性与含气性、储层力学性质与改造潜力的关键指标,其在储层演化中对岩石结构、孔渗物性以及油气赋存的影响构成优质储层成藏机理的一部分。逐步开展了沉积构造成因、分类、物质组分、非均质性、物性、力学结构、孔隙载体、工程性质和改造技术等特征及影响机理的研究,但在量化研究、机理深化以及指导应用实践等方面还需进一步深化研究。页岩储层沉积构造研究的潜在研究方向包括量化沉积构造及其跨尺度影响物性与含气性的机理、结合深层页岩地质条件、应用新技术与新方法、结合储层演化及成藏机理的沉积构造研究等方面,为页岩气地质研究人员提供参考。

深层页岩气防压窜工艺在L203H53-1井的应用

四川盆地泸州页岩气资源丰富,具有埋藏深、地层温度高、两相应力差大、天然裂缝发育等特点,通常采用体积压裂方式,以形成复杂缝网为目的,增大改造体积从而提高产量。但随着加密井方式开发,压裂过程中井间压窜现象频发,压窜导致大量压裂液浪费影响邻井产量,制约着深层页岩气高效开发。结合国内外大量压窜研究,开展了压窜机理以及防压窜措施机理研究:基于压窜类型的总结分析,压窜类型分为水力裂缝前端液体窜通、改造规模过大支撑剂窜通、压裂液沿天然裂缝流动与邻井窜通。根据分析,泸州深层页岩气压窜的类型为压裂液沿天然裂缝流动与邻井窜通,提出了针对性的防压窜措施;选取H53平台1井进行防压窜现场应用,现场应用表明防压窜措施可降低压窜的影响。

滇黔北昭通地区晚奥陶世—早志留世黑色页岩地球化学特征及其地质意义

【目的】滇黔北昭通示范区地处四川盆地边缘,在晚奥陶世—早志留世时期,相较于盆内的长宁—威远地区,其沉积水体相对更浅、更靠近物源区,该地区五峰组—龙马溪组页岩的沉积可能与盆内存在差异。因此,厘清滇黔北昭通示范区晚奥陶世—早志留世黑色页岩的硅质成因、物质来源以及源区背景,具有重要意义。【方法】以昭通示范区太阳区块为研究区,利用区内四口井样品的主量元素、微量元素和稀土元素测试数据,探讨研究区五峰组—龙马溪组页岩的源区背景、源岩属性及硅质来源。【结果】研究区五峰组—龙马溪组黑色页岩中的硅质主要来自硅质生物和陆源碎屑物质,生物成因硅自下而上先增加后减小,表现出与陆源成因硅相反的变化规律;晚奥陶世存在短暂的冰期,直到早志留世冰川发生融化,海侵事件发生,随后海平面逐渐下降,水体不断变浅,陆源输入总体表现为先减小再增加的特征,沉积速率也呈现相同的规律。部分样品稀土元素球粒陨石标准化配分模式曲线小幅度波动,反映研究区五峰组—龙马溪组页岩沉积可能存在混合物源。【结论】研究区五峰组—龙马溪组页岩原始物质可能主要来自康滇古陆和黔中隆起的花岗岩和沉积岩,沉积时受一定海底热液的影响,但原始热液组分极少;相关指标综合反映五峰组—龙马溪组页岩物源区的构造背景主要为被动大陆边缘。

页岩气/煤层气运移过程中的同位素分馏研究进展

从同位素分馏特征与影响因素、分馏机理与定量表征模型和地质应用等3方面对页岩气/煤层气运移过程中的同位素分馏研究进展进行综述。研究发现,页岩气/煤层气完整产出过程中的同位素分馏表现为“稳定—变轻—变重—再变轻”的4阶段特征,这与页岩/煤层孔隙内复杂的气体运移方式密切相关。页岩/煤层内气体运移机制包括渗流、扩散和吸附/解吸,其中压差驱动的体相渗流基本不产生同位素分馏,而扩散和吸附/解吸过程中的同位素分馏显著。现有的同位素分馏模型包括纯扩散分馏模型、扩散、吸附/解吸耦合模型和多尺度多机制耦合模型,模型计算结果表明,天然气运移过程中的同位素分馏主要受控于岩石孔隙结构、吸附能力和初始/边界条件。目前,同位素分馏模型已成功应用于评价页岩/煤岩原位含气量和吸附气/游离气比例等关键参数,同时在气井生产状态判识和产能变化趋势预测等方面展现出一定的应用前景。下一步研究应重点关注:①天然气运移过程不同组分碳、氢同位素组成的协同演化规律;②生—排—运—聚—散全过程同位素分馏的整体表征;③复杂孔-裂隙系统内天然气运移过程同位素分馏的定量表征及应用。

川南长宁页岩气田五峰-龙马溪组多期流体活动特征

川南地区是我国南方海相页岩气勘探开发最具代表性和示范性的地区,但上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组黑色页岩层系多期流体活动与演化过程至今相关研究薄弱。因此本文基于钻井岩心资料,采用流体包裹体分析测试、盆地热模拟等综合方法研究认为:(1)长宁页岩气田钻井岩心取芯段五峰-龙马溪组普遍发育顺层和微切层方解石多期流体活动充注脉体。(2)五峰-龙马溪组流体包裹体多呈群簇状分布,烃类包裹体和单一液相包裹体发育,包裹体均一温度呈双峰值特征、分布于120~140℃和160~180℃,对捕获压力值分别为36~39 MPa和45~47 MPa。(3)五峰-龙马溪组埋深热演化阶段主要为:中志留纪-中二叠世低成熟度热演化阶段、晚二叠世-晚三叠世中等成熟度热演化阶段、早侏罗世-早白垩世高成熟度热演化阶段、早白垩世以来进入过成熟度演化阶段。长宁气田流体充注时间主要集中于三叠纪-早侏罗世(250-195 Ma)和早-中侏罗世(185-160 Ma)两个时期,它们分别为长宁气田油和气的关键充注时间。

川南天宫堂构造带五峰组—龙马溪组页岩不同纹层内部结构差异及其控制机理

天宫堂地区位于四川盆地南部,发育大规模沉积稳定性与连续性好的海相页岩,是页岩气勘探开发的热点地区。本研究以五峰组龙马溪组纹层状富有机质页岩为对象,基于岩心尺度描述与大薄片观察,系统分析了页岩纹层的发育特征,并对纹层组合进行了分类与定量表征。通过有机地球化学、矿物学、岩石学、孔隙结构和场发射扫描电镜等分析,表征了页岩的孔隙结构,揭示了页岩的储集物性特征。结合纹层分析结果,揭示了不同类型纹层组合内部结构差异及其控制机理。研究表明,川西南缘天宫堂构造五峰龙一1亚段页岩主要发育递变型、块状型和砂泥互层型3类纹层组合。递变型纹层组合页岩和互层型纹层组合页岩水平渗透率远高于块状型页岩,块状型页岩的垂直渗透率最高,整体递变型纹层组合页岩物性最好。且三者孔体积和微孔比表面积均呈现由递变型纹层组合页岩、块状型页岩到互层型纹层组合页岩递减的趋势。受沉积环境和成岩作用的共同控制,具有较高TOC和发育有机质黏土纹层的递变型纹层组合页岩相较于具有较低TOC和发育厚粉砂纹层组和黏土纹层为主的泥纹层组的互层型纹层组合页岩,有效孔隙空间更大,孔隙连通率更高,表现为孔体积更大。而相对较高的有机质含量和无序的矿物孔粒组合排列共同导致块状型页岩有效储集空间优于砂泥互层型纹层组合页岩,而劣于递变型纹层组合页岩。