页岩气储层特征及地球物理预测技术

为掌握富有机质页岩的地球物理响应特征,进而为页岩气储层评价奠定基础,对南方海相页岩及其围岩的复电阻率进行了实验研究。结果认为:页岩具有不同强度的激发极化效应且极化率参数值高于围岩地层;其电性响应特征与页岩的总有机碳含量、矿物成分、热成熟度等有关。虽然反演的电阻率值比较单一,在油气勘探中既有低阻也有高阻特征,但极化率参数可以为页岩气的评价提供可靠信息,其综合时间常数和频率相关系数,可直接进行页岩气储层预测。该研究可为页岩气勘探和储层评价提供理论依据。     

页岩储层复电阻率与孔喉结构关系研究

研究页岩复电阻率与孔喉结构的关系，可为页岩气储层识别及评价开辟新途径。在实验室条件下，对我国四川盆地南部探区的海相页岩样品进行了复电阻率测试，利用复合Cole-Cole模型反演电阻率和极化率，并根据毛细管束导电模型，建立极化率与平均孔喉半径、极化率与迂曲度的关系模型，实现对产气井龙马溪组储层页岩复电阻率与孔喉结构关系的研究。结果表明，页岩储层具有低阻高极化的特征，页岩的极化率与平均孔喉半径、极化率与迂曲度均具有较好的二次函数关系。研究结果进一步证实，极化率为较敏感的激电参数，与页岩气储层的孔喉结构参数关系密切，利用极化率预测和评价孔喉结构具有可行性。可根据极化率的这一特征利用复电阻率进行页岩气勘探及储层评价。     

川南长宁地区五峰组—龙马溪组页岩脆性特征

脆性是页岩气储层地质评价的重要内容。以露头和钻井资料为基础,提出基于“石英、白云石和黄铁矿”3种矿物的脆性指数计算方法,并结合弹性参数脆性指数法对川南长宁地区五峰组—龙马溪组页岩脆性特征进行了定量评价;在此基础上着重分析了脆性指数与矿物组成和有机碳含量的相关性;应用“矿物三端元+沉积微相”法,在有利岩相研究的基础上,综合页岩脆性特征对研究区“甜点层”进行了进一步的优选。结果表明：研究区五峰组—龙马溪组底部厚度约30~40m的页岩段脆性最好,矿物脆性指数达50%~75%,杨氏模量平均为37.84GPa,泊松比平均为0.19,弹性参数脆性指数平均为61%,且自下而上脆性变差;脆性指数与矿物组成和有机碳含量的相关性显著,反映了沉积环境对页岩脆性特征的重要影响;长宁地区的“甜点层”为深水陆棚发育的硅质页岩相和钙质硅质混合页岩相,平均脆性指数大于50%,平均有机碳含量大于3%,分布于五峰组至鲁丹阶中下部,累计厚度约为42m。     

基于富有机碳页岩的复电阻率特性研究

总有机碳质量分数w(TOC)是页岩储层评价的重要参数之一。地质沉积理论研究表明,深水沉积环境下的海相沉积物中控制黄铁矿形成的基本因素是有机质的含量,这种环境中有机碳和黄铁矿存在一定的相关性。利用Solartron-1260A阻抗分析仪在室温常压下对南方页岩气探区中某井多块富w(TOC)的页岩岩心进行多次复电阻率扫频测量,最终选择一组数据分别使用单Cole-Cole模型,双Cole-Cole模型,Cole-Cole乘Brown模型以及Dias模型对其复电阻率幅值以及相位进行频谱参数联合反演。反演结果表明,双Cole-Cole模型和Cole-Cole乘Brown模型相对于其他模型具有较小的拟合误差,能够很好地描述页岩岩心的复电阻率以及相位曲线,且能从反演结果中较准确地得到各频谱参数。测试与分析结果表明,高w(TOC)的页岩岩样的宽频复电阻率参数表现为低频时的高极化率异常,并总结出了高w(TOC)页岩储层具有低电阻率、高极化率的异常特征。研究结果对使用时频电磁勘探技术和频谱激电法寻找富有机碳的优质页岩储层,以及页岩储层复电阻率测井方法的实现都具有重要的指导与借鉴意义。     

川黔地区页岩复电阻率的频散特性

页岩气是重要的非常规油气资源。通过在实验室对川黔地区的深色页岩样品进行宽频带电性参数测量发现,岩样的复电阻率的频散特性与其有机碳含量具有一定的相关性。利用双柯尔-柯尔(Cole-Cole)模型对实验数据进行反演,提取到页岩样品的零频电阻率和极化率两个主要参数。结合样品的岩矿分析结果,初步确认页岩样品中的黄铁矿微颗粒是引起深色页岩在低频段呈现高极化率异常的主要因素,而这些微黄铁矿颗粒可能与深水条件下的有机质富集有因果关系。根据深色页岩复电阻率参数的这一特征,可为利用可控源电磁勘探方法勘查页岩储层提供依据。     

黄瓜山构造五峰组-龙马溪组页岩岩相特征研究

为了确定黄瓜山构造五峰组-龙马溪组页岩气勘探开发优质页岩岩相,基于H 202井岩心实验分析数据,利用页岩岩相矿物组分划分三角图板对五峰组-龙马溪组页岩含气量、有机碳含量、孔隙度及脆性矿物含量4个储层评价参数和页岩岩相特征进行研究,明确了页岩气储层和相应的页岩岩相特征,确定了该区五峰组-龙马溪组页岩气勘探开发优质页岩岩相。研究结果表明（：1）五峰组-龙马溪组取心段共发育含黏土硅质页岩、混合硅质页岩、硅岩、含硅灰质页岩4类岩石,占比分别为50.0%、38.9%、8.3%、2.8%;(2)通过含气量、有机碳含量、孔隙度及脆性矿物含量页岩岩相分析,高含气量、高有机碳含量、高孔隙度及高脆性矿物含量页岩岩相为含黏土硅质页岩,是该区页岩气勘探开发的优质页岩岩相,其次为混合硅质页岩,较差为硅岩、含硅灰质页岩。     

页岩气储层测井解释评价技术

较之于常规储层,页岩气储层的测井解释评价工作显得更为复杂。通过近两年的跟踪研究,结合岩心分析和试油资料,从页岩地层的地质、测井特征和评价难点入手,通过对页岩气储层评价关键参数（如总有机碳含量、吸附气与游离气含量、页岩岩石脆性指数等）的计算分析,基本上掌握了页岩气储层关键评价参数的计算方法,从而建立起了页岩气储层定性评价标准,并编制出了页岩气储层解释处理软件。同时,在页岩气储层定性评价方面也给出了划分标准,即：①异常高的自然伽马段对应高有机质含量段,吸附气含量高;②无铀伽马低值,黏土含量低,脆性物质含量高;③裂缝和孔隙发育段的游离气含量高;④高声波、低密度、高电阻率段的有机质含量高,含气饱和度也高;⑤电阻率低于10 Ω·ｍ的地层,其黏土含量高,含气饱和度低,不具备开发潜能。     

页岩气储层品质测井综合评价

页岩气储层品质对压裂改造至关重要,直接影响到试油层位的优选和压裂施工的效果,进而影响页岩气产能的高低。为此,针对四川盆地南部地区海相页岩储层开展综合评价研究:首先,通过岩心实验数据与测井曲线相关性分析,优选铀含量、密度计算有机碳含量,优选声波、密度、铀含量计算储层孔隙度和有机孔隙度,建立多参数计算页岩储层参数模型,参数精度高;其次,利用页岩气水平井单段测试产量与储层参数开展主成分方法分析,优选页岩孔隙度、有机碳含量、脆性指数、总含气量,建立页岩气水平井储层品质综合评价模型,形成了页岩气水平井储层品质测井综合评价方法,评价结果与生产测井测试成果有着较好的对应性。研究结果表明:(1)声波能较好地表征无机孔隙度,铀含量能较好地表征页岩有机孔隙度;(2)水平井靶体应尽量控制在页岩储层品质好、脆性矿物含量高、脆性指数高的小层内,易于被压裂,形成的压裂缝网复杂,测试产气量贡献大。结论认为,页岩气水平井储层品质测井评价方法对水平井储层品质级别具有较好的指示性,为现场水平井靶体优化和优质页岩储层压裂分段优选提供了技术支撑,可以有效地指导现场生产。     

四川盆地五峰组—龙马溪组页岩脆性评价与“甜点层”预测

页岩气储层评价过程中,有机碳含量是表征富有机质页岩的主要指标,脆性指数则是反映压裂品质的重要参数,有机碳含量与脆性指数相结合可以更为精细地刻画"甜点层"的分布,从而为勘探开发工作提供有利依据。为此,依据岩矿资料,应用"石英+白云石+黄铁矿"三矿物脆性指数模型对四川盆地焦石坝、长宁和威远3个气田的上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组富有机质页岩进行了脆性评价。基于脆性指数(BI)与有机碳含量(TOC)之间的显著相关性,综合有机质丰度和可压裂性,建立了储层品质的分级标准:TOC3%且BI50%为优质储层(甜点层);2%TOC3%且40%BI50%为次优储层;1%TOC2%且30%BI40%为差储层;TOC1%且BI30%为非储层。依据该标准,长宁地区优质页岩气储层厚度为32 m,焦石坝地区优质储层厚度为22 m,威远地区优质储层厚度为13 m。探索脆性指数与测井响应之间的相关性,并建立了富有机质、高脆性页岩的常规测井响应图版,以自然伽马大于160 API、钍铀比小于3且密度小于2.58 g/cm~3作为优质储层的测井识别标准,进而预测了四川盆地五峰组—龙马溪组页岩"甜点层"的平面展布特征。     

基于应力—应变模型的脆塑性测井评价

页岩脆性的测井评价主要从岩石弹性参数特征和矿物含量特征2个方面进行。针对泥页岩高塑性的特征,提出在测井评价基础力学参数中引入峰值变形模量,在此基础上可以对基于应力—应变模型的脆性参数和塑性参数进行解释,获得塑性应变和基于峰前可恢复应变与峰前总应变之比的脆性指数2个力学参数。在实例应用中,该方法计算得到的脆性指数、塑性应变不仅与矿物组分脆性指数吻合较好,与水力压裂微地震事件监测结果也具有较好的耦合性,因此,该方法能够较好地反映岩石的脆性和塑性特征,为页岩气储层脆性评价提供重要依据。     

基于层次分析法的页岩气储层可压裂性评价研究

为评价页岩气储层的可压裂性,提高页岩气开发过程中压裂层段选取的经济有效性。首先利用岩心分析化验资料与测井资料综合研究脆性指数、脆性矿物含量、有机碳含量、黏土矿物、断裂韧度和水平应力差异系数等因素对页岩气储层可压裂性的影响;然后对正向、负向可压裂性评价参数进行归一化处理,并采用层次分析法建立了页岩气储层可压裂性评价模型;最后利用贵州岑巩地区牛蹄塘组页岩气井压裂层段微地震资料进行验证分析和压裂分级评价。结果表明：当有机碳含量小于7%时,可压裂指数变大,可压裂性增强,有机碳含量大于7%时,页岩的构造裂缝不发育,可压裂指数变小,可压裂性变差;脆性指数及脆性矿物含量与可压裂指数呈正相关性,黏土矿物含量和断裂韧度则与可压裂指数呈负相关性,水平应力差异系数与可压裂指数没有明显的相关性。基于层次分析法建立的可压裂性评价模型能够较为准确地识别不同储层段的可压裂性,为页岩气储层可压裂性评价提供了新思路。     

复杂储层岩石脆性分析及应用研究

脆性指数(BI)是储层压裂评价的一个重要参数,复杂储层往往具有矿物成分多样、结构致密等特点,与页岩油气开采有一定的相似性,其脆性主要受矿物含量和含水饱和度等因素影响。脆性指数根据获取方式不同,定义也不同,有基于矿物组成的,也有基于弹性模量(E)和泊松比(ν)。从孔裂隙介质弹性波动理论出发,系统分析了各因素对岩石脆性指数影响,给出弹性模量和泊松比定义的脆性指数由页岩推广至致密砂砾岩的理论基础。通过对比致密砂砾岩储层压裂前后脆性指数特征,研究脆性指数对储层压裂的指导意义,为压裂效果的评价提供技术支持。     

上扬子地区下寒武统牛蹄塘组页岩气储层矿物成分特征

上扬子地区下寒武统牛蹄塘组(∈1n)富有机质页岩广泛发育,页岩中矿物成分特征分析是研究页岩气储层特征及页岩气成藏的关键因素之一。通过对∈1n黑色页岩的野外露头和岩心观察,结合薄片、扫描电镜及X衍射等试验分析,对页岩气储层矿物成分特征进行了初步探索。研究表明上扬子地区∈1n页岩矿物成分以黏土矿物和石英为主,长石、碳酸盐岩次之,还含有少量的黄铁矿和石膏等矿物;黏土矿物组合特征反映出∈1n进入晚成岩阶段B期,有机质演化为高-过成熟阶段;脆性矿物石英体积分数与孔隙度呈正相关关系,碳酸盐体积分数和孔隙度呈负相关关系。     

沁水盆地海陆交互相页岩脆性指数预测与测井响应分析

沁水盆地煤系地层勘探开发时间长，但测井系列简单，通过全岩分析获取矿物组分的岩心数量十分有限，因此，目前该地区页岩储层的脆性评价以定性为主，缺少定量表征。基于XRD全岩分析的矿物组分信息，通过矿物法计算了沁水盆地海陆交互相页岩岩心的脆性矿物指数，分析了页岩地层的测井响应特征及对脆性矿物指数的影响，采用多元回归方法，建立了该区石炭-二叠系页岩地层矿物指数的计算模型。研究区内石英、长石、菱铁矿及黄铁矿对储层脆性有主要贡献，其含量与页岩脆性指数成正比；而黏土矿物含量较高，有利于提高岩石塑性，不利于裂缝伸展。不同测井响应对脆性指数的反映程度不同，脆性矿物指数与密度值呈正相关，与自然伽马值呈负相关，而与电阻率和声波时差的关系不明显，呈微弱的负相关。多元线性回归方法计算得到的脆性矿物指数与矿物法得到的结果吻合度较好。      

阜新盆地低演化陆相页岩气勘探开发潜力

为了进一步推进我国陆相页岩气的勘探开发,在系统总结鄂尔多斯盆地等典型陆相页岩地质特征的基础上,以阜新盆地下白垩统沙海组为例,利用总有机碳含量、岩石比表面积和孔径分布、全岩X射线衍射分析等资料,分析其页岩气储层特征、地球化学特征及可压裂性,并在此基础上与海/陆相页岩气地质特征进行对比,进而对沙海组页岩气储层与页岩气资源潜力进行了评价。研究结果表明:①我国陆相页岩形成时代较晚,总有机碳含量变化范围大,有机质类型以混合型—腐殖型为主,热演化程度低,石英含量低,长石和碳酸盐矿物含量高,总脆性矿物含量与海相页岩相当;②沙海组页岩埋藏深度浅,矿物成分以石英、长石和碳酸盐矿物为主,以介孔为主,孔隙度平均值为3.47%,储集空间类型多样,有利于页岩气的聚集;③沙海组页岩总有机碳含量多大于2%,有机质热演化程度适中,含气量高;④沙海组页岩总脆性矿物含量超过60%,具备良好的可压裂性;⑤沙海组页岩储层分可为3类,其中Ⅰ类储层为页岩气勘探开发目标储层,Ⅱ类储层为有利储层,估算其页岩气资源量介于2 322×108~2 862×108 m3。结论认为,阜新盆地沙海组页岩兼具地质上的页岩气资源潜力与工程上的可压裂性,勘探开发前景较好,在甜点区域具有较大的页岩气商业化开发潜力。     

页岩脆性的综合评价方法——以四川盆地W区下志留统龙马溪组为例

页岩储层的脆性特性对页岩气的开发效果具有重要影响,脆性页岩有利于天然裂缝的发育和压裂后形成具有一定导流能力的网状复杂裂缝,从而提高页岩产气量。为了探寻页岩脆性特征,弥补单一学科技术评价页岩脆性存在的不足,提出了一种利用X射线衍射、计算弹性参数和室内岩石力学测试3种技术来综合评价页岩脆性的方法,即通过分析页岩矿物组分含量、泊松比、杨氏模量、横纵波比参数和岩石应力、应变性质,对页岩储层的脆性特征进行综合评价。将该方法应用于四川盆地W区下志留统龙马溪组黑色页岩的脆性评价,结果表明：该区龙马溪组二段脆性好于龙马溪组一段,龙马溪组二段在1 535~1 541 m层段时,具有高的石英含量,较低的泊松比、横纵波比和较高的杨氏模量值;深度在1 541 m时岩样的应力、应变曲线负坡较陡,页岩储层的脆性指数大于50%,有利于对页岩储层进行压裂改造。实践证明：该方法具有较高的有效性,与实际压裂测试结果吻合较好,可作为压裂选层的重要依据。     

川南长宁地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩气储层低电阻率响应特征及主控因素

以川南长宁地区NX22井五峰组—龙马溪组低电阻率页岩气储层为例,利用岩心矿物组分、扫描电镜、总有机碳（TOC）含量、含水饱和度测试及测井曲线等资料,确立了低电阻率页岩气储层岩石体积物理模型,采用随机法构建了三维数字岩心模型,进而利用有限元数值模拟方法模拟计算各矿物组分含量、含水饱和度及有机质石墨化的电阻率响应特征,并分析其主控因素。研究结果表明：(1)长宁地区五峰组—龙马溪组低电阻率页岩气储层岩石体积物理模型由骨架（石英、长石、方解石和白云石等）、黏土矿物、黄铁矿、未石墨化有机质以及石墨化有机质、孔隙6个部分组成。(2)三维数字岩心模型的长、宽、高分别为100×100×100像素,融入了上述物理模型中的6个部分,并采用不同的颜色对导电组分进行标识,可以显示不同方向上的切片,表征低电阻率页岩气储层的组分特性。(3)黏土矿物含量、黄铁矿含量、含水饱和度以及有机质石墨化程度等4个参数增大都会造成页岩气储层的电阻率下降,而有机质的高石墨化程度（25%）和高含水饱和度（88.0%）使页岩气储层的电阻率从正常电阻率（大于15Ω·m）降到低阻甚至超低阻（小于5Ω·m）,是导致研究区页岩气储层超低阻响...     

湖相泥页岩储层脆性评价及影响因素分析——以苏北盆地海安凹陷曲塘次凹泥页岩为例

为准确评价湖相泥页岩脆性及探究其影响因素,选取了苏北盆地海安凹陷曲塘次凹古近系阜宁组二段湖相泥页岩样品,利用全岩X衍射分析、有机碳测定、镜质体反射率测定、扫描电镜、三轴岩石力学等实验技术手段,分析了样品的矿物成分、地球化学、储集空间等特征;并采用测井、强度参数、矿物成分以及应力—应变曲线变化特征等方法评价其脆性特征。结果表明,页岩主要为云质页岩和灰质页岩,脆性矿物含量较高;有机碳含量平均为1.25％,且已达到成熟阶段;储集空间由特低孔和裂缝组成;应力应变关系曲线表现出较强的脆性特征;不同方法的脆性评价结果存在一定差异,基于弹性参数与矿物组分评价脆性比基于强度参数的应用效果更佳,但每种方法都存在一定局限性。阜二段页岩脆性受矿物组分、有机质丰度、储集空间发育程度等共同影响,随着白云石含量、有机质成熟度、裂缝发育程度的增加,储层脆性随之增加;而方解石含量、有机质丰度、孔隙度的增加则会减弱储层脆性。      

渝东南地区下志留统龙马溪组页岩气成藏地质特征

近年来,渝东南地区页岩气勘探开发成为油气勘探领域的焦点。基于野外实测地层剖面和钻井资料,从页岩地层特征、地球化学特征、储层特征及成藏模式等方面系统分析了渝东南地区龙马溪组页岩气成藏地质特征。结果表明:渝东南地区龙马溪组页岩沉积厚度大,为30~130 m,在石柱—彭水地区形成沉积中心;页岩有机碳含量高,为0.05%~17.4%,在彭水地区形成有机碳含量高值区,有机质类型主要以腐泥质无定性体为主,热演化程度处于高—过成熟阶段。储层矿物成分复杂,粘土矿物包括伊利石、伊/蒙混层和绿泥石,脆性矿物以石英、长石和碳酸盐矿物为主,脆性指数高。储集空间以有机质孔、粒间孔、粒内孔、粘土矿物层间孔及裂缝为主。页岩气成藏方式为原地聚集成藏,生气方式主要为原油裂解生气和有机质热解生气。     

基于岩石物理与矿物组成的页岩脆性评价新方法

泥页岩的脆性决定其压裂改造的效果,开展页岩的脆性评价研究,可为压裂设计提供技术支撑,压裂改造的效果对提高页岩产能意义重大。鄂尔多斯盆地东南部下寺湾地区延长组长7段张家滩页岩层系内大量发育粉砂质泥页岩条带,矿物组成复杂,岩性非均质性强,对页岩气产量影响显著。针对目前矿物脆性评价中存在的脆性矿物不明确的问题,为了明确复杂矿物组成对页岩脆性的影响,通过对21块样品(页岩15块,粉砂质泥页岩6块)分别开展页岩总有机碳、全岩矿物X-射线衍射和地层条件下的三轴压缩应力试验,系统分析矿物组成及岩石力学特征,并以实验结果为基础分析矿物与岩石物理参数表现的关系,定量模拟岩石弹性参数随矿物组分变化的特征,明确了石英和黄铁矿是张家滩页岩的脆性矿物,并提出基于岩石物理模型的陆相页岩矿物组分脆性评价新方法。以YY22井为例,应用矿物脆性评价方法,计算其页岩层段的矿物脆性指数,为高脆性有利压裂目的层的识别及增产方案设计提供了参数依据。