叠前地球物理技术预测页岩气保存条件——以四川盆地焦石坝构造页岩气藏为例

近年来,随着四川盆地涪陵页岩气田页岩气勘探开发取得重大突破,川东地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组巨大的页岩气勘探开发潜力被进一步证实。但是,如何利用地球物理技术更加准确有效地评价页岩气保存条件,目前仍然是该区页岩气勘探开发中亟待解决的问题。为此,基于叠前地震数据,从裂缝发育程度和地层压力的角度出发,首先利用基于叠前方位各向异性的裂缝预测技术进行高角度裂缝的预测,然后利用基于叠前纵波波阻抗反演的压力预测技术描述地层压力的空间分布特征,最终将两者相结合得到评价页岩气保存条件的新参数——保存系数,进而形成了一套可以有效预测页岩气保存条件的新方法 ;将新方法用于涪陵页岩气田焦石坝区块五峰组—龙马溪组页岩气保存条件的评价,并将气井生产资料与保存系数的预测结果进行对比验证。研究结果表明:页岩气保存系数与其无阻流量的对应性较好,并且弥补了低产井与无阻流量之间的不吻合关系。结论认为,保存系数预测结果与钻井生产资料具有较好的吻合度,证明了新的页岩气保存条件评价方法的有效性和可靠性。     

四川盆地昭通区块龙马溪组页岩气“甜点”预测方法及应用

中国四川盆地昭通区块龙马溪组页岩气资源丰富。为了厘清该区页岩气甜点分布,指导水平井位部署,利用三维地震数据开展甜点关键参数研究,利用地震叠后数据及分方位叠前数据预测裂缝的发育强度和方向,利用测井交会分析建立TOC/脆性与杨氏模量×密度(E×Rhob)的关系,以叠前弹性参数反演为基础,利用弹性参数组合结果E×Rhob反映页岩储层脆性及TOC展布。最后对页岩储层裂缝、TOC、脆性展布、优质页岩厚度进行综合分析,优选"甜点"。实际研究表明,利用三维地震资料能有效预测页岩甜点区,有效指导示范区水平井轨迹设计,降低勘探开发风险,为研究区的下一步勘探开发提供地球物理依据。     

页岩气藏综合地质建模技术

目前,页岩气藏地质建模采用的技术思路和实现方式主要源于常规油气藏,对页岩气藏并不适用,而可资借鉴的国内外相关成果则鲜见。为此,首先针对页岩气藏的特殊性,确定相配套的地质建模技术流程;再结合测录井资料解释、地震叠前叠后资料解释及采样地质实验分析等结果,建立工区构造和页岩小层发育模型;并在此格架体模型下应用地质统计学建模方法建立了页岩气储层厚度、孔隙度、含气饱和度、总有机碳含量、硅质含量、脆性指数等属性模型;综合应用地震AFE属性、构造曲率、应变体积膨胀资料,结合地质认识与钻井显示,采用目标建模方法,建立天然裂缝DFN模型;在人工压裂缝展布模式判断及参数拟合分析的基础上,建立了人工压裂缝模型;最后,采取逐级叠加的方法,建立了页岩气藏综合地质模型并进行气井的生产史拟合与动态预测。研究结果表明:①与常规油气藏相比,页岩气藏地质建模更为复杂,主要表现在小层划分与对比困难、基质参数多且存在着相互约束关系、天然裂缝成因和尺度多样以及天然裂缝干扰和影响下人工压裂缝分布复杂;②天然裂缝模型实现了对裂缝系统几何形态和分布的有效细致描述,人工压裂缝模型能较好地体现人工裂缝分布状况及压裂改造体积,通过逐级融合叠加页岩气藏构造和小层发育模型、多种基质属性参数模型、多尺度天然裂缝模型及其约束下的人工压裂缝模型,可以完成页岩气藏综合地质模型的建立;③气井生产史拟合结果显示,在井底压力误差小于3.3%的情况下,所建立的页岩气藏综合地质模型是可靠的。     

涪陵页岩气田江东区块裂缝预测研究

天然裂缝的发育程度对页岩气的富集程度与压裂改造效果有非常重要的影响,如何准确地识别、预测天然裂缝对页岩气开发至关重要。通过对涪陵页岩气田江东区块五峰组—龙马溪组页岩气储层开展裂缝预测研究,采用改进的地震分偏移距高精度曲率预测方法,开展了页岩气储层的裂缝预测,最终明确了该区页岩气储层三维空间内的天然裂缝分布特征,为水平井的部署设计和开发生产提供了依据。     

叠后地震属性在页岩气井区裂缝带预测上的应用

基于地震资料的叠后地震属性的裂缝预测方法,是当前了解生产井区断裂发育情况最常用手段。通过对断层和裂缝相关关系进行论述,简要梳理叠后地震属性原理,指出不同属性的优缺点,最后以川南自贡页岩气井区215H3平台地震资料为基础,利用各种叠后地震属性对研究区O3w顶断裂及裂缝带进行了预测,取得一定的应用效果。     

页岩气水平井多段压裂产能影响因素数值模拟研究

页岩气作为一种重要的非常规能源,具有资源潜力大,开采寿命长等优点。目前只在美国和加拿大取得了成功开发。由于页岩气储层物性差,自然压力低,开发难度大等特点,商业开发页岩气的关键在于水平钻井和压裂技术的突破。水平井多段压裂技术形成裂缝网络,增大了渗流面积,减少了渗流阻力,提高了水平井产能,能十分有效提高页岩气产能,取得工业开采成功。本文运用Eclipse数值模拟软件中煤层气、双重介质等模块建立了数学模型,对页岩气储层裂缝系统与产能关系进行研究。考察了裂缝系统的渗透率、裂缝传导率、裂缝间距、裂缝半长、裂缝条数对水平井压裂后产能的影响。能有效优化和指导页岩气水平井多段压裂施工,预测产能。     

川南页岩地层裂缝地震物理模拟及敏感属性分析

四川盆地南部龙马溪组页岩气资源潜力大，但页岩地层裂缝发育，对页岩气的保存条件具有较大影响，在页岩气工程开发过程中容易造成井间压窜，给页岩气的勘探和开发带来困难。针对LZ区块FJ向斜构造进行地震物理模拟研究，依据目标工区地质模式、地震解释结果及裂缝发育特征设计地震物理模型，在目标地层中设计具有不同参数的裂缝带，进行地震物理模型制作和数据采集，开展裂缝带的地震波场响应特征分析，并对物理模型的地震数据进行处理和反演，开展裂缝预测研究。叠前地震反演结果表明，经过优选叠前裂缝预测方法，可利用阻抗因子F和AVO梯度等敏感参数预测裂缝密度，利用纵波阻抗、λρ和AVO截距等敏感参数预测裂缝倾角。利用地震物理模型技术分析裂缝参数对应的地震响应特征，可检验不同裂缝预测方法的有效性，为目标工区的页岩地层裂缝预测和综合解释提供依据。     

建南地区侏罗系东岳庙段页岩气地震预测方法研究

针对建南地区下侏罗统自流井组东岳庙段(J1zl3)页岩的基本地质特点,结合钻井及测井资料,明确了优质页岩层段的岩性组合及其地震响应特征,利用波形分类技术预测出研究区的岩性、岩相变化特征;通过叠后波阻抗反演技术预测了优质页岩厚度在35~55m,结果与实钻情况基本符合;采用频谱衰减技术对优质页岩的含气性进行了预测,并结合波形分类预测结果,综合评价认为研究区西-西北及背斜北高点为含气有利区域;利用相干体、方差体及蚂蚁体等技术开展了优质页岩的裂缝预测,明确了裂缝的发育有利区,为后期井位部署及压裂提供了基础依据。通过上述研究,形成了一套适用于建南地区J1zl3页岩气地震预测方法,为该区的页岩气勘探提供技术支撑。     

裂缝储层地震预测技术在南川页岩气工区的应用

本文以南川地区页岩气勘探开发为例,介绍三维地震属性随方位角变化分析(裂缝分析)技术,预测三维覆盖区内志留系龙马溪组优质页岩段高角度裂缝发育程度不高,为该区页岩气勘探开发提供了重要依据。     

裂缝型储层预测技术优选——以涪陵地区侏罗系大安寨段为例

通过对涪陵地区沉积相带的展布规律、地质构造特征和已知井的钻井资料及试气情况的综合分析,发现研究区目的层大安寨段具有低孔低渗、高产气、裂缝发育的特点。采用叠后及叠前地震资料开展的裂缝型储层研究结果,进而对大安寨段进行裂缝预测。通过对比各种方法取得的实际效果,从中优选出蚂蚁追踪技术和基于叠前各向异性的裂缝检查技术,能够为该区裂缝的综合描述和寻找裂缝发育带提供有效的依据。     

页岩气储层综合表征技术研究进展——以涪陵页岩气田为例

页岩气储层综合表征技术作为页岩气勘探开发的核心技术之一,既是勘探开发评价的基础,又是工程工艺方案制定的重要参考依据。但我国页岩气勘探开发起步较晚,大规模商业开发直至2012年底焦页1井试气获工业气流后方才正式启动,加之与北美页岩气成熟开发区相比,地质地表条件复杂,因而页岩气储层综合表征技术的研究无成熟可借鉴的经验。为此,以页岩气与常规天然气储层的差异化分析为基础,重点依托涪陵页岩气田四年多来的开发实践,从沉积环境、生烃潜力、储集性、可压性及含气性等多个方面系统建立了页岩气储层的精细描述参数体系,明确了页岩气储层综合表征方法和技术手段;并进一步阐述了涪陵页岩气田五峰组-龙马溪组下部优质页岩气层段典型地质特征,可为类似页岩气田的勘探开发提供技术指导和示范借鉴。      

Chemical analyses of shale gas and conventional natural gas

Abstract

Shale gas is essentially non-traditional natural gas (NG). Shale gas can be considered an unusual alternative energy source. Shale gas production is a method of obtaining the NG trapped between deep underground rocks. Shale gas production is not economical, except for horizontal drilling and hydraulic fracturing methods. Advanced analysis of shale gaseous samples can be done using gas chromatography, mass spectrometry and other modern testing methods. The Orsat apparatus includes three absorption pipettes containing chemical solutions that absorb gases. Absorbents are a 33% by weight aqueous solution of potassium hydroxide (KOH) for carbon dioxide (CO₂), alkali pyrogallol for oxygen (O₂) and ammoniacal cuprous for carbon monoxide (CO) measurement. Oxygen is absorbed in alkaline pyrogallol or in a chromous solution. Shale gas can be analyzed best gas chromatographically. The capillary column can be separated from all the hydrocarbons and their isomers by alumina, which is used as a stationary phase in the gas chromatographic column, because alumina is highly selective for hydrocarbons. Silica is a specific adsorbent that exhibits greater applicability for hydrocarbons. The chemical contents of shale gas are similar to those of the conventional NG. The processing, transfer and storage and distribution of shale gas are assumed to be similar to the conventional NG.     

页岩气储层蠕变特性及其对页岩气开发的影响

页岩气储层渗透率极低,必须经过压裂改造才能形成有效产能,大量狭小自支撑裂缝在天然气解吸及流动中具有重要作用。页岩气储层生产周期长,人工裂缝导流能力对裂缝变形极其敏感。研究结果表明,页岩气储层具有一定的蠕变特性,并随着粘土含量的增加而增强。压裂改造后,储层会产生大量裂缝,裂缝闭合蠕变是蠕变形变的主要形式。裂缝的存在会使储层蠕变速率大幅度提高,并对裂缝导流能力产生不可忽视的影响。裂缝闭合蠕变速率与裂缝界面之间、裂缝界面与支撑剂间的相互作用有关,并与基质蠕变速率成正比。压裂改造形成的裂缝网络越发育、单裂缝宽度越小,蠕变对裂缝导流能力的影响越大。在页岩气数值模拟中,考虑裂缝闭合蠕变的累积产量与未考虑裂缝闭合蠕变的累积产量相差较大。同时,在地应力计算、储层可改造性、支撑剂和施工参数优选以及生产方式的选择等方面也应考虑蠕变的影响,保持流体压力有利于减小蠕变形变,维持裂缝导流能力,提高气井产能和采收率。     

页岩基质扩散流动对页岩气井产能的影响

本文的目的是对页岩基质中流体的流动进行详细的描述,从而改进压裂页岩气藏的产能模型。本文提出了一个考虑页岩基质中达西流和扩散流的双重流动机理模型,得出了模型的无因次Laplace空间解。结果表明,当基质的渗透率接近纳达西范围时,流动仅在基质的表面附近进行;在现实的生产中,基质颗粒中心是不参与生产的;当基质的渗透率接近纳达西范围时,基质颗粒的表面以达西流动为主,而基质颗粒的中心以扩散流为主;忽略基质中的扩散流动将严重低估气井的产量,并且渗透率越低,估算的误差越大。     

页岩气成藏模式研究

通过将页岩气与煤层气、深盆气的成藏条件进行对比,总结了页岩气藏的物质来源、储集条件、运聚条件、成藏要求与保存条件,建立了页岩气成藏模式。将页岩气成藏分为早期运聚成藏、中期原地聚集成藏和晚期裂缝调整成藏3个阶段,并结合实例分析了页岩气各阶段的成藏特征。在与美国页岩气藏储集参数分析、对比的基础上,对页岩气的3种成藏模式进行了总结。早期运聚成藏阶段主要生成生物气,气体主要以游离相和溶解相的形式运移至构造高部位,保存于泥页岩原生孔隙中;中期原地聚集成藏阶段页岩开始大量生成热解气和裂解气,并在不同的构造部位形成异常压力体系,页岩气主要表现为原地聚集,气体主要保存于次生孔隙和少量原生孔隙和微裂缝中;晚期裂缝调整成藏阶段主要生成干气,页岩内部构造及成岩裂缝大量发育,相对封闭的压力体系遭到破坏,裂缝沟通不同的封闭体系,页岩气可调整成藏,由构造低部位向高部位短距离运移。     

页岩含气量评价方法

作为页岩气资源勘探评价的核心基础,含气量的评价一直作为关键研究内容而受到高度关注。页岩气的成藏和富集是一个动态地质过程,游离和吸附状态天然气的同时存在及比例变化,导致了页岩中天然气赋存状态的复杂性。页岩含气机理与煤层气差异较大,直接和间接成因的页岩气类型各具不同的页岩油气形成条件和含气特点。垂向上的页岩含气相关指征曲线变化特点,可提供更多的沉积、含气及保存等信息。页岩含气量的获得方法可划分为6种基本类型,归属于3个可信度梯度级别,其中的现场解析法是含气量获取方法中的重要方法。在现场解析的升温过程中,只有当岩心在加热至地层温度前见解吸气者,通过线性或多项式逆向回归法计算出来的损失气量才具有明确物理意义。页岩的含气量受页岩的生气能力和强度控制,损失气、解吸气及残余气分别与吸附气和游离气存在内在联系。页岩吸附含气量和总含气量是页岩含气量地质评价中的重要参数,页岩气中游离气的占比不仅能反映页岩中天然气的赋存状态,而且更指示了页岩气的可采性。同时满足总含气量和游吸比双高目标的评价对象,是页岩气的有利目标。含气量、游吸比及可采系数等含气结构参数的同时使用,有助于更准确地进行页岩气评价。机器学习和大数据分析等提高了数据处理工作效率,智能评价是页岩含气量评价研究未来发展的重要方向。     

页岩含气量理论图版

页岩含气量主要包括游离气含量和吸附气含量,其中游离气含量的影响因素有孔隙度、含气饱和度、密度、压力、温度等,而影响吸附气含量的因素有有机碳含量、有机质成熟度、压力、温度等。不同有机质类型的页岩吸附能力（吸附量/有机碳含量）差别较大,且Ⅲ型＞Ⅱ型＞Ⅰ型,并分别建立了游离气含量和吸附气含量的计算公式。为了快速、准确地获取页岩含气量,分析并筛选了页岩含气量主控关键参数,基于含气量理论计算公式等相关理论计算得出不同有机质类型的页岩含气量图版。总体上,页岩含气量随深度增加而变大,但变大趋势逐渐降低。页岩含气量图版理论值与页岩现场测试含气量相关性拟合表明图版具有广泛的实用性。在页岩气勘探初期地质参数较少的情况下,页岩含气量图版的建立从理论上预测含气量,为合理评价页岩气资源潜力和预测有利区提供了依据。     

美国页岩气压裂增产技术

页岩气是非常规气勘探开发的重要领域,并在美国取得了巨大成功。页岩气以吸附或游离状态为主要存在形式,形成于暗色高碳泥质烃源岩中。页岩气藏是典型的非常规天然气藏,它具有低渗透、生产周期长和开采寿命长的特点。页岩气作为一种高效、清洁的能源,其中蕴藏着巨大的经济和环境效益。美国页岩气开发采用了先进的压裂增产技术,页岩气产量逐年提高。水力压裂技术的改进主要是指各种压裂技术的涌现,如分段压裂技术、重复压裂技术、同步压裂技术和清水压裂技术等。     

页岩气产量递减规律研究

页岩气藏的渗透率极低,储层流体流动性较差,气井产能较低,其产量递减规律有别于常规气藏。研究页岩气产量递减规律,对预测气田未来产量变化与最终开发指标及指导开发措施调整等均有重要意义。以美国德克萨斯州 Haynesville 与 Barnett 页岩气田单井生产动态为例,研究了层状硅质-钙质页岩与层状硅质页岩两大类页岩气田的产量递减规律,分析了复合递减模型以及广义双曲型曲线用于页岩气研究时参数发生的变化及其影响因素。通过 Arps 广义双曲递减法与复合递减模型法应用的对比表明,层状硅质-钙质页岩与层状硅质页岩两大类页岩气田产量变化规律有较大差异。