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黔北牛蹄塘组页岩气组成特征及富氮机理

地质学报 2024年第6期98卷 1867-1879页

作者：沈仲辉李希建张胜跃周令剑赖欢江西理工大学应急管理与安全工程学院江西赣州341000 贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 西安石油大学电子工程学院陕西西安710065 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044

贵州黔北地区页岩气资源储量丰富,主要目的层为牛蹄塘组和龙马溪组两套富有机质烃源岩,具有良好的生烃物质基础及潜力,但气井测试显示牛蹄塘组页岩气中氮气含量普遍超过80%,甲烷含量低。针对这一现象,开展了页岩气气体组分和碳氢同位素... 详细信息

贵州黔北地区页岩气资源储量丰富,主要目的层为牛蹄塘组和龙马溪组两套富有机质烃源岩,具有良好的生烃物质基础及潜力,但气井测试显示牛蹄塘组页岩气中氮气含量普遍超过80%,甲烷含量低。针对这一现象,开展了页岩气气体组分和碳氢同位素测试,分析了页岩气井中CH_(4)、CO_(2)和N_(2)的来源;结合页岩地球化学特征、区域地质背景和构造特征、岩芯裂缝分布、深部岩浆热液活动以及典型页岩气井解剖,探讨了黔北牛蹄塘组页岩气井富氮机理。研究发现:黔北地区区域地质构造复杂,储层受多期次构造运动影响,断层和裂缝发育;牛蹄塘组页岩岩芯裂缝多被方解石充填,说明该地区曾经岩浆热液活动较为频繁;不同构造带页岩含气量差异明显,氮气含量高,甲烷含量低,具有一定的区域普遍性;页岩气中的CH_(4)属于有机成因热裂解气,CO_(2)是有机质热转化过程中形成的,N2的来源与成熟(特别是高成熟)阶段有机质热氨化作用和深部地壳、上地幔岩浆热液沿着断裂带入有关。构造相对稳定、断层裂缝不发育和岩浆热液活动不频繁的古隆起区域为页岩气开发的优选方向,研究成果可以为牛蹄塘组页岩气成藏机理及后续的资源评价和勘探部署提供理论指导。

关键词：页岩气黔北地区氮气来源气体组分同位素

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含层理页岩水压致裂特性及对破裂压力的启示

煤炭科学技术 2023年第11期51卷 119-128页

作者：沈仲辉周令剑李希建张胜跃周雷江西理工大学应急管理与安全工程学院江西赣州341000 贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 西安石油大学电子工程学院陕西西安710065 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044

水力压裂是页岩气开发中常用的储层改造技术,破裂压力的准确预测对于现场压裂施工设计至关重要。为探究页岩层理对水力压裂的影响机制,以四川长宁地区黑色页岩为研究对象,对含层理的页岩进行巴西劈裂抗拉强度测试,利用GCTS岩石力学试验... 详细信息

水力压裂是页岩气开发中常用的储层改造技术,破裂压力的准确预测对于现场压裂施工设计至关重要。为探究页岩层理对水力压裂的影响机制,以四川长宁地区黑色页岩为研究对象,对含层理的页岩进行巴西劈裂抗拉强度测试,利用GCTS岩石力学试验机开展不同层理角度下页岩的水压致裂试验,结合X射线CT机和三维扫描仪对页岩的扩展形态及裂缝表面粗糙度进行表征,并对页岩水力压裂的破裂压力进行分析。结果表明:(1)页岩的抗拉强度随层理角度变化呈先减后增的变化趋势,各向异性明显;(2)层理的存在对页岩水力压裂的破裂压力影响较大,不同层理角度条件下页岩水力压裂的破裂压力与抗拉强度的变化规律相似,在30°最小,90°最大;(3)层理面对水力压裂裂缝扩展的影响较小,主要是拉伸破坏产生的单裂缝,裂缝面粗糙度较高且与层理方向无关;(4)通过数值仿真确定了压裂井筒塑性区的存在,解释了试验中观察到异常高的破裂压力,说明水力压裂裂缝起裂后存在一定的临界起裂特征长度,岩石需要经过裂纹孕育阶段才能完全破裂,不同层理角度页岩通过临界起裂特征长度来影响起裂压力,采用新的模型能较好预测页岩水力压裂的破裂压力。研究结果对于了解深部页岩裂缝起裂扩展机理、压裂施工设计等具有一定的参考意义。

关键词：页岩气开发水压致裂页岩层理破裂压力抗拉强度扩展形态裂缝粗糙度

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层理和临界长度对页岩水力压裂的影响研究

地下空间与工程学报 2023年第S1期19卷 192-200,218页

作者：赖欢沈仲辉周雷李晓程重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044 江西理工大学应急管理与安全工程学院江西赣州341000

准确预测水力压裂起裂压力对页岩储层改造工程具有重要意义。页岩层理强度弱于基质,会对起裂压力产生影响,但其起裂机制还需进一步研究;此外现有考虑临界长度的起裂压力预测模型未基于力学原理描述井筒壁面的弹塑性响应,不具备内插外推... 详细信息

准确预测水力压裂起裂压力对页岩储层改造工程具有重要意义。页岩层理强度弱于基质,会对起裂压力产生影响,但其起裂机制还需进一步研究;此外现有考虑临界长度的起裂压力预测模型未基于力学原理描述井筒壁面的弹塑性响应,不具备内插外推能力。因此,开展了层理和临界长度对页岩水力压裂起裂压力影响的实验和模型研究。具体结论如下:(1)页岩的起裂压力和临界长度随层理角度变化呈先减后增的变化;(2)层理角度未影响裂缝张拉起裂机制,但通过影响临界长度来影响起裂压力;(3)起裂压力随临界长度增加呈线性增加,随着储层埋深增加塑性增强,必须考虑临界长度对起裂压力的影响。研究成果可为页岩气水力压裂工程设计提供理论指导。

关键词：页岩水力压裂层理角度起裂压力临界长度

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层理页岩水压致裂特性及对破裂压力的启示

煤炭科学技术 2023年

作者：沈仲辉周令剑李希建张胜跃周雷重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室江西理工大学应急管理与安全工程学院贵州大学矿业学院西安石油大学电子工程学院

水力压裂是页岩气开发中常用的储层改造技术，破裂压力的准确预测对于现场压裂施工设计至关重要。为探究页岩层理对水力压裂的影响机制，以四川长宁地区黑色页岩为研究对象，对含层理的页岩进行巴西劈裂抗拉强度测试，利用GCTS岩石力学... 详细信息

水力压裂是页岩气开发中常用的储层改造技术，破裂压力的准确预测对于现场压裂施工设计至关重要。为探究页岩层理对水力压裂的影响机制，以四川长宁地区黑色页岩为研究对象，对含层理的页岩进行巴西劈裂抗拉强度测试，利用GCTS岩石力学试验机开展不同层理角度下页岩的水压致裂试验，结合X射线CT机和三维扫描仪对页岩的扩展形态及裂缝表面粗糙度进行表征，并对页岩水力压裂的破裂压力进行分析。根据研究，得到的主要结论如下：（1）页岩的抗拉强度随层理角度变化呈先减后增的变化趋势，各向异性明显；（2）层理的存在对页岩水力压裂的破裂压力影响较大，不同层理角度条件下页岩水力压裂的破裂压力与抗拉强度的变化规律相似，在30°最小，90°最大；（3）层理面对水力压裂裂缝扩展的影响较小，主要是拉伸破坏产生的单裂缝，裂缝面粗糙度较高且与层理方向无关；（4）通过数值仿真确定了压裂井筒塑性区的存在，这也解释了试验中观察到异常高的破裂压力，说明水力压裂裂缝起裂后存在一定的临界起裂特征长度，岩石需要经过裂纹孕育阶段才能完全破裂，不同层理角度页岩通过临界起裂特征长度来影响起裂压力，采用新的模型能较好预测页岩水力压裂的破裂压力。研究结果对于了解深部页岩裂缝起裂扩展机理、压裂施工设计等具有一定的参考意义。

关键词：水压致裂页岩层理破裂压力抗拉强度扩展形态裂缝粗糙度

黔西北构造煤与原生结构煤孔隙结构对吸解特性影响实验研究

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采矿与安全工程学报 2017年第1期34卷 170-176页

作者：李希建沈仲辉刘钰许石青贵州大学矿业学院复杂地质矿山开采安全技术工程中心瓦斯灾害防治与煤层气开发研究所贵州贵阳550025

以黔西北青龙煤矿和小屯煤矿的构造煤和原生结构煤为研究对象,利用全自动氮吸附仪分别测得煤样的液氮等温吸解曲线。根据BJH法分别绘制了煤样的孔径分布图,对比了构造煤和原生结构煤孔隙结构对吸解特性的影响。结果表明:构造煤的BET比... 详细信息

以黔西北青龙煤矿和小屯煤矿的构造煤和原生结构煤为研究对象,利用全自动氮吸附仪分别测得煤样的液氮等温吸解曲线。根据BJH法分别绘制了煤样的孔径分布图,对比了构造煤和原生结构煤孔隙结构对吸解特性的影响。结果表明:构造煤的BET比表面积、孔容均大于原生结构煤,构造煤的孔直径小于原生结构煤;在相同压力条件下,构造煤的解吸量与吸附量之差明显大于原生结构煤;构造煤的解吸量和解吸速度均大于原生结构煤;构造煤和原生结构煤的等温吸附线均具有Ⅱ类等温吸附线的特征;在相对压力约为0.4~0.5时,构造煤与原生结构煤解吸曲线均出现一个较大的拐点;构造煤与原生结构煤吸附与解吸均出现"滞后"现象,且构造煤脱附时很难达到吸附起始点,构造煤比原生结构煤存在更多"墨水瓶"型微孔;构造煤的微孔主要集中在2~3nm左右,原生结构煤的微孔主要集中在4 nm左右;黔西北煤的解吸空间主要集中在大于3~4 nm的微孔孔隙。

关键词：构造煤原生结构煤孔隙结构吸解特性实验研究

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黔北凤冈地区牛蹄塘组页岩气勘探与开发潜力

天然气工业 2016年第12期36卷 72-79页

作者：李希建沈仲辉李维维黄海帆贵州大学矿业学院复杂地质矿山开采安全技术工程中心

黔北凤冈地区为页岩气重要目的层——下寒武统牛蹄塘组的典型分布区块之一,为分析其页岩气储集与开采条件,以该组页岩样品为研究对象,采用X射线衍射、扫描电镜、液氮低温吸附和核磁共振等方法进行实验测试。结果表明：（1）黔北凤冈地... 详细信息

黔北凤冈地区为页岩气重要目的层——下寒武统牛蹄塘组的典型分布区块之一,为分析其页岩气储集与开采条件,以该组页岩样品为研究对象,采用X射线衍射、扫描电镜、液氮低温吸附和核磁共振等方法进行实验测试。结果表明：（1）黔北凤冈地区下寒武牛蹄塘组页岩矿物组成以石英为主,脆性矿物含量高,黏土矿物含量低,黏土矿物以伊利石为主;（2）页岩孔隙以有机质纳米级孔、矿物溶蚀孔、矿物晶间孔、铸模孔为主,大量发育闭合—半闭合微裂隙;（3）液氮吸附实验表明页岩的比表面积和孔体积都较大,吸附脱附曲线存在H2型滞后环,页岩内部存在大量“墨水瓶”形孔隙,微孔是页岩比表面积和孔体积的主要贡献者;（4）核磁共振实验反映页岩孔隙的连通性差,所测的页岩孔径分布与液氮吸附实验孔径分布具有一致性,即页岩孔径主要分布在3-10 nm之间。结论认为,黔北牛蹄塘组储层条件有利于页岩气储集与压裂,页岩气开采条件较好。

关键词：贵州北部凤冈地区早寒武世页岩气储集条件开采条件 X射线衍射扫描电镜液氮低温吸附核磁共振

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贵州牛蹄塘组页岩气储集机理研究

贵州牛蹄塘组页岩气储集机理研究

作者：沈仲辉贵州大学

学位级别：硕士

随着社会的发展,人们对能源的依赖越来越严重,化石能源如石油、煤炭等资源储量有限,其利用对环境的污染较严重,且不可再生。页岩气作为一种非常规油气资源,其在我国储量丰富,贵州牛蹄塘组页岩分布广泛,厚度大,有机质丰度高,热成熟度较好... 详细信息

随着社会的发展,人们对能源的依赖越来越严重,化石能源如石油、煤炭等资源储量有限,其利用对环境的污染较严重,且不可再生。页岩气作为一种非常规油气资源,其在我国储量丰富,贵州牛蹄塘组页岩分布广泛,厚度大,有机质丰度高,热成熟度较好,是页岩气勘探开发的潜力区。目前,对于该地区页岩气的储集机理方面研究较少,严重制约其勘探开发,因此,对贵州牛蹄塘组页岩气储集机理进行研究显得尤为重要。本文以贵州遵义凤冈、黔东南岑巩、黔西北大方下寒武统牛蹄塘组黑色页岩为研究对象,在资料收集和分析整理的基础上进行样品采集、样品测试、测试结果分析等工作,对研究区牛蹄塘组黑色页岩分布层位、构造特征和沉积环境进行了归纳,对研究区页牛蹄塘岩的生气条件和储集空间特征等特征进行了系统研究,并对黑色页岩保存条件和高含氮气进行探讨。研究表明:(1)贵州地层发育齐全。根据页岩岩层及构造特征,将贵州省划分为5个富有机质页岩发育区。牛蹄塘组总厚度及富有机质页岩段厚度受展布控制明显。沉积环境由陆棚浅水海域向陆棚深水海域沉积过渡。由西向东总体沉积环境展布为:浅水陆棚相→深水陆棚相→斜坡相→盆地相。构造单元为扬子准地台和华南褶皱带。(2)研究区牛蹄塘组黑色页岩有机质丰度较高,原始有机碳含量在3.28%.5%之间,平均值为4.97%。研究区及其邻区有机碳值在5.0%.5%之间。有机碳含量较高。研究区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩镜质体反射率(Ro)为0.692%.112%,平均为2.072%,热演化程度过高。研究区下寒武统牛蹄塘组有机质来源于藻类等低等水生生物。(3)贵州牛蹄塘组黑色页岩以石英和粘土矿物为主,次要矿物有黄铁矿、白云石、钾、钠长石和方解石。页岩内部有机质丰富,有机质孔隙发育大量发育长石溶蚀孔、方解石溶蚀孔、黄铁矿晶间孔、铸模孔、粒间孔、构造裂隙和收缩裂隙。页岩的比表面积和孔体积都很大,有机质纳米级孔是页岩孔比表面积和孔体积的主要贡献者,等温吸附线具有第Ⅱ类等温吸附线的特征,吸附解吸曲线存在H2型滞后环,页岩内部存在大量"墨水瓶"型孔隙。核磁共振实验测得页岩孔隙的连通性差,页岩内部孔隙以微孔隙为主。(4)贵州牛蹄塘组黑色页岩经历了印支、燕山、东吴等不同时期的构造运动,使得页岩储层保存条件遭到破坏,发育大量裂缝。通过对典型页岩气井解剖,发现牛蹄塘组储层方解石充填裂缝普遍发育,结合热液矿床及包裹体分析,认为氮气可能与后期岩浆热液活动顺断层带入有关。

关键词：页岩气牛蹄塘组生气条件储集空间保存条件

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贵州页岩气勘探开发现状

煤炭技术 2017年第1期36卷 104-106页

作者：沈仲辉李希建贵州大学矿业学院贵阳550025 复杂地质矿山开采安全技术工程中心贵阳550025 贵州大学瓦斯灾害防治与煤层气开发研究所贵阳550025

贵州页岩气资源丰富,为分析其页岩气勘探开发现状,促进贵州省页岩气的开发,对贵州页岩气资源潜力、分布特点、开发政策及开发进展进行了说明;分析了页岩气沉积环境、构造特征及地化特征等对贵州页岩气开发认识;最后对贵州页岩气的勘探... 详细信息

贵州页岩气资源丰富,为分析其页岩气勘探开发现状,促进贵州省页岩气的开发,对贵州页岩气资源潜力、分布特点、开发政策及开发进展进行了说明;分析了页岩气沉积环境、构造特征及地化特征等对贵州页岩气开发认识;最后对贵州页岩气的勘探开发提出了相关建议。

关键词：贵州省页岩气勘探开发

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基于改进的最小二乘法瓦斯涌出量预测

工业安全与环保 2017年第1期43卷 88-90,95页

作者：沈仲辉李希建贵州大学矿业学院贵阳550025 复杂地质矿山开采安全技术工程中心贵阳550025 贵州大学瓦斯灾害防治与煤层气开发研究所贵阳550025

通过对基于绝对误差最小的传统最小二乘法与在此基础上考虑相对误差的改进最小二乘法的比较,得知改进的最小二乘法预测更为准确。现场应用于鹤壁四矿的相对瓦斯涌出量随深度变化的预测,建立了瓦斯涌出量预测模型,通过预测值与实际值比较... 详细信息

通过对基于绝对误差最小的传统最小二乘法与在此基础上考虑相对误差的改进最小二乘法的比较,得知改进的最小二乘法预测更为准确。现场应用于鹤壁四矿的相对瓦斯涌出量随深度变化的预测,建立了瓦斯涌出量预测模型,通过预测值与实际值比较,证明改进的最小二乘法预测鹤壁四矿瓦斯涌出量是可行的、有效的,对指导煤矿安全生产具有重要意义。

关键词：最小二乘法绝对误差相对误差瓦斯涌出量预测