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龙马溪组页岩数字岩心LSM-RVM数值建模方法研究及TOC含量影响分析

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地球物理学报 2020年第7期63卷 2774-2785页

作者：刘宁符力耘曹呈浩刘建林北京化工大学机电工程学院北京100029 中国石油大学(华东)深层油气重点实验室青岛266580 南京工业大学交通运输工程学院南京210009

页岩气储层中含有大量有机碳(TOC),其丰度与成熟度对页岩力学特性有重要影响.建立包含TOC的精细数值模型,将有助于探索页岩微结构与矿物组分含量对等效弹性模量的作用程度,是"甜点区"预测的重要理论基础.本文提出了一种离散数值建模方法... 详细信息

页岩气储层中含有大量有机碳(TOC),其丰度与成熟度对页岩力学特性有重要影响.建立包含TOC的精细数值模型,将有助于探索页岩微结构与矿物组分含量对等效弹性模量的作用程度,是"甜点区"预测的重要理论基础.本文提出了一种离散数值建模方法,基于高精度成像技术,采用晶格弹簧-随机孔隙耦合模型(LSM-RVM)模拟包含多种矿物组分及不同成熟度干酪根的数字岩心,分析TOC成熟度及含量对弹性参数的影响.在该模型中,参数设置(数值阻尼与加载应变速率)至关重要,选取不当会对计算精度造成一定影响.研究结果表明,LSM-RVM能够生成符合TOC及多种矿物实际分布特征的数值模型,是一种精细数值建模方法.

关键词：龙马溪组页岩 TOC含量数字岩心晶格弹簧模型(LSM) 随机孔隙模型(RVM) 弹性模量

龙马溪组页岩微观结构、地震岩石物理特征与建模

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地球物理学报 2015年第6期58卷 2123-2136页

作者：邓继新王欢周浩刘忠华宋连藤王绪本油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学) 成都610059 成都理工大学地球物理学院地球物理系成都610059 中石油勘探开发研究院测井与遥感所北京102249

龙马溪组页岩是目前国内页岩气勘探的主要层位之一.由于岩石物理实验结果具有区域性,龙马溪组页岩的岩石特征与其地震弹性性质的响应规律需要开展相关的实验和理论研究工作予以明确.本研究基于系统的微观结构观察(扫描电镜和CT成像技术... 详细信息

龙马溪组页岩是目前国内页岩气勘探的主要层位之一.由于岩石物理实验结果具有区域性,龙马溪组页岩的岩石特征与其地震弹性性质的响应规律需要开展相关的实验和理论研究工作予以明确.本研究基于系统的微观结构观察(扫描电镜和CT成像技术)和岩石物理实验来分析龙马溪组页岩样品地震弹性性质的变化规律,并依据微观结构特征建立相应的地震岩石物理表征模型.研究结果表明,石英含量对龙马溪组页岩的孔隙度以及有机碳(TOC)含量具有一定的控制作用,TOC和黄铁矿主要赋存于孔隙中;岩石骨架组成亦受控于石英或粘土含量,在石英含量大于40%(对应粘土含量小于30%)时,以石英、粘土共同作为岩石骨架,而粘土含量大于30%时,则以粘土作为岩石的骨架.因此,岩石骨架组成矿物、TOC含量、孔隙度共同制约龙马溪组页岩的地震弹性性质,富有机质储层岩石通常表现出低泊松比、低阻抗和低杨氏模量的特征,但由于支撑矿物的转换,某些富有机质页岩亦可表现为高阻抗特征.粘土矿物的定向排列仍然是造成页岩样品表现出各向异性的主要原因,各向异性参数与粘土含量具有指数关系.基于龙马溪组页岩的岩性特征及微观结构特征,可以利用自洽模型(SCA)、微分等效模量模型(DEM)和Backus平均模型的有效组合较为准确地建立龙马溪组页岩的地震岩石物理模型,实验结果和测井数据验证了模型的准确性.研究结果可为龙马溪组页岩气储层的测井解释和地震"甜点"预测提供依据.

关键词：龙马溪组页岩微观结构岩石物理特征岩石物理模型

龙马溪组页岩数字岩心动态法弹性等效数值建模

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地球物理学报 2020年第7期63卷 2786-2799页

作者：简世凯符力耘王志伟韩同城刘建林中国石油大学(华东)深层油气重点实验室青岛266580 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院青岛266580 中国科学院油气资源研究重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

数字岩心是计算岩石弹性性质的一类常用方法.龙马溪组页岩具有多矿物构成、复杂微结构和强非均质等特征,常规岩石物理的弹性等效解析建模局限性较大,目前流行的静态数值等效建模方法的精度有限.本文基于高分辨率的页岩数字岩心数据,采... 详细信息

数字岩心是计算岩石弹性性质的一类常用方法.龙马溪组页岩具有多矿物构成、复杂微结构和强非均质等特征,常规岩石物理的弹性等效解析建模局限性较大,目前流行的静态数值等效建模方法的精度有限.本文基于高分辨率的页岩数字岩心数据,采用多阈值分割方法将数字岩心分解为黏土、石英、孔隙、TOC、长石类、黄铁矿类等六种矿物类型;利用矿物组分等效模量法计算各类矿物的弹性模量;采用二元函数分水岭方法表征不同压力下的岩石孔隙变形和颗粒接触关系变化;通过取向分布函数(ODF)定量分析矿物颗粒展布造成的各向异性特征.最后基于Biot孔弹方程,采用不分裂卷积完全匹配层(CPML)旋转交错网格有限差分法模拟不同压力下弹性波在数字岩心中的传播.以未加压的数字岩心为参考模型,计算不同压力下弹性波走时的平均时间差,进而估算各压力点的数字岩心等效速度.与该岩心样品的超声实验测量速度比较,动态法数值计算结果略偏高,据此校正数值计算过程中表征岩石微结构及颗粒接触关系随压力变化的二元函数,有效改善动态法弹性等效数值建模精度.

关键词：龙马溪组页岩数字岩心动态法弹性等效数值建模 Biot孔弹方程有限差分模拟

龙马溪组页岩不同显微形态有机质成因及其勘探潜力探讨

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岩矿测试 2020年第2期39卷 199-207页

作者：刘振庄白名岗杨玉茹张聪王向华陈娟谢婷方立羽秦丽娟中国地质大学(北京)能源学院北京100083 中国地质调查局非常规油气地质重点实验室北京100029 中国地质调查局油气资源调查中心北京100029

有机质是页岩中最重要的组分,有机孔更是页岩气重要的储集空间,以扫描电镜为主流的微观分析检测技术成为页岩研究的重要手段,目前对有机质的综合研究正逐步成为页岩气勘探开发研究的重要内容。本次研究选取四川盆地及其外围龙马溪组富... 详细信息

有机质是页岩中最重要的组分,有机孔更是页岩气重要的储集空间,以扫描电镜为主流的微观分析检测技术成为页岩研究的重要手段,目前对有机质的综合研究正逐步成为页岩气勘探开发研究的重要内容。本次研究选取四川盆地及其外围龙马溪组富有机质页岩,采用氩离子抛光非镀膜样品,利用低电压近距离工作状态,对样品进行了高分辨率场发射扫描电镜检测,观察、总结了有机质显微形态,并依据其内部结构及组成特征对其生烃及储集能力进行了探讨。检测结果揭示:龙马溪组富有机质页岩中有机质主要有三种显微形态,分别是结构型沉积有机质、分异型交生有机质和填隙型运移有机质。结构型沉积有机质形成于沉积及早期成岩演化阶段,保留了部分生物结构特征或沉积定向构造;分异型交生有机质与黏土矿物交互生长并经历演化分异作用,形成了类似于岩浆岩中的“花岗结构”;而填隙型运移有机质形成于晚成岩有机质高演化阶段,为液态烃充填于自生矿物晶间,其周边矿物具有自形特征。龙马溪组页岩以填隙型运移有机质和分异型交生有机质为主,二者都发育丰富的有机质孔隙(孔径10~300nm),是龙马溪组页岩优质的生气母质,并具有优质的储集性能。研究结果为我国海相龙马溪组页岩气生成理论及勘探开发评价提供了较深层次的微观信息。

关键词：龙马溪组页岩高分辨率场发射扫描电镜不同显微形态有机质成因及来源探讨生烃及储集性能

川南龙马溪组页岩可压性评价及压裂裂缝扩展地质控因

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川南龙马溪组页岩可压性评价及压裂裂缝扩展地质控因

作者：张瑛堃中国矿业大学

学位级别：硕士

页岩气储层具有低孔低渗特征,须借助于压裂技术才能获得有效产能。增产效果很大程度上取决于压裂工艺与压后裂缝的形态,而压裂裂缝的产生和扩展受到储层地质因素的影响。基于此,本文以泸州区块下志留统龙马溪组页岩为研究对象,开展矿物... 详细信息

页岩气储层具有低孔低渗特征,须借助于压裂技术才能获得有效产能。增产效果很大程度上取决于压裂工艺与压后裂缝的形态,而压裂裂缝的产生和扩展受到储层地质因素的影响。基于此,本文以泸州区块下志留统龙马溪组页岩为研究对象,开展矿物成分、孔渗特征和岩石力学参数测试等实验,选用层次分析法评价页岩的可压性,利用ABAQUS数值模拟软件对压裂裂缝的扩展规律和地质控因进行研究,得到以下认识:(1)研究区龙马溪组页岩含有石英、长石、方解石、白云石、黏土矿物和黄铁矿等矿物;页岩类型为混合质页岩和含硅/泥混合质页岩;岩石内部孔隙较发育,主要为有机孔、粒内孔、粒间孔和微裂缝,孔隙度介于1.85%～3.02%,渗透率介于12.80～17.65×10m D。(2)页岩抗拉强度介于0.95～5.05MPa,弹性模量介于19.903～21.279GPa,泊松比介于0.21～0.28,抗压强度为90.83MPa,抗剪强度为26.57MPa,粘聚力为12.00MPa,内摩擦角为29.34°。(3)页岩脆性矿物含量介于54%～69%,脆性指数介于0.339～0.484;水平应力差异系数为0.21～0.25,裂缝发育情况为中等发育,赋值为0.7,可压性指数为0.425～0.539,属于中等可压性储层。(4)结合实验与模拟得到研究区页岩存在层理面拉张破坏、基质和层理面剪切拉伸综合破坏及基质拉张破坏模式等3种劈裂模式。水力压裂裂缝扩展可分为初始断裂发生、裂缝快速扩展、平稳扩展和停泵泄压等4个阶段。(5)弹性模量与水力裂缝宽度呈负相关关系,页岩破裂压力波动变化无明显规律;泊松比与水力裂缝宽度呈弱负相关关系,破裂压力先减小后增大;最大水平主应力与缝宽呈弱正相关关系,与破裂压力呈弱负相关关系。(6)天然裂缝发育的情况下,水平应力差异系数较大时,水力裂缝穿透天然裂缝,扩展方向不变,缝宽增大;反之,水力裂缝与天然裂缝沟通,且夹角增大,天然裂缝张开程度增大。

关键词：龙马溪组页岩可压性压裂裂缝地质控因数值模拟

矿物组分对龙马溪组页岩动、静态弹性特征的影响

同方学位论文库评论

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地球物理学报 2019年第12期62卷 4833-4845页

作者：王斌邓继新刘喜武潘建国王佳庆肖顺垚油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学) 成都610059 中石化石油勘探开发研究院油气地球物理研究中心北京100728 成都理工大学地球物理学院地球物理系成都610059 中石油勘探开发研究院西北分院西部勘探所兰州730020

龙马溪组页岩是目前国内页岩气勘探的主要层位之一,其静态弹性性质是影响压裂效果的重要因素,而动态弹性性质则是页岩“甜点”地震预测的重要基础.但对龙马溪组页岩动、静态弹性特征相互关系及其影响因素缺少对比研究,致使运用动态弹性... 详细信息

龙马溪组页岩是目前国内页岩气勘探的主要层位之一,其静态弹性性质是影响压裂效果的重要因素,而动态弹性性质则是页岩“甜点”地震预测的重要基础.但对龙马溪组页岩动、静态弹性特征相互关系及其影响因素缺少对比研究,致使运用动态弹性性质进行“甜点”预测时存在不确定性.在对龙马溪组页岩样品系统动、静态性质联合测量基础上,分析了页岩样品动、静态弹性性质的变化规律,并讨论了成岩作用与动、静态弹性性质变化规律的因果关系.研究结果表明,龙马溪组页岩上下两段成岩过程存在明显差异,致使上段页岩在结构上表现为以塑性黏土颗粒作为受力骨架,而下段页岩在结构上逐渐转变为脆性石英颗粒作为受力骨架.页岩岩石结构特征的变化控制了动、静态弹性特征的整体变化规律,表现为动、静态杨氏模量、峰值强度等随石英含量的增大表现出近似“V”型的变化形式,而与钙质含量变化呈现正相关关系,与黏土含量变化表现出负相关性.上段页岩宏观力学性质受微观石英+黏土颗粒集合体弹性性质控制,应力应变曲线表现出明显塑性段,动、静态杨氏模量比大于1.4,破裂易于发生在黏土与石英颗粒边界形成宏观单剪型破裂模式,样品脆性低,且脆性变化不受石英含量的影响.下段页岩宏观力学性质受微观石英颗粒集合体弹性性质控制,应力应变曲线表现为弹性变形,动、静态杨氏模量比小于1.4,破裂发生在石英颗粒内部形成宏观劈裂型破裂模式,样品脆性高,且脆性变化与石英含量呈明显正相关关系.研究结果可为龙马溪页气储层的测井解释和地震“甜点”预测提供依据.

关键词：龙马溪组页岩动态弹性性质静态弹性性质脆性

四川盆地志留系龙马溪组页岩矿物组成与有机质赋存状态

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煤炭学报 2013年第5期38卷 766-771页

作者：张正顺胡沛青沈娟饶万祥李万茂兰州大学土木工程与力学学院甘肃兰州730000 兰州大学甘肃省西部矿产资源重点实验室甘肃兰州730000 兰州大学地质科学与矿产资源学院甘肃兰州730000

选择四川盆地长宁县双河镇下志留统龙马溪组新鲜露头剖面,在野外考察的基础上,对30个页岩样品进行光、薄片鉴定、SEM、电子探针、XRD和阴极发光分析,研究龙马溪组页岩岩石学特征、矿物组成、性质和有机质赋存状态的变化特征。分析结果显... 详细信息

选择四川盆地长宁县双河镇下志留统龙马溪组新鲜露头剖面,在野外考察的基础上,对30个页岩样品进行光、薄片鉴定、SEM、电子探针、XRD和阴极发光分析,研究龙马溪组页岩岩石学特征、矿物组成、性质和有机质赋存状态的变化特征。分析结果显示,龙马溪组页岩矿物组成为脆性(碎屑)矿物石英、长石、云母和黄铁矿;硅化和碳酸盐化作用成因的隐晶质石英(玉髓)、方解石和白云石;黏土矿物伊利石和绿泥石。划分出岩石中残留固态有机质原位的5种赋存状态,其与矿物性质具有密切关系,碎屑矿物中的解理或裂隙对页岩气的生成和运移有重要的影响,该区在成岩作用过程中可能发生过多期次的油气运移。

关键词：四川盆地龙马溪组页岩矿物组成有机质赋存状态

川东南丁山构造龙马溪组页岩构造裂缝期次及演化模式

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石油学报 2018年第4期39卷 379-390页

作者：范存辉李虎钟城秦启荣胡东风张羽何顺张玮西南石油大学地球科学与技术学院西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室中国石油塔里木油田公司中国石油化工股份有限公司勘探分公司

川东南丁山构造龙马溪组的页岩气蕴藏量巨大,裂缝对页岩气的富集及产能具有重要影响。综合利用野外露头、岩心、成像测井、包裹体分析、声发射实验以及(U-Th)/He年龄测定等,对该区构造裂缝形成期次及演化模式开展综合研究。研究表明:野... 详细信息

川东南丁山构造龙马溪组的页岩气蕴藏量巨大,裂缝对页岩气的富集及产能具有重要影响。综合利用野外露头、岩心、成像测井、包裹体分析、声发射实验以及(U-Th)/He年龄测定等,对该区构造裂缝形成期次及演化模式开展综合研究。研究表明:野外露头和岩心裂缝均主要以构造成因的剪切缝为主,以高角度、大切深、高充填为特征,据其交切关系及产状特征可划分为平面剪切缝和剖面剪切缝。龙马溪组构造裂缝可分为3期:第1期构造裂缝形成于燕山运动中—晚期(82.5~72.1 Ma),裂缝充填物主要为方解石,充填程度较高,均一温度为295.6~325.2℃,古地应力的最大有效主应力为97.06 MPa,主应力方向为135°±15°,裂缝方位主要为NWW—SEE、NNE—SSW向平面“X”型共轭剪切缝以及NE向剖面剪切缝;第2期构造裂缝形成于燕山运动末期—喜马拉雅运动中期(72.1~31.2 Ma),裂缝充填物为方解石,其次为硅质或铁质,均一温度为189.1~232.4℃,古地应力的最大有效主应力为90.71 MPa,主应力方向为45°±15°,裂缝方位主要为近SN向、NEE向平面剪切缝以及NW向剖面剪切缝;第3期构造裂缝形成于喜马拉雅运动晚期—现今(31.2~0Ma),仅形成少量的NW向剖面剪切缝,裂缝充填程度低,充填物为少量方解石,古地应力的最大有效主应力为76.55 MPa。第1期和第2期为主要的成缝期,第3期主要对前期裂缝进行叠加和改造。结合地质力学理论,最终建立了3期裂缝发育的演化模式。

关键词：龙马溪组页岩构造裂缝形成期次演化模式丁山构造

页岩分形特征及主控因素研究——以威远页岩气田龙马溪组页岩为例

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中国矿业大学学报 2020年第1期49卷 110-122页

作者：张琴梁峰梁萍萍周尚文郭为郭伟卢斌刘卫红中国石油勘探开发研究院北京100083 国家能源页岩气研发(实验)中心河北廊坊065007

为更好表征页岩孔隙结构的非均质性以及明确非均质性对页岩气富集影响作用,文中选取40块威远地区下志留统龙马溪组井下样品进行TOC,XRD衍射、低温氮气吸附以及甲烷等温吸附等一系列分析测试.从孔隙结构和矿物成分两个层次探讨了页岩分... 详细信息

为更好表征页岩孔隙结构的非均质性以及明确非均质性对页岩气富集影响作用,文中选取40块威远地区下志留统龙马溪组井下样品进行TOC,XRD衍射、低温氮气吸附以及甲烷等温吸附等一系列分析测试.从孔隙结构和矿物成分两个层次探讨了页岩分形维数的影响因素,认为页岩的分形维数受微孔发育影响.研究结果表明:页岩非均质性很强,下志留统龙马溪组龙一1亚段的1~4小层的TOC、矿物成分、孔隙度均存在较大差异,其中1小层中下部TOC、石英含量以及孔隙度值都较高.基于氮气吸附测试,采用FHH模型计算了页岩分形维数,计算结果表明页岩的分形维数介于2.590~2.750,平均值为2.670,其中1小层中下部分形维数最高,其次为3小层,2、4小层及1小层上部分形维数较小.TOC与生物石英含量控制了微孔的发育,因此高TOC与高石英含量均导致页岩分形维数增大;黏土、碳酸盐岩以及长石由于主体发育大孔,使得页岩孔径增大,故其含量的增加会导致页岩分形维数减小.1小层中下部由于具有丰富的气体物质来源(TOC)、储集空间以及保存条件(分形维数大,气体扩散解吸渗流困难)导致在1小层中下部页岩气含气量最高,另外由于脆性矿物含量高,利于压裂形成缝网,因此1小层中下部为最有利的页岩气甜点段.

关键词：龙马溪组页岩非均质性分形特征主控因素威远页岩气田