黔北岑巩区块下寒武统牛蹄塘组页岩储层裂缝表征与控气作用
发布时间：2021-02-12 22:38
我国南方海相页岩具有形成时代老、构造期次多等特点,页岩储层裂缝系统十分复杂,现阶段关于裂缝发育特征与活动历史的研究相对较少,裂缝对页岩气富集、保存和储层改造的相关作用不够明确。论文针对黔北岑巩区块下寒武统牛蹄塘组页岩,在文献调研、资料收集和地震解释的基础上,开展野外露头、钻井岩心和岩石薄片的不同尺度裂缝识别与精细表征,并依托大量实验测试分析寻找裂缝活动的流体地球化学证据,明确裂缝发育期次与活动历史,总结我国南方复杂构造区海相页岩裂缝控储与控气作用。结果显示岑巩区块整体表现为受北东方向半溪背斜和南西方向烂泥干背斜所加持的马鞍状构造,以发育挤压和走滑性质的断裂构造样式为主。牛蹄塘组页岩裂缝主要分为露头裂缝、岩心裂缝、微观裂缝与测井裂缝,其中岩心裂缝又主要发育有水平黄铁矿缝、顺层纤维状脉、垂直充填缝和滑脱裂缝,交切关系显示其形成时间逐次变晚。野外构造裂缝玫瑰花图和古地磁定向都显示裂缝走向主要为北北东方向,部分为北西方向,与地震资料解释的断裂方向相一致。裂缝发育模式主要有层内局限型、层间过渡型、层面活动型和复合型四类。裂缝充填矿物主要为方解石、石英、重晶石、白云石、钡解石和菱钡镁石,其次含有少...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
巴内特页岩天然裂缝对水力压裂缝的诱导作用示意图(Gale等,2006)
Gale等(2007)以巴内特页岩为例,详细表征了页岩裂缝发育特征以及阐述了天然裂缝对于水力压裂的重要性,认为被方解石等矿物充填的细小裂缝尽管不能增加页岩储层孔隙度和渗透率,但作为薄弱面可以在水力压裂时重新活化,有利于扩大压裂范围;其数量可能依照幂律大小分布,其中最大的裂缝是张开的,这样成簇分布的裂缝将改进局部页岩的渗透率;此外,由于最大水平主应力呈东北-西南方向,与发育的主要天然裂缝近于垂直(图1-1),所以在水力压裂改造时,这种匹配关系有利于扩大储层的改造范围。随着研究的深入和美国页岩气革命的进一步成功,Gale等人(2014)又通过对美国18个页岩区块的观察研究,总结了高角度裂缝、断层、平行层理缝、早期压缩缝以及结核相关缝等裂缝配置与分类,认为这些裂缝在不同的页岩中分布和排列有着明显的不同,从而构成不同的裂缝地层学;得出了影响裂缝生长的多种机制,包括差异压实,由构造运动事件引起的局部和区域应力变化,深成作用和构造抬升等,强调了页岩裂缝系统的异构性,即裂缝既可增加又可减小页岩储层的产气能力,也可增加或者减小岩石强度,对后期水力压裂也存在利弊两个方面的作用;认为埋藏史和成岩作用对裂缝属性的影响,可为裂缝预测提供比人们之前认为的更多的信息,坦承微裂缝在页岩生产中的作用目前尚不清楚,但可能至关重要,有必要加强进一步的研究工作。此外,Pollard和Aydin(1988)通过回顾过去很长时间以来人们对于天然裂缝的研究,重点从天然裂缝的几何学、运动学以及力学机制三个方面总结分析了天然裂缝的缝面特征、形状大小、间隔密度、组合模式,以及裂缝发育传播、交切关系、应力应变等特征,并对相关裂缝用语予以了规范,且提出了基于裂缝物理学特征为主的裂缝分类办法,即通过对比裂缝面间的位移方向与裂缝前端的位置关系,确定了Ⅰ型开启裂缝,Ⅱ型剪切裂缝和Ⅲ型剪切裂缝这三种类型的裂缝(图1-2),对后来研究裂缝发育特征产生了深远的影响。(2)页岩储层裂缝表征研究进展
在页岩储层裂缝预测研究方面,尽管其仍是石油地质界的世界性难题之一,目前还处于研究探索阶段,但现阶段已经形成了地震法和数值模拟法两大类广泛应用的裂缝预测方法,地质以及测井等其他裂缝预测方法由于其研究范围的限制而往往作为前两大类方法的补充与验证(刘振峰等,2012;胡向阳等,2013;杨瑞召等,2013;王军等,2013;孙炜等,2014;王洪求等,2014;汪勇等,2014;于丹平,2016;刘敬寿等,2016;仇念广,2019)。数值模拟方法主要是面向构造成因的裂缝,即当构造应力超过岩石的破裂强度,岩石便会发生破裂而产生裂缝,通常对所研究地区首先进行构造应力场的模拟,然后再以岩石破裂准则从平面或垂向预测裂缝展布,具体方法是通过对弹性体内部的单元位移分析、单元应变分析、单元应力分析等来进行数值计算,最终得出在弹性体整体在外力作用下,内部各点应力场的分布情况,从而结合应力应变预测储层裂缝的发育规律,预测的流程如图1-3所示。曾维特(2014)、丁文龙等(2016)、许云飞等(2017)、邬忠虎(2017)等众多学者对我国多个页岩气区块进行了基于数值模拟计算的裂缝分布预测研究,取得了较好的研究结果。但综合来看,数值模拟方法预测裂缝分布主要还是在地震资料解释的基础上进行,对断裂的精细刻画依赖较高,其次,边界条件、构造应力大小和方向等参数对模拟结果至关重要,而这些参数在真实地质情况中往往复杂多解,人为单一选择会导致模拟结果不准确。地震方法预测裂缝从上世纪七八十年代开始就被石油地质学家寄予厚望,伴随着科学技术的进步,发展现今基于地震资料预测裂缝的方法丰富多样,按照地震波发射性质分类主要有纵波检测方法、横波检测方法、转换波检测方法和多方位VSP检测方法等(江涛,2007),此外基于地震属性分析预测裂缝的方法也越来越受到广大石油公司和石油地质工作者的青睐,按照地震属性在描述地质特征时各自侧重的不同,又可分为相干体属性方法、曲率属性方法、蚂蚁体属性方法和地震多属性分析方法等(卢溜,2017)。孔选林等(2011)基于三维离散倾角扫描算法对川西研究区进行了最大曲率、最小曲率、最正曲率与最负曲率等多曲率体研究时,对裂缝分布带进行了精确预测并通过实际井位资料进行了验证;罗荣涛等(2016)利用蚂蚁体计算方法在相干体属性基础上对东营南坡东部沙四段碳酸盐岩进行了断裂组合关系和裂缝发育程度的相关预测,并就蚂蚁边界、追踪偏差、终止条件等关键参数进行了详细分析;王飞等(2015)利用相干体分析、曲率分析和蚂蚁体技术等叠后地震属性分析方法对渝东南页岩储层进行了综合裂缝预测,并通过与成像测井资料和岩心观察记录对比,对预测结果进行了验证(图1-4);吴奇等(2015)在对中国南方海相页岩气进行地质—工程一体化高效开发的研究时,以三维地震资料为基础,运用蚂蚁追踪技术对昭通国家级页岩气示范区黄金坝YS108区块中的中尺度裂缝进行了精细识别与表征,对后续钻井过程中成功避让天然裂缝或破碎带发育的“蚂蚁体”具有重要的导向作用,也为钻井施工提前做好了应急处理准备,保障了钻完井的顺利实施(图1-5)。综合来看,地震方法预测裂缝分布已较为成熟,结果也与实际地质与生产数据相一致,将是今后裂缝预测最为主要的方法,不过较高的地震勘探费用也会制约其广泛应用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]叠后地震多属性分析在煤层裂缝识别中的应用[J]. 仇念广. 能源与环保. 2019(07)
[2]全国油气资源战略选区调查工程进展与成果[J]. 包书景,李世臻,徐兴友,张立勤,杜治利,林拓,唐跃,张保民,魏东涛,杨建国. 中国地质调查. 2019(02)
[3]储层裂缝综合表征与预测研究进展[J]. 刘敬寿,丁文龙,肖子亢,戴俊生. 地球物理学进展. 2019(06)
[4]黔东南地区下寒武统页岩裂缝发育特征与主控因素[J]. 王濡岳,王兴华,龚大建,尹帅,付福全,陈恩. 东北石油大学学报. 2018(03)
[5]焦石坝背斜西缘龙马溪组页岩复合脉体中流体包裹体的古温度及古压力特征[J]. 李文,何生,张柏桥,何治亮,陈曼霏,张殿伟,李天义,高键. 石油学报. 2018(04)
[6]凤冈地区燕山期构造应力场数值模拟及裂缝预测[J]. 许云飞,左宇军,邬忠虎,孙文吉斌. 煤炭技术. 2017(07)
[7]四川盆地五峰组—龙马溪组页岩气富集特征与“建造—改造”评价思路[J]. 何治亮,胡宗全,聂海宽,李双建,许锦. 天然气地球科学. 2017(05)
[8]和田河气田奥陶系碳酸盐岩裂缝特征及形成期次[J]. 戴俊生,王宇坤,冯建伟,李树博,王永娟. 新疆石油地质. 2017(02)
[9]四川盆地焦石坝地区页岩裂缝发育主控因素及对产能的影响[J]. 郭旭升,胡东风,魏祥峰,李宇平. 石油与天然气地质. 2016(06)
[10]武陵山复杂构造区古生界海相油气实现重大突破[J]. 翟刚毅,包书景,庞飞,任收麦,赵福平,张福,周志,王都乐. 地球学报. 2016(06)
博士论文
[1]下寒武统牛蹄塘组页岩储层裂缝特征及分布预测研究[D]. 邬忠虎.贵州大学 2017
[2]渝东南地区下古生界页岩储层裂缝发育特征与分布预测研究[D]. 曾维特.中国地质大学(北京) 2014
[3]低渗透油藏储层裂缝预测技术研究[D]. 江涛.中国地质大学（北京） 2007
硕士论文
[1]地震多属性分析在致密储层裂缝识别中的应用[D]. 卢溜.中国石油大学(华东) 2017
[2]铜城断裂带天33断块阜二段储层裂缝定量描述[D]. 刘敬寿.中国石油大学(华东) 2016
[3]冀元1井及邻区中元古界流体包裹体与油气运移期次研究[D]. 吴迪.核工业北京地质研究院 2015
[4]南方重点片区下组合海相烃源岩演化特征及生排烃模拟[D]. 陶树.中国地质大学（北京） 2008
本文编号：3031528
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
巴内特页岩天然裂缝对水力压裂缝的诱导作用示意图(Gale等,2006)
Gale等(2007)以巴内特页岩为例,详细表征了页岩裂缝发育特征以及阐述了天然裂缝对于水力压裂的重要性,认为被方解石等矿物充填的细小裂缝尽管不能增加页岩储层孔隙度和渗透率,但作为薄弱面可以在水力压裂时重新活化,有利于扩大压裂范围;其数量可能依照幂律大小分布,其中最大的裂缝是张开的,这样成簇分布的裂缝将改进局部页岩的渗透率;此外,由于最大水平主应力呈东北-西南方向,与发育的主要天然裂缝近于垂直(图1-1),所以在水力压裂改造时,这种匹配关系有利于扩大储层的改造范围。随着研究的深入和美国页岩气革命的进一步成功,Gale等人(2014)又通过对美国18个页岩区块的观察研究,总结了高角度裂缝、断层、平行层理缝、早期压缩缝以及结核相关缝等裂缝配置与分类,认为这些裂缝在不同的页岩中分布和排列有着明显的不同,从而构成不同的裂缝地层学;得出了影响裂缝生长的多种机制,包括差异压实,由构造运动事件引起的局部和区域应力变化,深成作用和构造抬升等,强调了页岩裂缝系统的异构性,即裂缝既可增加又可减小页岩储层的产气能力,也可增加或者减小岩石强度,对后期水力压裂也存在利弊两个方面的作用;认为埋藏史和成岩作用对裂缝属性的影响,可为裂缝预测提供比人们之前认为的更多的信息,坦承微裂缝在页岩生产中的作用目前尚不清楚,但可能至关重要,有必要加强进一步的研究工作。此外,Pollard和Aydin(1988)通过回顾过去很长时间以来人们对于天然裂缝的研究,重点从天然裂缝的几何学、运动学以及力学机制三个方面总结分析了天然裂缝的缝面特征、形状大小、间隔密度、组合模式,以及裂缝发育传播、交切关系、应力应变等特征,并对相关裂缝用语予以了规范,且提出了基于裂缝物理学特征为主的裂缝分类办法,即通过对比裂缝面间的位移方向与裂缝前端的位置关系,确定了Ⅰ型开启裂缝,Ⅱ型剪切裂缝和Ⅲ型剪切裂缝这三种类型的裂缝(图1-2),对后来研究裂缝发育特征产生了深远的影响。(2)页岩储层裂缝表征研究进展
在页岩储层裂缝预测研究方面,尽管其仍是石油地质界的世界性难题之一,目前还处于研究探索阶段,但现阶段已经形成了地震法和数值模拟法两大类广泛应用的裂缝预测方法,地质以及测井等其他裂缝预测方法由于其研究范围的限制而往往作为前两大类方法的补充与验证(刘振峰等,2012;胡向阳等,2013;杨瑞召等,2013;王军等,2013;孙炜等,2014;王洪求等,2014;汪勇等,2014;于丹平,2016;刘敬寿等,2016;仇念广,2019)。数值模拟方法主要是面向构造成因的裂缝,即当构造应力超过岩石的破裂强度,岩石便会发生破裂而产生裂缝,通常对所研究地区首先进行构造应力场的模拟,然后再以岩石破裂准则从平面或垂向预测裂缝展布,具体方法是通过对弹性体内部的单元位移分析、单元应变分析、单元应力分析等来进行数值计算,最终得出在弹性体整体在外力作用下,内部各点应力场的分布情况,从而结合应力应变预测储层裂缝的发育规律,预测的流程如图1-3所示。曾维特(2014)、丁文龙等(2016)、许云飞等(2017)、邬忠虎(2017)等众多学者对我国多个页岩气区块进行了基于数值模拟计算的裂缝分布预测研究,取得了较好的研究结果。但综合来看,数值模拟方法预测裂缝分布主要还是在地震资料解释的基础上进行,对断裂的精细刻画依赖较高,其次,边界条件、构造应力大小和方向等参数对模拟结果至关重要,而这些参数在真实地质情况中往往复杂多解,人为单一选择会导致模拟结果不准确。地震方法预测裂缝从上世纪七八十年代开始就被石油地质学家寄予厚望,伴随着科学技术的进步,发展现今基于地震资料预测裂缝的方法丰富多样,按照地震波发射性质分类主要有纵波检测方法、横波检测方法、转换波检测方法和多方位VSP检测方法等(江涛,2007),此外基于地震属性分析预测裂缝的方法也越来越受到广大石油公司和石油地质工作者的青睐,按照地震属性在描述地质特征时各自侧重的不同,又可分为相干体属性方法、曲率属性方法、蚂蚁体属性方法和地震多属性分析方法等(卢溜,2017)。孔选林等(2011)基于三维离散倾角扫描算法对川西研究区进行了最大曲率、最小曲率、最正曲率与最负曲率等多曲率体研究时,对裂缝分布带进行了精确预测并通过实际井位资料进行了验证;罗荣涛等(2016)利用蚂蚁体计算方法在相干体属性基础上对东营南坡东部沙四段碳酸盐岩进行了断裂组合关系和裂缝发育程度的相关预测,并就蚂蚁边界、追踪偏差、终止条件等关键参数进行了详细分析;王飞等(2015)利用相干体分析、曲率分析和蚂蚁体技术等叠后地震属性分析方法对渝东南页岩储层进行了综合裂缝预测,并通过与成像测井资料和岩心观察记录对比,对预测结果进行了验证(图1-4);吴奇等(2015)在对中国南方海相页岩气进行地质—工程一体化高效开发的研究时,以三维地震资料为基础,运用蚂蚁追踪技术对昭通国家级页岩气示范区黄金坝YS108区块中的中尺度裂缝进行了精细识别与表征,对后续钻井过程中成功避让天然裂缝或破碎带发育的“蚂蚁体”具有重要的导向作用,也为钻井施工提前做好了应急处理准备,保障了钻完井的顺利实施(图1-5)。综合来看,地震方法预测裂缝分布已较为成熟,结果也与实际地质与生产数据相一致,将是今后裂缝预测最为主要的方法,不过较高的地震勘探费用也会制约其广泛应用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]叠后地震多属性分析在煤层裂缝识别中的应用[J]. 仇念广. 能源与环保. 2019(07)
[2]全国油气资源战略选区调查工程进展与成果[J]. 包书景,李世臻,徐兴友,张立勤,杜治利,林拓,唐跃,张保民,魏东涛,杨建国. 中国地质调查. 2019(02)
[3]储层裂缝综合表征与预测研究进展[J]. 刘敬寿,丁文龙,肖子亢,戴俊生. 地球物理学进展. 2019(06)
[4]黔东南地区下寒武统页岩裂缝发育特征与主控因素[J]. 王濡岳,王兴华,龚大建,尹帅,付福全,陈恩. 东北石油大学学报. 2018(03)
[5]焦石坝背斜西缘龙马溪组页岩复合脉体中流体包裹体的古温度及古压力特征[J]. 李文,何生,张柏桥,何治亮,陈曼霏,张殿伟,李天义,高键. 石油学报. 2018(04)
[6]凤冈地区燕山期构造应力场数值模拟及裂缝预测[J]. 许云飞,左宇军,邬忠虎,孙文吉斌. 煤炭技术. 2017(07)
[7]四川盆地五峰组—龙马溪组页岩气富集特征与“建造—改造”评价思路[J]. 何治亮,胡宗全,聂海宽,李双建,许锦. 天然气地球科学. 2017(05)
[8]和田河气田奥陶系碳酸盐岩裂缝特征及形成期次[J]. 戴俊生,王宇坤,冯建伟,李树博,王永娟. 新疆石油地质. 2017(02)
[9]四川盆地焦石坝地区页岩裂缝发育主控因素及对产能的影响[J]. 郭旭升,胡东风,魏祥峰,李宇平. 石油与天然气地质. 2016(06)
[10]武陵山复杂构造区古生界海相油气实现重大突破[J]. 翟刚毅,包书景,庞飞,任收麦,赵福平,张福,周志,王都乐. 地球学报. 2016(06)
博士论文
[1]下寒武统牛蹄塘组页岩储层裂缝特征及分布预测研究[D]. 邬忠虎.贵州大学 2017
[2]渝东南地区下古生界页岩储层裂缝发育特征与分布预测研究[D]. 曾维特.中国地质大学(北京) 2014
[3]低渗透油藏储层裂缝预测技术研究[D]. 江涛.中国地质大学（北京） 2007
硕士论文
[1]地震多属性分析在致密储层裂缝识别中的应用[D]. 卢溜.中国石油大学(华东) 2017
[2]铜城断裂带天33断块阜二段储层裂缝定量描述[D]. 刘敬寿.中国石油大学(华东) 2016
[3]冀元1井及邻区中元古界流体包裹体与油气运移期次研究[D]. 吴迪.核工业北京地质研究院 2015
[4]南方重点片区下组合海相烃源岩演化特征及生排烃模拟[D]. 陶树.中国地质大学（北京） 2008
本文编号：3031528
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