页岩气储层岩石物理性质研究
页岩储层的岩石力学特性
基金项目：中国博士后科学基金项目（编号：２００９０４５１４２２）。
作者简介：杨建，１９７８年生，工学博士；２００８年毕业于西南石油大学开发地质学专业；主要从事储层岩石力学、地应力及非常规天然气开发研究工作。
地址：（６１８３００）四川省广汉市中山大道南二段。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｙ２０００ｗ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ页岩储层的岩石力学特性杨建 付永强 陈鸿飞 曾立新 李金穗中国石油西南油气田公司采气工程研究院 杨建等．页岩储层的岩石力学特性．天然气工业，２０１２，３２（７）：１２－１４． 摘 要 页岩储层岩石具有基质致密，微裂隙、层理面发育，岩石性脆等非常规地质特征，其力学性质与一般的致密砂岩、碳酸盐岩相比具有一定的特殊性。
为探寻这一特殊的岩石力学性质，利用ＭＴＳ多功能岩石力学实验系统对取自四川盆地某区的Ｍ组页岩开展了三轴、单轴、巴西力学实验。
结果表明：页岩岩石三轴平均抗压强度为２６５．７５ＭＰａ，平均杨氏模量为４．５９×１０４ ＭＰａ，平均泊松比为０．２５，属于中硬地层；单轴垂向取样抗压强度（１５１．９２ＭＰａ）是水平取样抗压强度（为６９．１８ＭＰａ）的２．２倍；页岩抗张强度较低，平均为２．９４ＭＰａ。
综合分析页岩储层脆性指数后认为，Ｍ组页岩属于脆性岩石，储层脆性指数均超过５０，有利于对页岩储层进行大型水力压裂；压裂应选择以滑溜水为主的体积压裂模式，压裂设计应遵循“大液量、大排量、高前置液比、小粒径支撑剂、低砂浓度”的原则。
关键词 四川盆地 页岩 储集层 岩石力学实验 特性 矿物组分 脆性指数 压裂 ＤＯＩ：１０．３７８７／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－０９７６．２０１２．０７．００３１ 页岩储层物性特征及矿物组分１．１ 页岩储层物性特征 四川盆地某区寒武系、志留系发育多套黑色页岩层系，其中Ｍ组页岩有机碳含量高，分布稳定，是一套高效烃源岩［１－３］。
据取心资料分析结果，该组页岩储层孔隙度分布在２％～５％，原地应力条件下测得基质渗透率介于０．０１～０．００１ｍＤ级别或更低，但是由于页岩气藏受裂缝因素的影响，其局部渗透率可以达到较高的水平。
页岩气储层岩石物理性质
页岩气储层岩石物理性质董丙响;程远方;刘钰川;易新斌;杨柳;吴玲妍;王蓓【摘要】在查阅国内外文献的基础上,介绍了页岩气储层评价标准,概括了页岩矿物组成研究方法及测井响应特征,详细分析了页岩气储层岩石物理性质,给出了页岩孔隙度计算公式,提出了页岩气赋存流动新模型及运动机理,并给出了页岩脆性计算方法,将页岩划分为脆性页岩和塑性页岩,为水力压裂设计提供依据.%On the basis of studying the literatures at home and abroad,the concept and the evaluation criterion of shale gas reservoirs are introduced according to research methods of conventional reservoirs, and the petrophysical properties of shale gas reservoirs are studied deeply. The formulas to calculate the porosity of shale gas reservoirs and a new shale gas storage and movement model are presented. The method for calculating the brittleness of shale gas reservoirs is also presented, and the shale gas reservoirs are divided into brittle shale and ductile shale,which can provide the foundation for the hydraulic fracturing design of shale gas reservoirs.【期刊名称】《西安石油大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(028)001【总页数】5页(P25-28,36)【关键词】页岩气储层;岩石物理性质;孔隙度;脆性;水力压裂【作者】董丙响;程远方;刘钰川;易新斌;杨柳;吴玲妍;王蓓【作者单位】中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛 266580;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛 266580;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266580;中国石油勘探开发研究院廊坊分院,河北廊坊 065007;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛 266580;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266580;长庆油田分公司油气工艺研究院,陕西西安 710018【正文语种】中文【中图分类】TE348自1821年美国第一口页岩气井商业开采以来，页岩气开发已有190 a的历史［1］.特别是近些年来由于水平井钻井技术及水平井多级压裂技术的突破，页岩气开发在北美地区取得了巨大成功.美国能源署(EIA)［2-3］数据显示，2011年美国页岩气产量达1 800×108 m3，占其天然气总产量的34%，深刻地改变了美国的能源结构.我国页岩气资源非常丰富，初步估计可采资源量约为(15 ～30)×1012 m3［4］，但对页岩气的勘探开发正处于起步阶段.与常规油气藏相比，页岩气赋存状态独特，国内对页岩气储层性质研究相对较少，还无法做到对储层性质的精确评估.为加深对页岩气储层性质及气体赋存流动状态的认识，笔者在查阅国内外文献的基础上，从常规储层研究思路入手，介绍了页岩气储层评价标准，概括了页岩矿物组成及研究方法，对页岩气储层岩石物理性质进行了详细分析.1 页岩气储层评价1.1 页岩气藏基本概念非常规油气藏与常规油气藏类似，具有非常复杂的地质特征、岩石物理性质和很强的非均质性.所不同的是，非常规油气储层岩石颗粒和层理结构精细，气体储集流动特征独特:孔隙吼道尺寸分布在纳米级，有机质和黏土成分为气体吸附提供条件，且其各向异性影响力学特征和流动性质.致密气藏孔隙尺寸一般为微米级甚至更大，而页岩气藏孔隙为纳米到微米范围，二者在基质的孔隙中都有游离气存在，不同的是页岩气具有吸附特征，且与吸附表面的有机成分和黏土含量有关.Bustin［5］认为:吸附气与游离气之比反应了有机质含量、孔隙分布、矿物组成、成岩作用、岩石结构以及储藏压力与温度的关系.因此，非常规油气藏指含有吸附气成分的油气藏，包括页岩气、煤层气和天然气水合物，而把致密砂岩气藏划为常规油气藏.页岩气藏作为非常规油气藏的典型代表，具有非常规天然气藏的基本特征.1.2 页岩气储层评价标准页岩气藏开采首先要对其进行评价，充分考虑其储层性质和开采能力.储层性质主要通过储层参数来描述，通过对相关参数的分析评价储层的生产能力，制定相应的增产措施和开采方案.目前国内外对页岩气藏进行评价尚无统一标准，主要通过岩心实验、测井数据和压力测试(微压裂测试)等方法来获得页岩储层物性参数，借鉴煤层气和常规油气藏的评价方法来对页岩气藏进行评价［6-7］.笔者结合美国页岩气勘探开发的成功经验和世界各大石油天然气公司对页岩气商业性开采的评价，列举页岩气储层主要评价标准，其中包括储层物性及岩石物理性质参数(表1).表1 页岩气储层评价参数Tab.1 Evaluation parameters of shale gas reservoir?2 页岩矿物组成2.1 矿物组成及测定方法页岩矿物组成非常复杂［8］，主要分为石英类、碳酸盐岩类和黏土类3种，除了常见的伊利石、蒙皂石、高岭石等黏土类矿物，还混杂有石英、长石、方解石、白云石、黄铁矿、磷灰石、云母等.由于页岩矿物成分复杂，且富含有机质，对页岩矿物组成的测定非常困难.矿物组成的测定方法主要有以下几种［9］:X—射线衍射、红外光谱分析(FTIR)、通过X射线荧光分析或元素捕获设备获得基本矿物元素丰度来进行矿物重构.实验室常用色谱仪或生油岩评价分析仪来测定有机质含量，而在现场则根据测井数据进行分析. X射线衍射可用于确定主要矿物，但是在黏土含量高时测定的石英含量偏低，因此，需要将黏土成分分离出来;红外光谱分析能够弥补X射线衍射方法的不足，它不需要将黏土分离出来，但需要将有机成分分开单独进行分析.页岩矿物组成和有机质分布决定着岩石物理性质以及天然气赋存和流动性质.矿物组成影响岩石断裂能力和脆性指数;有机含量和热成熟度则对游离气和吸附气含量的分析非常重要.2.2 矿物组成对岩石物理性质的影响页岩矿物组成主要分石英、碳酸盐岩和黏土3类，其相对含量对页岩岩石物理性质(如页岩脆性、酸敏性以及流体敏感性等)影响很大，是进行水力压裂设计的基本资料.根据岩心矿物分析可以确定其脆性指数(Brit)，计算方法如下:脆性指数=石英含量/(石英含量+碳酸盐岩含量+黏土含量)×100%.由上式可知，页岩脆性随石英含量增加而增大，随黏土比例上升而减小.因此，石英含量高的地层是页岩气开发的有利选区.2.3 页岩气储层测井响应特征页岩气储层识别所利用的常规测井方法有:自然伽马测井、声波时差测井、体密度测井、中子密度测井、岩性密度测井、电阻率测井、井径测井等［10］.根据测井资料可以定量分析页岩储层的岩性，确定孔隙度、渗透率及饱和度等基本物性参数.分析页岩矿物组成及储层性质可得到各种测井方法的页岩气藏测井响应特征(表2). 表2 页岩气藏测井响应特征Tab.2 Logging response attribute of shale gas reservoir?3 页岩气储层岩石物理性质3.1 页岩气藏孔隙度通过岩性密度测井方法能够获取孔隙度，但是由于页岩气储层极为复杂，有机质密度低，页岩密度变化大，流体分布不均，通过密度测井很难准确求取页岩气藏孔隙度.C.H.Sondergeld［11］等提出根据页岩矿物组成来求孔隙度的方法，计算公式如下:将式(2)和式(3)代入式(1)可得页岩总孔隙度计算公式:式中:φTOC为总有机质体积分数;w TOC为有机碳质量分数;ΦT为岩石总孔隙度;ρb为地层条件下岩石密度，g/cm3;ρg为气体密度，g/cm3;S wT为含水饱和度;ρw为地层水密度，g/cm3;ρm为岩石骨架密度，g/cm3;ρTOC为有机质密度，g/cm3;ρfl为流体(水和气体)的密度，g/cm3.页岩气储层有效孔隙度可根据以下公式得到［12］:式中:ΦTClay为黏土束缚水孔隙度;φcl为黏土体积分数;ρDryCla y为干黏土密度，g/cm3;ρWetClay为湿黏土密度，g/cm3.ρDryClay和ρWetClay可由 X —射线衍射、红外光谱分析以及经典的中子密度交会图得到.3.2 页岩气储层流体储存流动特征页岩气储层基质的渗透率极低，一般小于10—7 μm2，页岩气的赋存和流动受孔隙和裂缝尺寸及连通状态的控制.页岩气的储存形式主要有3种:连通微孔隙裂缝中的游离气、有机质和泥岩黏土表面的吸附气以及固体有机质中的溶解气［13］.页岩气储层非常复杂，孔隙裂缝分布在10—6～10—10 m.气体流动状态主要分为2种:在较大的连通孔隙中流动为连续流，符合达西定律;在纳米级孔隙中为非连续流动且有滑脱效应，受表面扩散作用的影响.有学者［14］将页岩气储层空隙结构划分为4级，并将流动状态分为5种类型，提出了页岩气赋存流动模型及运动机理(图1).图1 页岩气赋存和流动模型Fig.1 Model for shale gas storage and flow在低压条件下，气体滑移现象和扩散作用非常明显.室内实验［15］表明:标准状态条件下，当岩样孔隙直径为1μm时，流体主要是瞬变不稳定状态;当采用分子直径更小的气体(如氦气)时不稳定流动更容易发生.且试验使用的气体密度或浓度越小，气体渗透率的变化越大，受滑移流动和扩散作用影响更明显.吸附作用对储层渗透率影响很大，储层条件下若不考虑干酪根和黏土表面吸附的影响，渗透率将会被严重低估［16］.干酪根对气体吸附得到了广泛的认可，但黏土吸附气体的研究却不是很多，国外学者基于等温吸附理论，提出了有效吸附孔隙度的概念，考虑了吸附作用对渗透率的影响.通过实验研究表明，压力越低有效吸附孔隙度越大，同时若不考虑吸附作用影响也就越低估了渗透率，相对误差可达60%.因此可以看出，若采用不完整的流动模型或不考虑扩散或吸附的影响，则会产生很大误差.3.3 页岩气储层岩石力学性质掌握页岩气储层的岩石力学性质是对储层进行压裂设计的基础，杨氏模量(E b)和泊松比(P Rb)是2个基本的岩石力学参数.通过岩心矿物分析可以对岩石力学性质进行定性描述，而根据测井资料获得岩石力学参数来分析岩石的力学性质更为普遍.国外学者［17］给出了利用多种常规测井资料计算综合弹性模量E c和泊松比P Rc的方法，该方法可以在缺少偶极子声波测井资料的情况下使用.通过杨氏模量和泊松比可以定量地表征页岩的脆性［18］，其计算公式如下:式中:E c为综合测定的杨氏模量，MPa;P Rc为综合测定的泊松比.根据杨氏模量和泊松比可以将页岩划分为脆性页岩和塑性页岩(如图2)［19］.脆性页岩有利于天然裂缝发育和水力压裂形成裂缝网络，脆性越强裂缝系统越复杂.塑性页岩不是气体良好的储层，其中含有的天然裂缝或水力裂缝容易闭合，但密封性很好，能将气体封闭在脆性岩层中，可以作为良好的盖层.图2 杨氏模量与泊松比交会图Fig.2 Cross plot of Possion＇s ratio and Yong＇s modulus4 结论与认识(1)页岩矿物组成非常复杂，主要分为石英类、碳酸盐岩类和黏土类3类矿物.石英含量越高岩石脆性指数越大，对储层进行压裂改造时越易形成复杂的裂缝网络，有利于开采页岩气.(2)页岩气藏孔隙类型分布广泛，储层中气体赋存流动机理非常复杂.页岩气主要以吸附气、游离气和溶解气存在，从纳米级孔隙到天然微裂缝和人工裂缝系统，气体首先由基质表面解析扩散到孔隙及微裂缝中，又以达西渗流的方式在大尺寸裂缝和水力裂缝中流向井筒.参考文献:［1］ Curtis B J.Fractured shale-gas systems［J］.AAPG Bulletin，2002，86(11):1921-1938.［2］ EIA.Annual energy outlook 2009-with projections to 2030，DOE/EIA-0383［R］.2009:221.［3］赵靖舟，方朝强，张洁，等.由北美页岩气勘探开发看我国页岩气选区评价［J］.西安石油大学学报:自然科学版，2011，26(2):1-7.ZHAO Jing-zhou，FANG Chao-qiang，ZHANG Jie，et al.Evaluation of China shale gas from the exploration and development of North America shale gas［J］.Journal of Xi＇an Shiyou University:Natural Science Edition，2011，26(2):1-7.［4］胡文瑞，翟光明，李景明.中国非常规油气的潜力和发展［J］.中国工程科学，2010，1(5):25-29.HU Wen-rui，ZHAI Guang-ming，LI Jing-ming.Potential and development of unconventional hydrocarbon resources in China［J］.Engineering Science，2010，1(5):25-29.［5］ Bustin M R，Bustin A，Ross D，et al.Shale gas opportunities and challenges［C］//San Antonio.Search and DiscoveryArticles#40382(2009).Adapted from oral presentation at AAPG Annual Convention.Texas:2008:20-23.［6］ Bustin A M M，Bustin R M，Cui X.Importance of Fabric on Production of Gas Shale［C］.SPE 114167，2008.［7］李延钧，刘欢，刘家霞，等.页岩气地质选区及资源潜力评价方法［J］.西南石油大学学报:自然科学版，2011，33(2):28-34.LI Yan-jun，LIU Huan，LIU Jia-xia，et al.Geological regional slection and an evaluation method of resource potential of shale gas［J］.Journal of Southwest Petroleum Institute:Science Technolog Edition，2011，33(2):28-34.［8］蒋裕强，董大忠，漆麟，等.页岩气储层的基本特征及其评价［J］.天然气工业，2010，30(10):7-12.JIANG Yu-qiang，DONG Da-zhong，QI Lin，et al.Basic features and evaluation of shale gas reservoirs［J］.Natural Gas Industry，2010，30(10):7-12.［9］ Ballard B D.Quantitative Mineralogy of Reservoir Rocks Using Fourier Transform Infrared Spectroscopy［C］.SPE 113023，2007. ［10］Fertl W H，Chilingar G V.Total Organic Carbon Content DeterminedFrom Well logs［C］.SPE 15812，1988.［11］Sondergeld C H，Newsham K E，Rice M C，et al.Petrophysical Considerations in Evaluating and Producing Shale Gas Resources［C］.SPE 131768，2010.［12］Juhasz I.Normalized qv-the key to shaly sand evaluation using the waxman-smits equation in the absence of core data［C］.Paper Z presented at the SPWLA Twenty Second Annual Logging Symposium，23-26 June，1981.［13］薛会，张金川，刘丽芳，等.天然气机理类型及其分布［J］.地球科学与环境学报，2006，28(2):53-57.XUE Hui，ZHANG Jin-chuan，LIU Li-fang，et al.Distribution and mechanic classification of gas［J］.Journal of Earth Sciences and Environment，2006，28(2):53-57.［14］Javadpour F.Nanopores and apparent permeability of gas flow in mudrocks(shales and siltstone)［J］.Journal of Canadian Petroleum Technology，2009，48(8):16-21.［15］Ambrose R J，Hartman R C，Diaz-Campos M，et al.New Considerations for Shale Gas in Place Calculations［C］.SPE 131772，2010. ［16］Cui X，Bustin M M，Bustin R M.Measurements of gas permeability and diffusivity of tight reservoir rocks:different approaches and their applications［J］.Geofluids，2009(9):208-223.［17］Mullen M，Roundtree R，Barree R，et al.A Composite Determination of Mechanical Rock Properties for Stimulation Design(What to Do When You Don＇t Have a Sonic Log)［C］.SPE 108139，2007.［18］Rick Rickman，Mike Mullen，Erik Petre，et al.A Practical Use of Shale Petrophysics for Stimulation Design Optimization:All Shale Plays Are Not Clones of the Barnett Shale［C］.SPE 115258，2008.［19］Bill Grieser，Jim Bray.Identification of Production Potential in Unconventional Reservoirs［C］.SPE 106623，2007.。
页岩气储层可压性岩石物理表征研究
页岩气储层可压性岩石物理表征研究页岩气是一种新的天然气资源，在获取这一资源的过程中有一个很关键的因素就是对于储层内可压性岩石的物理特征的认识和表征。
本文将重点阐述页岩气储层的可压性岩石物理表征研究。
一、可压性岩石的概念可压性岩石是指在施加力作用下会发生体积变化的岩石，它是在地球深部的高温、高压环境下形成的。
可压性岩石通常具有一定的弹性，但在发生体积变化时，其弹性模量、泊松比、模量等物理特性都会发生变化。
从物理学的角度来看，压裂作用是通过压缩岩石而产生的，因此能够表征储层中可压性岩石的性质对于对天然气资源的开采至关重要。
未经压裂的页岩气储层中的可压性岩石具有较强的孔隙度和渗透率，这是因为其微观结构中含有较多的裂隙、孔隙和微孔。
在试验中，研究人员通过对于未经压裂的页岩气储层进行岩石压缩试验，测定了其弹性模量、泊松比、模量等参数，为开采过程中的压力预测提供了依据。
经过压裂的页岩气储层中的可压性岩石受到地层压力变化的影响，其物理特性与未经压裂的页岩气储层存在明显的差异。
因此，研究人员需要通过模拟压裂作用，并针对经过压裂的岩石进行物理表征研究，以便更加准确地预测开采过程中的压力变化。
3. 高温高压环境下可压性岩石的物理特性研究在储层深部，温度和压力都较高，因此研究人员还需要对于在高温高压环境下的可压性岩石进行物理特性研究。
研究结果表明，当温度和压力变化时，可压性岩石的物理特性也相应发生变化。
同时，可压性岩石物理特征的表征也对于其他领域的研究具有指导作用，如地震波传播、岩石结构分析等领域。
四、结论页岩气储层中的可压性岩石是影响天然气资源开采的一个重要因素，对于其物理特征的研究具有重要的意义。
目前，对于可压性岩石的物理表征研究已经取得了一定进展，但还需要深入探究，在开采过程中提供更加精准的预测。
页岩气储层可压性岩石物理表征研究
页岩气储层可压性岩石物理表征研究页岩气是一种新兴的天然气资源，其储层特性对于开发和生产页岩气至关重要。
页岩气储层的可压性岩石物理表征研究，是研究页岩气储层岩石物理性质的重要方面。
本文将深入探讨页岩气储层可压性岩石物理表征研究的相关内容。
在研究页岩气储层的可压性岩石物理表征时，科学家们通常采用多种研究方法。
岩心实验是一种重要的研究手段。
通过对页岩气储层岩心样品进行实验室实验，可以获得岩石的物理性质数据，如孔隙度、渗透率、压缩系数等。
地震波方法也是研究页岩气储层岩石物理性质的重要手段。
通过地震波资料的获取和分析，可以得到储层中岩石的物理性质信息，如波速、密度等。
岩石物理学与数值模拟相结合，也是研究页岩气储层可压性岩石物理表征的一种重要途径。
科学家们通过数值模拟的方法，可以模拟页岩气储层的地质条件和物理性质，进而对其可压性特征进行研究。
1. 孔隙度研究孔隙度是储层岩石的一个重要物理性质，对页岩气储层的开发和生产具有重要的影响。
通过对页岩气储层的孔隙度进行研究，可以揭示储层中孔隙空间的分布特征和孔隙度的变化规律。
了解页岩气储层孔隙度的特征，对于确定储层的有效孔隙度，评价储层的储集能力具有重要的意义。
页岩气储层的可压性岩石物理表征研究具有重要的意义和应用价值。
研究页岩气储层的可压性岩石物理表征，有助于科学地评价储层的物理性质，为勘探和开发页岩气储层提供重要的理论基础。
了解储层的可压性特征，有助于科学地设计页岩气的钻井方式、开发方式和生产方式，提高页岩气的开采效率和生产持续性。
页岩气储层的可压性岩石物理表征研究，有助于科学地评价储层的储集能力和气藏的成藏规律，为页岩气储层的合理开发和有效利用提供重要的理论指导。
页岩气储层岩石力学特性及井壁稳定性分析
页岩气储层岩石力学特性及井壁稳定性分析页岩气是一种非常有前景的能源资源，其储层岩石力学特性和井壁稳定性对于开发和生产页岩气十分重要。
本文将详细分析页岩气储层岩石力学特性和井壁稳定性，并探讨其影响因素和解决方法。
1. 页岩气储层岩石力学特性页岩气储层岩石具有以下几个主要的力学特性：1.1 低渗透性：由于页岩中孔隙度低、连通性差，储层渗透率低，导致气体难以流通和开采。
1.2 脆性：页岩岩石易于破裂和碎裂，在压力作用下容易萌生裂缝，但裂缝的扩展能力有限，对气体渗透性的改善作用有限。
1.3 维持力弱：页岩岩石强度较低，常常呈现脆性破裂，难以在高温高压环境下维持稳定。
1.4 孔隙结构复杂：页岩储层的孔隙结构相对于传统储层来说较复杂，主要包括纳米孔隙和裂缝孔隙，这对储层渗流特性和岩石力学性质产生影响。
2. 井壁稳定性分析井壁稳定性是指井壁在钻井和生产过程中不发生塌陷、裂缝和滑移等现象的能力。
页岩气储层的井壁稳定性主要受到以下几个因素的影响：2.1 初始地应力：页岩气储层通常位于深部地层，初始地应力较高。
高差异性地应力使得井壁容易发生塌陷和滑移。
2.2 井壁液压：钻井液和地层流体与井壁之间的相互作用会改变井壁的力学性质，进而影响井壁稳定性。
2.3 复杂的页岩岩石力学特性：页岩岩石具有复杂的力学特性，对井壁稳定性的影响也较大。
岩石破碎、断裂和固结都会导致井壁的变形和破坏。
2.4 井壁支撑能力：井壁支撑材料的选择和加固对于井壁稳定性至关重要。
针对这些影响因素，可以采取以下措施来提高页岩气储层的井壁稳定性：1. 优化钻井液：选择适当的液相比重、粘度和有效抑制剂，减小与地层的相容性差异，降低井壁液压引起的问题。
2. 加强井壁支撑：选择适当的井壁支撑材料，如钢夹心井壁、钢网井壁等，提高井壁的强度和稳定性。
3. 预防井壁塌陷：通过合理的斜井设计、优化固井技术和有效的井壁支撑材料，减少井壁塌陷的风险。
4. 精确控制钻井参数：合理控制钻井参数，如钻井液性质、钻进速度和饱和度等，减少对井壁的损害。
页岩储层的岩石力学特性
第 ３２ 卷 第 ７ 期 地 质 勘 探
· １３ ·
ｃｍ，长度为５．５０ｃｍ 的柱状岩心，端面磨 平，模 拟 储 层 温 度 、压 力 条 件 ，进 行 三 轴 、单 轴 力 学 实 验 ；岩 样 加 工 成 直径为３．８０ｃｍ，长度为１．００ｃｍ 的柱状岩心，端面磨 平 ，进 行 巴 西 力 学 实 验 。 ２．２ 页 岩 三 轴 力 学 实 验 选取 Ｍ 组 不 含 天 然 层 理 面、天 然 裂 缝 的 基 质 岩
表 ３ 页 岩 巴 西 力 学 实 验 结 果 表
岩心编号 样品直径／ｍｍ 样品长度／ｍｍ 抗张强度／ＭＰａ
图 ２ 页 岩 三 轴 力 学 实 验 应 力 — 应 变 曲 线 图
２．３ 页 岩 单 轴 力 学 实 验 选取 Ｍ 组 岩 石 样 品，采 取 平 行、垂 直 层 理 面 ２ 种 取样方式，其中水平 取 样 ２ 个，垂 直 取 样 ３ 个，进 行 单 轴抗压力学对比实验。 实验结果表 明，水 平 方 向 取 样 的 岩 样 平 均 杨 氏 模 量为４．７０×１０４ ＭＰａ，抗压强 度 为 ６９．１８ ＭＰａ，平 均 泊 松比为０．２２７；垂 直 方 向 取 样 的 岩 样 平 均 杨 氏 模 量 为 ２．９９×１０４ ＭＰａ，抗压强度为１５１．９２ ＭＰａ，平均泊松比 为 ０．１７５（表 ２）。
４ 结论
１）四川盆地 Ｍ 组页岩矿物组分主要以石英 矿 物、 黏土矿物及碳酸 盐 岩 矿 物 为 主，其 中 石 英 矿 物 含 量 占
ＭＰａ，抗压强度为６９．１８ ＭＰａ；垂直方向取样的岩样平 ４３．４１％，黏土 矿 物 含 量 占 ２２．５２％，碳 酸 盐 岩 矿 物 含
均杨 氏 模 量 为 ２．９９×１０４ ＭＰａ，抗 压 强 度 为 １５１．９２ 量 占 １６．６７％。 黏 土 矿 物 中 主 要 以 伊 利 石、绿 泥 石
页岩气岩石物理分析技术及研究进展
页岩气成藏条件及储层研究
吸附阶段
孔隙充填阶段
裂缝充填阶段
页岩气藏阶段
有机质和黏土颗粒表面吸附与解吸
气体流入页岩基质孔隙
气体进入天然裂缝网络
页岩气赋存方式与成藏过程示意图（据Ron McDonald，2002）
第十一页，共22页。
最终形成页岩气藏
页岩气藏特征
页岩气并不形成类似于常规油气的圈闭，具有自生自储、无气水界面、大面积低丰度连续成藏、低孔、低渗等特征，存在局部富集的“ 甜点”区。
40%。
第十八页，共22页。
（5）应力分析
储层研究
水平井的方向应与最大水平应力方向垂直 最大应力方向
水平井眼取向
第十九页，共22页。
水平井与裂缝不同方向的效果
页岩气的特别之处
页岩气与常规气存在明显差异, 不仅包括地质条件的不确定性,也有开发中的经济 风险性, 尤其是采收率的确定需要依赖井控数据。需要客观、准确预测页岩气资源潜力。
2.孔隙度与渗透率
孔隙度是确定游离气含量和评价页岩渗透性的主要参数。在具有较大孔隙的页岩层中页岩气主要以游离方式 储集在孔隙裂缝中，而在某些孔隙度较小的岩层中页岩气通常以吸附状态为主。页岩气藏中吸附是气体得以 储存的主要机制。
第九页，共22页。
3. 裂缝
页岩中极低的基岩渗透率，开启的、相互垂 直的或多套天然裂缝能增加页岩气储层的产 量。那些低泊松比、高弹性模量、富含有机 质的脆性页岩才是页岩气资源的首要勘探目 标
露头和断裂破坏区；
② 陆相页岩热演化程度较低、分布非均质性较强,有效开发需针对性技术；
③ 地面多山地、丘陵等复杂地表,埋藏较深(5000-7000m),还面临水资源与环保等问题，需采用适用 技术降低成本。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
页岩气储层岩石物理性质研究
学生：袁亚丽陈改杰蔡家琛李龙指导老师：樊振军
（数理学院）
【摘要】页岩气藏开采首先要对其进行评价，充分考虑其储层性质和开采能力。
储层性质主要通过储层参数来描述，通过对相关参数的分析进一步评价储层的生产能力，制定相应的增产措施和开采方案。
本实验以龙马溪组页岩为例，采用电阻率测试装置、YS-Hf岩电声波综合测试仪器等仪器对页岩气储层岩石的物理性质进行了测试，并分析总结页岩气储层物理参数对页岩气开采的指导意义，为提高我国页岩气岩石物理实验分析技术和研究水平，为我国页岩气勘探开发奠定坚实的基础。
【关键词】页岩气；电导率；横波；纵波；泊松比
【项目编号】2015AB061
【背景意义】页岩气藏开采首先要对其进行评价，充分考虑其储层性质和开采能力．储层性质主要通过储层参数来描述，通过对相关参数的分析评价储层的生产能力，制定相应的增产措施和开采方案。
页岩气储层以纳米级孔隙为主的特性，使得页岩岩石物理基础实验及相关理论模型研究在页岩气储层测井评价中发挥举足轻重的作用。
页岩气地质条件和形成机理完全不同于传统石油地质理论，国内外针对页岩气形成机理、富集规律和主控因素等尚未完全搞清。
由于页岩储层低孔隙度、超低渗透率、以纳米级孔隙为主的特性，使得页岩气储层岩石物理基础实验及相关理论模型研究在页岩气储层评价中发挥重大的作用，而中国目前在这方面的研究尚处于起步阶段。
因此，急需了解和借鉴国外相关实验技术和研究方法，提高我国页岩气岩石物理实验分析技术和研究水平，为我国页岩气勘探开发奠定坚实的基础。
．
1.电阻率测井
页岩气储层识别所利用的常规测井方
法有: 自然伽马测井、声波时差测井、体密度测井、中子密度测井、岩性密度测井、电阻率测井、井径测井等［2］，本实验采用电阻率的方法对页岩含有机质量进行了评价，有机质不导电，随 TOC含量增加电阻率增大。
在测井中可采用电阻率测井对有机质含量进行评价。
本实验采用电阻率测试装置对四川沙坝乡龙马溪组的页岩的电阻率进行了测试，数据如表1所示；天津蓟县页岩的数据如表2所示：
表1-1龙马溪组的页岩的电阻率
标本2-1到3-3为四川沙坝乡龙马溪组页岩，其为笔石页岩相，是寻找页岩气的主要目标［3］
，标本1-1、1-2和1-3为天津蓟县的含碳页岩，其有机质含量相对龙马溪组页岩少，绘制折线图如图2所示：
图2 电阻率与有机质含量的关系
由图可知，电阻率与岩石有机质含量呈正相关，电阻率随着岩石有机质的含量的增加而增加。
2. 横波和纵波传播速率
纵横波波速的测定采用扬州市广陵区专用超声设备厂生产的使用仪器YS-Hf 岩电声波综合测试仪器测试仪完成，应用超声波脉冲透射法，同时测量岩样纵波和横波沿岩样长度方向的传播时间，计算岩样的纵横波速度。
测量系统包括纵横波发射换能器、纵横波接收换能器、压力计、超声波脉冲发生器、计算机。
（原理如图一）。
在待测的样品
两端面涂上凡士林，置于探槽中，逐渐压紧，在压力达到0.2Mpa 时，检测波形并测量纵横波速度。
岩样长度测量误差在0.01mm 内，采集数据的时间分辨率为0.01s ，速度相对误差≤5%，测量数据满足中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T6351-99(岩石声波特性的实验室测定标准)。
岩石标本在干燥情况下的横纵波波速，表2-1所示为常温常压下所测得的数据：
表2-1常温常压下龙马溪组岩石所测得的数据
其中T 为纵波和横波的比值。
将页岩的横波和纵波数据和其电阻率拟合曲线得下图：图1 电阻率与横波关系；图2 电阻率与纵波关系；另外做图3 电阻率与泊松比关系
图1 电阻率与横波关系
由图1可知，在电阻率逐渐增大过程中，横波速度随着电阻率的增大先增大后减小，当电阻率在1400处的时候达到最大值，而后又减小。
由图2可知，纵波在岩石中传播规律与其相似，在电阻率逐渐增大过程中，纵波速度随着电阻率的增大先增大后减小，当电阻率在1400处的时候达到最大值，而后又减小。
由图3可知，当电阻率逐渐增大过程中，泊松比随着电阻率的增大先减小后增大，当电阻率在约1300处的时候达到最小值，而后又增大。
这与纵波和横波在岩石中传播规律相反。
3、结论
1、含页岩气的岩石其电阻率与页岩气含量呈正相关，电阻率越大，预估岩石页岩气含量越高。
2、横波和纵波在含页岩气的岩石中的传播速率随着岩石的电阻率增大而先增大后减小，在1300~1400范围内达到最大。
3、电阻率与泊松比的关系，当电阻率逐渐增大过程中，泊松比随着电阻率的增大先减小后增大，当电阻率在约1300处的时候达到最小值，而后又增大。
4、反思
1、页岩质软易碎，采用传统的测试岩石物理性质的方法较为困难，因此需要探索并改进其测试方法。
2.同一块标本的电阻率差异性大，对此还可以进一步研究。
3、页岩磨柱时，可跟据其质地好坏采用不同的磨制方式。
【参考文献】
[1]
[2]Fertl W H，Chilingar G V．Total Organic Carbon Content Determined From Well logs［C］．SPE 15812，1988．
[3]刘树根，马文新，LUBA Jansaet.a四川盆地东部地区下志留统龙马溪组页岩储层特性。