湖相泥页岩脆性指数计算方法探讨与应用——以黄骅坳陷沧东凹陷孔二段为例

引用本文

王冠, 刁丽颖, 赵玥, 杨飞, 任仕超. 湖相泥页岩脆性指数计算方法探讨与应用——以黄骅坳陷沧东凹陷孔二段为例[J]. 录井工程, 2021,32(2): 39-44.
WANG Guan, DIAO Liying, ZHAO Yue, YANG Fei, REN Shichao. Discussion and application of the calculation method or the brittleness index of flacustrine shale:Taking the Second Member of Kongdian Formation in Cangdong Sag, Huanghua Depression as an example[J]. Mud Logging Engineering, 2021,32(2): 39-44.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2021.02.008 复制到剪切板

Permissions

《录井工程》杂志社所有

湖相泥页岩脆性指数计算方法探讨与应用——以黄骅坳陷沧东凹陷孔二段为例

王冠^①, 刁丽颖^②, 赵玥^①, 杨飞^①, 任仕超^①

①中国石油大港油田分公司勘探开发研究院

②中国石油大港油田分公司第五采油厂

作者简介：王冠工程师,1983年生,2006年毕业于长江大学资源勘查工程专业,现主要从事油气基础地质与勘探战略规划研究工作。通信地址:300280 天津市大港油田勘探开发研究院基础与规划研究所。电话:(022)63958772。E-mail:dg_wangg@petrochina.com.cn

收稿日期: 2021-06-10

摘要

在评价湖相泥页岩脆性过程中,应用广义脆性指数计算结果值偏大,而应用狭义脆性指数计算结果值明显偏小,且二者均与实测工程力学脆性指数没有良好的对应关系,无法客观反映泥页岩的脆性特征。在对黄骅坳陷沧东凹陷孔二段泥页岩系统取样分析的基础上,通过建立岩石矿物成分与工程弹性参数之间的关系,确定了利用岩石矿物成分加权计算脆性指数的方法。岩石矿物成分与工程弹性参数计算的脆性指数回归可以得到泥页岩脆性指数计算公式,公式表明石英对脆性贡献最大,白云石、长石次之,方解石、黄铁矿、方沸石影响较弱,黏土对脆性贡献最小。利用该方法对沧东凹陷GA井孔二段进行计算,指导压裂方案设计,取得了良好的应用效果。

关键词: 沧东凹陷; 孔二段; 泥页岩; 脆性指数; 矿物成分; 弹性指数

中图分类号:TE132.1 文献标志码:A

Discussion and application of the calculation method or the brittleness index of flacustrine shale:Taking the Second Member of Kongdian Formation in Cangdong Sag, Huanghua Depression as an example

WANG Guan^①, DIAO Liying^②, ZHAO Yue^①, YANG Fei^①, REN Shichao^①

①Exploration and Development Research Institute of PetroChina Dagang Oilfield Company,Tianjin 300280,China

②No.5 Oil Production Plant of PetroChina Dagang Oilfield Company,Tianjin 300280,China

Abstract

When evaluating the brittleness of lacustrine shale,index calculated by generalized brittleness is too large,while that by narrow brittleness is obviously too small. Moreover,neither of them has a good corresponding relationship with measured engineering mechanics brittleness index,failing to objectively reflect the brittleness features of shale. Based on systematic sampling and analysis of the shale in the Second Member of Kongdian Formation in Cangdong Sag,Huanghua Depression,by establishing the relationship between rock mineral composition and engineering elastic parameters,a calculation method for brittleness index by weighting the rock mineral composition is determined. The calculation formula obtained by the brittleness index regression of rock mineral composition and engineering elastic parameters indicates that quartz contributes the most to brittleness,followed by dolomite and feldspar,calcite,pyrite and analcime have weaker effects,and clay contributes the least to brittleness. This method is used to calculate the GA well in the Second Member of Kongdian Formation in Cangdong Sag and guide fracturing scheme design,achieving good application results.

Keyword: Cangdong Sag; the Second Member of Kongdian Formation; shale; brittleness index; mineral content; elasitic index

文章图片

0 引言

页岩油是全球非常规石油勘探的新亮点, 与油页岩人工萃取原油不同, 页岩油是指生成并赋存于地下页岩层系中的液态烃类, 页岩经压裂改造后可直接获得工业油流^[1]。我国页岩油资源丰富, 从1960年以来, 松辽、渤海湾(辽河、济阳、濮阳等坳陷)及南襄等中新生代陆相盆地均已不同程度地获得了页岩油流^{[1, 2, 3]}。在页岩油勘探中, 页岩油储集层脆性特征是储集层力学评价、遴选射孔改造层段和设计压裂规模的重要基础, 但页岩油储集层脆性矿物含量低和可改造性差等特征制约了我国页岩油的勘探开发^[4]。目前, 关于页岩油储集层脆性指数评价方法尚不完善。通过借鉴在页岩气勘探过程中所使用的方法^{[5, 6]}, 研究结果显示, 基于矿物组成的储集层脆性指数方法具有一定实用性, 但忽略了不同矿物成分之间脆性的差异性, 评价结果不能准确评价页岩油储集层脆性特征。基于杨氏模量和泊松比归一化(无量纲化)^{[7, 8]}的地层脆性指数计算方法是描述储集层脆性特征的直接方法, 其试验结果能够直接用于储集层的可压裂性评价, 但由于取样和试验的限制, 该方法不能被用于全井段的脆性特征评价。为解决这一矛盾, 本文采用联合取样的方法, 使用扫描电镜和全岩X射线衍射(XRD)方法确定该区泥页岩矿物组成及其相对含量, 利用三轴压力试验方法获得岩心样品的杨氏模量和泊松比计算岩石脆性指数, 通过数值模拟寻找矿物成分组成与地层脆性指数之间的对应关系, 进而完善页岩油储集层脆性指数评价方法。

1 区域地质背景

沧东凹陷位于渤海湾盆地黄骅坳陷南部, 其西侧为沧县隆起, 东侧为徐黑凸起, 北侧以孔店凸起为界, 南侧至东光凸起^[9], 是黄骅坳陷内第二大富油凹陷。沧东凹陷在孔二段沉积时期为一陆内坳陷盆地, 盆地中心为当时的湖盆中心及沉降中心。在湖盆扩张的背景下, 孔二段发育一套边缘为常规砂岩、内部为泥页岩及中部为过渡岩相的三环带沉积地层。孔二段泥页岩面积为600 km², 厚度可达400~600 m, 是研究区内主要的烃源岩段, 其内部致密砂岩和白云岩储集层在纵向上厚度稳定, 横向上连片分布, 源储一体, 油气显示活跃, 具有良好的勘探前景。

研究区孔二段细粒相区有机质丰度平均3.26%(1038个样品), 最大可达12.92%, 整体属于富烃源岩。镜质体反射率(R_o)分布在0.66~0.96之间(74个样品), 平均0.76, 处于低成熟至中等成熟阶段, 以生油为主。孔二段泥页岩内粒间孔隙、粒内孔隙、有机质孔隙、裂缝等储集空间发育, 是油气成藏的有利储集层。泥页岩储集层脆性指数评价成为致密油甜点预测的关键内容。

本文对GA井500 m取心段进行1 212块次的全岩XRD分析, 确定孔二段泥页岩矿物组成及其相对含量。对泥页岩内碳酸盐岩、长英沉积岩、黏土岩和混合沉积岩采用系统取样的方法, 取得22块三轴压力试验样品。岩石的弹性参数是指岩石的杨氏模量和泊松比, 采用静力法测定。即通过岩样在准静态载荷条件下的应力— — 应变曲线, 求取弹性参数。这些参数通常称为静态弹性参数。岩石力学三轴实验装置将岩样放置在压力室内, 施加25 MPa侧向压力, 然后再施加垂直压力, 直到岩石破坏。这样可得到岩石破坏时的垂直压力、侧向压力值。实验过程中, 仪器自动记录岩石轴向应力与应变, 得到应力应变关系曲线, 利用应力应变曲线, 得到岩样的杨氏模量和泊松比。由于篇幅有限, 在此仅列出22个联合取样点的X射线衍射成分和弹性参数(表1)。

表1 沧东凹陷孔二段泥页岩全岩XRD成分及弹性参数(部分数据)

深度/m	层位		全岩XRD岩石矿物成分/%														泊松比		杨氏模量/GPa
深度/m	层位		石英		方解石		方沸石		黏土		白云石		长石		黄铁矿		泊松比		杨氏模量/GPa
2 939.53	E ${k_{2}}^{1}$		6		10		40		33		2		7		2		0.379		15.62
2 953.31	E ${k_{2}}^{1}$		5		21		27		29		7		8		3		0.417		13.96
2 955.57	E ${k_{2}}^{1}$		15		6		29		16		8		19		7		0.309		19.33
2 966.03	E ${k_{2}}^{1}$		14		18		9		14		32		12		1		0.313		23.3
2 974.07	E ${k_{2}}^{1}$		12		5		12		11		52		7		1		0.265		23.62
3 025.10	E ${k_{2}}^{2}$		15		15		24		13		8		24		1		0.326		21.85
3 032.09	E ${k_{2}}^{2}$		38		6		4		8		28		15		1		0.193		27.97
3 032.26	E ${k_{2}}^{2}$		22		5		12		10		35		15		1		0.279		30.82
3 059.18	E ${k_{2}}^{2}$		22		8		23		13		23		10		1		0.274		26.19
深度/m		层位		全岩XRD岩石矿物成分/%														泊松比		杨氏模量/GPa
深度/m		层位		石英		方解石		方沸石		黏土		白云石		长石		黄铁矿		泊松比		杨氏模量/GPa
3 187.22		E ${k_{2}}^{3}$		13		11		6		27		18		24		1		0.341		14.59
3 197.13		E ${k_{2}}^{3}$		27		6		4		16		20		18		9		0.226		22.15
3 209.06		E ${k_{2}}^{3}$		8		16		14		36		5		15		6		0.402		9.64
3 234.94		E ${k_{2}}^{3}$		19		0		9		17		39		16		0		0.271		28.1
3 239.22		E ${k_{2}}^{3}$		14		0		26		33		13		13		1		0.277		13.72
3 297.81		E ${k_{2}}^{3}$		19		6		6		10		54		6		1		0.184		21.61
3 310.64		E ${k_{2}}^{4}$		32		14		17		9		8		19		1		0.259		31.57
3 315.08		E ${k_{2}}^{4}$		29		9		8		12		28		13		1		0.213		25.78
3 318.20		E ${k_{2}}^{4}$		49		2		0		4		12		33		0		0.198		43.72
3 354.35		E ${k_{2}}^{4}$		38		8		0		5		0		49		0		0.206		22.14
3 360.54		E ${k_{2}}^{4}$		41		2		0		2		12		43		0		0.197		26.78
3 376.96		E ${k_{2}}^{4}$		35		12		0		5		0		48		0		0.238		25.92
3 385.59		E ${k_{2}}^{4}$		28		14		0		16		8		30		2		0.311		26.89

注: Ek₂代表孔二段, E ${k_{2}}^{1 - 4}$ 分别代表孔二段内四个亚段; 弹性参数试验围压25 MPa。

表1 沧东凹陷孔二段泥页岩全岩XRD成分及弹性参数(部分数据)

2 常规脆性指数计算方法

页岩储集层脆性指数的计算方法通常可分为两大类:一是利用相关力学参数(杨氏模量、泊松比、断裂韧性、抗拉强度、抗压强度及内摩擦角等)结合相应公式计算脆性指数; 二是利用矿物组分对岩石脆性进行计算^[10]。目前, 泥页岩储集层脆性指数评价方法主要参考页岩气勘探过程中所使用的方法, 其应用最为广泛的为弹性参数法和矿物组分法。

2.1 弹性参数法

采用工程试验的方法是获取岩层脆性指数最直接的方法, 其结果具有很强的代表性, 能够指导工程压裂参数的选取。Rickman等^[7]在2008年针对Barnett页岩进行了经验总结, 认为低泊松比、高杨氏模量的页岩脆性更好。杨氏模量是轴向应力与轴向弹性应变的比值, 它反映了页岩被压裂后保持裂缝的能力, 其值越大, 岩石越易形成复杂裂缝^[6]; 泊松比是样品径向应变量与轴向应变量的比值, 它反映了页岩在一定压力下抗破坏的能力, 其值越大, 岩石越易起裂。

工程脆性指数是基于工程试验参数计算出来的, 是对储集层可压裂性最直接的描述, 对压裂参数的选取有着重要的意义。但是在实际评价过程中, 工程试验样品数量有限, 不能满足压裂层段的系统评价, 其局限性限制了弹性参数法的广泛使用。

2.2 矿物组分法

岩石的脆性与其矿物成分密切相关, 石英、长石、白云石等脆性矿物含量越多的岩层, 其工程压裂效果也就越好。威德福公司提出利用岩石矿物组分特征对脆性进行评价^[8], 通过全岩XRD确定样品矿物成分, 并提出以石英为脆性矿物, 利用 XRD 资料对岩石脆性指数进行连续计算, 称之为狭义的脆性指数B_狭义。其计算公式如下^{[8, 10, 11]}:

B_狭义= $\frac{I_{石英}}{I_{石英} + I_{长石} + I_{白云石} + I_{方解石} + I_{黄铁矿} + I_{方沸石} + I_{黏土}}$

式中:I_石英、I_长石、I_白云石、I_方解石、I_黄铁矿、I_方沸石、I_黏土分别为石英、长石、白云石、方解石、黄铁矿、方沸石、黏土含量, %。

这种实用性的方法得到了推广和延伸, 之后采用石英和白云石^[11]或硅酸盐岩和脆性碳酸盐岩^[10]占矿物总量的比值作为脆性指数, 称之为广义的脆性指数B_广义。其计算公式如下:

B_广义= $\frac{I_{石英} + I_{长石} + I_{白云石} + I_{方解石} + I_{黄铁矿} + I_{方沸石}}{I_{石英} + I_{长石} + I_{白云石} + I_{方解石} + I_{黄铁矿} + I_{方沸石} + I_{黏土}}$

孔二段泥页岩XRD分析结果表明, 该段岩石矿物成分丰富, 常见有长石、石英、白云石、黏土、方沸石、方解石、黄铁矿等矿物(表1)。孔二段细粒相区受外部物源和自生矿物的影响, 加之后期强烈的成岩改造作用, 使其矿物组成复杂多样, 各沉积和成岩因素均不占明显优势, 长英质、碳酸盐岩和黏土类矿物各占总量的三分之一。

通过对孔二段1 212个X射线衍射数据计算得出:孔二段泥页岩狭义脆性指数分布在1.1~47.9之间, 平均值为19.8, 中位值为24.5; 广义脆性指数分布在52.1~99.5之间, 平均值为85.5, 中位值为75.8。按照脆性指数大于40为可压裂性好的标准, 该区狭义脆性指数指示该区压裂性均较差, 计算结果明显偏低; 而广义脆性指数计算结果指示该区压裂性均较好, 计算结果又明显偏高(图1)。矿物组分法计算出的脆性指数出现过小或过大的状况, 与工程试验结果不相符(表2), 该计算结果不能直接进行泥页岩脆性指数评价。

	Figure Option View Download New Window
	图1 矿物组分法计算脆性指数与工程脆性指数关系

表2 沧东凹陷孔二段泥页岩储集层脆性指数(部分数据)

层位	狭义脆性指数	广义脆性指数	工程脆性指数	回归脆性指数
E ${k_{2}}^{1}$	13	82	16.9	21.7
E ${k_{2}}^{1}$	16	87	6.3	24.9
E ${k_{2}}^{1}$	16	86	37.4	38.4
E ${k_{2}}^{1}$	14	93	42.3	47.0
E ${k_{2}}^{1}$	10	89	53.1	52.2
E ${k_{2}}^{2}$	17	89	37.4	41.1
E ${k_{2}}^{2}$	16	88	74.0	66.0
E ${k_{2}}^{2}$	14	90	60.7	55.7
E ${k_{2}}^{2}$	14	87	55.0	48.3
E ${k_{2}}^{3}$	15	80	23.6	41.4
E ${k_{2}}^{3}$	21	80	59.3	53.4
E ${k_{2}}^{3}$	18	75	3.2	27.5
E ${k_{2}}^{3}$	19	85	58.4	53.8
E ${k_{2}}^{3}$	14	67	36.0	34.5
E ${k_{2}}^{3}$	14	90	67.6	59.1
E ${k_{2}}^{4}$	28	88	66.1	53.9
E ${k_{2}}^{4}$	14	85	67.5	57.5
E ${k_{2}}^{4}$	36	91	97.0	74.3
E ${k_{2}}^{4}$	40	97	63.6	65.6
E ${k_{2}}^{4}$	39	98	72.4	71.5
E ${k_{2}}^{4}$	37	97	62.3	63.1
E ${k_{2}}^{4}$	43	90	48.1	52.9

表2 沧东凹陷孔二段泥页岩储集层脆性指数(部分数据)

3 多元回归计算方法

研究表明无论是狭义脆性指数还是广义脆性指数, 其与样品的工程脆性指数均存在较大的差异性, 矿物脆性指数的适用性较差。为了探索能够更加适用于沧东凹陷孔二段泥页岩脆性指数评价的方法, 需要找出与工程力学参数相关的脆性指数计算方法, 为预测有利压裂层段提供依据。

在构建脆性指数计算模型的过程中, 利用能够反映岩石力学性质的弹性参数— — 杨氏模量和泊松比计算出岩石样品的工程脆性指数, 建立工程脆性指数与岩石矿物成分之间的回归模型, 确定各矿物成分的系数, 进而建立适用于该区孔二段泥页岩的脆性指数计算模型。其构建过程如下:

(1)利用上述弹性参数法, 计算出联合取样点内22个岩石样品的工程脆性指数。

(2)假设工程脆性指数与矿物含量之间具有以下线性关系:

B_rit=b₁I₁+b₂I₂+…+b_nI_n

式中:b₁, b₂, …, b_n为回归系数的估计值; I₁, I₂, …, I_n为各矿物成分含量, %。

(3)在实际回归过程中, 为了便于与狭义脆性指数和广义脆性指数的对比分析, 在回归方程的计算过程中, 首先把石英的系数设为1, 然后根据各矿物含量与脆性指数的相关性, 逐次选入回归方程, 求取既能保证回归方程有效性又能代表各岩石矿物组分地质意义的一组参数, 最终确定回归方程为:

B=100I_石英+62.9I_白云石+52.1I_长石+25I_方解石+20.4I_黄铁矿+18I_方沸石+2.1I_黏土

通过回归方程计算的脆性指数称之为回归脆性指数。回归结果表明石英对脆性贡献最大, 白云石、长石次之, 方解石、黄铁矿、方沸石影响较弱, 黏土对脆性贡献最小。矿物组分法获得的狭义和广义脆性指数与工程脆性指数之间的相关性较差, 回归方程计算出的回归脆性指数与工程脆性指数之间的决定系数r²为0.8, 显示出较好的相关性(表2、图2), 表明基于回归方程脆性指数可以被用来代替工程脆性指数评价, 以此弥补传统矿物组分法的不足。

	Figure Option View Download New Window
	图2 泥页岩储集层工程脆性指数与回归脆性指数关系

4 应用效果分析

沧东凹陷GA井孔二段泥页岩段共有1 212块次X射线衍射分析数据, 分别计算出该段的狭义脆性指数、广义脆性指数和回归脆性指数并绘制成曲线(图3)。根据美国页岩气开发经验, 当脆性矿物含量大于40%, 即脆性指数大于40, 页岩具备良好的可压裂性^[12]。狭义脆性指数分布在1.1~47.9之间, 平均19.8, 显示孔二段整体可压裂性较差, 低估了孔二段泥页岩的可压裂能力。广义脆性指数分布在52.1~99.5之间, 平均85.5, 指示孔二段泥页岩具有很好的可压裂性, 这与实际压裂效果相矛盾。工程脆性指数主体分布在30~70之间, 平均为52, 储集层的可压裂性处于中等水平, 通过多元回归计算方法获得的回归脆性指数分布在24.2~70.6之间, 平均49.18, 能够客观地评价孔二段泥页岩的可压裂性。该地区官GA井的压裂取得良好效果, 参考Barnett页岩脆性系数^[7], 把脆性指数大于46.4作为工程甜点选取的临界值, 在优选出两套砂岩甜点段的同时, 也指示出E ${k_{2}}^{2}$ 和E ${k_{2}}^{3}$ 部分甜点分布区。

	Figure Option View Download New Window
	图3 沧东凹陷孔二段泥页岩工程甜点预测

根据七性关系综合评价结果, 对该井孔二段3个层段分别进行了工程压裂。试油段1为E ${k_{2}}^{4}$ 中下部, 其回归脆性指数40.90~70.59, 平均值63.8, 中位值55.74, 油层厚度45 m, 射开厚度27.5 m, 日产油6.58 t, 累产油82 t; 试油段2为E ${k_{2}}^{3}$ 上部, 其回归脆性指数35.92~61.63, 平均值47.66, 中位值48.77, 油层厚度40 m, 射开厚度40 m, 日产油5.21 t, 累产油56 t; 试油段3为E ${k_{2}}^{2}$ 上部, 其回归脆性指数32.49~69.90, 平均值53.12, 中位值51.19, 油层厚度31.7 m, 射开厚度26.1 m, 日产油8.83 t, 累产油57 t。从试油结果和脆性指数之间的关系可以看出, 试油段2录井解释为好的含油层段, 但其受脆性指数的影响, 油层的压裂效果较差, 日产油偏低。试油段3脆性指数要高于试油段2, 日产油也相对较高。相较于试油段1, 其脆性指数值较小, 不利于裂缝保持开启状, 后期稳产难度相对较大。

5 结论与认识

湖相泥页岩矿物类型多, 且各矿物组分均不占优势, 应用广义脆性指数计算结果值偏大, 而应用狭义脆性指数计算结果偏小, 且二者与实测工程力学脆性指数并没有良好的对应关系, 无法客观反映泥页岩的脆性特征。在对黄骅坳陷沧东凹陷孔二段泥页岩系统取样分析的基础上, 通过建立岩石矿物成分与工程弹性参数之间的关系, 确定了利用岩石成分加权计算脆性指数的方法。岩石矿物成分与工程弹性参数计算的脆性指数回归结果显示, 石英对脆性贡献最大, 白云石、长石次之, 方解石、黄铁矿、方沸石影响较弱, 黏土对脆性贡献最小。

沧东凹陷孔二段泥页岩储集层的脆性指数比页岩的脆性指数低, 储集层的可压裂性处于中等水平。脆性指数与压裂效果密切相关并制约着试油产量, 脆性指数低的试油层段不利于高产稳产。

(编辑陈娟)

参考文献

文献列表

[1]	柳波, 吕延防, 赵荣, 等. 三塘湖盆地马朗凹陷芦草沟组泥页岩系统地层超压与页岩油富集机理[J]. 石油勘探与开发, 2012, 39(6): 699-705. LIU Bo, LYU Yanfang, ZHAO Rong, et al. Formation overpressure and shale oil enrichment in the shale system of Lucaogou Formation, Malang Sag, Santanghu Basin[J]. Petroleum Exploration and Development, 2012, 39(6): 699-705. [本文引用:2]
[2]	张林晔, 包友书, 李钜源, 等. 湖相页岩油可动性——以渤海湾盆地济阳坳陷东营凹陷为例[J]. 石油勘探与开发, 2014, 41(6): 641-649. ZHANG Linye, BAO Youshu, LI Juyuan, et al. Movability of lacustrine shale oil: A case study of Dongying Sag, Jiyang Depression, Bohai Bay Basin[J]. Petroleum Exploration and Development, 2014, 41(6): 641-649. [本文引用:1]
[3]	张金川, 林腊梅, 李玉喜, 等. 页岩油分类与评价[J]. 地学前缘, 2012, 19(5): 322-331. ZHANG Jinchuan, LIN Lamei, LI Yuxi, et al. Classification and evaluation of shale oil[J]. Earth Science Frontiers, 2012, 19(5): 322-331. [本文引用:1]
[4]	聂海宽, 张培先, 边瑞康. 中国陆相页岩油富集特征[J]. 地学前缘, 2016, 23(2): 55-62. NIE Haikuan, ZHANG Peixian, BIAN Ruikang. Enrichment characteristics of continental shale oil in China[J]. Earth Science Frontiers, 2016, 23(2): 55-62. [本文引用:1]
[5]	黄锐, 张新华, 秦黎明. 基于元素含量的页岩矿物成分及脆性评价方法[J]. 中国石油勘探, 2014, 19(2): 85-90. HUANG Rui, ZHANG Xinhua, QIN Liming. Method for evaluation of shale mineral components and brittleness based on element content[J]. China Petroleum Exploration, 2014, 19(2): 85-90. [本文引用:1]
[6]	李庆辉, 陈勉, 金衍, 等. 页岩脆性的室内评价方法及改进[J]. 岩石力学与工程学报, 2012, 31(8): 1680-1685. LI Qinghui, CHEN Mian, JIN Yan, et al. Indoor evaluation method for shale brittleness and improvement[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2012, 31(8): 1680-1685. [本文引用:2]
[7]	刁海燕. 泥页岩储层岩石力学特性及脆性评价[J]. 岩石学报, 2013, 29(9): 3300-3306. DIAO Haiyan. Rock mechanical properties and brittleness evaluation of shale reservoir[J]. Acta Petrologica Sinica, 2013, 29(9): 3300-3306. [本文引用:3]
[8]	张跃, 陈世悦, 孟庆爱, 等. 黄骅坳陷沧东凹陷孔二段细粒沉积岩中方沸石的发现及其地质意义[J]. 中国石油勘探, 2015, 20(4): 37-43. ZHANG Yue, CHEN Shiyue, MENG Qing'ai, et al. The discovery of analcite in fine-grained sedimentary rocks of the Second Member of Kongdian Formation in Cangdong Sag, Huanghua Depression: Implications for early digenetic environment[J]. China Petroleum Exploration, 2015, 20(4): 37-43. [本文引用:3]
[9]	周立宏, 蒲秀刚, 邓远, 等. 细粒沉积岩研究中几个值得关注的问题[J]. 岩性油气藏, 2016, 28(1): 6-15. ZHOU Lihong, PU Xiugang, DENG Yuan, et al. Several issues in studies on fine-grained sedimentary rocks[J]. Lithologic Reservoirs, 2016, 28(1): 6-15. [本文引用:1]
[10]	JARVIE D M, HILL R J, RUBLE T E, et al. Unconventional shale-gas systems: The Mississippian Barnett Shale of north-central Texas as one model for thermogenic shale-gas assessment[J]. AAPG Bullentin, 2007, 91(4): 475-499. [本文引用:3]
[11]	WANG F P, GALE J F W. Screening criteria for shale-gas systems[J]. Gulf Coast Association of Geological Societies Transactions, 2009, 59: 779-793. [本文引用:2]
[12]	GALE J F W, REED R M, HOLDER J. Natural fractures in the Barnett Shale and their importance for hydraulic fracture treatments[J]. AAPG Bullentin, 2007, 91(4): 603-622. [本文引用:1]

2012

0.0

... 0 引言页岩油是全球非常规石油勘探的新亮点,与油页岩人工萃取原油不同,页岩油是指生成并赋存于地下页岩层系中的液态烃类,页岩经压裂改造后可直接获得工业油流^[1] ...

... 我国页岩油资源丰富,从1960年以来,松辽、渤海湾(辽河、济阳、濮阳等坳陷)及南襄等中新生代陆相盆地均已不同程度地获得了页岩油流^[1,2,3] ...

2014

0.0

... 我国页岩油资源丰富,从1960年以来,松辽、渤海湾(辽河、济阳、濮阳等坳陷)及南襄等中新生代陆相盆地均已不同程度地获得了页岩油流^[1,2,3] ...

2012

0.0

... 我国页岩油资源丰富,从1960年以来,松辽、渤海湾(辽河、济阳、濮阳等坳陷)及南襄等中新生代陆相盆地均已不同程度地获得了页岩油流^[1,2,3] ...

2016

0.0

... 在页岩油勘探中,页岩油储集层脆性特征是储集层力学评价、遴选射孔改造层段和设计压裂规模的重要基础,但页岩油储集层脆性矿物含量低和可改造性差等特征制约了我国页岩油的勘探开发^[4] ...

2014

0.0

... 通过借鉴在页岩气勘探过程中所使用的方法^[5,6],研究结果显示,基于矿物组成的储集层脆性指数方法具有一定实用性,但忽略了不同矿物成分之间脆性的差异性,评价结果不能准确评价页岩油储集层脆性特征 ...

2012

0.0

李庆辉, 陈勉, 金衍, 等. 页岩脆性的室内评价方法及改进[J]. 岩石力学与工程学报, 2012, 31(8): 1680-1685.

Qinghui

, CHEN

Mian

, JIN

Yan

, et al. Indoor evaluation method for shale brittleness and improvement[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2012, 31(8): 1680-1685.

Brittleness of gas shale reservoir is of vital significance to testing and evaluating the brittleness of shale. In view of this，through literature investigation and lab tests，20 kinds of basic methods for testing brittleness，including methods based on strength，hardness and ruggedness are summarized，focusing on discussing testing theory and lab method for shale brittleness based on complete stress-strain characteristics. Considering brittleness fracture mechanism and fracture feature，brittleness of shale is defined as a synthetic characteristic of material，affected by its heterogeneity and external testing environment. To identify brittleness of shale，complete stress-strain curve consisted of pre-peak and post-peak parts should both be considered. To improve the accuracy of brittleness evaluation，complete stress-strain testing in underground environment should be simulated. Capacity for resisting inelastic deformation before rupture and losing rate of bearing capacity after rupture are the main mechanical performance of brittleness. To improve the evaluation accuracy，existing mechanical testing schemes are also modified. Meanwhile，brittleness characteristics of black shale from South China is tested through true triaxial rock mechanics tests and then evaluated using improved methods.

(1. School of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Beijing 102249，China； 2. Bureau of Economic Geology，University of Texas，Austin 78758，USA)

页岩气储层脆性对页岩的脆性进行测试、评价具有重要的意义。鉴于此，通过文献调研和室内测试，总结脆性测试的20种基本方法，包括基于强度、硬度和坚固性的评价方法，并重点讨论基于全应力–应变特征的页岩脆性测试原理和试验方法。针对页岩脆性破裂机制结合断裂特征定义脆性，认为页岩的脆性是材料的综合特性，受自身非均质性和外在测试环境共同影响；峰后与峰前应力–应变特征均是表征脆性的关键，模拟地下环境的全应力–应变测试能够提高脆性评价的准确度；试样破坏前抵抗非弹性变形的能力和破坏后承载力丧失速度的快慢是脆性强弱的主要力学表现。为提高脆性评价的准确性，对已有的力学测试方法提出改进方案。开展室内真三轴岩石力学实验，对我国南方黑色页岩的脆性特征进行评价。

... 杨氏模量是轴向应力与轴向弹性应变的比值,它反映了页岩被压裂后保持裂缝的能力,其值越大,岩石越易形成复杂裂缝^[6] ...

2013

0.0

刁海燕. 泥页岩储层岩石力学特性及脆性评价[J]. 岩石学报, 2013, 29(9): 3300-3306.

DIAO

Haiyan

. Rock mechanical properties and brittleness evaluation of shale reservoir[J]. Acta Petrologica Sinica, 2013, 29(9): 3300-3306.

Rock mechanical properties of shale gas reservoir are vitally important for exploitation. It is necessary to conduct laboratory study on mechanical properties and brittleness evaluation of shale, which can provide technical support for drilling and fracturing design. Experimental investigations show that compressive strength has positive correlations with Young's modulus and confining pressure. Volume change of rocks before and after fracturing increases with decreased Young's modulus and increased Poisson's ratio. Failure mode under low confining pressure is predominantly splitting failure, while shear failure mode is dominant under high confining pressure. Brittleness of shale has close relations with shale elastic parameters and mineral constituent. Based on numerical modeling and experimental measurement, in combination with elastic parameters method and mineral constituent method, a new brittleness evaluation method is proposed, and brittleness evaluation of single wells is realized which has better effect. Brittleness evaluation is useful for understanding reservoir mechanics and selecting fracture section.

泥页岩储层的岩石力学特性对油气开发影响极大,进行泥页岩力学特性和脆性评价方面的研究,可以为泥页岩油钻井和压裂设计工作提供技术支撑。实验研究表明,泥页岩抗压强度与围压、杨氏模量成正相关;体积应变量随杨氏模量减小而增大,随泊松比增加而增加;泥页岩破坏在低围压下以劈裂式破坏为主,高围压时多出现剪切式破坏。泥页岩的脆性与其弹性参数和矿物组成关系密切,通过数值模拟和实验测量,综合弹性参数和矿物组分两种方法提出了一种新的脆性评价方法-弹性参数与矿物成分组合法(EP&MC Method),并实现了单井脆性评价,效果较好。脆性评价既是储层岩石力学特性分析的重要内容,也是压裂选层的重要依据。

... 基于杨氏模量和泊松比归一化(无量纲化)^[7,8]的地层脆性指数计算方法是描述储集层脆性特征的直接方法,其试验结果能够直接用于储集层的可压裂性评价,但由于取样和试验的限制,该方法不能被用于全井段的脆性特征评价 ...

... Rickman等^[7]在2008年针对Barnett页岩进行了经验总结,认为低泊松比、高杨氏模量的页岩脆性更好 ...

... 该地区官GA井的压裂取得良好效果,参考Barnett页岩脆性系数^[7],把脆性指数大于46 ...

2015

0.0

... 威德福公司提出利用岩石矿物组分特征对脆性进行评价^[8],通过全岩XRD确定样品矿物成分,并提出以石英为脆性矿物,利用 XRD 资料对岩石脆性指数进行连续计算,称之为狭义的脆性指数B_狭义 ...

... 其计算公式如下^[8,10,11]: ...

2016

0.0

周立宏, 蒲秀刚, 邓远, 等. 细粒沉积岩研究中几个值得关注的问题[J]. 岩性油气藏, 2016, 28(1): 6-15.

ZHOU

Lihong

, PU

Xiugang

, DENG

Yuan

, et al. Several issues in studies on fine-grained sedimentary rocks[J]. Lithologic Reservoirs, 2016, 28(1): 6-15.

There are huge oil and gas resources in fine-grained sedimentary rocks. Researchers pay less attention to it compared to coarser sediments. Classification, lithofacies and brittleness evaluation of fine-grained sedimentary rocks remain a relatively weak research field. Based on the X-ray diffraction data, fine-grained sedimentary rocks were divided into 12 types of rock in four main categories by means of a three-unit division system. The three units are carbonate minerals, clay minerals and felsic minerals. Meanwhile, fine-grained sedimentary rocks were named according to the concrete content of special mineral. The study of lithofacies is mainly focused on the differences in components, texture, structure, reservoir physical properties, source rock character and oil-bearing property. A great emphasis should be placed on sedimentary environment, sedimentary progress and dynamical mechanism of different lithofacies to identify advantaged lithofacies for oil and gas exploration. Brittleness of fine-grained sedimentary rocks is of vital significance to the fracturing effect. Due to the demerits of elastic parameters method and mineral constituent method which are commonly used to evaluate the brittleness of fine-grained sedimentary rocks, a new accurate and rational method should be proposed.

1. Research Institute of Exploration and Development ， PetroChina Dagang Oilfield Company ， Tianjin 300280 ， China ； 2. School of Geosciences ， China University of Petroleum ， Qingdao 266580 ， Shandong ， China

细粒沉积岩中蕴含着丰富的油气资源，但其研究程度远低于粗碎屑岩，尤其在岩石分类、岩相划分和脆性评价等方面的研究相对薄弱。以 X 射线衍射数据为基础，以碳酸盐矿物、黏土矿物和长英质矿物为三端元，将细粒沉积岩划分为 4 类 12 种岩石类型，再根据特殊矿物含量进行具体命名。细粒沉积岩岩相学侧重于研究不同岩相的物质组成、结构构造、储层物性、烃源岩特征及含油性等，以便优选优势岩相，并寻找油气“甜点”。脆性影响细粒沉积岩压裂改造的效果，目前常用岩石组分法和力学参数法对其进行评价，二者在准确性、经济性及便捷性上各有优缺点，应尝试建立一种能够准确而合理地表征岩石脆性的新方法。

... 1 区域地质背景沧东凹陷位于渤海湾盆地黄骅坳陷南部,其西侧为沧县隆起,东侧为徐黑凸起,北侧以孔店凸起为界,南侧至东光凸起^[9],是黄骅坳陷内第二大富油凹陷 ...

2007

0.0

... 二是利用矿物组分对岩石脆性进行计算^[10] ...

... 其计算公式如下^[8,10,11]: ...

... 这种实用性的方法得到了推广和延伸,之后采用石英和白云石^[11]或硅酸盐岩和脆性碳酸盐岩^[10]占矿物总量的比值作为脆性指数,称之为广义的脆性指数B_广义 ...

2009

0.0

... 其计算公式如下^[8,10,11]: ...

2007

0.0