劉佳昇 劉世麗

(1.長(zhǎng)江大學(xué),湖北武漢 430100;2.江蘇油田地質(zhì)研究院 江蘇揚(yáng)州 225000)

高郵凹陷E1f4泥頁巖可改造性研究

劉佳昇1劉世麗2

(1.長(zhǎng)江大學(xué),湖北武漢 430100;2.江蘇油田地質(zhì)研究院 江蘇揚(yáng)州 225000)

泥頁巖可改造性是頁巖油氣開發(fā)中非常關(guān)鍵的評(píng)價(jià)參數(shù),其中泥頁巖力學(xué)特性在其中有著很重要的表征作用。本文先由實(shí)驗(yàn)和計(jì)算,得出橫波時(shí)差、泊松比、剪切模量、楊氏模量等巖石力學(xué)指標(biāo)。再由彈性參數(shù)法算出脆性特征參數(shù)BI。根據(jù)脆性特征參數(shù)BI進(jìn)行評(píng)價(jià),縱向上,E可壓裂性最好;橫向上的儲(chǔ)集改造Ⅰ類區(qū)基本都位于高郵凹陷的南西區(qū)域。

泥頁巖; 可改造性;力學(xué)參數(shù);高郵凹陷

高郵凹陷位于蘇北盆地東臺(tái)坳陷中部，東西長(zhǎng)約100km，南北寬約25—35km，面積約2670km2。高郵凹陷阜寧組與下伏泰州組呈假整合—整合接觸，與上覆戴南組呈假整合接觸，根據(jù)大套巖性組合自下而上分為阜一段、阜二段、阜三段和阜四段，其中阜四段主要發(fā)育暗色泥巖為主的烴源巖。依據(jù)巖性及電性特征，E1f4縱向上可劃分為等7個(gè)層。高郵凹陷是阜四段(E1f4)中富有機(jī)質(zhì)泥頁巖的主要分布區(qū)域[1，5]。泥頁巖儲(chǔ)層具有孔隙度低、滲透率極低的特點(diǎn)，因此形成工業(yè)產(chǎn)能的關(guān)鍵技術(shù)就是水平井及多級(jí)壓裂改造等工藝技術(shù)。在這過程中，對(duì)泥頁巖儲(chǔ)層的可改造性評(píng)價(jià)有著極其重要的作用。

1 彈性力學(xué)參數(shù)

高郵凹陷E1f4泥頁巖脆性礦物含量高(平均大于50.72%)，是有利于該區(qū)塊的改造作業(yè)。而巖石力學(xué)參數(shù)的研究首先要得到縱、橫波時(shí)差信息。對(duì)于該區(qū)塊，沒有直接獲取橫波時(shí)差的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，只有通過其他方法得到。然后結(jié)合地層和骨架體積密度測(cè)井資料以及地層中泥質(zhì)含量，根據(jù)彈性波動(dòng)理論，可以得出地層的彈性力學(xué)參數(shù)。

1.1 實(shí)驗(yàn)得出橫波時(shí)差

首先測(cè)量巖樣100%飽和水時(shí)的縱橫波速度，用一定的壓力驅(qū)替巖樣中的水，再測(cè)量巖樣縱橫波速度，記錄每次測(cè)量數(shù)據(jù)，可得到不同巖樣的縱橫波速度隨含氣飽和度的變化關(guān)系。使用巖樣常溫常壓下在不同含水飽和度情況下測(cè)量橫波時(shí)差數(shù)據(jù)，作橫波時(shí)差隨含水飽和度的變化情況圖。同一巖樣隨含水飽和度增加橫波時(shí)差測(cè)量值變大，橫波時(shí)差測(cè)量值隨含水飽和度的變化基本成線性關(guān)系。根據(jù)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，地層條件下橫波時(shí)差測(cè)量值隨縱波時(shí)差的變化基本成線性關(guān)系。

表2-1 某2井E1f4頁巖巖石力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

1.2 地層巖樣分析得出橫波時(shí)差

在巖性相對(duì)均一的地層中，被廣泛使用的經(jīng)驗(yàn)公式是:

通過計(jì)算可得出橫波時(shí)差曲線，從而獲得橫波時(shí)差數(shù)據(jù)。

1.3 泊松比、楊氏模量

泊松比、楊氏模量都是表征泥頁巖脆性的巖石力學(xué)參數(shù)。泊松比反映了頁巖在壓力下破裂的能力，一般數(shù)值為0.2～0.4。楊氏模量反映了頁巖被壓裂后保持裂縫的能力，一般數(shù)值為10GPa～80GPa。頁巖楊氏模量越高，泊松比越低，脆性越強(qiáng)[6]。但只憑楊氏模量和泊松比，并不能科學(xué)地評(píng)價(jià)泥頁巖的可改造性，由此我們引入脆性指數(shù)BI來進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2 脆性指數(shù)BI

泥頁巖力學(xué)參數(shù)是影響頁巖可改造性的重要的因素，包括泊松比和楊氏模量。為了更有效的評(píng)價(jià)泥頁巖的可改造性，利用彈性參數(shù)法( Grieser and Bray，2007)[2-4]，計(jì)算脆性指數(shù)BI，公式如下:

圖2-1 高郵凹陷某段1的BI值含量平面等值線圖

圖2-2 高郵凹陷某段2的BI值含量平面等值線圖

圖2-3 高郵凹陷某段3的BI值含量平面等值線圖

頁巖脆性的大小對(duì)壓裂產(chǎn)生的誘導(dǎo)裂縫的形態(tài)產(chǎn)生很大的影響。參考國(guó)內(nèi)外分類方案，將研究區(qū)泥頁巖的可改造性級(jí)別分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類，其中，Ⅰ類最低，當(dāng)脆性指數(shù)在10%～30%時(shí)，可改造性低，使用少量體用量和大量支撐劑且支撐劑濃度高；Ⅱ類中等，當(dāng)脆性指數(shù)在30%～50%時(shí)，可改造性中等，使用適中體用量和適中支撐劑；Ⅲ類最高。當(dāng)脆性指數(shù)在50%～70%時(shí)，可改造性高，使用大量體用量和少量支撐劑且支撐劑濃度低。

以某2井等為例，得出的泊松比、楊氏模量、脆性指數(shù)如表2-1。數(shù)據(jù)顯示，巖石泊松比適中，脆性指數(shù)較高，泊松比最低為0.19，脆性指數(shù)高達(dá)44.71%，表明具有很好的可壓裂性。但是楊氏模量普遍偏低，表明泥頁巖中粘土礦物含量較高，遇水易膨脹，不利于壓裂后裂縫的維持。綜合分析，E1f45和E1f4

1可壓裂性均比較好，E1f4

3次之，E1f4

6最差。

由各層段的井?dāng)?shù)據(jù)，可計(jì)算出每口井在不同層段的脆性指數(shù)BI。作出某三個(gè)段的脆性指數(shù)平面等值線圖，如圖2-1、圖2-2、圖2-3。某段1的平面圖中某2井的周邊區(qū)域脆性指數(shù)可達(dá)50%以上，達(dá)到了Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)；某3井區(qū)域、某13井～某14井區(qū)域的脆性指數(shù)在30%以下，劃歸為Ⅰ類；其它井的區(qū)域?yàn)棰蝾悺Ｄ扯?的平面圖中，某4井周邊區(qū)域脆性指數(shù)在50%以上，為Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)；某2井～某3井～某5井～某6井的區(qū)域和某13井～某14井～某16井的區(qū)域中可改造性差，歸于Ⅰ類。某段3的某4井周邊區(qū)域的脆性指數(shù)高于50%，為Ⅲ類可改造區(qū)；某1井～某2井～某3井周邊區(qū)域和某12井～某13井～某15井周邊區(qū)域的脆性指數(shù)低于30%，劃為Ⅰ類。綜上分析，E1f4最有利的泥頁巖改造區(qū)域在凹陷的南西區(qū)域，凹陷的西北區(qū)域和東南區(qū)域的泥頁巖可改造性比較差。

3 結(jié)論

(1)高郵凹陷E1f4頁巖的力學(xué)參數(shù)中，大部分泊松比數(shù)值適中，脆性指數(shù)較高，最高達(dá)44.71%，表示該區(qū)塊具有較好的可壓裂性。楊氏模量相對(duì)較低(10380MPa～19870MPa)，壓裂后保持裂縫的能力不好。頁巖脆性指數(shù)越高，裂縫越發(fā)育。

(2)縱向上綜合評(píng)價(jià)，E1f41和E1f4

5可壓裂性均比較好，E1f4

3次之，E1f4

6最差。

(3)橫向上綜合評(píng)價(jià)， 某段1的儲(chǔ)集及改造Ⅲ類區(qū)為某2井周邊區(qū)域；某5井～某8井～某9井～某12井區(qū)域和凹陷東部的某15井區(qū)域?yàn)棰蝾悈^(qū)。某段2儲(chǔ)集改造Ⅲ類區(qū)為某4井區(qū)域；凹陷西部某1井區(qū)域、某7井～某11井～某15井區(qū)域和某17井～某18井～某19井區(qū)域?yàn)棰蝾愑欣麉^(qū)。某段3儲(chǔ)集改造Ⅲ類區(qū)為某4井區(qū)域；某5井～某6井～某7井～某11井～某14井區(qū)域和某16井～某17井～某18井～某19井區(qū)域?yàn)棰蝾愑欣麉^(qū)。

[1]趙澄林,朱平,陳方鴻.高郵凹陷高分辨率層序地層學(xué)及儲(chǔ)層研究[M].石油工業(yè)出版社.2001.

[2]刁海燕.泥頁巖儲(chǔ)層巖石力學(xué)特性及脆性評(píng)價(jià)[J]巖石學(xué)報(bào).2013,029(09):3300～3306.

劉佳昇,男,1989年12月,漢族,江蘇揚(yáng)州,碩士研究生,儲(chǔ)層地質(zhì)研究。