页岩储层多尺度结构特征及表征方法研究

【摘要】：页岩之所以能够成为天然气储层,缘于页岩内部广泛发育的孔隙、裂缝等多尺度不连续结构。不同尺度的孔隙、裂缝既是页岩气的储集空间又是页岩气的渗流通道,准确表征页岩多尺度结构特征是页岩气储层评价、压裂改造的必要环节,对页岩气的勘探开发具有重要意义。如何识别和描述不同尺度空间的页岩非连续结构特征成为开展页岩高效开发技术研究的关键问题,然而,目前仍缺乏针对页岩非连续结构从微观到宏观的系统表征方法。为此,本文对页岩多尺度结构特征开展了系统研究,建立了从微观到宏观的页岩非连续结构特征表征方法。论文主要研究内容及认识如下:1.开展了页岩储层岩石特征研究,作为页岩多尺度结构特征的研究基础。测试了研究区页岩的全岩矿物组分、粘土矿物组分、TOC含量、岩石力学参数及孔渗性参数,统计了各参数的分布规律,研究了相关参数间的相互关系。2.利用场发射扫描电镜研究了页岩的微观结构特征,按成因将页岩微观结构分为3大类:有机质孔、无机质孔和微裂缝,并描述了不同类型微观结构的基本特征。3.采用高压压汞法、N2吸附法和CO2吸附法三者联合的方式对页岩微观孔隙结构进行了全尺度表征,结合页岩储层岩石特征,分析了页岩微观孔隙发育控制因素。认为中孔是页岩孔体积的贡献主体,微孔次之,大孔贡献最少;微孔对于页岩比表面积的贡献占据主导地位,贡献率均值达到80%。4.运用积分几何方法,建立了基于SEM图像观测的页岩孔隙结构表征方法,对研究区页岩孔隙结构进行了直观描述,认为研究区页岩的孔径主要分布在1~50nm,孔隙峰值为13nm,中孔是孔隙度贡献的主体,微孔次之,大孔最少。5.以高压压汞实验孔径大于500nm孔隙对页岩孔体积的贡献值作为微裂缝发育程度定量表征指标,在分析了页岩微裂缝发育控制因素基础上,结合页岩微裂缝镜下观察统计结果,建立了页岩微裂缝发育程度预测模型,对川南地区某井龙马溪组页岩微裂缝发育程度进行了定量预测,并据此分析了微裂缝对页岩孔渗性的影响。6.采用直接观测与统计的方法,研究了页岩宏观露头裂缝、岩芯裂缝的分组性、分形性、裂缝间距、裂缝倾角、裂缝长度、裂缝开度、充填状态等基本特征及分布规律,结合页岩储层地质力学特征,分析了页岩岩芯裂缝发育主控因素。7.提出了表征页岩裂缝网络发育规模的P_(xy)参数体系,运用积分几何方法建立了体系参数计算模型,丰富和完善了页岩裂缝网络表征参数体系。8.定义了页岩裂缝网络拓扑结构基本参数,建立了一种基于拓扑结构的裂缝网络连通性表征方法,运用该方法对页岩微裂缝、岩芯裂缝和露头裂缝网络进行了连通性定量评价。结合P_(xy)参数体系模型,建立了页岩裂缝网络综合评价指数,据此对研究区龙马溪组、五峰组页岩裂缝网络进行了对比分析。9.利用MATLAB与FRACA软件建立页岩二维裂缝网络模型,通过数值分析的方法研究了裂缝连通性与渗透性的影响因素。页岩裂缝网络连通指数与无量纲密度呈明显线性关系,与分形维数呈明显指数关系;页岩裂缝网络等效渗透率与裂缝连通指数呈明显幂率关系,与分形维数呈明显指数关系。10.运用积分几何方法,建立了基于岩芯裂缝信息的地下岩体裂缝网络连通性估算模型,依据裂缝连通指数对裂缝网络进行分类,建立了一种基于岩芯裂缝连通性的页岩裂缝网络表征与评价方法。