高郵凹陷E1f4泥頁巖可改造性研究

劉佳昇 劉世麗

(1.長江大學,湖北武漢 430100;2.江蘇油田地質研究院 江蘇揚州 225000)

高郵凹陷E1f4泥頁巖可改造性研究

劉佳昇1劉世麗2

(1.長江大學,湖北武漢 430100;2.江蘇油田地質研究院 江蘇揚州 225000)

泥頁巖可改造性是頁巖油氣開發中非常關鍵的評價參數,其中泥頁巖力學特性在其中有著很重要的表征作用。本文先由實驗和計算,得出橫波時差、泊松比、剪切模量、楊氏模量等巖石力學指標。再由彈性參數法算出脆性特征參數BI。根據脆性特征參數BI進行評價,縱向上,E可壓裂性最好;橫向上的儲集改造Ⅰ類區基本都位于高郵凹陷的南西區域。

泥頁巖; 可改造性;力學參數;高郵凹陷

高郵凹陷位于蘇北盆地東臺坳陷中部，東西長約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，其中阜四段主要發育暗色泥巖為主的烴源巖。依據巖性及電性特征，E1f4縱向上可劃分為等7個層。高郵凹陷是阜四段(E1f4)中富有機質泥頁巖的主要分布區域[1，5]。泥頁巖儲層具有孔隙度低、滲透率極低的特點，因此形成工業產能的關鍵技術就是水平井及多級壓裂改造等工藝技術。在這過程中，對泥頁巖儲層的可改造性評價有著極其重要的作用。

1 彈性力學參數

高郵凹陷E1f4泥頁巖脆性礦物含量高(平均大于50.72%)，是有利于該區塊的改造作業。而巖石力學參數的研究首先要得到縱、橫波時差信息。對于該區塊，沒有直接獲取橫波時差的測井數據，只有通過其他方法得到。然后結合地層和骨架體積密度測井資料以及地層中泥質含量，根據彈性波動理論，可以得出地層的彈性力學參數。

1.1 實驗得出橫波時差

首先測量巖樣100%飽和水時的縱橫波速度，用一定的壓力驅替巖樣中的水，再測量巖樣縱橫波速度，記錄每次測量數據，可得到不同巖樣的縱橫波速度隨含氣飽和度的變化關系。使用巖樣常溫常壓下在不同含水飽和度情況下測量橫波時差數據，作橫波時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差測量值變大，橫波時差測量值隨含水飽和度的變化基本成線性關系。根據實驗可以發現，地層條件下橫波時差測量值隨縱波時差的變化基本成線性關系。

表2-1 某2井E1f4頁巖巖石力學參數統計表

1.2 地層巖樣分析得出橫波時差

在巖性相對均一的地層中，被廣泛使用的經驗公式是:

通過計算可得出橫波時差曲線，從而獲得橫波時差數據。

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參數。泊松比反映了頁巖在壓力下破裂的能力，一般數值為0.2～0.4。楊氏模量反映了頁巖被壓裂后保持裂縫的能力，一般數值為10GPa～80GPa。頁巖楊氏模量越高，泊松比越低，脆性越強[6]。但只憑楊氏模量和泊松比，并不能科學地評價泥頁巖的可改造性，由此我們引入脆性指數BI來進行綜合評價。

2 脆性指數BI

泥頁巖力學參數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。為了更有效的評價泥頁巖的可改造性，利用彈性參數法( Grieser and Bray，2007)[2-4]，計算脆性指數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

頁巖脆性的大小對壓裂產生的誘導裂縫的形態產生很大的影響。參考國內外分類方案，將研究區泥頁巖的可改造性級別分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類，其中，Ⅰ類最低，當脆性指數在10%～30%時，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，當脆性指數在30%～50%時，可改造性中等，使用適中體用量和適中支撐劑；Ⅲ類最高。當脆性指數在50%～70%時，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、脆性指數如表2-1。數據顯示，巖石泊松比適中，脆性指數較高，泊松比最低為0.19，脆性指數高達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。

由各層段的井數據，可計算出每口井在不同層段的脆性指數BI。作出某三個段的脆性指數平面等值線圖，如圖2-1、圖2-2、圖2-3。某段1的平面圖中某2井的周邊區域脆性指數可達50%以上，達到了Ⅲ類標準；某3井區域、某13井～某14井區域的脆性指數在30%以下，劃歸為Ⅰ類；其它井的區域為Ⅱ類。某段2的平面圖中，某4井周邊區域脆性指數在50%以上，為Ⅲ類標準；某2井～某3井～某5井～某6井的區域和某13井～某14井～某16井的區域中可改造性差，歸于Ⅰ類。某段3的某4井周邊區域的脆性指數高于50%，為Ⅲ類可改造區；某1井～某2井～某3井周邊區域和某12井～某13井～某15井周邊區域的脆性指數低于30%，劃為Ⅰ類。綜上分析，E1f4最有利的泥頁巖改造區域在凹陷的南西區域，凹陷的西北區域和東南區域的泥頁巖可改造性比較差。

3 結論

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

(2)縱向上綜合評價，E1f41和E1f4

5可壓裂性均比較好，E1f4

3次之，E1f4

6最差。

(3)橫向上綜合評價， 某段1的儲集及改造Ⅲ類區為某2井周邊區域；某5井～某8井～某9井～某12井區域和凹陷東部的某15井區域為Ⅱ類區。某段2儲集改造Ⅲ類區為某4井區域；凹陷西部某1井區域、某7井～某11井～某15井區域和某17井～某18井～某19井區域為Ⅱ類有利區。某段3儲集改造Ⅲ類區為某4井區域；某5井～某6井～某7井～某11井～某14井區域和某16井～某17井～某18井～某19井區域為Ⅱ類有利區。

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

[2]刁海燕.泥頁巖儲層巖石力學特性及脆性評價[J]巖石學報.2013,029(09):3300～3306.

劉佳昇,男,1989年12月,漢族,江蘇揚州,碩士研究生,儲層地質研究。