1、頁巖氣開發(fā)過程中的問題探討頁巖氣開發(fā)過程中的問題探討組長：胡彥智組員：馮雪磊 劉國偉 陳一 張義祥010203SEM下泥頁巖空隙結(jié)構(gòu)特點及有機(jī)質(zhì)分析工業(yè)CT技術(shù)在泥頁巖力學(xué)性質(zhì)研究中的應(yīng)用頁巖蓋層破裂分析頁巖氣開采現(xiàn)狀頁巖氣開采現(xiàn)狀世界頁巖氣資源量為457萬億立方米，同常規(guī)天然氣資源量相當(dāng)，其中頁巖氣技術(shù)可采資源量為187 萬億立方米。全球頁巖氣技術(shù)可采資源量排名前5 位國家依次為：中國（36 萬億立方米，約占20%）、美國（24 萬億立方米，約占13%）、阿根廷、墨西哥和南非。中國頁巖氣資源豐富，技術(shù)可采資源量為36 萬億立方米，是常規(guī)天然氣的1.6 倍。美國進(jìn)行頁巖氣開采大約有80多年歷史

2、。我國剛剛開始，方興未艾。SEM下泥頁巖空隙結(jié)構(gòu)特點下泥頁巖空隙結(jié)構(gòu)特點圖圖1 坤升煤礦頂板黑色頁巖坤升煤礦頂板黑色頁巖 礦物多為鱗片狀，呈較規(guī)則層狀分布，空隙類型主要為粒間孔和微裂縫，尺寸大約在25m。圖圖2 山東萊陽凹陷早白堊止鳳莊組頁巖山東萊陽凹陷早白堊止鳳莊組頁巖 礦物多呈菱形，層狀分布明顯，孔隙多為粒間孔，孔徑大約在50100nm，含少量溶蝕孔。 礦物呈絮狀（高嶺土），微裂縫發(fā)育，裂縫寬約50100nm，長寬比多大于10:1圖圖3 巢北地區(qū)棲霞組頁巖巢北地區(qū)棲霞組頁巖SEM下泥頁巖空隙結(jié)構(gòu)特點下泥頁巖空隙結(jié)構(gòu)特點研究表明，高總有機(jī)碳含量（TOC）泥頁巖常常具有更高的含氣量，大量統(tǒng)計表

3、明，含不同類型干酪根的泥頁巖其TOC最少應(yīng)達(dá)2%以上才具有潛在的勘探價值。泥頁巖中有機(jī)碳含量的測定泥頁巖中有機(jī)碳含量的測定先利用自然伽馬曲線辨別并剔除地層中的常規(guī)層段（層段B，D，G），再通過聲波時差曲線和電阻率曲線的疊合來識別泥頁巖組分相對于泥頁巖巖石骨架高速度、高密度的電性特征，有機(jī)質(zhì)本身具有低速度（AC高聲波時差）、低密度的特點，且烴類本身具有高電阻率特征。因此，利用聲波時差和電阻率之間的差異性可識別高豐度有機(jī)質(zhì)層段及含烴類層段. R層段CRAC巖性低孔隙儲層儲層非烴源巖高孔隙儲層FEDCBAI類泥頁巖Ii類泥頁巖III類泥頁巖G利用 lg R 法進(jìn)行單井有機(jī)碳含量預(yù)測，反映了高有機(jī)碳含

4、量層段電阻率與聲波時差之間的幅度差，其表達(dá)式為：）（基線基線ttblglgRRR式中：lg R 為電阻率與聲波曲線的幅度差；R為實測電阻率，m；R基線為不含有機(jī)質(zhì)泥頁巖的骨架巖石的電阻率，m；b 為常數(shù)；t 為實測聲波時差，s/m；t基線為不含有機(jī)質(zhì)泥頁巖的骨架巖石對應(yīng)的聲波時差，s/m。由于有機(jī)碳含量越高，電阻率與聲波時差之間的幅度差異越大，利用 lg R 法估算有機(jī)碳含量的關(guān)系式為：TOC=alg R+TOC式中：TOC 為有機(jī)碳含量，%；a 為常數(shù)；TOC 為基礎(chǔ)有機(jī)碳含量參數(shù)，與研究區(qū)地質(zhì)特征有關(guān)。以沾化凹陷羅67井為例，通過回歸公式計算有機(jī)碳含量，所得值與實測數(shù)據(jù)具有很好的吻合性，利

5、用該方法求取的公式可較好地進(jìn)行單井有機(jī)碳含量估算。羅67井TOC值計算結(jié)果與實測值對比頁巖內(nèi)部存在節(jié)理、裂隙等諸多缺陷，有明顯的非均質(zhì)、非連續(xù)、各向異性特點。CT(computerized tomography）技術(shù)可對巖樣進(jìn)行連續(xù)掃描，觀察頁巖在微納米尺度下受力、變形、斷裂和破壞的力學(xué)行為，運(yùn)用微納米斷裂力學(xué)和位錯理論等， 探索頁巖微納米尺度空隙結(jié)構(gòu)的變形破裂貫通機(jī)理， 為頁巖氣納米孔隙逸出機(jī)制研究提供理論參考和測試技術(shù)支持。工業(yè)工業(yè)CT技術(shù)在泥頁巖力學(xué)性質(zhì)研究中的應(yīng)用技術(shù)在泥頁巖力學(xué)性質(zhì)研究中的應(yīng)用工業(yè)工業(yè)CT技術(shù)在泥頁巖力學(xué)性質(zhì)研究中的應(yīng)用技術(shù)在泥頁巖力學(xué)性質(zhì)研究中的應(yīng)用-CT掃描圖掃描

6、圖像像l材料密度與CT圖像中的灰度值H有以下線性關(guān)系：a,b皆為常數(shù)baH 工業(yè)工業(yè)CT技術(shù)在泥頁巖力學(xué)性質(zhì)研究中的應(yīng)用技術(shù)在泥頁巖力學(xué)性質(zhì)研究中的應(yīng)用-數(shù)字圖像處理技術(shù)數(shù)字圖像處理技術(shù)可估算孔隙率、孔隙直徑、滲透率、查看初始裂隙情況；通過受載過程中連續(xù)掃描圖像可獲得裂隙演化規(guī)律。三維模型三維模型二維剖面圖二維剖面圖孔隙連通情況孔隙連通情況工業(yè)工業(yè)CT技術(shù)在泥頁巖力學(xué)性質(zhì)研究中的應(yīng)用技術(shù)在泥頁巖力學(xué)性質(zhì)研究中的應(yīng)用-數(shù)值計算數(shù)值計算有限元模型FLAC3D模型工業(yè)工業(yè)CT技術(shù)在泥頁巖力學(xué)性質(zhì)研究中的應(yīng)用技術(shù)在泥頁巖力學(xué)性質(zhì)研究中的應(yīng)用-數(shù)值計算數(shù)值計算巖石全應(yīng)力應(yīng)變曲線研究背景研究背景頁巖氣開發(fā)

7、中的問題蓋層破裂引發(fā)的問題蓋層破裂引發(fā)的問題蓋層破裂的分析蓋層破裂的分析由于泥巖蓋層極為致由于泥巖蓋層極為致密時，密時， 蓋層的破裂蓋層的破裂通常由通常由蓋層與儲層之間界面處蓋層與儲層之間界面處孔孔隙流體壓力的增加隙流體壓力的增加來實現(xiàn)。來實現(xiàn)。把蓋層、儲層和底板當(dāng)把蓋層、儲層和底板當(dāng)看成一個夾層模型，提出看成一個夾層模型，提出“疊層梁疊層梁”模型模型，對蓋層，對蓋層的破裂方式進(jìn)行力學(xué)理論的破裂方式進(jìn)行力學(xué)理論計算和數(shù)值模擬分析。計算和數(shù)值模擬分析。FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USAStep 30000 Mod

8、el Perspective15:37:54 Sat May 30 2015Center: X: 5.000e+001 Y: 2.500e+000 Z: 3.000e+001Rotation: X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000Dist: 2.790e+002Mag.: 1Ang.: 22.500Contour of SZZ Magfac = 0.000e+000 Gradient Calculation-5.0176e+007 to -5.0000e+007-5.0000e+007 to -4.9800e+007-4.9800e+007 to -4.9600e+007-4.

9、9600e+007 to -4.9400e+007-4.9400e+007 to -4.9200e+007-4.9200e+007 to -4.9000e+007-4.9000e+007 to -4.8904e+007 Interval = 2.0e+005FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USAStep 30000 Model Perspective15:36:47 Sat May 30 2015Center: X: 5.000e+001 Y: 2.500e+000 Z: 3.000e+001Rotation: X

10、: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000Dist: 2.790e+002Mag.: 1Ang.: 22.500Contour of SXX Magfac = 0.000e+000 Gradient Calculation-5.5214e+007 to -5.5200e+007-5.5200e+007 to -5.5000e+007-5.5000e+007 to -5.4800e+007-5.4800e+007 to -5.4600e+007-5.4600e+007 to -5.4400e+007-5.4400e+007 to -5.4200e+007-5.4200e+007 to -

11、5.4000e+007-5.4000e+007 to -5.3991e+007 Interval = 2.0e+005FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USAStep 69413 Model Perspective14:40:44 Thu Jun 04 2015Center: X: 5.000e+001 Y: 2.500e+000 Z: 3.000e+001Rotation: X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000Dist: 2.790e+002Mag.: 1Ang.: 22.500Contour of

12、 SZZ Magfac = 0.000e+000 Gradient Calculation-7.5608e+007 to -7.0000e+007-7.0000e+007 to -6.0000e+007-6.0000e+007 to -5.0000e+007-5.0000e+007 to -4.0000e+007-4.0000e+007 to -3.0000e+007-3.0000e+007 to -2.0000e+007-2.0000e+007 to -1.0000e+007-1.0000e+007 to 0.0000e+000 0.0000e+000 to 1.0000e+007 1.00

13、00e+007 to 2.0000e+007 2.0000e+007 to 2.6653e+007 Interval = 1.0e+007FLAC3D 3.00Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USAStep 69413 Model Perspective14:42:12 Thu Jun 04 2015Center: X: 5.000e+001 Y: 2.500e+000 Z: 3.000e+001Rotation: X: 0.000 Y: 0.000 Z: 0.000Dist: 2.790e+002Mag.: 1Ang.: 22.500

14、Contour of SXX Magfac = 0.000e+000 Gradient Calculation-7.9697e+007 to -7.0000e+007-7.0000e+007 to -6.0000e+007-6.0000e+007 to -5.0000e+007-5.0000e+007 to -4.0000e+007-4.0000e+007 to -3.0000e+007-3.0000e+007 to -2.0000e+007-2.0000e+007 to -1.0000e+007-1.0000e+007 to 0.0000e+000 0.0000e+000 to 1.0000

15、e+007 1.0000e+007 to 1.2996e+007 Interval = 1.0e+007地下儲庫對地面沉降影響的地下儲庫對地面沉降影響的分析分析技術(shù)路線1.選擇lubby2本構(gòu)模型，模擬鹽巖層的流變特性2.線性回歸，確定6個材料參數(shù)3.在adina中選擇lubby2材料，帶入6個參數(shù)的值4.在adina中，建立模型，施加邊界條件，施加荷載，劃分網(wǎng)格，并運(yùn)算5.在adina中得到云紋圖，取關(guān)鍵點，記錄關(guān)鍵點隨時間變化的坐標(biāo)變化6.通過曲線分析地表沉降的影響因素地層剖面模型的簡化地層剖面模型的簡化實際地層剖面圖計算用地層剖面圖計算模型的地層空間分布及儲氣庫情況計算模型的地層空間分布及儲氣庫情況儲 氣 腔 體得到垂直方向位移圖得到垂直方向位移圖多個腔體的位移圖多個腔體的位移圖隨儲庫數(shù)量增加，地表沉降的增幅在逐漸減小。隨儲庫數(shù)量增加，地表沉降的增幅在逐漸減小。儲庫數(shù)量儲庫數(shù)量參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)王宇, 李曉, 李守定,等. 單軸壓縮條件下土石混合體開裂特征研究J. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報, 2015.石曉閃, 劉大安, 崔振東,等. 頁巖氣開采壓裂技術(shù)分析與思考J. 天然氣勘探與開發(fā), 2015.李磊. 基于頁巖損傷CT圖像處理的裂縫擴(kuò)展研究D. 東北石油大學(xué), 2014.趙毅鑫,趙高峰,姜耀東,呂玉凱.基于微焦點CT的煤巖細(xì)觀破裂機(jī)理研究.北京:科學(xué)出版社，2013:9