页岩气开发的几个问题

1、页岩气开发过程中的问题探讨页岩气开发过程中的问题探讨组长：胡彦智组员：冯雪磊 刘国伟 陈一 张义祥010203SEM下泥页岩空隙结构特点及有机质分析工业CT技术在泥页岩力学性质研究中的应用页岩盖层破裂分析页岩气开采现状页岩气开采现状世界页岩气资源量为457万亿立方米，同常规天然气资源量相当，其中页岩气技术可采资源量为187 万亿立方米。全球页岩气技术可采资源量排名前5 位国家依次为：中国（36 万亿立方米，约占20%）、美国（24 万亿立方米，约占13%）、阿根廷、墨西哥和南非。中国页岩气资源丰富，技术可采资源量为36 万亿立方米，是常规天然气的1.6 倍。美国进行页岩气开采大约有80多年历史

2、。我国刚刚开始，方兴未艾。SEM下泥页岩空隙结构特点下泥页岩空隙结构特点图图1 坤升煤矿顶板黑色页岩坤升煤矿顶板黑色页岩 矿物多为鳞片状，呈较规则层状分布，空隙类型主要为粒间孔和微裂缝，尺寸大约在25m。图图2 山东莱阳凹陷早白垩止凤庄组页岩山东莱阳凹陷早白垩止凤庄组页岩 矿物多呈菱形，层状分布明显，孔隙多为粒间孔，孔径大约在50100nm，含少量溶蚀孔。 矿物呈絮状（高岭土），微裂缝发育，裂缝宽约50100nm，长宽比多大于10:1图图3 巢北地区栖霞组页岩巢北地区栖霞组页岩SEM下泥页岩空隙结构特点下泥页岩空隙结构特点研究表明，高总有机碳含量（TOC）泥页岩常常具有更高的含气量，大量统计表

3、明，含不同类型干酪根的泥页岩其TOC最少应达2%以上才具有潜在的勘探价值。泥页岩中有机碳含量的测定泥页岩中有机碳含量的测定先利用自然伽马曲线辨别并剔除地层中的常规层段（层段B，D，G），再通过声波时差曲线和电阻率曲线的叠合来识别泥页岩组分相对于泥页岩岩石骨架高速度、高密度的电性特征，有机质本身具有低速度（AC高声波时差）、低密度的特点，且烃类本身具有高电阻率特征。因此，利用声波时差和电阻率之间的差异性可识别高丰度有机质层段及含烃类层段. R层段CRAC岩性低孔隙储层储层非烃源岩高孔隙储层FEDCBAI类泥页岩Ii类泥页岩III类泥页岩G利用 lg R 法进行单井有机碳含量预测，反映了高有机碳含

4、量层段电阻率与声波时差之间的幅度差，其表达式为：）（基线基线ttblglgRRR式中：lg R 为电阻率与声波曲线的幅度差；R为实测电阻率，m；R基线为不含有机质泥页岩的骨架岩石的电阻率，m；b 为常数；t 为实测声波时差，s/m；t基线为不含有机质泥页岩的骨架岩石对应的声波时差，s/m。由于有机碳含量越高，电阻率与声波时差之间的幅度差异越大，利用 lg R 法估算有机碳含量的关系式为：TOC=alg R+TOC式中：TOC 为有机碳含量，%；a 为常数；TOC 为基础有机碳含量参数，与研究区地质特征有关。以沾化凹陷罗67井为例，通过回归公式计算有机碳含量，所得值与实测数据具有很好的吻合性，利

5、用该方法求取的公式可较好地进行单井有机碳含量估算。罗67井TOC值计算结果与实测值对比页岩内部存在节理、裂隙等诸多缺陷，有明显的非均质、非连续、各向异性特点。CT(computerized tomography）技术可对岩样进行连续扫描，观察页岩在微纳米尺度下受力、变形、断裂和破坏的力学行为，运用微纳米断裂力学和位错理论等， 探索页岩微纳米尺度空隙结构的变形破裂贯通机理， 为页岩气纳米孔隙逸出机制研究提供理论参考和测试技术支持。工业工业CT技术在泥页岩力学性质研究中的应用技术在泥页岩力学性质研究中的应用工业工业CT技术在泥页岩力学性质研究中的应用技术在泥页岩力学性质研究中的应用-CT扫描图扫描

6、图像像l材料密度与CT图像中的灰度值H有以下线性关系：a,b皆为常数baH 工业工业CT技术在泥页岩力学性质研究中的应用技术在泥页岩力学性质研究中的应用-数字图像处理技术数字图像处理技术可估算孔隙率、孔隙直径、渗透率、查看初始裂隙情况；通过受载过程中连续扫描图像可获得裂隙演化规律。三维模型三维模型二维剖面图二维剖面图孔隙连通情况孔隙连通情况工业工业CT技术在泥页岩力学性质研究中的应用技术在泥页岩力学性质研究中的应用-数值计算数值计算有限元模型FLAC3D模型工业工业CT技术在泥页岩力学性质研究中的应用技术在泥页岩力学性质研究中的应用-数值计算数值计算岩石全应力应变曲线研究背景研究背景页岩气开发

7、中的问题盖层破裂引发的问题盖层破裂引发的问题盖层破裂的分析盖层破裂的分析由于泥岩盖层极为致由于泥岩盖层极为致密时，密时， 盖层的破裂盖层的破裂通常由通常由盖层与储层之间界面处盖层与储层之间界面处孔孔隙流体压力的增加隙流体压力的增加来实现。来实现。把盖层、储层和底板当把盖层、储层和底板当看成一个夹层模型，提出看成一个夹层模型，提出“叠层梁叠层梁”模型模型，对盖层，对盖层的破裂方式进行力学理论的破裂方式进行力学理论计算和数值模拟分析。计算和数值模拟分析。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地下储库对地面沉降影响的地下储库对地面沉降影响的分析分析技术路线1.选择lubby2本构模型，模拟盐岩层的流变特性2.线性回归，确定6个材料参数3.在adina中选择lubby2材料，带入6个参数的值4.在adina中，建立模型，施加边界条件，施加荷载，划分网格，并运算5.在adina中得到云纹图，取关键点，记录关键点随时间变化的坐标变化6.通过曲线分析地表沉降的影响因素地层剖面模型的简化地层剖面模型的简化实际地层剖面图计算用地层剖面图计算模型的地层空间分布及储气库情况计算模型的地层空间分布及储气库情况储 气 腔 体得到垂直方向位移图得到垂直方向位移图多个腔体的位移图多个腔体的位移图随储库数量增加，地表沉降的增幅在逐渐减小。随储库数量增加，地表沉降的增幅在逐渐减小。储库数量储库数量参考文献参考文献王宇, 李晓, 李守定,等. 单轴压缩条件下土石混合体开裂特征研究J. 岩石力学与工程学报, 2015.石晓闪, 刘大安, 崔振东,等. 页岩气开采压裂技术分析与思考J. 天然气勘探与开发, 2015.李磊. 基于页岩损伤CT图像处理的裂缝扩展研究D. 东北石油大学, 2014.赵毅鑫,赵高峰,姜耀东,吕玉凯.基于微焦点CT的煤岩细观破裂机理研究.北京:科学出版社，2013:9