高邮凹陷E1f4泥页岩可改造性研究

刘佳昇 刘世丽

(1.长江大学,湖北武汉 430100;2.江苏油田地质研究院 江苏扬州 225000)

高邮凹陷E1f4泥页岩可改造性研究

刘佳昇1刘世丽2

(1.长江大学,湖北武汉 430100;2.江苏油田地质研究院 江苏扬州 225000)

泥页岩可改造性是页岩油气开发中非常关键的评价参数,其中泥页岩力学特性在其中有着很重要的表征作用。本文先由实验和计算,得出横波时差、泊松比、剪切模量、杨氏模量等岩石力学指标。再由弹性参数法算出脆性特征参数BI。根据脆性特征参数BI进行评价,纵向上,E可压裂性最好;横向上的储集改造Ⅰ类区基本都位于高邮凹陷的南西区域。

泥页岩; 可改造性;力学参数;高邮凹陷

高邮凹陷位于苏北盆地东台坳陷中部，东西长约100km，南北宽约25—35km，面积约2670km2。高邮凹陷阜宁组与下伏泰州组呈假整合—整合接触，与上覆戴南组呈假整合接触，根据大套岩性组合自下而上分为阜一段、阜二段、阜三段和阜四段，其中阜四段主要发育暗色泥岩为主的烃源岩。依据岩性及电性特征，E1f4纵向上可划分为等7个层。高邮凹陷是阜四段(E1f4)中富有机质泥页岩的主要分布区域[1，5]。泥页岩储层具有孔隙度低、渗透率极低的特点，因此形成工业产能的关键技术就是水平井及多级压裂改造等工艺技术。在这过程中，对泥页岩储层的可改造性评价有着极其重要的作用。

1 弹性力学参数

高邮凹陷E1f4泥页岩脆性矿物含量高(平均大于50.72%)，是有利于该区块的改造作业。而岩石力学参数的研究首先要得到纵、横波时差信息。对于该区块，没有直接获取横波时差的测井数据，只有通过其他方法得到。然后结合地层和骨架体积密度测井资料以及地层中泥质含量，根据弹性波动理论，可以得出地层的弹性力学参数。

1.1 实验得出横波时差

首先测量岩样100%饱和水时的纵横波速度，用一定的压力驱替岩样中的水，再测量岩样纵横波速度，记录每次测量数据，可得到不同岩样的纵横波速度随含气饱和度的变化关系。使用岩样常温常压下在不同含水饱和度情况下测量横波时差数据，作横波时差随含水饱和度的变化情况图。同一岩样随含水饱和度增加横波时差测量值变大，横波时差测量值随含水饱和度的变化基本成线性关系。根据实验可以发现，地层条件下横波时差测量值随纵波时差的变化基本成线性关系。

表2-1 某2井E1f4页岩岩石力学参数统计表

1.2 地层岩样分析得出横波时差

在岩性相对均一的地层中，被广泛使用的经验公式是:

通过计算可得出横波时差曲线，从而获得横波时差数据。

1.3 泊松比、杨氏模量

泊松比、杨氏模量都是表征泥页岩脆性的岩石力学参数。泊松比反映了页岩在压力下破裂的能力，一般数值为0.2～0.4。杨氏模量反映了页岩被压裂后保持裂缝的能力，一般数值为10GPa～80GPa。页岩杨氏模量越高，泊松比越低，脆性越强[6]。但只凭杨氏模量和泊松比，并不能科学地评价泥页岩的可改造性，由此我们引入脆性指数BI来进行综合评价。

2 脆性指数BI

泥页岩力学参数是影响页岩可改造性的重要的因素，包括泊松比和杨氏模量。为了更有效的评价泥页岩的可改造性，利用弹性参数法( Grieser and Bray，2007)[2-4]，计算脆性指数BI，公式如下:

图2-1 高邮凹陷某段1的BI值含量平面等值线图

图2-2 高邮凹陷某段2的BI值含量平面等值线图

图2-3 高邮凹陷某段3的BI值含量平面等值线图

页岩脆性的大小对压裂产生的诱导裂缝的形态产生很大的影响。参考国内外分类方案，将研究区泥页岩的可改造性级别分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类，其中，Ⅰ类最低，当脆性指数在10%～30%时，可改造性低，使用少量体用量和大量支撑剂且支撑剂浓度高；Ⅱ类中等，当脆性指数在30%～50%时，可改造性中等，使用适中体用量和适中支撑剂；Ⅲ类最高。当脆性指数在50%～70%时，可改造性高，使用大量体用量和少量支撑剂且支撑剂浓度低。

以某2井等为例，得出的泊松比、杨氏模量、脆性指数如表2-1。数据显示，岩石泊松比适中，脆性指数较高，泊松比最低为0.19，脆性指数高达44.71%，表明具有很好的可压裂性。但是杨氏模量普遍偏低，表明泥页岩中粘土矿物含量较高，遇水易膨胀，不利于压裂后裂缝的维持。综合分析，E1f45和E1f4

1可压裂性均比较好，E1f4

3次之，E1f4

6最差。

由各层段的井数据，可计算出每口井在不同层段的脆性指数BI。作出某三个段的脆性指数平面等值线图，如图2-1、图2-2、图2-3。某段1的平面图中某2井的周边区域脆性指数可达50%以上，达到了Ⅲ类标准；某3井区域、某13井～某14井区域的脆性指数在30%以下，划归为Ⅰ类；其它井的区域为Ⅱ类。某段2的平面图中，某4井周边区域脆性指数在50%以上，为Ⅲ类标准；某2井～某3井～某5井～某6井的区域和某13井～某14井～某16井的区域中可改造性差，归于Ⅰ类。某段3的某4井周边区域的脆性指数高于50%，为Ⅲ类可改造区；某1井～某2井～某3井周边区域和某12井～某13井～某15井周边区域的脆性指数低于30%，划为Ⅰ类。综上分析，E1f4最有利的泥页岩改造区域在凹陷的南西区域，凹陷的西北区域和东南区域的泥页岩可改造性比较差。

3 结论

(1)高邮凹陷E1f4页岩的力学参数中，大部分泊松比数值适中，脆性指数较高，最高达44.71%，表示该区块具有较好的可压裂性。杨氏模量相对较低(10380MPa～19870MPa)，压裂后保持裂缝的能力不好。页岩脆性指数越高，裂缝越发育。

(2)纵向上综合评价，E1f41和E1f4

5可压裂性均比较好，E1f4

3次之，E1f4

6最差。

(3)横向上综合评价， 某段1的储集及改造Ⅲ类区为某2井周边区域；某5井～某8井～某9井～某12井区域和凹陷东部的某15井区域为Ⅱ类区。某段2储集改造Ⅲ类区为某4井区域；凹陷西部某1井区域、某7井～某11井～某15井区域和某17井～某18井～某19井区域为Ⅱ类有利区。某段3储集改造Ⅲ类区为某4井区域；某5井～某6井～某7井～某11井～某14井区域和某16井～某17井～某18井～某19井区域为Ⅱ类有利区。

[1]赵澄林,朱平,陈方鸿.高邮凹陷高分辨率层序地层学及储层研究[M].石油工业出版社.2001.

[2]刁海燕.泥页岩储层岩石力学特性及脆性评价[J]岩石学报.2013,029(09):3300～3306.

刘佳昇,男,1989年12月,汉族,江苏扬州,硕士研究生,储层地质研究。