1、頁巖氣開發過程中的問題探討頁巖氣開發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下泥頁巖空隙結構特點及有機質分析工業CT技術在泥頁巖力學性質研究中的應用頁巖蓋層破裂分析頁巖氣開采現狀頁巖氣開采現狀世界頁巖氣資源量為457萬億立方米，同常規天然氣資源量相當，其中頁巖氣技術可采資源量為187 萬億立方米。全球頁巖氣技術可采資源量排名前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，技術可采資源量為36 萬億立方米，是常規天然氣的1.6 倍。美國進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下泥頁巖空隙結構特點下泥頁巖空隙結構特點圖圖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），微裂縫發育，裂縫寬約50100nm，長寬比多大于10:1圖圖3 巢北地區棲霞組頁巖巢北地區棲霞組頁巖SEM下泥頁巖空隙結構特點下泥頁巖空隙結構特點研究表明，高總有機碳含量（TOC）泥頁巖常常具有更高的含氣量，大量統計表

3、明，含不同類型干酪根的泥頁巖其TOC最少應達2%以上才具有潛在的勘探價值。泥頁巖中有機碳含量的測定泥頁巖中有機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，有機質本身具有低速度（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質層段及含烴類層段. 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 法進行單井有機碳含量預測，反映了高有機碳含

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

5、用該方法求取的公式可較好地進行單井有機碳含量估算。羅67井TOC值計算結果與實測值對比頁巖內部存在節理、裂隙等諸多缺陷，有明顯的非均質、非連續、各向異性特點。CT(computerized tomography）技術可對巖樣進行連續掃描，觀察頁巖在微納米尺度下受力、變形、斷裂和破壞的力學行為，運用微納米斷裂力學和位錯理論等， 探索頁巖微納米尺度空隙結構的變形破裂貫通機理， 為頁巖氣納米孔隙逸出機制研究提供理論參考和測試技術支持。工業工業CT技術在泥頁巖力學性質研究中的應用技術在泥頁巖力學性質研究中的應用工業工業CT技術在泥頁巖力學性質研究中的應用技術在泥頁巖力學性質研究中的應用-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有以下線性關系：a,b皆為常數baH 工業工業CT技術在泥頁巖力學性質研究中的應用技術在泥頁巖力學性質研究中的應用-數字圖像處理技術數字圖像處理技術可估算孔隙率、孔隙直徑、滲透率、查看初始裂隙情況；通過受載過程中連續掃描圖像可獲得裂隙演化規律。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工業CT技術在泥頁巖力學性質研究中的應用技術在泥頁巖力學性質研究中的應用-數值計算數值計算有限元模型FLAC3D模型工業工業CT技術在泥頁巖力學性質研究中的應用技術在泥頁巖力學性質研究中的應用-數值計算數值計算巖石全應力應變曲線研究背景研究背景頁巖氣開發

7、中的問題蓋層破裂引發的問題蓋層破裂引發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。來實現。把蓋層、儲層和底板當把蓋層、儲層和底板當看成一個夾層模型，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行力學理論的破裂方式進行力學理論計算和數值模擬分析。計算和數值模擬分析。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路線1.選擇lubby2本構模型，模擬鹽巖層的流變特性2.線性回歸，確定6個材料參數3.在adina中選擇lubby2材料，帶入6個參數的值4.在adina中，建立模型，施加邊界條件，施加荷載，劃分網格，并運算5.在adina中得到云紋圖，取關鍵點，記錄關鍵點隨時間變化的坐標變化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量增加，地表沉降的增幅在逐漸減小。隨儲庫數量增加，地表沉降的增幅在逐漸減小。儲庫數量儲庫數量參考文獻參考文獻王宇, 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. 巖石力學與工程學報, 2015.石曉閃, 劉大安, 崔振東,等. 頁巖氣開采壓裂技術分析與思考J. 天然氣勘探與開發, 2015.李磊. 基于頁巖損傷CT圖像處理的裂縫擴展研究D. 東北石油大學, 2014.趙毅鑫,趙高峰,姜耀東,呂玉凱.基于微焦點CT的煤巖細觀破裂機理研究.北京:科學出版社，2013:9