泥页岩储层岩石力学特性及脆性评价

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柴北缘中侏罗统湖相泥页岩储层矿物组成与脆性特征

２０１５年３月，第２１卷，第１期，１１７ — １２３页
Ｍａｒｃｈ２０１５，Ｖｏ１．２１，Ｎｏ．１，ｐｐ．１１７－１２３
高
校
地
质
学

报
ＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ
５７．８％之间，平均３５．４％；碳酸盐矿物含量较少，总量一般介于０～１３％之间，个别样品大于１５％，露头样品与岩心样品矿物
成分有差别。黏土矿物组合特征反映出研究区进人中成岩阶段，对应有机质演化的成熟阶段，具有适宜页岩油气形成的成熟度条件。扫描电镜显示，研究区泥页岩发育３种孔隙类型。与海相页岩相比，柴北缘中侏罗统泥页岩黏土矿物含量高但敏感性矿物含量低，石英、长石等脆性矿物含量偏低但达到湖相泥页岩开发标准，脆性指数平均为４２．６％，整体上具有较好的脆性和可压性，有利于该区湖相页岩的压裂改造。关键词：泥页岩储层；矿物成分；脆性特征；ｘ射线衍射；中侏罗统；柴达木盆地北缘
１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＰｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２２４９，Ｃｈｉｎａ；

页岩气储层岩石力学特性及井壁稳定性分析

页岩气储层岩石力学特性及井壁稳定性分析页岩气是一种非常有前景的能源资源，其储层岩石力学特性和井壁稳定性对于开发和生产页岩气十分重要。

本文将详细分析页岩气储层岩石力学特性和井壁稳定性，并探讨其影响因素和解决方法。

1. 页岩气储层岩石力学特性页岩气储层岩石具有以下几个主要的力学特性：1.1 低渗透性：由于页岩中孔隙度低、连通性差，储层渗透率低，导致气体难以流通和开采。

1.2 脆性：页岩岩石易于破裂和碎裂，在压力作用下容易萌生裂缝，但裂缝的扩展能力有限，对气体渗透性的改善作用有限。

1.3 维持力弱：页岩岩石强度较低，常常呈现脆性破裂，难以在高温高压环境下维持稳定。

1.4 孔隙结构复杂：页岩储层的孔隙结构相对于传统储层来说较复杂，主要包括纳米孔隙和裂缝孔隙，这对储层渗流特性和岩石力学性质产生影响。

2. 井壁稳定性分析井壁稳定性是指井壁在钻井和生产过程中不发生塌陷、裂缝和滑移等现象的能力。

页岩气储层的井壁稳定性主要受到以下几个因素的影响：2.1 初始地应力：页岩气储层通常位于深部地层，初始地应力较高。

高差异性地应力使得井壁容易发生塌陷和滑移。

2.2 井壁液压：钻井液和地层流体与井壁之间的相互作用会改变井壁的力学性质，进而影响井壁稳定性。

2.3 复杂的页岩岩石力学特性：页岩岩石具有复杂的力学特性，对井壁稳定性的影响也较大。

岩石破碎、断裂和固结都会导致井壁的变形和破坏。

2.4 井壁支撑能力：井壁支撑材料的选择和加固对于井壁稳定性至关重要。

针对这些影响因素，可以采取以下措施来提高页岩气储层的井壁稳定性：1. 优化钻井液：选择适当的液相比重、粘度和有效抑制剂，减小与地层的相容性差异，降低井壁液压引起的问题。

2. 加强井壁支撑：选择适当的井壁支撑材料，如钢夹心井壁、钢网井壁等，提高井壁的强度和稳定性。

3. 预防井壁塌陷：通过合理的斜井设计、优化固井技术和有效的井壁支撑材料，减少井壁塌陷的风险。

4. 精确控制钻井参数：合理控制钻井参数，如钻井液性质、钻进速度和饱和度等，减少对井壁的损害。

页岩储层的岩石力学特性

第３２卷第７期地质勘探
· １３ ·
ｃｍ，长度为５．５０ｃｍ的柱状岩心，端面磨平，模拟储层温度、压力条件，进行三轴、单轴力学实验；岩样加工成直径为３．８０ｃｍ，长度为１．００ｃｍ的柱状岩心，端面磨平，进行巴西力学实验。２．２页岩三轴力学实验选取Ｍ组不含天然层理面、天然裂缝的基质岩
表３页岩巴西力学实验结果表
岩心编号样品直径／ｍｍ样品长度／ｍｍ抗张强度／ＭＰａ
图２页岩三轴力学实验应力 — 应变曲线图
２．３页岩单轴力学实验选取Ｍ组岩石样品，采取平行、垂直层理面２种取样方式，其中水平取样２个，垂直取样３个，进行单轴抗压力学对比实验。实验结果表明，水平方向取样的岩样平均杨氏模量为４．７０×１０４ＭＰａ，抗压强度为６９．１８ＭＰａ，平均泊松比为０．２２７；垂直方向取样的岩样平均杨氏模量为２．９９×１０４ＭＰａ，抗压强度为１５１．９２ＭＰａ，平均泊松比为０．１７５（表２）。
４结论
１）四川盆地Ｍ组页岩矿物组分主要以石英矿物、黏土矿物及碳酸盐岩矿物为主，其中石英矿物含量占
ＭＰａ，抗压强度为６９．１８ＭＰａ；垂直方向取样的岩样平４３．４１％，黏土矿物含量占２２．５２％，碳酸盐岩矿物含
均杨氏模量为２．９９×１０４ＭＰａ，抗压强度为１５１．９２量占１６．６７％。黏土矿物中主要以伊利石、绿泥石

页岩脆性的室内评价方法及改进

(1. 中国石油大学石油工程学院，北京 102249；2. 德克萨斯州立大学经济地质局，美国奥斯汀 78758)
摘要：页岩气储层脆性对页岩的脆性进行测试、评价具有重要的意义。鉴于此，通过文献调研和室内测试，总结脆性测试的 20 种基本方法，包括基于强度、硬度和坚固性的评价方法，并重点讨论基于全应力–应变特征的页岩脆性测试原理和试验方法。针对页岩脆性破裂机制结合断裂特征定义脆性，认为页岩的脆性是材料的综合特性，受自身非均质性和外在测试环境共同影响；峰后与峰前应力–应变特征均是表征脆性的关键，模拟地下环境的全应力–应变测试能够提高脆性评价的准确度；试样破坏前抵抗非弹性变形的能力和破坏后承载力丧失速度的快慢是脆性强弱的主要力学表现。为提高脆性评价的准确性，对已有的力学测试方法提出改进方案。开展室内真三轴岩石力学实验，对我国南方黑色页岩的脆性特征进行评价。关键词：岩石力学；页岩气；脆性；强度；应力–应变曲线；评价；方法改进中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2012)08–1680–06
• 1682 •
岩石力学与工程学报表 1 现有脆性指数及测试方法汇总 Summary of preexisting brittleness indices and testing methods
公式含义或变量说明宏观硬度 H 和微观硬度 H m 差异 q 为小于 0.60 mm 碎屑百分比， c 为抗压强度关于峰值强度 p 与残余强度 r 函数式可恢复应变 r 与总应变 t 之比可恢复应变能 Wr 与总能量 Wt 之比抗压强度 c 与抗拉强度 t 之比关于抗压强度 c 与抗拉强度 t 函数式测试方法硬度测试普氏冲击试验应力–应变测试应力–应变测试应力–应变测试强度比值强度比值莫尔圆应力–应变测试硬度和韧性测试应力–应变测试陶制材料的测试冲击试验应力–应变测试应力–应变测试应力–应变测试贯入试验贯入试验应力–应变测试矿物组成分析文献来源

页岩气储层脆性评价方法研究

页岩气储层脆性评价方法研究摘要页岩气储层在近年来受到各个能源大国的积极关注，成为非常规油气勘探开发的焦点，然而由于页岩气储层低孔特低渗的物理性质，勘探开发难度大。

水力压裂作为页岩气开发的常用方式，己经得到广泛应用，但影响压裂效果的因素众多，例如岩石脆性、地层敏感性及岩石受力方向等，使得压裂作业很难成功进行，因此需要对页岩进行改造。

研究表明，页岩储层压裂改造的前提是进行岩石脆性评价。

目前用于评价页岩可压性的脆性指数大都孤立的考虑了峰前或峰后的力学性质，而且计算出的脆性指数不符合脆性随围压增大而单调递减的客观规律。

本文基于岩石的应力-应变曲线，分析岩石破裂过程中的能量变化情况，利用声波测井资料结合力学实验法提出了新的岩石脆性评价指标。

首先，用岩石压缩过程中实际的弹性形变能与理想情况下的弹性能量之比来表征岩石的峰前特征，应力达峰值以后外界提供的能量与岩石发生破裂的断裂能之比表征岩石的峰后特征，利用乘性综合法将二者结合，提出了能够综合反映峰前和峰后能量特征的脆性指标B，经过实例验证，使用该指标计算的脆性指数符合脆性随围压增大而单调递减的客观规律。

其次，通过声波测井资料获取纵波时差和横波时差，利用理论公式计算出动态的弹性模量和泊松比，将其拟合后得到静态的弹性模量和泊松比，并通过数据统计分析提出了峰值应变和峰后模量的拟合关系式。

最后，将岩石力学实验和测井技术相结合，对七块岩石样品进行室内实验获取弹性模量等参数，并将直接通过岩石力学实验数据得到的脆性指数和测井资料结合力学试验法得到的脆性指数进行对比，验证了声波测井资料结合实验力学法具有较高的可行性，能够更高效、快速方便地对岩石脆性指数进行计算，而且能保证所获得数据的连续性，能够为进行准确有效的水力压裂提供一个参考依据，更好地用于实际工程。

关键词：页岩；脆性指数；脆性评价；声波时差测井；能量变化Research On The EvaluationMethod Of Brittleness Of Shale Gas ReservoirsABSTRACTIn recent years, shale gas reservoirs have received active attention from various major energy countries and become the focus of unconventional oil and gas exploration and development. However, due to the low porosity and low permeability physical properties of shale gas reservoirs, exploration and development are difficult. As a common method of shale gas development, hydraulic fracturing has been widely used, but there are many factors that affect the effect of fracturing, such as rock brittleness, formation sensitivity and rock stress direction, making fracturing operations difficult to succeed. Therefore, the shale needs to be transformed. Studies have shown that the prerequisite for shale reservoir fracturing reconstruction is to conduct rock brittleness evaluation. At present, the brittleness index used to evaluate the shale compressibility mostly considers the mechanical properties before or after the peak, and the calculated brittleness index does not conform to the objective law that the brittleness decreases monotonously as the confining pressure increases.Based on the stress-strain curve of the rock, this paper analyzes the energy changes during the rock failure process, and uses the acoustic logging data combined with the mechanical experiment method to propose a new rock brittleness evaluation index. First, the ratio of the actual elastic deformation energy to the ideal elastic energy during rock compression is used to characterize the peak-front characteristics of the rock. The ratio of the energy provided by the outside world after the stress reaches the peak and the fracture energy of the rock fracture characterizes the peak of the rock After the characteristics, using the multiplicative synthesis method to combine the two, a brittleness index B that can comprehensively reflect the energy characteristics before and after the peak is proposed. After verification by examples, the brittleness index calculated using this index is consistent with the brittleness monotonous with the increase of confining pressure The objective law of diminishing. Secondly, the longitudinal wave time difference and the shear wave time difference are obtained from the sonic logging data, the dynamic elastic modulus and Poisson's ratio are calculated by using theoretical formulas, and the static elastic modulus and Poisson's ratio are obtained after fitting it. Peak strain and post-peak modulus fitting relationship. Finally, the rock mechanics experiment and logging technology are combined to perform laboratory experiments on seven rock samples to obtain elastic modulus and other parameters, and the brittleness index and logging dataobtained directly from the rock mechanics experimental data are combined with the mechanical test method to obtain The comparison of the brittleness index verifies that the sonic logging data combined with the experimental mechanics method has high feasibility, can calculate the rock brittleness index more efficiently, quickly and conveniently, and can ensure the continuity of the obtained data, which can be accurate Effective hydraulic fracturing provides a reference basis for better use in actual projects.Key words:Shale; Brittleness index; Brittleness evaluation; Acoustic time difference log; Energy change目录学位论文独创性声明 (I)学位论文使用授权声明 (I)摘要 (II)ABSTRACT (III)目录 (V)第一章前言 (1)1.1研究背景 (1)1.2研究的目的、意义 (1)1.3国内外研究现状 (2)1.3.1 脆性定义 (2)1.3.2 页岩脆性评价方法研究现状 (2)1.4研究内容 (6)第二章页岩脆性评价方法对比研究 (7)2.1基于矿物组分的评价方法 (7)2.2基于应力-应变曲线的评价方法 (8)2.3基于岩石弹性参数的评价方法 (10)2.4基于岩石模量参数的评价方法 (11)2.5基于岩石强度参数的评价方法 (12)2.6本章小结 (14)第三章基于能量特征的岩石脆性指标分析 (15)3.1岩石破裂过程中能量规律分析 (16)3.1.1 基于峰前曲线的页岩脆性评价分析 (16)3.1.2 基于峰后曲线的页岩脆性评价分析 (16)3.1.3 基于全应力-应变曲线的页岩脆性评价分析 (16)3.2基于峰前曲线的脆性指数的建立 (17)3.3基于峰后曲线的脆性指数的建立 (19)3.4基于全应力-应变曲线的脆性指数的建立 (20)3.5本章小结 (21)第四章页岩储层脆性指数评价新方法研究 (22)4.1岩石脆性评价指标的基础参数计算 (22)4.1.1 脆性评价指标参数计算方法 (22)4.1.2 实例分析与模型的建立 (24)4.2回归分析脆性评价指标的关键参数 (32)4.2.1 岩石力学性质测试 (33)V4.2.2 回归分析峰值应变 (34)4.2.3 回归分析峰后模量 (35)4.3本章小结 (38)第五章页岩储层脆性评价方法对比验证 (39)5.1利用测井资料和室内实验获取参数 (39)5.2基于页岩储层脆性评指数对比验证 (40)5.3本章小结 (46)结论 (48)参考文献 (49)致谢 (54)VI东北石油大学工程硕士专业学位论文第一章前言1.1 研究背景随着经济不断发展，全球能源消耗量加剧，世界各个国家对能源的需求持续攀升，这种必不可少的需求直接迫使石油工作者在石油勘探和开采等技术上不断进步，导致常规能源基本上开采殆尽，与此同时，发现新常规油气田也日渐困难，能源压力日益剧增[1-2]。

页岩储层脆性影响因素分析

页岩气是一种主要赋存于低孔低渗、富含有机质的石脆性越强，在构造应力或水力压裂作用下越易形成天暗色泥页岩或高碳泥页岩层系中的非常规天然气，在我然裂缝或诱导裂缝。而黏土矿物含量较高时通常会使页国和世界范围内均有巨大的储量，分布范围广泛，开采岩表现出塑性较强，在压裂过程中吸收能量，以形成平
潜力巨大。但由于其特有的成藏机理和赋存环境，多数面裂缝为主，不利于体积改造Ｊ。
Байду номын сангаас
页岩气井都需经过人工压裂才能投入生产。
北美学者在对页岩储层的评价过程中，用石英矿物含量占总矿物含量的比值作为页岩的矿物脆性指数，即：
图１北美主要页岩气区块页岩矿物三元图
（据Ｒｉｃｋｍａｎ修改）
．２岩石力学因素渗透率紧密相关，并且在进行后期压裂增产措施中，直２接影响压裂区段的选择以及压裂工艺施工参数。页岩的从岩石力学的角度来看，脆性是材料断裂或破坏发生前材料表现出极小或者没有塑性变形的特征。岩石的矿物成分总体可分为三类：黏土类矿物、碳酸盐类矿物、
北美地区页岩气储层测出的页岩渗透率最低可达１０
ｍＤ。由于页岩气的储集相对分散，开采时需要经过长含量低于３５％；Ｂ区域石英、长石矿物含量在２５％～８５％

基于矿物岩石力学特征差异的页岩储层脆性评价方法研究

基于矿物岩石力学特征差异的页岩储层脆性评价方法研究【摘要】本文针对基于矿物岩石力学特征差异的页岩储层脆性评价方法展开研究。

在介绍了研究背景、研究目的和研究意义。

在对页岩储层特征进行了分析，探讨了页岩脆性评价方法并设计了实验方案。

通过结果分析和讨论，揭示了不同页岩储层的脆性特征差异。

在结论部分总结了研究成果，并展望未来的研究方向。

本研究为页岩储层脆性评价提供了新的方法和思路，对于页岩气田的勘探开发具有一定的指导意义。

【关键词】页岩储层、力学特征、脆性评价、矿物岩石、差异、实验设计、结果分析、讨论、总结、展望1. 引言1.1 研究背景页岩气是一种重要的非常规天然气资源，其开发对于我国能源安全具有重要意义。

由于页岩气储层的特殊性质，其开采过程中常常面临着诸多挑战。

其中一个重要的问题就是页岩储层的脆性评价方法不够完善，导致无法准确评估页岩储层的脆性特征，从而影响了页岩气的开采效果和效率。

在传统的岩石力学评价方法中，往往忽略了不同矿物岩石之间的差异性，导致了评价结果的不准确性。

针对基于矿物岩石力学特征差异的页岩储层脆性评价方法的研究具有重要意义。

通过分析不同矿物岩石的力学特征，可以更加准确地评估页岩储层的脆性特征，从而为页岩气的开采提供科学依据。

这项研究还将为岩石力学领域的发展提供新的思路和方法，推动我国页岩气资源的开发利用。

1.2 研究目的本研究的目的是通过分析基于矿物岩石力学特征差异的页岩储层脆性评价方法，探讨不同页岩的脆性特征以及评价方法的有效性。

通过研究页岩储层的特性以及不同页岩的脆性特征，可以为页岩气等资源的开发提供更多的理论支持和技术指导，促进页岩储层脆性评价方法的进一步完善和发展，为页岩气勘探开发提供更准确的地质力学参数。

通过对脆性评价方法的研究，可以为页岩储层的工程应用提供更加科学和有效的技术支持，提高页岩气等资源开发的成功率和效率。

本研究的目的是为了进一步深化对页岩储层脆性特征的认识，并探索更加有效的脆性评价方法，为页岩气等资源的开发提供更好的技术支持和指导。

应力对泥页岩储层脆性影响的试验分析及应用

ｔｒｏｌｅｕｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ’ ａｎ，Ｓｈａａｎｘｉ，７１００６５，Ｃｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｗｅｌｌｄｅｐｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｆｏｒｍａｔｉｏｎｒｏｃｋｓｂｒｉｔｔｌｅｎｅｓｓｍａｙｂｅｒｅｄｕｃｅｄａｎｄｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙｍａｎｉ —
第４５卷第３期
２Ｏ１７年５月 ห้องสมุดไป่ตู้
石
油
钻
探
技
术
ＶｏＩ．４５Ｎｏ．３
Ｍａｖ，２Ｏ１７
ＰＥＴＲ（）ＬＥＵＭＤＲＩＬＩＩＮＧＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ
．．测井录井
ｄｏｉ：１０．１ｌ９１１／ｓｙｚｔｊｓ．２０１７０３０２０
文中所研究区块，埋深１２５０．００，２５００．Ｏ０和３５００．００ＩＴＩ处及埋深３５００．００～５０００．００１ＴＩ和５０００．００～
６０００．００ｍ范围内的泥页岩脆性指数分别约降低５．９７，８．５５，１Ｏ．７４，１４．。０和１８．。Ｏ；当泥页岩储层中脆
应力对泥页岩储层脆性影响的试验分析及应用

松辽盆地北部青一段泥页岩储层特征

钻油井岩芯样品进行了铸体薄片分析及氩离子抛光场
（2）微观裂缝。微观裂缝主要通过扫描电镜分析，
发射扫描电镜分析，研究结果表明，页岩油储层储集空
青山口一段页岩油储层中大量发育微观裂缝，裂缝类
间类型有孔隙和裂缝，孔隙主要为粒间孔、晶间孔、粒
型主要有纵向裂缝、横向裂缝、不规则裂缝等，裂缝直
内孔等，
裂缝主要为横向纵向裂缝、不规则裂缝等。
（0.01~0.16）×10 μm 之间，
平均值为 0.014×10 μm ，主
及不规则裂缝。横向裂缝多在层间发育，多数顺着层
要分布在（0.01~0.03）×10 μm 之间。通过对青山口
理面或层理发育，尤其以泥岩为主，泥岩易碎，在取芯
组地层岩石样品孔隙度和渗透率分析，结果表明，青
或岩芯出筒的过程，容易出现人工裂缝；通过岩芯观
砂岩矿物成分以石英、长石、云母为主，可见少量炭质
2
碎屑、斑状黄铁矿、硅质条带等，岩石中发育微裂缝。
青山口组地层特征
松辽盆地青山口组地层由下往上分为青一段、青
青一段地层中泥页岩与砂岩互层，泥页岩厚度大，
二段、青三段，其中青一段地层中含有大量油页岩及介
含有丰富的有机质，反映沉积环境为半深湖—深湖环
形虫层，有机质含量丰富，是区域地层划分对比的标志
（上接第 67 页）
定性和可靠性，为油田勘探提供有力的技术支持。
组成复杂，其分析速度快、精度高，对工作环境要求苛
刻。由于录井现场工作条件恶劣，加之转井过程中频
繁的拆装、搬运等，影响了气测系统工作的稳定性，使
得气测资料的准确性和可靠性难以保证，影响了资料
的应用。录井仪器工作人员应加强对综合录井仪气测
系统的维护保养，定期进行校正，提升气测系统工作稳

页岩气储层岩石力学特性及脆性评价

页岩气储层岩石力学特性及脆性评价一、绪论A. 研究背景和意义B. 国内外研究现状和不足C. 研究内容和方法二、页岩气储层的岩石力学特性A. 岩石成分和构造特征B. 岩石力学参数测试及分析C. 岩石力学特性分析结果三、页岩气储层岩石脆性特征分析A. 岩石脆性特征及分类B. 岩石脆性测试方法及数据分析C. 岩石脆性分析结果四、页岩气储层岩石力学特性与脆性关系分析A. 岩石力学特性与脆性关系分析方法及流程B. 数据处理及分析结果C. 岩石力学特性与脆性关系研究结果五、页岩气储层岩石力学特性与脆性评价A. 岩石力学特性与脆性对储层的控制作用评价B. 储层资源量及开发难度的评估C. 储层开发中的岩石力学特性与脆性应用实践六、结论与展望A. 研究结论B. 存在不足及改进方向C. 未来发展趋势和展望第一章：绪论A. 研究背景和意义随着能源危机的不断加剧和环保意识的提高，传统能源已经无法满足社会的需求。

而页岩气作为一种新型的清洁能源，具有储量大，开采成本低，提高我国能源自给率等优势。

因此，研究页岩气资源开发是非常必要的。

B. 国内外研究现状和不足国内研究页岩气资源开发较为晚起。

而国外发达国家在页岩气开发方面拥有较为成熟的技术，同时也对储层的力学特性和脆性进行了广泛的研究。

不足之处，需要对页面气储层岩石力学特性及脆性评价进行更深入的研究。

C. 研究内容和方法本文主要对页岩气储层岩石力学特性及脆性进行研究。

通过实验室测试和分析，探讨岩石的物理力学参数和脆性特征的影响因素及作用机理，并评价它们对储层开发的影响，研究方法涵盖实验室测试、数学模型分析和应用实践。

第二章：页岩气储层的岩石力学特性A. 岩石成分和构造特征岩石的成分是岩石力学特性的一大影响因素。

绝大部分页岩气储层都由黏土矿物、石英、长石碎屑和有机质等组成。

岩石构造特征表现为压实程度和裂纹分布等，对岩石的力学特性有着重要的影响。

B. 岩石力学参数测试及分析岩石力学参数主要包括抗压强度、抗张强度、弹性模量等。

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杨氏模量（ GPa）
37. 21 48. 27 37. 9 22. 38 27. 1 24. 64 43. 83 41. 43 39. 73 31. 2 31. 77 39. 94 60. 52 32. 26 34. 55 34. 26
泊松比
0. 29 0. 35 0. 29 0. 28 0. 23 0. 24 0. 29 0. 28 0. 31 0. 33 0. 16 0. 29 0. 36 0. 33 0. 31 0. 23
非常规油气中的一种，指暗色泥页岩层系中滞留的油气（康玉柱，2012）。泥页岩属于泥岩和页岩之间的过渡岩石类型，可见发育不完善的页理，一般是浅湖到深湖沉积的产物（ Zhu et al．，2013）。常见的泥页岩类型有泥质泥页岩、碳质泥页岩、硅质泥页岩、钙质泥页岩等。当泥页岩中混入一定量的砂质成分时，会形成砂质泥页岩。富有机质泥页岩是形
摘要泥页岩储层的岩石力学特性对油气开发影响极大，进行泥页岩力学特性和脆性评价方面的研究，可以为泥页岩油钻井和压裂设计工作提供技术支撑。实验研究表明，泥页岩抗压强度与围压、杨氏模量成正相关; 体积应变量随杨氏模量减小而增大，随泊松比增加而增加; 泥页岩破坏在低围压下以劈裂式破坏为主，高围压时多出现剪切式破坏。泥页岩的脆性与其弹性参数和矿物组成关系密切，通过数值模拟和实验测量，综合弹性参数和矿物组分两种方法提出了一种新的脆性评价方法-弹性参数与矿物成分组合法( EP＆MC Method) ，并实现了单井脆性评价，效果较好。脆性评价既是储层岩石力学特性分析的重要内容，也是压裂选层的重要依据。关键词泥页岩; 岩石力学; 破裂模式; 弹性参数; 矿物组分; 脆性评价中图法分类号 P618. 13
16. 3
3-1
2. 25
43. 2
4-1
2. 42
21. 7
5-1
2. 49
43. 4
2
2. 51
17. 3
3
2. 49
40
2-1
2. 52
47
孔压（ MPa）
20 19. 5
17. 6
抗压强度（ MPa）
332. 2 348. 3 319. 3 245. 5 268. 9 183. 4 298. 5 338. 8 328. 6 279. 3 318. 2 350. 7 506. 4 213. 3 239. 6 292
随着松辽盆地中浅层石油勘探进程的不断推进，为确保大庆油田 4000 万吨持续稳产，实现储采平衡，非常规泥页岩油藏已经成为比较现实的勘探突破目标。大庆古龙凹陷烃源岩厚度大，有机质丰度高，成熟度高，以Ⅰ型干酪根为主，其中青一段暗色泥岩平均厚度 60m，TOC 平均 2. 13% ，Ｒ0 ＞ 0. 9% 。泥页岩储层主要分为薄层泥质粉砂、介形虫层和泥岩裂缝三种类型。储集空间以孔隙和裂缝为主（黄振凯等， 2013）。非常规储层自然条件下很难产出油气，需要进行大规模的压裂改造，储层岩石力学和脆性评价就显得尤为重要。为了搞清泥页岩的岩石力学特征，笔者利用岩石力学三轴测试系统，对青山口组泥页岩进行不同加载条件下的力学行为研究。同时分析泥页岩试样的脆性特征，在已有脆性评价方法基础上，提出基于泥页岩弹性特征和矿物组成的脆性综合评价方法-弹性参数与矿物成分组合法（ EP＆MC Method）。
Diao HY. 2013. Ｒock mechanical properties and brittleness evaluation of shale reservoir. Acta Petrologica Sinica，29 （ 9）： 3300 － 3306
Abstract Ｒock mechanical properties of shale gas reservoir are vitally important for exploitation. It is necessary to conduct laboratory study on mechanical properties and brittleness evaluation of shale，which can provide technical support for drilling and fracturing design. Experimental investigations show that compressive strength has positive correlations with Young’s modulus and confining pressure. Volume change of rocks before and after fracturing increases with decreased Young’s modulus and increased Poisson’s ratio. Failure mode under low confining pressure is predominantly splitting failure，while shear failure mode is dominant under high confining pressure. Brittleness of shale has close relations with shale elastic parameters and mineral constituent. Based on numerical modeling and experimental measurement，in combination with elastic parameters method and mineral constituent method，a new brittleness evaluation method is proposed，and brittleness evaluation of single wells is realized which has better effect. Brittleness evaluation is useful for understanding reservoir mechanics and selecting fracture section. Key words Shale；Ｒock mechanics； Failure modes； Elastic parameters； Mineral constituent； Brittleness evaluation
表 1 泥页岩单轴力学实验结果表 Table 1 The uniaxial mechanics experiment results of shale
样品号
2-2 8-2 4-1 3-2 1
密度（ g·cm － 3 ）
2. 27 2. 27 2. 71 2. 2 2. 43
抗压强度（ MPa）
81. 2 87. 9 90. 2 113 97. 9
* 本文受国家重大专项（ 2011ZX05028）资助．第一作者简介：刁海燕，女，1977 年生，博士生，矿产普查与勘探专业，主要从事油气地质综合研究，E-mail： diaohy@ 126． com
刁海燕等: 泥页岩储层岩石力学特性及脆性评价
3301
成泥页岩油气的主要岩石类型（ Zhu et al．，2004）。泥页岩储层具有极低的基质孔隙度和渗透率，需要大规模压裂才能形成工业产能。除自身天然裂缝外，开发过程中还应考虑储层是否易于改造（蒋裕强等，2010）。研究发现，脆性指数是遴选高品质泥页岩储层的重要参数（付永强等，2011；李庆辉等，2012）。国外学者和石油公司都非常重视泥页岩储层力学特性的评价，但尚未见到系统的研究成果，涉及储层脆性的研究鲜见报道。
1000-0569 /2013 /029( 09) -3300-06 Acta Petrologica Sinica 岩石学报
*
泥页岩储层岩石力学特性及脆性评价
刁海燕1，2 DIAO Haiyan1，2
1. 中国地质大学，北京 100083 2. 中国石油勘探开发研究院，北京 100083 1. China University of Geosciences，Beijing 100083，China 2. Ｒesearch Institute of Petroleum Exploration and Development，PetroChina，Beijing 100083，China 2013-03-15 收稿，2013-07-01规油气资源丰富，特别是低勘探程度盆地区域，尚存在巨大的非常规油气资源。非常规油气勘探尚处于起步阶段，多类型的油气资源有待探索和发现（ Zhu et al．，2012）。泥页岩层系是指“泥页岩及其所夹的薄层及其他岩石的组合”，如大套暗色泥页岩中夹的薄层泥质粉砂岩、砂岩及泥灰岩、石灰岩等。泥页岩油气是
密度样品号（ g·cm － 3 ）
围压（ MPa）
2-3
2. 51
39. 2
5-1
2. 46
19. 3
4-1
2. 44
39. 3
5-2
2. 56
39
1-1
2. 57
38. 9
3-1
2. 47
19. 4
7-1
2. 35
19. 5
4-2
2. 72
40. 8
1-1
2. 72
39. 6
3-1
2. 63
1 泥页岩的岩石力学特性试验
1. 1 试验设备、样品准备及实验方案为达到研究目的，设计了岩心孔渗、应力应变、声波测量
和 X 衍射等实验。应力应变实验采用美国 TerraTek 全伺服三轴岩石力学测试系统，严格按照国际岩石力学学会的推荐方法（Ｒock characterization testing and monitoring-ISＲM suggested method），对砂岩试样进行岩样加工、不同条件下的应力应变测试以及数据处理等。三轴岩石力学测试系统加载框架最大承载能力为 270 吨，测试所用轴向位移和径向位移传感器均满足应变灵敏度 5E-6mm / mm，精度 0. 2% 和耐温 200℃ 的性能指标。通过对标准岩样，即直径 1 英寸、长度 2 英寸且两端面平行的标准圆柱体试样进行围压（模拟地层的水平应力，加载速率 0. 035MPa / sec）、孔隙压力（模拟油藏压力，加载速率 0. 0069MPa / sec）以及轴向压力（模拟上覆层压力，加载速率 1E-5mm / mm / sec）的加载，最终获得岩样变形至破坏的应力-应变曲线，计算可以得到抗压强度、杨氏模量、泊松比、体积压缩系数、颗粒压缩系数以及孔隙弹性系数等岩石力学物性参数。岩心来自大庆油田齐家-古龙地区青山口组，取样深度 1940 ～ 2540m，10MPa 围压下气体孔隙度 1% ～ 16% ，气体渗透率小于 5 × 10 － 3 μm2 ，部分小于 0. 01 × 10 － 3 μm2 。岩石矿物组分以石英、长石和方解石、白云石为主，粘土则以伊利石和绿泥石为主。