03_2016_CGG_页岩气储层岩石物理建模

页岩气地质储层建模及勘探技术研究第一章前言页岩气是一种新型的天然气资源，相较于传统天然气具有开采成本低、储量丰富等优势，但由于储层复杂、开采技术难度大等原因，页岩气的勘探和开发一直面临诸多挑战。

因此，研究页岩气地质储层的建模和勘探技术显得极为必要。

第二章页岩气地质储层建模技术研究在页岩气探采过程中，建模是关键一环。

页岩气储层一般形成于海相泥盆系或下奥陶统石灰岩中，储层深度较大，一般在2000米以上。

传统的储层建模技术难以适应页岩气储层的复杂性，需要结合大量的地质、地球物理、地球化学等勘探数据，采用新型的储层建模技术。

2.1 储层微观结构建模页岩气储层的孔隙结构比较复杂，储层中普遍存在纳米级别的孔隙和裂缝，这些微观孔隙会直接影响到储层的透气性。

通过使用电镜等技术对储层样品进行形貌分析，可以获取储层微观结构的信息，有助于建立准确的储层模型。

2.2 储层物性建模页岩气储层中，页岩、泥岩、石灰岩等岩石类型均有可能成为储层。

建立准确的储层模型需要确定储层物性参数，包括孔隙度、渗透率、岩石密度等参数。

常用的方法是通过采集储层样品进行实验室测试，建立岩石电性、弹性、渗透性等物性模型。

2.3 储层连通性建模储层连通性是指储层中各个孔隙之间的连接状态。

页岩气储层中存在大量的微观孔隙和纳米级别的裂缝，连接状态复杂，对储层的渗流特性有着重要的影响。

针对这一问题，可以利用测井数据、地震数据等，采用数值模拟的方法建立储层渗透性模型，实现储层连通性建模。

第三章页岩气勘探技术研究建立准确的储层模型之后，如何实现高效、低成本的勘探成为了页岩气开采面临的重大难题。

下面将介绍一些目前常用的页岩气勘探技术。

3.1 地震勘探技术地震勘探技术是目前页岩气勘探中最常用的技术之一。

通过利用地震波在岩石中传播的原理，绘制出储层分布及储层内部结构。

地震勘探技术能够准确地刻画地下储气层的分布、储量等信息，是页岩气勘探不可或缺的一部分。

3.2 电法勘探技术电法勘探技术是一种利用电流在地下岩石中传播的原理进行勘探的方法。

页岩气储层压裂数值模拟技术研究进展金衍;程万;陈勉【摘要】页岩气储层水力压裂数值模拟既要考虑页岩储层岩石的特性,又要兼顾水平井分段压裂施工工艺,是一个非常棘手的力学难题.本文简述了页岩气储层岩石具有的地质力学特征和页岩气储层开发常用的水平井分段压裂技术;详述了扩展有限元、边界元、离散元在水力压裂裂缝模拟上的应用现状,指出了它们在处理裂缝问题的局限性和优越性,总结出边界元三维位移不连续法是模拟多裂缝扩展的有效方法.【期刊名称】《力学与实践》【年(卷),期】2016(038)001【总页数】9页(P1-9)【关键词】水力压裂;数值模拟;页岩气;分段压裂【作者】金衍;程万;陈勉【作者单位】中国石油大学(北京),北京102249;中国石油大学(北京),北京102249;中国石油大学(北京),北京102249【正文语种】中文【中图分类】TE371页岩气是一种产自极低孔渗、富含有机质页岩储集系统中的非常规天然气［1］.开发此类非常规油气资源需要大规模的储层改造.以滑溜水压裂液为主的水平井分段压裂技术已在国内外页岩气藏开发中得到广泛应用，并取得了较为乐观的经济效益.区别于相对较为均质的砂岩地层，页岩地层的岩石力学特征的复杂性使得水力裂缝扩展路径变得更为复杂.水平井多级水力裂缝间的应力干扰又使得传统的水力裂缝数学模型无法准确地模拟出水力裂缝的几何形态.鉴于此，本文综述了近几年来页岩气藏水力压裂裂缝扩展数值模拟技术的研究进展.微地震技术及井下成像技术和井下页岩岩芯已经证实页岩气地层中常发育复杂的裂缝［25］.层理发育是页岩气储层的一个明显的特征，其胶结强度往往低于层内岩石的胶结强度，它与天然裂缝面一起构成了岩石中的弱胶结面［67］（“弱面”）.大量的室内水力压裂实验已经证明，弱面是影响水力裂缝扩展路径的关键因素［45，7］.页岩弹性各向异性特征［810］，使得页岩水力裂缝宽度也因此而变得比各向同性条件下复杂.受沉积方向和压实作用的影响，页岩被认为是横观各向同性的.不同岩层的岩性往往是不同的，其弹性力学参数因此迥异，多套地层在整体上常表现出弹性非均质性.地层间弹性参数的差异性通常会影响到水力裂缝宽度，断裂韧性的差异性则会出现限制缝高［11］、遮挡裂缝的可能性.页岩气储层改造是以提高改造的储层体积为主要目的的改造方式，旨在页岩气储集层中产生人工裂缝网络.为了增加水力裂缝在页岩气储层中的有效接触面积，在水平井中常需采用多级压裂技术，也称为分段压裂，如图1所示.每一个压裂段又含有多个射孔簇，在理想条件下，每个射孔簇能形成一条裂缝［1215］.多级压裂［16］主要应用在具有长水平段的水平井中，按压裂的先后顺序分为次序压裂（图1）、交错压裂（图2）和同步压裂（图3）.水平井次序压裂是指从水平井的趾端到跟段依次进行分段分簇压裂，如图 1所示.水平井交错分段压裂是指压裂顺序不严格按照从井底到井口的顺序进行压裂.这种压裂方式有增加储层沟通体积的可能性，但由于当前的井下工具不能够实施交错压裂，使得这种压裂方式尚未有现场应用.同步压裂是指对相邻两口及两口以上的水平井采用2套甚至多套车组同时压裂施工，以期利用压裂影响地应力场，形成更为复杂的裂缝网络.当页岩气井井筒密集时，通过对多口井进行同步压裂，能够获得比次序压裂更好的效果. 目前，以最大化采收率或者最快的采油速度为目的的页岩气井完井设计常需考虑以下几个因素：水力裂缝的优势扩展方向和井筒方位［17］；每个射孔簇的破裂压力，力争每簇能产出一个主裂缝，从而最大化裂缝复杂程度；同井或邻井裂缝间的应力干扰强度［1819］；同步压裂技术能否适合该地层，能否增加产气量［2021］.页岩气储层水力压裂数值模拟是围绕图1～图3所示的工艺技术开展的数值研究，目的是为了在储层压裂施工前能够设计和优化裂缝网络，从而为高效开发提供理论依据.水力压裂力学本质上可以概括为4个基本力学过程的耦合：储层岩石在流体压力的作用下发生断裂，形成裂缝通道；压裂液在裂缝通道中流动，并传递流体压力到地层深处；流体垂直于壁面的渗流；支撑剂在裂缝内部的运移.针对这4个力学过程，下文将着重论述模拟水力裂缝常用的3类数值方法：扩展有限元、离散元、边界元.3.1 扩展有限元（extended finite element method，XFEM）扩展有限元是以传统有限元的理论为框架，其核心思想是用扩充带有不连续性质的形函数来代表计算区域内的间断，不连续场的描述完全独立于网格边界，处理断裂问题有较好的优越性.利用扩展有限元，可以方便地模拟裂纹的任意路径［2223］，可以克服边界元模拟裂缝增长之后重新划分网格的局限性［2428］.盛茂等［29］基于扩展有限元模拟水力压裂，采用最大能量释放率准则确定裂缝是否继续扩展以及扩展方向.曾青冬等［30］考虑裂缝内流体流动和周围岩石应力变形，建立了页岩水力裂缝扩展的数学模型，分别采用有限元和扩展有限元求解裂缝流场和岩石应力场，并通过Picard迭代方法耦合求解.Mohammadnejad等［31］将扩展有限元应用于多孔介质中的水力压裂模拟.Arash［3234］采用扩展有限元方法模拟了水力裂缝在裂缝性油藏中的扩展行为，如图4所示.他忽略了压裂液沿着裂缝壁面的滤失，着重考虑了闭合天然裂缝的内聚力、岩石基质的断裂韧性、天然裂缝的几何形状对水力裂缝扩展路径的影响.系统地研究了水力裂缝与天然裂缝交叉前、交叉中、交叉后的天然裂缝的变形规律，以及裂缝形态与缝内压力的关系曲线，并将其与经典的KGD模型［35］进行对比.他指出，在某些条件下，闭合的天然裂缝在水力裂缝到达之前可能张开或滑移；某些条件下，闭合的天然裂缝不受水力裂缝的影响.Keshavarzi等［36］也采用扩展有限元方法模拟了水力裂缝在非常规油气藏中的扩展，得出了与 Arash［3234］相似的结果.他指出：水力裂缝沟通天然裂缝之前和之后都会发生偏移；原地应力场和天然裂缝的方向是影响交叉行为的主控因素.水力裂缝净液压力增加，可以减小水力裂缝的偏转.原水平应力差越小，水力裂缝越容易在沟通天然裂缝之前就发生偏转.在高逼近角时，水力裂缝可能同时张开天然裂缝和穿透天然裂缝，这主要依赖于水平应力差的大小.Fu等［37］在Arash［3234］和 Keshavarzi等［36］的研究基础上，将单条水力裂缝与单条天然裂缝的干扰行为扩展到单条水力裂缝与离散的天然裂缝网络的干扰行为.Fu等［37］考虑了天然裂缝与水力裂缝的应力干扰和离散裂缝网络中的流体动力学，在天然裂缝网络地层中模拟水力裂缝的扩展. 3.2 离散元（discrete element method，DEM）有关水力压裂模拟的研究可以大体分两大类：宏观和细观.宏观类的裂缝模型已经广泛地应用于石油工程水力压裂，裂缝因为缝内流体压力的驱动而发生增长，其相应的数学模型虽然复杂但计算速度快.与之相反，细观类的裂缝模型则是依据描述岩体颗粒与流体的相互作用，以数目巨大的离散单元来描述整个岩体，流体在颗粒或岩块间的流动来表达水力压裂的过程.基于离散元的水力压裂模拟可以在一定程度上反映出岩石在被压裂的过程中发生的情况：是剪切断裂还是张性断裂，适用于细观尺度上的机理研究.但是，对于油田尺度的水力压裂设计，基于离散元的水力压裂模型需要大量的单元，对计算机要求高，耗时很长，所得结果也并非直观上的水力裂缝.3.2.1 颗粒流程序（particle flow code，PFC）PFC［38］以点接触胶结的颗粒（二维为圆盘，三维为球）为基本单元，能模拟岩石中非连续面的一种数值模拟方法.PFC模拟水力压裂是在其颗粒间考虑流体压力而产生的键断裂，从而形成微裂缝，进而形成宏观尺度的水力裂缝［39］.PFC建模时可以先建立离散裂缝网络，再设置流体注入点，这使得水力裂缝不仅包括岩石颗粒间新生的裂缝，也包括了已存裂缝的剪切滑动扩展［40］.然而，PFC的基本假设就存在 3大缺陷：（1）颗粒间的力学参数如何与岩石的宏观参数对应；（2）PFC数值岩心代表了多大尺寸的实际岩石；（3）球形和圆盘形颗粒难以真实反映具有棱角的岩石矿物颗粒.因此，PFC模拟油田尺度的水力裂缝前景渺茫.3.2.2 晶格法为了解决PFC3D速度慢的问题，3D LATTICE软件提供了流--固--热耦合的模块.Cundall［41］用LATTICE模拟了水力裂缝与预置裂缝的干扰行为，预置裂缝捕获水力裂缝的原因是，水力裂缝遇到预置裂缝后，一侧受到拉伸应力，另外一侧受到挤压应力，而流体则始终是沿着阻力最小的方向流动，这与水力压裂室内试验［45，7］吻合良好.Pettitt等［42］用LATTICE软件模拟水平井多级压裂，并在最大水平应力60°角的方向上设置了一簇离散裂缝网络.水力裂缝起始扩展方向依然是垂直于最小主地应力，遇到节理网络后发生偏转.受到水力裂缝应力的影响，有些水力裂缝是双翼缝，有些则是单翼裂缝.3.2.3 非连续变形分析（discontinuous deformation analysis，DDA）非连续变形分析是离散元方法的隐式表达，与有限元处理应力位移问题较为相似.Ben等［4346］将裂缝性岩体简化为管网模型，采用DDA研究岩体的变形，并与裂缝中的流体流动相耦合，从而实现了裂缝性的岩体中的流体流动模拟.Ben为了模拟裂缝性地层中的水力压裂，他以DDA建立水力压裂模型时做了三点假设：（1）裂缝性或节理性岩体中的每个岩块是连续不可渗透的线弹性体，新生裂缝不能穿透这些连续的块体.（2）块体之间的初始状态是弹簧胶结的，可以发生张性和剪性破坏.（3）岩块的边界中的初始间隙为流体的流动路径，流态为单向不可压缩的拉梅流动.Morgan等［47］在Ben模型的基础上考虑了流体的可压缩性，也实现了水力压裂的模拟，并得到了实验验证.岩石的断裂有穿晶断裂和沿晶断裂［48］两种情况.DDA模拟裂缝性地层虽具有优越性，但其假设水力裂缝为不可穿越的块体，使得DDA模拟水力裂缝与实际的岩石裂缝有一定的差距.3.3 边界元（boundary element method，BEM）边界元法是在定义域的边界上划分单元，用满足控制方程的函数去逼近边界条件.其中，位移不连续法［4950］是边界元体系中的一种高效处理裂缝问题的数值方法，其原理是将裂缝划分成若干个位移不连续的单元，建立一个能够满足边界应力或位移的代数方程组，该方程组的解为单元的切向和法向位移，法向位移的物理意义即为裂缝宽度.早期的多裂缝的模拟是在经典的 KGD［35］、PKN［51］、拟三维裂缝模型［5254］基础上，考虑了流体在多裂缝以及井筒中的流动，但是没有考虑多裂缝间的应力干扰和裂缝内的压力耗散.Olson［55］基于二维位移不连续解，模拟多裂缝同时扩展，如图5所示.他假定裂缝扩展速度与裂尖应力强度因子成比例增长，裂缝内部液压为常压，考虑了等长天然裂缝的随机分布.但忽略了压裂液在裂缝内部的流动，使得这一模型不适合真实情况下的水力压裂.Olson等［56］指出：相对静液压力系数Rn和逼近角是影响裂缝形态的主要因素.与直井相比水平井中更倾向于形成网状裂缝，水平井中水力裂缝与天然裂缝之间的夹角越大，越易于形成网状裂缝形态.水力裂缝诱导应力可能使得闭合的天然裂缝在水力裂缝到达之前可能张开或滑移.张保卫［57］也采用边界元位移不连续法，模拟水力裂缝在页岩地层中扩展，得到了与Olson等［5556］相似的模拟结果.他指出，水力裂缝诱导应力场在裂缝尖端附近可以改变主应力的方向，使得水力裂缝并不总是沿着垂直于远场最小水平主应力的方向扩展，而当裂缝沿着天然裂缝扩展一段距离之后，天然裂缝的干扰应力场减小，水力裂缝又逐渐受到远场水平主应力的约束，沿着垂直于最小水平主应力方向扩展.在此基础上，Sesetty等［58］也采用边界元位移不连续法，但他假定压裂液为牛顿流体，研究了水力裂缝路径、裂缝开度、缝内压力随压裂液注入时间的变化关系.Wu等［5960］将拟三维裂缝宽度方程和二维位移不连续法相结合，建立了一个能够在天然裂缝性地层中模拟多裂缝的拟三维多裂缝力学模型.Wu等［5960］假定压裂液为幂律流体，采用有限差分法求解压裂液的流动，与拟三维多裂缝力学模型相结合，采用 Newton迭代法和Picard迭代法，实现了流体流动和裂缝变形的耦合，以及多裂缝间的应力干扰，采用最大拉应力准则判别裂缝扩展的方向，实现了拟三维多裂缝同步扩展的数值模拟.实际上，自然界任何裂缝都可以认为是三维的，二维裂缝也只是三维裂缝的特例.近年来，三维断裂力学［6162］和边界元三维位移不连续法［6365］的发展才使得真三维水力裂缝的模拟得以快速实现.Yamamoto等［6667］采用有限元研究裂缝内部流体的流动，三维位移不连续法研究岩体的变形，经过耦合求解之后，模拟了全三维水力裂缝扩展.但其局限性在于不能考虑地层之间水平应力的差异. Rungamornrat等［68］在研究三维水力裂缝非平面扩展时，实现了三维裂缝在空间的扭曲，如图6所示. Adachi等［69］采用三维位移不连续法与幂律流体流动耦合，在含有多层岩石介质中实现了全三维水力裂缝扩展模拟.与Yamamoto等［6667］相比，Adachi等［69］建立的模型可以考虑不同地层间的应力差异性，但是他们所建立的模型的共同特点是只有一个主裂缝，并且忽略了水力裂缝被地层界面所遮挡的可能性.单条三维水力裂缝的非平面扩展的成功模拟促进了学者对多条三维水力裂缝扩展的数值模拟，目的是为了更加接近水平井分段压裂的实际裂缝情况. Xu［70］将三维位移不连续法用于模拟水平井多裂缝的扩展［7072］，如图7所示.同一压裂段中不同射孔簇压裂液流量的分配实际上是多裂缝应力干扰的结果，但是压裂液在井筒内的压力可近似认为是相等的，并且各个射孔处流量的总和等于泵入到地层中的总流量，这2个条件使得流量分配是一个既复杂而又可以求解的力学问题.3.4 边界元的优势（1）边界元与扩展有限元的简要比较边界元和扩展有限元均是从弹性力学出发，假定岩石的断裂属于弹脆性断裂，裂尖在断裂判别准则下自由扩展，适合于模拟宏观类水力裂缝的扩展.扩展有限元需对定义域（与水力裂缝相关的地层）的整体进行划分网格，网格数目巨大，计算耗时长；边界元是只需对定义域的边界（裂缝、层理等）进行划分网格，网格数目少，计算快，并且精度高.在模拟水平井多裂缝同步或者相继扩展时，边界元只需在裂缝扩展的每一个时间步，将新生的裂缝单元加入到原有的单元中并参与计算，即可实现多裂缝间的应力干扰.在采用边界元法模拟天然裂缝网络时，只需将天然裂缝面划分为单元，天然裂缝的力学属性由法向刚度、剪切刚度、摩擦系数等表征［50］.（2）边界元与离散元的简要比较众所周知，以PFC3D为代表的离散元软件需要众多的颗粒才能模拟岩土的断裂行为，在研究小尺寸试样的细观力学行为上具有一定的优势.由于计算机速度的限制，PFC3D当前并不能模拟油田尺度的水力裂缝扩展.PFC3D中颗粒的细观参数与岩石的宏观参数的标定依然是一个未解之谜.边界元则只需对介质的边界进行划分单元，单元数目少，也可以直接将常规岩样测试获得的弹性参数纳入到计算之中，适用性高.（1）弹性各向异性对水力裂缝宽度和扩展方向的影响.不论是横观各向同性，还是正交各向异性，其弹性本构方程较均质各向同性更为复杂.目前，边界元三维位移不连续法已经可以解决各向异性介质中三维裂缝弹性变形问题［7375］，但应用于解决水力压裂力学问题尚需时日.（2）非均质体界面对水力裂缝的影响.层理是不同岩性地层的界面，页岩层理尤为发育.不同地层的弹性参数的差异导致裂缝问题更为复杂［7677］，例如层理面在水力裂缝逼近时容易产生小范围滑移或者张开；软地层（弹性模量低的地层）变形容易，水力裂缝宽度大；硬地层（弹性模量大的地层）变形小，断裂韧性通常比较大，水力裂缝难以穿越，起到了遮挡作用.无论是二维边界元还是三维边界元，非均质介质的界面上的连续性条件是解决非均质弹性力学问题［50，7881］的关键条件.水力裂缝与层理的干扰行为与边界元三维位移不连续法的结合还有待进一步研究，主要难点体现在层理面的张开或滑移破坏了连续性条件［50］.（3）在天然裂缝网络中模拟分段水力压裂裂缝的扩展.边界元三维位移不连续法虽然在模拟分段压裂裂缝扩展方面优势明显［7072］，离散的天然裂缝网络与单条水力裂缝的干扰也已不再是难点，但多裂缝中的流体动力学与边界元三维位移不连续法的耦合依然是一个尚待解决的科学难题.页岩气储层中岩石力学特性，对水力压裂多裂缝数值模拟提出了更高的要求，页岩在水压作用下的断裂特征是改进水力裂缝模拟的标杆.与扩展有限元、离散元相比，边界元在解决页岩气储层水力裂缝问题上已经表现出更大的优越性和可行性.在模拟页岩气储层单条裂缝在裂缝性储层中扩展时，扩展有限元、边界元、离散元均可较好地解决流固耦合问题.在模拟页岩气储层多级压裂裂缝扩展时，必须考虑裂缝间的应力干扰问题.边界元三维位移不连续法则表现出更大的优越性，是一个行之有效的数值方法.另外，在页岩气储层水力压裂多裂缝数值模型中，页岩各向异性、非均质性以及离散裂缝网络是值得探索的研究方向.【相关文献】1王永辉，卢拥军，李永平.非常规储层压裂改造技术进展及应用.石油学报，2012，33（S1）:149-1582 Fisher MK，Wright CA，Davidson BM，et al.Integrating fracture mapping technologiesto optimize stimulations in Barnett shale.SPE Annual Technical Conference and Exhibition，San Antonio，Texas，USA，20023 Zhou J，Chen M，Jin Y，et al.Analysis of fracture propagation behavior and fracture geometry using a tri-axial fracturing system in naturally fractured reservoirs.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2008，45（7）:1143-11524 Cheng W，Jin Y，Chen M.Experimental study of stepdisplacement hydraulic fracturingon naturally fractured shale outcrops.Journal of Geophysics and Engineering，2015，12:714-7235 Cheng W，Jin Y，Chen M.Reactivation mechanism of natural fractures by hydraulic fracturing in naturally fractured shale reservoirs.Journal of Natural GasScience&Engineering，2015，23:431-4396 Jacobi DJ，Gladkikh M，LeCompte B，et al.Integrated petrophysical evaluation of shale gas reservoirs.CIPC/SPE Gas Technology Symposium 2008 Joint Conference，Calgary，Alberta，Canada，20087 Cheng W，Jin Y，Chen M，et al.A criterion for a hydraulic fracture crossing a natural fracture in a 3D space and its field application.Petroleum Exploration&Development，2014，41（3）:371-3768衡帅，杨春和，张保平等.页岩各向异性特征的试验研究.岩土力学，2015，36（3）:609-6169王倩，王鹏，项德贵等.页岩力学参数各向异性研究.天然气工业，2012，32（12）:1-410 Waters GA，Lewis RE，Bentley D.The effect of mechanical properties anisotropy in the generation of hydraulic fractures in organic shales.SPE Annual Technical Conference and Exhibition，Denver，Colorado，USA，201111陈治喜，陈勉，黄荣樽等.层状介质中水力裂缝的垂向扩展.石油大学学报（自然科学版），1997，21（4）:24-3012 Wu R，Kresse O，Weng X，et al.Modeling of interaction of hydraulic fractures in complex fracture networks.SPE Hydraulic Fracturing Technology Conference，The Woodlands，Texas，USA，201213 Nicolas PR，Mukul MS.Strategies to minimize frac spacing and stimulate natural fractures in horizontal completions. 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Shanghai，China，201344 Ben Y，Xue J，Miao QH，et al.Coupling fluid flow with discontinuous deformation analysis.Advances in Discontinuous Numerical Methods and Applications in Geomechanics and Geoengineering，London，201245 Ben Y，Xue J，Miao Q，et al.Simulating hydraulic fracturing with discontinuous deformation analysis.46th US Rock Mechanics/Geomechanics Symposium，Chicago，Illinois，USA，201246 Ben Y，Wang Y，Shi G.Development of a model for simulating hydraulic fracturing with DDA.Frontiers of Discontinuous Numerical Methods and Practical Simulations in Engineering and Disaster Prevention，London，201347 Morgan WE，Aral MM.An implicitly coupled hydrogeomechanical model for hydraulic fracture simulation with the discontinuous deformation analysis. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2015，73: 82-9448谢和平，高峰，周宏伟等.岩石断裂和破碎的分形研究.防灾减灾工程学报，2003，23（4）:1-9 49 Crouch SL.Solution of plane elasticity problems by the displacement discontinuity method.International Journal for Numerical Methods in Engineering，1976，10:301-343 50 Crouch SL，Starfield AM.Boundary Element Methods in SolidMechanics.London:Goerge Allen and Unwin Publishers，198351 Perkins TK，Kern LR.Widths of hydraulic fractures.Journal of Petroleum Technology，1961，13（9）:937-94952 Antonin S，Michael PC.Three-dimensional simulation of hydraulic fracturing. Journal of Petroleum Technology，1984，36（07），170-17753 Barree RD.A practical numerical simulator for threedimensional fracture propagation in heterogeneous media. SPE Reservoir Simulation Symposium，San Francisco，California，USA，198354 John DM，John CP.Pseudo-three-dimensional fracture growth modeling.The 26th US Symposium on Rock Mechanics（USRMS），Rapid City，South Dakota，USA，1985 55。

页岩岩石物理建模研究张天炬;刘明阳;李东哲;李振伟【摘要】页岩气是一种非常重要的非常规油气资源,页岩气储层不同于常规油气储层,其具有较强的各向异性、矿物成分复杂、孔隙多样等特征,使得岩石物理建模会更加复杂,很多岩石物理模型对页岩描述不够准确.此文从岩石物理模型的基本理论出发,针对Bakken页岩进行各向异性DEM岩石物理建模,具有较好的预测结果,通过比较发现干酪根作为基质时模型更优.并且在Wu建模流程的基础上,进一步考虑了当页岩存在垂直裂缝时,具有正交各向异性,建立了正交各向异性岩石物理模型,使得岩石物理模型更加接近真实页岩.【期刊名称】《海洋石油》【年(卷),期】2019(039)001【总页数】6页(P11-16)【关键词】页岩气;岩石物理模型;各向异性;干酪根【作者】张天炬;刘明阳;李东哲;李振伟【作者单位】中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司勘探开发研究院,上海200120;中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司勘探开发研究院,上海200120;中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司勘探开发研究院,上海200120;中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司勘探开发研究院,上海200120【正文语种】中文【中图分类】P618.13我国有非常丰富的页岩气资源，页岩作为一种广泛发育的沉积岩，具有自生自储的特殊性质，使得越来越多的目光聚焦到页岩气储层的研究当中来 [1-2]。

地震勘探在页岩气勘探中发挥着重要作用，包括查明页岩的埋藏深度、分布范围、岩层厚度、产状形态等，并可辅助找到页岩气“甜点”区域，即寻找热成熟度高、有机质丰度高、脆性高、储集空间大、裂缝发育的页岩。

其中，干酪根含量的多少是衡量页岩储量的重要参数之一，通常干酪根含量高对应高产能页岩，而泥页岩由于其天然的低孔低渗特性，使得裂缝对页岩油气的储存和运移能力尤为凸显 [3]。

充分考虑储层微观特征建立的岩石物理模型，可以建立储层微观物性特征和宏观弹性性质之间的关系，为储层定量解释等提供参考依据。

0前言页岩气储层表现出的测井特征主要有低光电截面指数、低密度、高中子、超声波时差、高电阻率、自然伽马，这些特征极具隐蔽性和复杂性，使测井解释工作面临较大困境。

而页岩储气层的测井解释模型以及相关评价方法和常规油气层相比还存在很大差异，为了使页岩气勘探以及开发工作更加科学与高效，有必要对页岩气储层测井解释模型建立与评价方法进行深入研究。

2建立页岩气储层测井解释模型与常规储层相比，页岩油气储层具有更复杂的岩石物理体积模型，它涉及到的常规三组合相关测井信息相对有限，无法对岩石体积模型进行精确求解，同时很难获取岩电参数和地层水参数，另外还要对吸附气含量和有机碳含量作出计算，所以和常规储层相比，页岩油气储层参数要实现评价会面临更大困境。

本文结合某页岩储层特征，立足测井岩芯刻度层面出发，通过测井数据以及实验结果有关回归方法，对页岩气关键参数实现测井解释模型的建立。

1、矿物含量与孔隙度模型本文研究中的某页岩矿物涵盖了干酪根、灰质、泥质、砂质等，结合岩芯刻度相关测井方法，同步通过数理统计软件实现多元统计回归，可获得有机质含量、总孔隙度、干酪根、孔隙度和其他矿物含量相应关系式[1]。

1.1有机质含量针对有机质含量相关模型，具体计算方法有两种，分别是声波电阻率计算、密度计算。

经交汇分析，可发现有机质含量和密度保持着密切相关性，具有越低的密度值，相应有机质含量就会越高。

在密度计算法运用下，经回归获得公式1：TOC =-37.172×DEN +89.408R=0.955公式当中的R 属于相关系数；DEN 属于密度测井值，单位是g/cm 3；TOC 属于有机质含量，单位是%。

通过分析声波时差测井曲线，可发现声波曲线和页岩有机质含量保持正相关，也就是具有越大的声波值，就会获得越高的有机质含量。

通常情况下，泥质岩会保持较低视电阻率值，如果泥岩裂缝分布有油气层段，那么其视电阻率值则会表现较高，这代表电阻率曲线和油气富集状态下的有机质含量具有良好相关性[2]。

总有机碳的地球物理响应——页岩气储层岩石-物理模型新突
破
彭晓群（编译）
【期刊名称】《青海石油》
【年(卷),期】2013(031)002
【摘要】页岩气等非常规资源在油气勘探开发领域变得越来越重要。

并成为建产目标。

由于对总有机碳（TOC）等储层特征的地球物理响应的识别难题，对非常规储层特征地球物理响应的准确识别是开发页岩气面临的挑战。

埃克森美孚公司开发了一套改进的各向异性岩石-物理模型，除了矿物成分、孔隙度、流体等地震响应和电性资料外还包括总有机碳（TOC）的地球物理响应。

这个建模结’果表明了有机质含量的增加通常会造成P波阻抗的降低，Vp／Vs比率也降低，同时速度的各向异性和电阻上升。

【总页数】6页(P27-32)
【作者】彭晓群（编译）
【作者单位】不详
【正文语种】中文
【中图分类】TE122.3
【相关文献】
1.页岩气储层各向异性岩石物理模型研究 [J], 于鑫
2.基于各向异性岩石物理模型的页岩气储层横波速度预测 [J], 胡起;陈小宏;李景叶
3.广西隆安县地下水储水构造的地质-地球物理模型及其地球物理响应特征分析 [J], 朱庆俊;李伟;李凤哲;孙银行;李戍
4.页岩储层岩石物理模型及地震AVO响应模拟 [J], 李继龙;刘财;郭智奇;房春慧;裴思嘉;杨学亭
5.基于岩石物理模型的页岩气储层横波速度估算方法 [J], 张克非;李呈呈
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页岩气有效储层三维地质建模——以威远地区威202H2平台区为例马成龙;张新新;李少龙【期刊名称】《断块油气田》【年(卷),期】2017(024)004【摘要】国内页岩气资源开发正处于起步发展阶段,实际开发中缺少有效的技术指导,尤其是三维地质建模技术方面.在综合钻测井、地震及分析测试资料的基础上,提出了一套页岩气有效储层三维地质建模技术.通过井震约束,建立有效储层段的构造模型,以GR(自然伽马测井值)、TOC(总有机碳质量分数)、Si质量分数、Ca质量分数与沉积微相的对应关系构建沉积小层相的划分标准;应用序贯指示和序贯高斯模拟方法分别建立起相模型和各重要参数的属性模型;最后通过单位体积含气量累计求和的方法计算页岩气藏地质储量.实例应用表明,构建的三维地质模型有效刻画出了有效储层空间的非均质性变化特征,并指出了各属性参数对应的有利分布区域.该类页岩气藏模型的构建方法和实际应用,对类似气藏的开发部署具有指导意义.【总页数】5页(P495-499)【作者】马成龙;张新新;李少龙【作者单位】中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院,辽宁盘锦124010;中国石油长城钻探工程公司录井公司,辽宁盘锦124010;中国石油长城钻探工程公司四川页岩气项目部,辽宁盘锦124010【正文语种】中文【中图分类】TE319【相关文献】1.页岩气井强化封堵全油基钻井液体系——以长宁—威远国家级页岩气示范区威远区块为例 [J], 王晓军;白冬青;孙云超;李晨光;鲁政权;景烨琦;刘畅;蒋立洲2.页岩气地质导向技术在威远地区的应用 [J], 沈宏峰3.页岩气地质导向技术在威远地区的应用 [J], 沈宏峰[1]4.斜坡型强非均质页岩气藏高效开发技术——以川南威远地区龙马溪组页岩气藏为例 [J], 王治平;张庆;刘子平;李彦超;李宜真;何封;赵晗5.深层页岩气地质工程一体化井距优化——以威荣页岩气田为例 [J], 赵勇;李南颖;杨建;程诗胜因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

致密砂岩气储层的岩石物理模型研究
王大兴
【期刊名称】《地球物理学报》
【年(卷),期】2016(059)012
【摘要】根据鄂尔多斯盆地苏里格气田以往实测和新测的共17口井51块岩样超声波实验数据,得到304组不同孔隙度和不同含水饱和度下对应的纵横波速度、泊白松比等弹性参数.重新优选计算体积模量和泊松比与含气饱和度的关系,表明苏里格气田上古生界二叠系石盒子组盒8致密砂岩储层的模型与Brie模型(e=2)相似度最高.由此建立的苏里格气田储层岩石物理模型,更好的表征了致密岩石储层物理参数随含气饱和度变化规律,为该区储层预测提供了理论依据.致密储层岩石物理模型研究成果应用于苏里格气田多波地震资料气水预测中,实际例子表明该模型适用于该区的储层和含气性预测,并取得了较好的效果.
【总页数】20页(P4603-4622)
【作者】王大兴
【作者单位】中国石油长庆油田公司勘探开发研究院,西安710018;低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,西安 710018
【正文语种】中文
【中图分类】P631
【相关文献】
1.页岩气储层各向异性岩石物理模型研究 [J], 于鑫
2.国内外钻井及储层改造过程中致密砂岩气藏储层保护技术现状研究——论适用于塔里木油田致密砂岩气藏储层保护技术 [J], 王双威;张洁;赵志良
3.川中高石梯台缘带灯四段白云岩储层岩石物理模型研究 [J], 翁雪波;潘仁芳;罗文军;朱正平;金吉能
4.基于岩石物理模型的页岩油储层各向异性研究（英文） [J], 郭智奇;刘财;刘喜武;董宁;刘宇巍
5.针对致密砂岩气储层复杂孔隙结构的岩石物理模型及其应用 [J], 张益明;秦小英;郭智奇;牛聪;王迪;凌云
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