焦石坝地区页岩各向异性及其影响的分析研究

doi:10.11720/wtyht.2019.1239

焦石坝地区页岩各向异性及其影响的分析研究

李文成, 扶喆一

中石化勘探分公司,四川成都 610041

The anisotropic characteristics and impact of organic-rich shale:A Jiaoshiba demonstration

LI Wen-Cheng, FU Zhe-Yi

Exploration Branch Company of SINOPEC,Chengdu 610041,China

责任编辑: 叶佩

收稿日期: 2018-06-19 修回日期: 2019-01-18 网络出版日期: 2019-04-20

基金资助:

国家科技重大专项“页岩气区带目标评价与勘探技术”. 2017ZX05036
中石化科技部基础研究项目“川渝地区海相优质页岩气层形成主控因素及预测技术”. P15074

Received: 2018-06-19 Revised: 2019-01-18 Online: 2019-04-20

作者简介 About authors

李文成(1985-),男,工程师,2011年于中国石油大学(北京)获得地球探测与信息技术专业硕士学位,现主要从事岩石物理分析、叠前地震反演、页岩气“甜点”预测方面的研究工作。Email:idiotheque@qq.com 。

摘要

黑色富含有机质页岩由于沉积方式的特殊性,一般具有较强的各向异性。但现有大部分研究是基于各向同性理论开展页岩储层预测工作,这与页岩的实际地质特点不符。文中联合利用实验室岩石力学测试数据以及各向异性参数经验公式计算焦石坝地区页岩的各向异性参数,并进一步探讨了各向异性对页岩岩石速度、储层AVO响应特征以及岩石力学参数计算的影响。结果表明,各向异性对页岩速度、脆性指数预测结果影响较大,在地层倾角较大时进行速度分析及页岩可压性预测时应考虑各向异性参数的影响;同时,AVO正演结果表明地震反射入射角小于40°时,各向异性算法与各向同性算法计算的页岩AVO响应差异较小,利用各向同性叠前反演方法进行页岩储层预测具有可行性。

关键词： 页岩 ; 各向异性 ; 岩石速度 ; AVO响应 ; 脆性指数

Abstract

Because of the particular depositional mode,black organic matter-rich shales are generally characterized by strong velocity anisotropy;however,most researches on shale are on the basis of isotropic theory,which obviously ignores the geological characteristics of shale.In this paper,anisotropic parameters of shale are calculated by combining rock mechanical measurements in the laboratory with the empirical methods from the literature.On the one hand,the parameters are used to investigate their effects on the calculation of velocity versus bedding direction and rock mechanical parameters,and the result shows that the anisotropic characteristics of shale cannot be neglected when the dip angle of the strata is large.On the other hand,little difference between AVO responses of anisotropic and isotropic methods when the incidence angle is less than 40° indicates the feasibility of isotropic pre-stack seismic inversion in predicting shale "sweet spot".

Keywords： shale ; anisotropy ; rock velocity ; AVO response ; brittleness index

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本文引用格式

李文成, 扶喆一. 焦石坝地区页岩各向异性及其影响的分析研究. 物探与化探[J], 2019, 43(2): 266-272 doi:10.11720/wtyht.2019.1239

LI Wen-Cheng, FU Zhe-Yi. The anisotropic characteristics and impact of organic-rich shale:A Jiaoshiba demonstration. Geophysical and Geochemical Exploration[J], 2019, 43(2): 266-272 doi:10.11720/wtyht.2019.1239

0 引言

页岩由于沉积环境的特殊性,富含有机质页岩在形成过程中具有层理、片理等特征^[1]。这类层理主要是由于页岩中各向异性黏土矿物的定向排列而形成的,而这种定向排列的特殊结构构造所造成的各向异性在实验室早就已经观察到。地球物理学家们在过去20多年间研究页岩速度各向异性的主要目的是为了厘清页岩对油气流动以及地震波传播的影响,同时利用北美等地的页岩在实验室进行了各向异性参数测试,针对有机质含量、泥质含量等参数对各向异性的影响进行了分析^[2,3,4]。

随着页岩油气勘探在四川盆地取得重大突破,近两年页岩作为储层成为国内非常规勘探领域研究的热点。作为一种典型的具有垂向对称轴的横向同性介质(vertically transverse isotropy,简称VTI介质),焦石坝地区五峰组—龙马溪组底部富含有机质页岩具有较强的各向异性,如果将页岩储层岩石当作各向同性体来对待是显然不符合实际情况的^[5]。对于存在明显层理的页岩,在进行页岩储层评价时只有考虑其各向异性的影响,才能准确地评价页岩岩石力学性质,提高页岩储层预测精度,为有利勘探目标的优选提供更可靠的依据。本次研究首先利用JY1井岩石力学三轴压缩试验数据计算得到富含有机质页岩的各向异性参数,并将其与常用的几个各向异性经验公式计算结果进行了对比;在获得页岩的各向异性参数后,分别探讨了各向异性对页岩地层速度、力学性质以及AVO响应的影响。

1 研究区概况

焦石坝地区行政上位于重庆市涪陵区东南部,构造上位于四川盆地川东隔档式褶皱带南段万县复向斜、方斗山复背斜和石柱复向斜等多个构造单元的结合部(图1)。奥陶纪末期至志留纪初期发生的两次全球性海侵形成了五峰组—龙马溪组富含有机质页岩。2012年部署的页岩气专探井JY1井钻遇高有机质含量、高孔隙度、高含气量的优质页岩,获得重大商业发现,标志着涪陵页岩气田的发现以及南方海相页岩气勘探的战略突破^[6]。截止2017年底,焦石坝地区完钻井三百余口,累计提交探明储量超过6 000亿方,涪陵页岩气田是北美以外首个实现商业化开发的页岩气田。

图1

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图1 研究区区域位置

Fig.1 Regional location of research area

2 各向异性参数的计算

对于焦石坝地区页岩来讲,在岩心薄片照片及地层微电阻率扫描成像测井结果上可见灰黑色硅质泥岩内部发育大量水平层理,这种特质使页岩成为典型的VTI介质(图2),具有较强的各向异性,造成弹性波在垂直水平层理方向和平行层理方向传播时通常会有较大的速度差异。目前通常采用Thomsen三参数(如式(1)所示,ε表示纵波各向异性大小、γ表示横波各向异性大小、δ表示纵向与横向之间的各向异性变化快慢程度)来表现岩石各向异性的大小^[7],获得VTI介质Thomsen三参数的方法主要包括两种:①静态测试法,即采用应力—应变方法测得柔度张量矩阵S,计算S矩阵的逆得到刚度矩阵C,然后利用式(1)计算各向异性参数^[8];②动态测试法,即测试与对称轴夹角为0°、90°两个方向上岩样的纵、横波速度V_P(0°)、V_P(90°)、V_SV(0°)、V_SV(90°)、V_SH(0°)、V_SH(90°),以及与对称轴夹角为45°方向上的纵波速度V_P(45°),并进一步计算样品的刚度矩阵C,再利用式(1)计算各向异性参数^[9]:

(1a)

ε = \frac{C_{11} - C_{33}}{2 C_{33}},

(1b)

γ = \frac{C_{66} - C_{44}}{2 C_{44}},

(1c)

δ = \frac{2 (C_{13} + C_{44})^{2} - (C_{33} - C_{44}) (C_{11} + C_{33} - 2 C_{44})}{2 C_{33}^{2}} 。

图2

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图2 JY1井页岩岩心薄片(a)及地层微电阻率扫描成像结果(b)

Fig.2 Thin section (a) and FMI image (b) of shale reservoir for JY1

式中,C_ij为弹性刚度张量;i,j=1,2,3,4,5,6。

在利用静态测试法和动态测试法获得大量的页岩各向异性参数数据后,一些学者在有关页岩各向异性研究中总结出各向异性参数与石英含量、黏土含量、有机质含量之间的经验公式。例如Ryan-Grigor在1997年利用71个页岩样品统计出Thomsen参数与纵横波速度比之间的关系^[10]。Li等2006年通过对Toasya、Han、Castagna等人的测试数据进行分析发现可以利用黏土矿物含量、地层水纵波速度、黏土纵波速度、黏土横波速度、石英纵波速度和石英横波速度来计算各向异性参数ε、δ;其中,由于地层水纵波速度、黏土和石英矿物的纵、横波速度基本保持不变,因此各向异性参数主要受黏土矿物含量影响;此外,他们还进一步给出δ与ε的线性统计关系式(式2a)^[11]。2012年,Sone在其博士论文中针对Li的研究成果进行了简化,直接给出了ε、γ与黏土矿物含量的线性公式,并进一步给出了基于速度的各向异性参数拟合公式^[12]。2012年,Sayers利用Abousleiman和Ortega等的页岩测试数据总结发现了ε、γ、δ与黏土含量、石英含量、有机质含量的关系式^[13]。2014年,Deng等利用长宁、习水、黔江地区五峰—龙马溪组页岩数据统计得出ε、γ与黏土含量(X衍射分析获得,介于6.5%~51.9%,平均值为28.5%)的指数关系式^[14]:

(2a)

δ = 0.32 \times ε,

(2b)

ε = 0.0016 \times V_{clay}^{1.32},

(2c)

γ = 0.0015 \times V_{clay}^{1.33} 。

式中:V_clay为黏土含量,单位为%。

这类经验关系式尽管因为页岩样品源自不同区域而呈现出一定差异(表1),但是各向异性受黏土含量影响大这一现象是类似的;即使Ryan-Grigor等人所建立的是各向异性参数与纵横波速度的关系式,但是背后所隐含的是黏土矿物纵横波速度比与石英矿物纵横波速度比差异明显,因此各向异性参数的影响还是要归结于黏土含量的大小。

本次研究的焦石坝地区对五峰—龙马溪组富含有机质页岩进行了岩心的三轴压缩实验数据,选取应力—应变曲线表现为正常脆性跌落现象的测试数据,利用式(1)计算得到的各向异性参数与Deng等人的数据具有较高一致性(图3、表1),主要原因是Deng采用的页岩数据取自与焦石坝地区相同的地层、相邻的地区。鉴于三轴压缩实验数据计算各向异性参数时存在系统误差^[14]以及缺乏与对称轴夹角为45°方向上的测试数据,本次研究结合Li和Deng的经验公式计算页岩各向异性参数。

图3

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图3 各向异性参数ε(a)、γ(b)与黏土含量交会

Fig.3 Crossplot of anisotropic parameters ε(a)、γ(b)versus clay content

表1 不同各向异性参数计算方法计算结果

Table 1 Statistics of anisotropic parameters calculated by different methods

计算方法	ε	γ	δ
焦石坝三轴压缩实验	0.209	0.191	0.067
Deng经验公式	0.215	0.209	0.069
Sone经验公式	0.245	0.274	0.078
Syaers经验公式	0.293	0.515	0.006

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3 各向异性对页岩储层响应特征的影响

页岩总有机碳含量(TOC)及可压性的评价是区别于常规储层的主要特点,相关预测也是近几年的研究的热点,但是目前所采用的方法大多数是各向同性的^[16,17],页岩各向异性的影响较少涉及。在获得页岩各向异性参数的计算方法后,笔者将继续探讨各向异性参数对页岩储层速度、岩石力学特征参数以及AVO响应特征的影响。

3.1 各向异性对页岩速度的影响

对于页岩这类典型的VTI介质来讲,地震波在这类介质传播时垂直页岩层理方向的速度将低于平行于层理方向的速度, Thomsen于1986年给出速度与各向异性参数以及角度之间的关系式为^[7]:

(3a)

V_{P} (θ) = V_{P 0} (1 + δ si n^{2} θ co s^{2} θ + ε si n^{4} θ),

(3b)

V_{SV} (θ) = V_{S 0} (1 + \frac{V_{P 0}^{2}}{V_{S 0}^{2}} (ε - δ) si n^{2} θ co s^{2} θ),

(3c)

V_{SH} (θ) = V_{S 0} (1 + γ si n^{2} θ) 。

式中:V_P为纵波速度;V_SV为慢横波速度;V_SH为快横波速度;θ为波前的垂直方向与对称轴夹角;V_P0、V_S0分别是θ为0°时的纵波速度和横波速度。

由于θ为0°时,页岩层为水平层,即地层倾角为0°;θ为90°时,页岩层为垂向层,即地层倾角为90°,因此可认为θ数值上与地层倾角相同。利用式(3)以及表2中龙一段(五峰组—龙马溪组一段,简称龙一段)页岩数据计算得到归一化后的纵波速度、横波速度随地层倾角变化关系可知(图4),水平页岩层与垂向页岩层之间的纵波速度、快横波速度差异可达约20%。焦石坝构造主体部位地倾角相对稳定,一般小于5°,这一角度内速度变化差异较小;但随着勘探开发的深入,在对焦石坝背斜翼部地层或者其他倾角较大区域进行评价时,由于各向异性造成的速度差异将会对页岩储层的横向评价及钻井时深关系对比产生较大影响。

图4

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图4 归一化后的纵波速度(a)、横波速度(b)随地层角度变化关系

Fig.4 Normalized P-(a) and S-wave (b) velocity variation with dip angle of shale layers

表2 不同小层速度、密度及各向异性参数

Table 2 Velocity、density and anisotropic parameters for different intervals

序号	层段	纵波速度/(m·s^-1)	横波速度/(m·s^-1)	密度/(g·cm^-3)	ε	γ	δ
①	龙一段页岩	4036	2373	2.60	0.234	0.228	0.075
②	龙一段二亚段页岩	4220	2516	2.63	0.237	0.231	0.076
③	龙一段一亚段页岩	4000	2344	2.53	0.174	0.169	0.056
④	涧草沟组灰岩	6007	3101	2.72	0	0	0

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3.2 各向异性对页岩储层AVO特征的影响

叠前地震反演技术是在页岩“甜点”参数评价中重要的技术手段,但是现有叠前地震反演技术通常是基于各向同性方法开展的。Wright于1987年通过页岩—砂岩模型证实了页岩的各向异性会使反射系数产生极大的变化,并且这一变化发生在具有勘探意义的入射角度内^[18]。Thomsen于1993年将各向异性参数ε和δ加入Aki-Richards方程计算各向异性介质AVO响应的公式^[19]。Ruger于2002年对Thomsen的公式做了进一步修改,得到各向异性介质AVO响应公式^[20]:

(4)

R_{an} (θ) = R_{is} (θ) + \frac{Δ δ}{2} si n^{2} θ + \frac{Δ ε}{2} si n^{2} θ ta n^{2} θ,

式中,R_an(θ)为各向异性反射系数;R_is(θ)为各向同性反射系数;Δδ=δ₂-δ₁;Δε=ε₂-ε₁;ε₁和δ₁、ε₂和δ₂分别为上下介质的各向异性参数;θ为入射角。

利用表2中焦石坝地区不同深度段统计数据及Aki-Richards公式及相应的Ruger公式计算龙一段一亚段优质页岩顶界(表2中②与③之间的界面)、底界(表2中③和④之间的界面,其中涧草沟组灰岩较为致密,计算时假设该段灰岩为各向同性的)的各向同性和各向异性AVA响应特征(图5)。

图5

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图5 各向同性与各向异性方法计算AVA曲线对比

Fig.5 Comparison of AVA curve between isotropic and anisotropic methods

对比各向同性方法和各向异性方法计算结果可知,两者在入射角在小于40°时较为接近;当入射角大于50°时,各向异性计算结果略小,两种方法计算结果开始出现一定差异。由于焦石坝地区地震资料入射角在40°左右,因此页岩各向异性对于这一入射角范围的影响较小,利用各向同性反演方法代替各向异性反演方法在页岩储层预测方面是可行的。

焦石坝地区页岩岩心实测TOC(总有机碳含量)与密度存在较好的相关性(图6a),两者相关系数可达0.88;利用各向同性叠前反演方法得到的密度反演结果以及TOC与密度之间的拟合公式便可计算得到TOC反演剖面,反演结果与岩心实测TOC数据具有较高的一致性(图6b),证实了叠前反演技术在页岩储层预测方面的可行性。

图6

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图6 密度与TOC交会图(a)及各向同性反演方法得到的TOC反演剖面(b)

Fig.6 Crossplot of density and TOC (a) and inverted TOC section using isotropic method (b)

3.3 各向异性对岩石力学参数计算的影响

以页岩为储层的非常规油气勘探过程中,对于岩石力学方面的研究主要是为了评价页岩的可压性,为利用工程技术手段提升页岩油气产量提供指导。目前国内外大部分岩石脆性指数的计算均采用Rickman公式,Rickman脆性指数为归一化的静态杨氏模量与静态泊松比之和除以2,这是一种各向同性脆性指数计算方法^[22]。Thomsen于2013年指出,在这些研究中忽略了各向异性的影响,利用各向同性计算公式获得的是“视杨氏模量”和“视泊松比”;同时他给出了真实的垂向(即垂直于页岩层理方向)杨氏模量、水平(即平行于页岩层理方向)杨氏模量和视杨氏模量以及真实的泊松比和视泊松比之间的关系式^[23]:

(5a)

E_{H} = E_{a} + M_{a} (1 - ν_{a}) [(1 - ν_{a}) 2 ε - 2 ν_{a} δ] + 8 ν_{a} (1 - ν_{a}) μ_{a} γ,

(5b)

ν_{H} = ν_{a} + \frac{2 M_{0}}{E_{0}} (1 - ν_{a}^{2}) [(1 - ν_{a}) ε - ν_{a} δ] - 2 \frac{1 - ν_{a}^{2} + ν_{a}^{3}}{(1 + ν_{a})} γ 。

式中,E_H为水平方向杨氏模量、ν_H为水平方向泊松比、E_a为视杨氏模量、ν_a为视泊松比、M_a为视纵波模量、μ_a为视剪切模量。

由于页岩水平井方向与页岩层理方向近似平行,而射孔方向与层理方向近似垂直,压裂时受力面与层理方向近似垂直,因此平行层理方向的岩石力学参数才是真正反映页岩可压性的参数。

为获得基于各向异性的脆性指数数据体:①利用多属性反演获得黏土含量数据体,②将黏土含量数据体代入式(2)计算各向异性参数数据体,③利用叠前地震反演获得杨氏模量、泊松比、剪切模量、纵波模量数据体;④将②和③计算结果代入式(5)计算得到水平方向的杨氏模量和泊松比;⑤最终利用Rickman脆性指数公式得到水平方向脆性指数。与视脆性指数相比(图7a),水平方向脆性指数数值明显增高(图7b)。造成这一差异的主要原因是视脆性指数类似于等应力平均模型,即Reuss下限,这种介质的杨氏模量低、泊松比高;水平方向脆性指数则类似于等应变平均模型,即Voight上限,这种介质的杨氏模量高、泊松比低。但是页岩作为有机质、黏土、石英、黄铁矿等多种组分的混合物,其矿物几何分布特征比于上述两种理论模型复杂的多,因此视脆性指数与水平方向脆性指数的差异小于Voight上限与Reuss下限之差。视脆性指数平均值为 50.9%;水平脆性指数数值约高11%,平均值为 56.5%。对比可知各向异性参数对脆性指数的计算存在较大影响,是岩石可压性预测中不可忽略的影响因素。

图7

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图7 视脆性指数(a)与水平方向脆性指数(b)平面图

Fig.7 Slices of shale apparent brittleness index (a) and horizontal brittleness index (b)

4 结论

通过对焦石坝地区页岩进行各向异性分析共获得以下几点认识:

1)各向异性对速度影响较大,垂直页岩层理方向(θ=0°)与平行页岩层理方向(θ=90°)之间的纵波速度、快横波速度差异可达约20%,当地层倾角较大时各向异性对页岩储层的横向评价及钻井时深关系对比产生较大的影响。

2)各向异性方法计算的AVA曲线在入射角大于50°时与各向同性算法出现较大差异,小于40°时两种方法计算结果较为接近;鉴于焦石坝地区地震资料入射角小于40°,各向同性反演方法在页岩储层预测方面是可行的,利用研究区密度与TOC之间较高的相关性以及各向同性叠前反演方法获得的TOC反演剖面与岩心TOC测试结果具有较高的一致性。

3)各向异性对岩石脆性指数影响较大,水平方向页岩脆性指数比视脆性指数数值高约11%。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。

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页岩储层岩石的孔隙结构是影响页岩气藏储集能力和页岩气开采效果的主要因素。为此以四川盆地焦石坝地区下志留统龙马溪组页岩为研究对象,运用氩离子抛光扫描电镜技术、低温氮气吸附脱附法和高压压汞实验对该区页岩储层的微观孔隙结构进行了系统研究。结果表明:①焦石坝地区龙马溪组页岩孔径主要为纳米级,孔隙类型可分为有机质孔、无机孔(粒间孔、粒内孔、晶间孔、溶蚀孔)、微裂缝(矿物颗粒内构造缝、层间滑动缝、成岩收缩缝、有机质演化异常压力缝),以有机质孔和黏土矿物粒间孔为主,其中有机质孔分布最为广泛;②TOC与有机质孔含量存在着明显的正相关性,在底部优质泥页岩段(TOC2%)有机质孔最为发育,含量高达50%;③微观孔隙结构复杂,多呈开放形态,以两端开口的圆筒状孔及四边开放的平行板状孔为主,孔径大小主要分布在2~30nm,以中孔为主。在此基础上,分析了该区页岩储层微观孔隙结构的控制因素,结论认为,有机质丰度和热演化程度为其主控因素,黏土矿物含量对其影响相对不明显。

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The elastic properties of reservoir rocks are important for geomechanics applications; the most important of which are: analysis of stress changes due to production, analysis of rock deformation and failure, wellbore trajectory optimization, and the design of hydraulic fractures. Organic-rich shales are often observed to be strongly anisotropic due to the partial alignment of anisotropic clay minerals and the bedding-parallel lamination of organic material within the shale. Neglecting shale anisotropy may lead to incorrect estimates of the in situ stress or stress changes resulting from production. As a result, isotropic models may fail to describe geomechanical behavior correctly. The distribution of the organic phase plays an important role in determining the elastic properties of organic-rich shales, and this has a significant effect on production-induced stress changes. The presence of kerogen leads to a decrease in all of the elastic moduli, and has a significant effect on the geomechanical behavior of shales. The change in horizontal effective stress for a given change in pore pressure resulting from production is greater for kerogen-rich shales, and the neglect of anisotropy in predicting such stress changes may lead to significant errors.

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Li Y

An empirical method for estimation of anisotropic parameters in clastic rocks

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DOI:10.1190/1.2210052 URL [本文引用: 1]

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Hiroki

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Sayers

The effect of anisotropy on the Young’s moduli and Poisson’s ratios of shales

[J]. Geophysical Prospecting, 2013,61:416-426.

DOI:10.1111/j.1365-2478.2012.01130.x URL [本文引用: 1]

Young's modulus and Poisson's ratio are required for geomechanics applications such as hydraulic fracture design, analysis of wellbore stability and rock failure, determination of in situ stress and assessment of the response of reservoirs and surrounding rocks to changes in pore pressure and stress. Shales are usually anisotropic and models that neglect shale anisotropy may fail to describe geomechanical behaviour correctly. Anisotropy in shales results from a partial alignment of anisotropic clay particles, kerogen inclusions, microcracks, low-aspect ratio pores and layering. For shales, the Young's modulus measured parallel to bedding E1 is usually greater than the Young's modulus measured perpendicular to bedding E3. However, the Poisson's ratio 31 corresponding to stress applied perpendicular to bedding and strain measured parallel to bedding can be greater than, equal to, or less than the Poisson's ratio 12 for stress applied parallel to bedding and strain measured parallel to bedding.For transverse isotropy, the elastic anisotropy resulting from a partial alignment of clay particles can be written in terms of the coefficients W200 and W400, which describe the impact of clay particle orientation on the anisotropy of shales. Disorder in the orientation of clay particles acts to reduce W400 faster than W200, since W400 is a higher order moment of the clay particle orientation distribution function than W200. This is confirmed by analysis of measured anisotropy parameters for shales. A partial alignment of clay particles is consistent with the measured Young's moduli for shales and with values of Poisson's ratio 31 > 12 but not with values 31 < 12. These values can be explained if there exist kerogen inclusions, microcracks, or low-aspect ratio pores aligned parallel to the bedding plane.

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Deng J

, Shen

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Dynamic elastic properties of the Wufeng-Longmaxi formation shale in the southeast margin of the Sichuan Basin

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Chen

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陈祖庆

海相页岩TOC地震定量预测技术及应用——以四川盆地焦石坝地区为例

[J]. 天然气工业, 2014,34(6):24-29.

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2014.06.004 URL [本文引用: 1]

总有机碳含量(TOC)是评价页岩生烃能力和页岩油气藏的一个重要指标,目前国内外利用地震资料直接定量预测TOC的报道很少,因此,有必要对地震预测TOC的方法作进一步的研究。为此,以四川盆地焦石坝地区为例,从岩心实测TOC出发,通过TOC与地球物理参数交会分析,寻找到TOC敏感地球物理参数——密度,并建立密度与TOC之间的最佳拟合方程,得到计算总有机碳含量的经验公式;结合叠前地震反演获得的密度体便可计算出TOC数据体,从而达到定量预测页岩TOC的目的。将改进的预测方法应用于四川盆地焦石坝地区海相页岩气勘探,结果表明:①利用叠前同时反演直接求得的密度体避免了累计误差,稳定性好,多解性少,结果可靠,为精细定量预测TOC提供了基础保证;②预测的TOC与实测结果吻合程度高,相对误差较小。结论认为,该技术在四川盆地海相页岩气勘探中具有广阔的应用前景。

Chen Z

Quantitative seismic prediction technique of marine shale TOC and its application:A case from the Longmaxi Shale Play in the Jiaoshiba area,SichuanBasin

[J]. Natural Gas Industry, 2014,34(6):24-29.

[本文引用: 1]

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Sena

, Castillo

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Seismic reservoir characterization in resource shale plays:Stress analysis and sweet spot discrimination

[J].The Leading Edge, 2011, Special Section:Practical Applications of Anisotropy: 758-764.

DOI:10.1190/1.3609090 URL [本文引用: 1]

http://library.seg.org/doi/abs/10.1190/1.3609090

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Wright

The effects of transverse isotropy on reflection amplitude versus offset

[J]. Geophsics, 1987,52(4):564-567.

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Weak anisotropic reflections,Offset Dependent Reflectivity:Theory and Practice of AVO analysis

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Reflection coefficients and azimuthal AVO Analysis in anisotropic media

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A practical use of shale petrophysics for stimulation design optimization:All shale plays are not clones of the Barnett Shale

[C]//Denver:SPE Annual Technical Conference and Exhibition, 2008.

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Thomsen

On the use of isotropic parameters λ,E,ν,K to understand anisotropic shale behavior

[C]//Expanded Abstracts of the 83 ^rd Annual SEG Meeting,Society of Exploration Geophysicists , 2013: 320-324.

[本文引用: 1]

四川盆地焦石坝地区龙马溪组页岩微观孔隙结构特征及其控制因素

2014

... 页岩由于沉积环境的特殊性,富含有机质页岩在形成过程中具有层理、片理等特征^[1].这类层理主要是由于页岩中各向异性黏土矿物的定向排列而形成的,而这种定向排列的特殊结构构造所造成的各向异性在实验室早就已经观察到.地球物理学家们在过去20多年间研究页岩速度各向异性的主要目的是为了厘清页岩对油气流动以及地震波传播的影响,同时利用北美等地的页岩在实验室进行了各向异性参数测试,针对有机质含量、泥质含量等参数对各向异性的影响进行了分析^[2,3,4]. ...

四川盆地焦石坝地区龙马溪组页岩微观孔隙结构特征及其控制因素

2014

Velocity anisotropy in shales:A petrophyscial study

1997

Rock physics of organic shales

2011

The effect of kerogen on the elastic anisotropy of organic-rich shales

2013

Seismic anisotropy of shales

2005

... 随着页岩油气勘探在四川盆地取得重大突破,近两年页岩作为储层成为国内非常规勘探领域研究的热点.作为一种典型的具有垂向对称轴的横向同性介质(vertically transverse isotropy,简称VTI介质),焦石坝地区五峰组—龙马溪组底部富含有机质页岩具有较强的各向异性,如果将页岩储层岩石当作各向同性体来对待是显然不符合实际情况的^[5].对于存在明显层理的页岩,在进行页岩储层评价时只有考虑其各向异性的影响,才能准确地评价页岩岩石力学性质,提高页岩储层预测精度,为有利勘探目标的优选提供更可靠的依据.本次研究首先利用JY1井岩石力学三轴压缩试验数据计算得到富含有机质页岩的各向异性参数,并将其与常用的几个各向异性经验公式计算结果进行了对比;在获得页岩的各向异性参数后,分别探讨了各向异性对页岩地层速度、力学性质以及AVO响应的影响. ...

复杂构造区高演化程度海相页岩气勘探突破的启示——以四川盆地东部盆缘JY1井为例

2013

... 焦石坝地区行政上位于重庆市涪陵区东南部,构造上位于四川盆地川东隔档式褶皱带南段万县复向斜、方斗山复背斜和石柱复向斜等多个构造单元的结合部(图1).奥陶纪末期至志留纪初期发生的两次全球性海侵形成了五峰组—龙马溪组富含有机质页岩.2012年部署的页岩气专探井JY1井钻遇高有机质含量、高孔隙度、高含气量的优质页岩,获得重大商业发现,标志着涪陵页岩气田的发现以及南方海相页岩气勘探的战略突破^[6].截止2017年底,焦石坝地区完钻井三百余口,累计提交探明储量超过6 000亿方,涪陵页岩气田是北美以外首个实现商业化开发的页岩气田. ...

复杂构造区高演化程度海相页岩气勘探突破的启示——以四川盆地东部盆缘JY1井为例

2013

Weak elastic anisotropy

1986

... 对于焦石坝地区页岩来讲,在岩心薄片照片及地层微电阻率扫描成像测井结果上可见灰黑色硅质泥岩内部发育大量水平层理,这种特质使页岩成为典型的VTI介质(图2),具有较强的各向异性,造成弹性波在垂直水平层理方向和平行层理方向传播时通常会有较大的速度差异.目前通常采用Thomsen三参数(如式(1)所示,ε表示纵波各向异性大小、γ表示横波各向异性大小、δ表示纵向与横向之间的各向异性变化快慢程度)来表现岩石各向异性的大小^[7],获得VTI介质Thomsen三参数的方法主要包括两种:①静态测试法,即采用应力—应变方法测得柔度张量矩阵S,计算S矩阵的逆得到刚度矩阵C,然后利用式(1)计算各向异性参数^[8];②动态测试法,即测试与对称轴夹角为0°、90°两个方向上岩样的纵、横波速度V_P(0°)、V_P(90°)、V_SV(0°)、V_SV(90°)、V_SH(0°)、V_SH(90°),以及与对称轴夹角为45°方向上的纵波速度V_P(45°),并进一步计算样品的刚度矩阵C,再利用式(1)计算各向异性参数^[9]: ...

... 对于页岩这类典型的VTI介质来讲,地震波在这类介质传播时垂直页岩层理方向的速度将低于平行于层理方向的速度, Thomsen于1986年给出速度与各向异性参数以及角度之间的关系式为^[7]: ...

各向异性岩石的静态模量与动态模量实验研究

2014

各向异性岩石的静态模量与动态模量实验研究

2014

Laboratory measurements of brittleness anisotropy in synthetic shale with different cementation

2014

Empirical relationships between transverse isotropy parameters and VP/VS: Implications for AVO

1997

... 在利用静态测试法和动态测试法获得大量的页岩各向异性参数数据后,一些学者在有关页岩各向异性研究中总结出各向异性参数与石英含量、黏土含量、有机质含量之间的经验公式.例如Ryan-Grigor在1997年利用71个页岩样品统计出Thomsen参数与纵横波速度比之间的关系^[10].Li等2006年通过对Toasya、Han、Castagna等人的测试数据进行分析发现可以利用黏土矿物含量、地层水纵波速度、黏土纵波速度、黏土横波速度、石英纵波速度和石英横波速度来计算各向异性参数ε、δ;其中,由于地层水纵波速度、黏土和石英矿物的纵、横波速度基本保持不变,因此各向异性参数主要受黏土矿物含量影响;此外,他们还进一步给出δ与ε的线性统计关系式(式2a)^[11].2012年,Sone在其博士论文中针对Li的研究成果进行了简化,直接给出了ε、γ与黏土矿物含量的线性公式,并进一步给出了基于速度的各向异性参数拟合公式^[12].2012年,Sayers利用Abousleiman和Ortega等的页岩测试数据总结发现了ε、γ、δ与黏土含量、石英含量、有机质含量的关系式^[13].2014年,Deng等利用长宁、习水、黔江地区五峰—龙马溪组页岩数据统计得出ε、γ与黏土含量(X衍射分析获得,介于6.5%~51.9%,平均值为28.5%)的指数关系式^[14]: ...

An empirical method for estimation of anisotropic parameters in clastic rocks

2006

Mechanical properties of shale gas reservoir rocks and its relation to the insi-tu stress variation observed in shale gas reservoir

2012

The effect of anisotropy on the Young’s moduli and Poisson’s ratios of shales

2013

Dynamic elastic properties of the Wufeng-Longmaxi formation shale in the southeast margin of the Sichuan Basin

2014

... 本次研究的焦石坝地区对五峰—龙马溪组富含有机质页岩进行了岩心的三轴压缩实验数据,选取应力—应变曲线表现为正常脆性跌落现象的测试数据,利用式(1)计算得到的各向异性参数与Deng等人的数据具有较高一致性(图3、表1),主要原因是Deng采用的页岩数据取自与焦石坝地区相同的地层、相邻的地区.鉴于三轴压缩实验数据计算各向异性参数时存在系统误差^[14]以及缺乏与对称轴夹角为45°方向上的测试数据,本次研究结合Li和Deng的经验公式计算页岩各向异性参数. ...

2001

海相页岩TOC地震定量预测技术及应用——以四川盆地焦石坝地区为例

2014

... 页岩总有机碳含量(TOC)及可压性的评价是区别于常规储层的主要特点,相关预测也是近几年的研究的热点,但是目前所采用的方法大多数是各向同性的^[16,17],页岩各向异性的影响较少涉及.在获得页岩各向异性参数的计算方法后,笔者将继续探讨各向异性参数对页岩储层速度、岩石力学特征参数以及AVO响应特征的影响. ...

海相页岩TOC地震定量预测技术及应用——以四川盆地焦石坝地区为例

2014

Seismic reservoir characterization in resource shale plays:Stress analysis and sweet spot discrimination

The effects of transverse isotropy on reflection amplitude versus offset

1987

... 叠前地震反演技术是在页岩“甜点”参数评价中重要的技术手段,但是现有叠前地震反演技术通常是基于各向同性方法开展的.Wright于1987年通过页岩—砂岩模型证实了页岩的各向异性会使反射系数产生极大的变化,并且这一变化发生在具有勘探意义的入射角度内^[18].Thomsen于1993年将各向异性参数ε和δ加入Aki-Richards方程计算各向异性介质AVO响应的公式^[19].Ruger于2002年对Thomsen的公式做了进一步修改,得到各向异性介质AVO响应公式^[20]: ...

Weak anisotropic reflections,Offset Dependent Reflectivity:Theory and Practice of AVO analysis

2013

Reflection coefficients and azimuthal AVO Analysis in anisotropic media

2002

A practical use of shale petrophysics for stimulation design optimization:All shale plays are not clones of the Barnett Shale

2008

On the use of isotropic parameters λ,E,ν,K to understand anisotropic shale behavior

2013

... 以页岩为储层的非常规油气勘探过程中,对于岩石力学方面的研究主要是为了评价页岩的可压性,为利用工程技术手段提升页岩油气产量提供指导.目前国内外大部分岩石脆性指数的计算均采用Rickman公式,Rickman脆性指数为归一化的静态杨氏模量与静态泊松比之和除以2,这是一种各向同性脆性指数计算方法^[22].Thomsen于2013年指出,在这些研究中忽略了各向异性的影响,利用各向同性计算公式获得的是“视杨氏模量”和“视泊松比”;同时他给出了真实的垂向(即垂直于页岩层理方向)杨氏模量、水平(即平行于页岩层理方向)杨氏模量和视杨氏模量以及真实的泊松比和视泊松比之间的关系式^[23]: ...

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