非常规油气岩石物理

在本文中研究中,虽不能涵盖所有的原地岩石和测量方法。但是,将对一些非常规岩石特征进行描述,并检查所使用的一些岩石特征观测技术。希望能够促进对有关未来技术走向和未来创新成功需要什么资源,以及成功标准的相关讨论。

一、引言

在本文中,我们不能涵盖所有的原地岩石和测量方法。但是,我们将对一些非常规岩石特征进行描述,并检查所使用的一些岩石特征观测技术。

二、重油和沥青砂

在世界范围,重油与很多常规轻油在数量和能量含量方面不相上下因此,需要运用岩石和流体特征,通过地震监测解释热激程度。

三、页岩

页岩中含有大量粘土,粘土的弹性特征在土壤学和地球物理学上具有极为重要的意义。

图1 粘土矿物复杂性的一个例子

图1中:(a)单轴应力1吉帕时分子模拟的平衡结构,正常到两个粘土层,在X方向有4个晶胞,Y方向有2个晶胞,中间夹有两层水分子。金色代表硅(Si)原子,白色代表氢(H)原子,红色是氧(O)原子,绿色是镁(Mg)原子,蓝色是钠(Na)原子,灰色是铝(Al)原子。根据不同压力下的平衡结构可以计算这些元素的弹性特性。(b)各向异性蒙脱石的环境扫描电子显微镜图像显示的粘土片晶的方向,与测量方向一致。(c)应用光学轮廓仪(纳米测量的关键)测量的蒙脱石样品的平均粗糙度为1.38微米。

四、有机质页岩(ORS)和油页岩

(一)富有机质页岩

研究富有机质页岩的一种方式是声波分析。

图2 声波分析

图2中:(a)纵波波速Vp与成熟度从不成熟(阶段II)到成熟(阶段VI);(b)孔隙度。随成熟度增加,Vp增加。这与用声学显微镜观察的微米尺度的声波阻抗的整体增加有关。相反地,富有机质页岩的纵波波速Vp与孔隙度有关(红色实心符号)。在低孔隙度的富有机质页岩中(黑色实心符号),二者不相关。泥质砂岩数据(蓝色符号)是用来对比的。

图3  巴肯页岩系列的阻抗微结构

图3中: 巴肯页岩系列的阻抗微结构。左上角和右上角的数字是每个页岩样品中的热解氢指数。热解氢指数降低说明成熟度增加。颜色代码(从0%到100%灰色阴影)从高阻抗(100%代表50千米/秒×克/立方厘米)到低阻抗(0%代表小于7千米/秒×克/立方厘米)变化。最低的波阻抗是红色的,红色的不断减少表示结构从不成熟(HI=319)到成熟页岩(HI=122)。

(二)油页岩

油页岩本身颗粒很细,分层明显,随有机质含量增加更是如此。

图4  富有机质油页岩(a)和贫油油页岩(b)的切片

富有机质油页岩(a)比贫油油页岩(b)具有更大的介电各项异性

地球物理技术,比如介电各向异性,对于监测开采过程的几个方面具有较大应用潜力。但是,在高温(>350摄氏度)和存在适度压力时,岩石的特性并不清楚。

五、煤炭

表1给出了世界范围潜在的二氧化碳存储能力。

表1 世界范围潜在的二氧化碳存储能力

Reeves等人在艾利森试验地区发现由于二氧化碳的吸收,煤的渗透性明显降低(图6)。

图6 预测的渗透率和二氧化碳封存成本的储层压力变化曲线

图6中:(a)预测的渗透率随压力(和气体浓度)的变化而变化。假设甲烷和二氧化碳的微分膨胀系数为1.0,初始渗透率100毫达西,初始压力1600 psi,孔隙度0.25%。(b)二氧化碳封存成本的储层压力变化曲线。

六、天然气水合物

毫米波谱是一项测量材料介电性能的创新性的实验技术(图7)。
图8给出了沉积物孔隙空间的天然气水合物分解时发射场振幅的变化。

图7  毫米波谱的实验装置和测量原理

图8  THF饱和砂岩EM发射场振幅随时间变化

七、结论

沉积层及其特性与测量技术的变化都很大。随着数据的改进和问题的更加复杂,我们需要拓展我们的分析技术,了解“岩石物理”之外的有关信息。未来我们期望能够提供更加精确的力学、化学、运移以及波传播现象的标定,当然,也必须相应地拓展我们的方法。

资料来源:Manika Prasad, Arpita Pal-Bathija, Merrick Johnston,et al. Rock physics of the unconventional. The Leading Edge, 2009, January ,34~38.

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