地层条件下是否存在低角度近水平向的页理缝,这一问题的答案决定了油藏的类型,导致页岩型页岩油开发面临理论颠覆与技术重构的双重挑战。
若地层条件下存在低角度近水平向的页理缝,理论上页理缝可扩大有效储集空间,形成连通的渗流通道,显著提升储集体渗流能力,形成基质型油藏,提高技术可采储量和资源丰度估值。技术上的重点是页理缝发育程度的评价、体积压裂参数的优化等,技术复杂度和开发成本显著降低。
若地层条件下不存在低角度近水平向的页理缝,理论上有效储集空间和渗流能力与基质无关,而是取决于高角度近垂向的裂缝的发育程度,形成裂缝型油藏,降低技术可采储量,资源丰度估值趋于保守,现有试验井产能需重新评价。技术上的重点转向高角度近垂向的裂缝的预测,技术复杂度和开发成本显著上升。
地层条件下是否存在低角度近水平向的页理缝或层理缝,需要从3个阶段分析。
沉积–浅埋藏阶段:地表条件自身重力作用下,碎屑颗粒间为点接触,碎屑颗粒无法克服重力脱离接触,相邻碎屑颗粒垂向不接触(页理缝或层理缝)的情况难以存在。垂向应力与埋藏深度正相关,埋藏深度越大,垂向应力越大。该阶段碎屑颗粒尚未固结成岩,随着碎屑颗粒埋藏深度增大,作用在碎屑颗粒上的垂向应力增大,碎屑颗粒间的接触关系由点接触转向点-线接触,无法形成具有韵律特征低角度的近水平向页理缝或层理缝。页岩具有低弹性模量和强应力敏感性,随着净上覆垂向应压力的增加,覆压孔隙度和渗透率会呈幂指数降低,低角度的近水平向页理缝或层理缝难以形成。
深埋成岩–生烃增压阶段:随着地层埋藏深度增大,碎屑颗粒逐渐固结成岩,岩石处于三维应力场,如果此时生烃增压等因素导致孔隙流体压力大于地层破裂压力,岩石会拉张破裂。当地层埋藏深度小于500米左右,侧向应力主要为构造应力,侧向应力大于垂向应力;如果此时地层破裂,将形成近水平向裂缝;但埋藏深度较浅时,孔隙流体压力不足以大于地层破裂压力,无法形成近水平向裂缝。当埋藏深度大于800米左右,构造应力影响微弱,侧向应力主要由垂向应力派生,侧向应力小于垂向应力;如果此时地层破裂,产生的裂缝是垂直最小主应力方向高角度的近垂向裂缝,而不是低角度的近水平向页理缝或层理缝。
现今阶段:岩石处于三维应力场,孔隙流体压力无法支撑上覆有效应力,使得垂向上相邻的碎屑颗粒脱离接触进而形成具有韵律特征低角度的近水平向页理缝或层理缝。
延伸阅读
一、页理成因机制
组分的成层富集并由此形成颜色、组成与上下邻近的基质存在明显差异的条带构成页岩的纹层,页岩主要由基质和毫米–厘米级纹层构成;基质为长英质等碎屑颗粒,伊利石、伊蒙混层等黏土矿物,以及有机质等组分的无序混积;纹层为长英质、凝灰质(主要成分为长英质、伊利石、黄铁矿)、有机质等某组分的有序成层聚集。由于基质和纹层的组成不同,导致岩石力学性能及抗风化性能不同,当该岩性组合出露至地表,发生差异风化作用,从而形成书页状的页理结构。
二、地应力分布规律
1.地壳内各点的应力状态不尽相同,并且应力随深度的增加而线性地增加。
2.垂直地应力基本等于上覆岩层的重量。
3.水平地应力普遍大于垂直地应力(仅限浅部地层)。
4.平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小,但在不同地区,变化的速度很不相同。
5.最大水平主应力和最小水平主应力随深度呈线性增长关系,且两者之值一般相差较大,显示出很强的方向性。
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