第六届非常规油气地质评价暨新能源学术研讨会
6th Symposium on Unconventional Oil and Gas Geological Evaluation and New Energy

9 / 2021-05-06 22:54:04

高温高压条件下页岩微观结构三维演化模型构建及其应用

页岩，数字岩心，微观结构，热成熟度，成岩作用

页岩油气理论与技术

深层页岩处在高温高压的环境下，热演化程度高，前人的研究已经证实了温度和压力升高后页岩中发生的干酪根生烃作用和成岩作用会极大地影响页岩孔隙结构和岩石组分特性，并进一步影响岩石的孔隙度、渗透率、电阻率和弹性性质。尽管很多学者基于热模拟实验研究了有机质演化过程中页岩微观结构二维演化模式，但是很少学者构建过这个过程中的三维演化模型。为此，本次研究将基于页岩微观结构二维演化模式，使用新提出的数字岩心建模算法构建页岩三维微观结构演化模型（即动态数字岩心）。在本次研究中，一种新颖的、四参数结构生成法和形态学运算算法相结合的、多组分多尺度数字岩心建模算法被首次提出。该建模算法会模拟随着热成熟度的增加页岩中发生的成岩作用（如压实作用、胶结作用、溶蚀作用和有机质的形成）以及矿物和孔隙的演化。其中，三种类型的孔隙（粒间孔隙、粒内孔隙和有机物孔）和多种物质组分（石英、方解石、长石、黄铁矿、粘土矿物、干酪根、球形化石和石油产物）都被考虑在这个建模算法中，并且多个案例的三维页岩模型用以证明该建模方法的强大性能。基于这些数字岩心，孔隙结构将被系统地表征且气体在其中的流动也将被模拟。本研究中构建的深层页岩三维微观结构演化模型不仅能够直接揭示有机质演化过程中孔隙结构和岩石组分演化规律，还能作为岩石物理概念模型用于各种物理性质的模拟，因此这项研究对深层页岩气的勘探和开发都具有非常重要的意义。

深层页岩处在高温高压的环境下，热演化程度高，前人的研究已经证实了温度和压力升高后页岩中发生的干酪根生烃作用和成岩作用会极大地影响页岩孔隙结构和岩石组分特性，并进一步影响岩石的孔隙度、渗透率、电阻率和弹性性质。尽管很多学者基于热模拟实验研究了有机质演化过程中页岩微观结构二维演化模式，但是很少学者构建过这个过程中的三维演化模型。为此，本次研究将基于页岩微观结构二维演化模式，使用新提出的数字岩心建模算法构建页岩三维微观结构演化模型（即动态数字岩心）。在本次研究中，一种新颖的、四参数结构生成法和形态学运算算法相结合的、多组分多尺度数字岩心建模算法被首次提出。该建模算法会模拟随着热成熟度的增加页岩中发生的成岩作用（如压实作用、胶结作用、溶蚀作用和有机质的形成）以及矿物和孔隙的演化。其中，三种类型的孔隙（粒间孔隙、粒内孔隙和有机物孔）和多种物质组分（石英、方解石、长石、黄铁矿、粘土矿物、干酪根、球形化石和石油产物）都被考虑在这个建模算法中，并且多个案例的三维页岩模型用以证明该建模方法的强大性能。基于这些数字岩心，孔隙结构将被系统地表征且气体在其中的流动也将被模拟。本研究中构建的深层页岩三维微观结构演化模型不仅能够直接揭示有机质演化过程中孔隙结构和岩石组分演化规律，还能作为岩石物理概念模型用于各种物理性质的模拟，因此这项研究对深层页岩气的勘探和开发都具有非常重要的意义。