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页岩气作为一种赋存在页岩中的非常规资源,受到了前所未有的关注。四川盆地志留系龙马溪组页岩具有较厚的黑色页岩层,其作为储存油气资源的烃源岩,具有较好的成藏条件,页岩气储量大,是页岩气资源勘探开发的关键地层。近年来对重庆市焦石坝地区龙马溪组页岩地层的勘探开发已经取得了重大突破,预示着天然气开发前景十分可观。储层的弹性参数在甜点区预测和页岩气的开发过程中扮演着重要的角色,弹性参数与TOC含量、有机质成熟度、储层厚度、矿物组成及脆性、渗透性、孔隙度以及孔隙压力等有关,因此深入了解龙马溪组页岩弹性参数与页岩气储层属性之间的联系十分必要。 本研究采用自洽理论,建立了初步的岩石物理模型,并进行了弹性参数的模拟研究;为了研究孔隙内部流体对弹性参数的影响,采用Gassmann-Wood(GW)方程进行了计算;为了进一步考虑矿物颗粒、孔隙形态及干酪根含量对弹性参数的影响,研究中采用了扫描电镜和X射线CT扫描技术,获得了较为精细的页岩样品微观结构图像。从这些图像中,可以获得样品的孔隙度和矿物的详细情况。据此,构建了三维数字岩芯,并应用有限元法对弹性参数进行了数值模拟。其间,深入考察了子样选取、网格划分、求解器类型以及边界条件等。该方法基于数字岩芯,充分考虑了岩芯内部微观结构特征,易于区别不同的矿物及其百分含量,模拟结果较为可靠。 在数值模拟过程中,本文重点研究页岩岩芯的孔隙度和干酪根含量对弹性参数的影响。计算结果表明,孔隙度和干酪根含量对弹性参数有较大的影响,当孔隙度和干酪根含量增加时,体积模量和剪切模量均降低,且当孔隙度小于0.75%左右、干酪根含量大于3%左右时弹性参数减小速率较缓。但孔隙中填充油或气对弹性参数的影响甚微,这是因为孔隙度仅仅为4.5%,尚不足以引起较大弹性参数的差别。弹性参数随孔隙度和干酪根含量变化的趋势符合前人相关研究结果。 不同岩芯样本具有不同的孔隙度和干酪根含量,传统岩石物理实验不仅昂贵而且费时,而数值模拟是基于数字岩芯来计算弹性参数,可以任意调整岩芯中孔隙度及干酪根含量,以达到分析研究不同岩芯的效果,操作更加经济、方便。本研究表明,将页岩样品的微观结构图像与弹性模量计算相结合来预测页岩弹性参数,是一种较为有效、快速的方法,弥补了传统岩石物理实验的不足,为结合微观因素具体作用和影响的测井新方法奠定了基础,为今后页岩气勘探开发开阔了视野。 本文的创新点主要在:(1)基于高精度数字岩芯,获取了详尽的非均质岩石参数,克服了理论模型对具体岩芯不适用的问题;(2)首次用有限元法对不同孔隙度和不同TOC含量下页岩弹性参数变化情况进行了研究,结果表明该方法快速可靠。