中国大型含油气盆地,如松辽、鄂尔多斯、准噶尔、塔里木等盆地,有大量油气储存在非常致密的岩石中。这类岩石非常“瓷实”,被人们形象地称呼为“磨刀石”。岩石太致密,挡住了油气的运移,油气就采不上来,这就需要施加外力,将岩石压碎,产生裂缝,这样才可以将油气开采出来。
地下岩石有些地方软,有些地方硬,软的地方受力的时候不容易产生裂缝,而硬的地方受力后容易产生裂缝,从而改善油气的流动通道。因此,为了知道哪个地方适合压裂,需要评估岩石的力学性质。脆性和水平主应力是反映岩石力学性质的两个常用参数。
岩石受力后发生破裂的难易程度可以用脆性来表征。
就像平时吃的薯片轻轻一碰就会碎裂而铁丝受力后虽然弯曲却不断开一样,岩石受力后发生变形的情况也千差万别。地下岩石有较脆的岩石和偏软的岩石。有些岩石就像蛋壳一样,受力后很容易产生网状的破裂,油气可以通过破裂产生的裂缝流动,这类岩石脆性较强,可压裂性较好;而有些岩石就像雨后田间的软泥一样,受力后虽然产生很大变形但却不会四分五裂,这类岩石脆性较弱,可压裂性较差。
岩石脆不脆与很多因素有关,一般用脆性指数来表示脆性的大小,目前科研人员主要通过实验观测和测井方法评价岩石脆性。比如可以通过实验对不同岩石施加相同的力,脆性较好的岩石形变量较小,而脆性差的岩石形变量较大。
再比如钻井的时候,由于较脆的地层更容易产生微小的裂缝,从而导致声波在通过的时候速度会有一定程度降低,那些速度减小的地方就指示了地层脆性较好的具体位置。
地下的岩石一直在受力,这些力主要有上面岩石的压力(通常称为上覆应力)、平面上受到的方向相互垂直的最强和最弱的力(通常称为最大和最小水平主应力)。
水平主应力的大小在地下不同位置不同深度不一样,需要根据岩石的特点采用合适的模型和测井方法来定量评价。水平主应力对于油气开发非常重要,油气富集段(称为“甜点”段)主要集中在最小水平主应力较小、脆性较好的层段。
岩石的生烃能力简单来说就是岩石能生成烃类物质的能力。大自然中并不是所有的岩石都具备生烃能力,那些具有生烃能力的岩石通常称为“烃源岩”。其中,烃源岩中有机质的丰度、类型及成熟度决定着生烃的潜力。
要想知道地下哪里富集石油,就要先知道哪里有可以生成油气的“烃源岩”。就像在广阔的田地上要想种出品质好、数量多的果实,那就需要先知道哪里的土地肥沃,哪里的土地贫瘠。只有在肥沃的土地上种植作物和水果,才能获得丰收。寻找石油也是类似,要想知道哪里富集石油,就要先弄清楚地下哪些岩石具有生烃能力,哪些地方发育这些具有生烃能力的岩石。
烃源岩也称生油岩,是富含有机质、大量生成油气与排出油气的岩石,是油气藏形成的物质基础。烃源岩应该具备的条件:含有大量有机质(即干酪根)、达到干酪根转化成油气的门限温度。
那怎么才能知道地下哪些岩石具有生烃能力呢?具有生烃能力的岩石和普通岩石具有很大差异,识别这些差异,就可以很容易找到那些具有生烃能力的岩石。具有生烃能力的岩石通常富含有机质,而有机质常常表现出放射性强、铀含量高、密度小、声波速度低和电阻率值高的特点。根据有机质的这些特征,就可以通过测井曲线去识别那些具有生烃能力的岩石,而测井分析家们也正是利用这种差异对具有生烃能力的岩石进行定量评价,从而了解其生烃潜力。其中,评价岩石生烃潜力大小很重要的一个指标就是岩石总有机碳含量(TOC)。岩石的总有机碳含量越高,反映岩石生烃潜力越大;反之,则说明该岩石生烃潜力很差或不具有生烃能力。