海陆过渡相页岩含气性及气体地球化学特征——以鄂尔多斯盆地山西组页岩为例

鄂尔多斯盆地二叠系山西组海陆过渡相页岩是重要的页岩气勘探层位,为了深入研究山西组海陆过渡相页岩含气性及气体地球化学特征,选取2口钻井岩芯样品进行了现场解析气量测定、解析气组分和稳定碳同位素分析以及相关有机地球化学分析,认为山西组海陆过渡相页岩具备页岩气生成的良好地质条件.研究结果表明:山西组页岩有机质丰度较高(TOC为1.73%~3.09%),干酪根类型为Ⅲ型,并处于成熟—高成熟演化阶段;解析气中,甲烷体积分数为80.07%~96.29%,平均值为88.79%,甲烷和乙烷的碳同位素值分别介于-49.2‰~-36.9‰和-17.1‰~-15.4‰之间,碳同位素均具有δ~(13)C_1δ~(13)C_2的正序分布特征,属于有机热成因气;山西组页岩解析气含量平均值为0.38 m3/t,处于已具备页岩气生产能力的四川盆地五峰组—龙马溪组页岩解析气含量范围之内,表明鄂尔多斯盆地山西组海陆过渡相页岩具有较好的页岩气勘探潜力.     

页岩分形特征及主控因素研究——以威远页岩气田龙马溪组页岩为例

为更好表征页岩孔隙结构的非均质性以及明确非均质性对页岩气富集影响作用,文中选取40块威远地区下志留统龙马溪组井下样品进行TOC,XRD衍射、低温氮气吸附以及甲烷等温吸附等一系列分析测试.从孔隙结构和矿物成分两个层次探讨了页岩分形维数的影响因素,认为页岩的分形维数受微孔发育影响.研究结果表明:页岩非均质性很强,下志留统龙马溪组龙一_1亚段的1～4小层的TOC、矿物成分、孔隙度均存在较大差异,其中1小层中下部TOC、石英含量以及孔隙度值都较高.基于氮气吸附测试,采用FHH模型计算了页岩分形维数,计算结果表明页岩的分形维数介于2.590～2.750,平均值为2.670,其中1小层中下部分形维数最高,其次为3小层,2、4小层及1小层上部分形维数较小.TOC与生物石英含量控制了微孔的发育,因此高TOC与高石英含量均导致页岩分形维数增大;黏土、碳酸盐岩以及长石由于主体发育大孔,使得页岩孔径增大,故其含量的增加会导致页岩分形维数减小.1小层中下部由于具有丰富的气体物质来源(TOC)、储集空间以及保存条件(分形维数大,气体扩散解吸渗流困难)导致在1小层中下部页岩气含气量最高,另外由于脆性矿物含量高,利于压裂形成缝网,因此1小层中下部为最有利的页岩气甜点段.     

煤层气运移分馏机理初探

煤层气的分馏效应是指运移过程中气体组份和同位素值发生变化的现象．分馏机理的探讨对煤层气的运移聚集具有重要指导意义．本文以吸附势理论为指导,以等温吸附实验数据为依据,对甲烷碳同位素和多组分气体分馏机理进行了探讨．确定了4种分馏机理的存在：（1）解吸-扩散-运移不仅造成甲烷碳同位素分馏,而且造成多组分气体分馏．^13CH4因其吸附势普遍高于^12CH4而具有优先吸附、滞后解吸的特征,^12CH4更容易发生运移分馏．二氧化碳与甲烷相比,具有优先吸附、滞后解吸的特征,特别是在高压下,甲烷具有强的分馏效应;（2）发生在地下水径流带的溶解作用使得13^CH4被优先溶解并被运移至滞留区聚集,^12CH4保留在原地;（3）浅部次生生物气的产生造成甲烷碳同位素变轻的假象;（4）高温裂解气的生成造成甲烷碳同位素变重的假象．4种分馏效应都引起浅部甲烷碳同位素变轻,深部变重,这已为众多的实例所证实．     

煤层气运移分馏机理初探

煤层气的分馏效应是指运移过程中气体组份和同位素值发生变化的现象.分馏机理的探讨对煤层气的运移聚集具有重要指导意义.本文以吸附势理论为指导,以等温吸附实验数据为依据,对甲烷碳同位素和多组分气体分馏机理进行了探讨.确定了4种分馏机理的存在:(1)解吸-扩散-运移不仅造成甲烷碳同位素分馏,而且造成多组分气体分馏.13CH4因其吸附势普遍高于12CH4而具有优先吸附、滞后解吸的特征,12CH4更容易发生运移分馏.二氧化碳与甲烷相比,具有优先吸附、滞后解吸的特征,特别是在高压下,甲烷具有强的分馏效应;(2)发生在地下水径流带的溶解作用使得13CH4被优先溶解并被运移至滞留区聚集,12CH4保留在原地;(3)浅部次生生物气的产生造成甲烷碳同位素变轻的假象;(4)高温裂解气的生成造成甲烷碳同位素变重的假象.4种分馏效应都引起浅部甲烷碳同位素变轻,深部变重,这已为众多的实例所证实.     

核磁共振技术在页岩游离气计算中的应用

相较于煤层气,游离气在页岩气中所占比例较大,以测定吸附气含量为主的煤层气含气量测定方法不能完全适用于页岩气。通过分析页岩核磁共振实验结果,研究页岩孔隙特征。结合样品体积、密度等,利用页岩孔隙度、流体丰度等数据计算样品中储气空间的大小,而后根据气体偏差因子、储层压力、储层温度计算标准状态下页岩游离气含量,计算样品中含水饱和度、含气饱和度、含油饱和度等参数。在实验过程中,对核磁共振实验初始状态及浸泡状态实验进行优化,提高数据的准确性和可靠性。     

基于TOC的页岩储层含气饱和度确定方法及应用

基于TOC的页岩储层含气饱和度确定方法如下:通过地化录井仪测量或测井资料计算获取TOC资料;依据地层岩性、气测甲烷、钻时和测井自然伽马、密度曲线变化等划分页岩气显示储层;读取页岩储层TOC曲线数据,选取处于同一页岩段内相邻的非储层TOC平均值,作为该页岩储层的TOC背景值;根据地区不同分类选取区域页岩储层含气饱和度指数n,求取页岩储层段的含气饱和度Sg;输出计算结果。该方法已应用于中扬子地区建南气田、涪陵页岩气田的26口井,在一定程度上解决了低阻页岩储层的含气饱和度问题。     

高温、高压条件下的页岩气吸附规律研究

为了研究高温、高压条件下的页岩气吸附规律,设计了页岩气吸附装置。取四川某油田的岩样与甲烷气体进行吸附实验研究。实验结果表明,在相同压力条件下,温度越高,页岩对甲烷气体的吸附量越小。当温度较高时,页岩对甲烷的吸附量随着温度的升高而缓慢减小;当温度恒定且压力小于5 MPa时,页岩对甲烷气体的吸附量随着压力增加而逐渐增大。当压力较大时,页岩对甲烷气体的吸附量增幅变缓;页岩颗粒的目数对页岩吸附的影响不显著。利用Langmuir方程对此吸附规律进行拟合,拟合结果较好。     

渝东南地区下寒武统牛蹄塘组页岩储层特征及甲烷吸附能力——以渝科1井和酉科1井为例

为探究渝东南地区下寒武统牛蹄塘组页岩储层特征及甲烷吸附能力,对渝科1井和酉科1井钻遇的牛蹄塘组富有机质页岩进行采样;根据场发射扫描电镜的观察结果,以及全岩X线衍射矿物、有机碳质量分数、有机质成熟度、比表面积和孔径等测试结果,分析页岩的储层特征;采用CH4等温吸附法测定页岩甲烷吸附饱和吸附量并讨论其主控因素,采用NLDFT法和BJH法计算页岩孔隙体积.实验测试结果表明:牛蹄塘组页岩硅质矿物质量分数平均为54.60%,黏土矿物质量分数平均为34.80%,主要为伊利石,有机碳质量分数平均为2.46%,等效镜质体反射率平均为3.12%.在页岩孔隙体积(0.614~400.000nm)中,中孔体积占61.7%,微孔体积占23.4%,微孔体积贡献主要的比表面积.微孔和宏孔主要存在于有机质,有机碳质量分数是影响页岩甲烷吸附能力的最主要因素.有机质成熟度大于2.7%以后,有机质中微孔体积、中孔体积和宏孔体积的比例相对稳定,对页岩甲烷吸附能力影响不大.硅质矿物质量分数的增加在一定程度上减弱页岩对甲烷的吸附能力.有机组分对渝东南地区下寒武统牛蹄塘组页岩吸附能力的评价至关重要,同时也应考虑无机矿物对页岩储层开发的影响.     

有机质类型及演化特征对页岩气富集规律的影响

页岩气是生成并存储于页岩、泥岩中的一种非常规天然油气,具典型的源储一体特征。页岩气的成藏基本没有"运移""聚集"过程,因此页岩气富集规律成为页岩气研究的重点和难点。结合长宁地区现有勘探开发资料以及近年来页岩气勘探开发取得的新进展,分析有机质特征对页岩气富集规律的影响。页岩气的吸附量与泥页岩的有机质丰度具有明显的正相关关系,有机质丰度是生烃量和生烃强度的重要决定因素;不同的干酪根类型由于显微组分的差异而对页岩气具有不同的吸附能力;高成熟度能使有机质微孔隙增加,也能加快气体的流动,为页岩气的富集提供更多有利空间。     

济阳坳陷三合村洼陷浅层天然气成因分析

厘清济阳坳陷三合村洼陷浅层天然气成因.通过采集浅层天然气及伴生原油样品,在进行天然气组分、碳、氢同位素组成以及伴生原油饱和烃色谱分析的基础上对浅层天然气的成因进行了研究,认为三合村洼陷浅层天然气主要来自微生物对原油的降解,属于典型的次生生物气,微生物还原二氧化碳生成甲烷是次生生物甲烷的主要生成途径.研究结果表明:天然气组分以甲烷为主,干燥系数大(C_/C_1~+0.931);甲烷碳同位素比值变化大(-50.03‰δ~(13)C_1-39.03‰),并与甲烷氢同位素比值呈负相关关系;重烃组分含量低且碳同位素比值普遍较大(-33.62‰δ~(13)C_2-19.72‰,-29.27‰δ~(13)C_3-7.64‰,-26.28‰δ~(13)n-C_4-15.63‰);二氧化碳碳同位素比值表现为异常的正值(2.82‰δ~(13)CCO_217.69‰).微生物对湿气组分的选择性降解以及次生生物甲烷的生成是导致济阳坳陷三合村洼陷天然气组分、同位素组成复杂特征的主要原因.浅层天然气成因的确定对后续勘探浅层气藏附近的降解型稠油油藏具有重要的指示意义.     

鄂尔多斯盆地东南部下寺湾—云岩区二叠系山西组页岩气形成条件

鄂尔多斯盆地东南部下寺湾—云岩区页岩气资源量较大,二叠系山西组作为主要的目的层系之一.基于钻井资料和暗色泥页岩样品化验资料,从暗色泥页岩生烃条件、储层特征、含气性等方面研究研究区山西组暗色泥页岩中页岩气的形成条件.结果表明:山西组暗色泥页岩分布广泛,且厚度大,平均厚度为80m,有机碳质量分数较高(平均为2.37%),有机质类型以Ⅰ、Ⅱ型为主,成熟度处于成熟—过成熟阶段,具有很强生烃潜力.矿物组成以石英和黏土矿物为主,黏土矿物中主要为伊蒙混层,吸附能力强.硅质、碳酸盐岩等矿物较多,岩石脆性大,造缝能力强.研究区山西组泥页岩中裂缝极为发育,储集条件优越,泥页岩段气测显示活跃,结合页岩含气层显著的测井响应,显示暗色泥页岩段含气性好,页岩气资源潜力较大.鄂尔多斯盆地东南部下寺湾—云岩区二叠系山西组具有良好的页岩气形成地质条件,厚层泥页岩分布区如下寺湾区、云岩区北部黑家堡、关庄及研究区中部延安等,是页岩气成藏的有利发育区.     

川中川南地区须家河组天然气地球化学特征

四川盆地川中川南地区须家河组天然气组成主要以烃类气体为主,甲烷含量在80%～96%,C 2重烃含量较高,分布在3%～18%;天然气干燥系数(C1/C1-5)以小于0.95为主,为典型的湿气,主要属于干酪根热降解气.天然气同位素组成特征是碳、氢同位素均较轻,δ13C1介于-43‰～-37‰,δ12C2介于-30‰～-24‰;δDCH4介于-190‰～-150‰,δDC2H6>介于-150‰～-110‰.甲烷碳同位素值与干燥系数之间有很好的正相关关系,天然气碳同位素值明显比海相层系天然气碳同位素值轻,具有煤型气特征,表明须家河组天然气主要来源于上三叠统煤系烃源岩.     

修武盆地下寒武统页岩气富集条件及有利区预测

利用野外地质调查、岩心观察、测试分析、含气量现场解析等方法,研究修武盆地下寒武统海相富有机质泥页岩分布特征、有机质类型、丰度和成熟度、岩石储集特征及含气量等页岩气成藏条件.结果表明:下寒武统王音铺组、观音堂组黑色泥页岩具有厚度大、分布广、有机碳质量分数高、成熟度高等特点,泥页岩脆性矿物质量分数较高(大于40%),微裂缝、微孔隙发育,具有良好的页岩气形成与富集条件.结合岩样等温吸附实验结果和调查井岩心现场含气量解析数据,采用概率体积法估算修武盆地下寒武统页岩气资源量为2 922.98×108 m3.修水—武宁向斜东部王音铺组泥页岩厚度大于100m,TOC质量分数大于6%,镜质体反射率在2%~3%之间,埋深为1 000~3 000m,构造形态完整,断裂不发育,有利于页岩气的聚集和保存,是区内页岩气勘探有利区域.     

页岩孔隙综合分形特征及其影响因素分析

为研究页岩的孔隙结构,从而对页岩的孔隙分形特征作全面的表征,分别利用基于高压压汞实验数据的Menger海绵模型和基于低温液氮实验的FHH等温式分形模型对不同孔径段的孔隙进行分形拟合,计算其分形维数。以不同孔径段的孔隙体积比作为加权值,计算了页岩样品的综合分形维数;将页岩的综合分形维数与总有机碳质量分数(TOC)和矿物成分质量分数(黏土矿物和脆性矿物)做相关性分析,发现总有机碳质量分数(TOC)是影响综合分形维数的主要因素,随着总有机碳质量分数(TOC)的增加,使得页岩具有更大的综合分形维数,孔隙结构变得复杂,孔隙表面变得粗糙,为页岩气提供更多的吸附点位。通过综合分形维数可以定量评价储层孔隙的复杂程度和非均质程度,为储层评价和页岩气的吸附研究提供思路。     

页岩气资源潜力评价的几个关键问题讨论

综合国内外的页岩气研究现状,认为页岩气是未来重要的补充能源,但其发展尚需要大量的工作;中国学者对页岩气的概念和资源评价方法的认识逐渐趋向于统一,关注的泥页岩评价指标主要是总有机碳、成熟度、连续厚度和泥页岩中脆性矿物含量。在对页岩气的定义进行限定的基础上,提出了含气泥页岩层段和泥页岩含气系统的概念,应用这种概念更有利于页岩气的资源评价和开发。除了常规的泥页岩评价指标外,应对泥页岩层段和系统中顶、底板的研究给予高度重视;提出了顶、底板主要特征,特别是不渗透岩层能封堵泥页岩中形成的天然气。在页岩气资源量计算中,应考虑到烃源岩纵横向上的非均质性,应用权重系数考虑不同厚度烃源岩的有机质丰度参数;同时,提出了一种新的泥页岩含气系统纵向单元精细划分方法。由于国内对页岩气中吸附气和游离气的测试方法尚不统一,对同一样品测试结果相差较大,缺乏相应的分析测试标准,因此提出了按照泥页岩总有机碳含量及氢指数确定含气量的方法;该方法尽管结果不一定很精确,但对于目前测试数据误差较大或缺乏的情况,能提供重要参考。页岩气资源评价总体上应兼顾评价方法的科学性、合理性、可靠性和可操作性;依据勘探程度选择评价方法,分类评价与分级评价相统一。最后,建议采用镜质体反射率与总有机碳的乘积和开采系数的关系图,来预测开采系数。     

渝东南地区下寒武统页岩气聚集条件及有利区预测

根据渝东南地区地质勘查、露头资料和岩心样品的测试结果,分析渝东南地区下寒武统黑色页岩厚度展布、有机碳含量、成熟度、矿物组成、孔缝发育和含气量等页岩气聚集条件;建立渝东南地区下寒武统页岩含气量影响因素回归方程,应用信息迭合法预测渝东南地区下寒武统页岩气有利发育区;采用概率体积法计算页岩气资源量,期望值为0.89×1012 m3.结果表明:研究区下寒武统页岩具有展布面积广、厚度大、有机碳含量高、热演化程度高、脆性矿物含量高、孔缝发育、含气量变化较大等特点,有利于页岩气的富集.     

鄂尔多斯盆地下寺湾地区延长组长_7段页岩储层特征及评价

通过分析页岩分布规律,页岩埋藏深度、厚度及微构造,有机质丰度和有机质热演化程度以及孔隙度、渗透率和微裂缝等成藏条件,认为研究区中生界三叠系延长组长_7段页岩具备了页岩气成藏的条件。该区页岩气勘探选区评价的关键地质参数主要包括页岩埋藏深度及厚度、有机碳含量、成熟度、微裂缝发育程度和气测异常显示等。根据页岩气藏成藏条件及勘探过程中钻井气测异常的分布情况,预测研究区长_7段页岩气富集区,为后续页岩气甜点识别提供地质依据。     

甲烷在官能团化石墨中吸附行为的影响因素研究

页岩中干酪根结构简化为不同碳氧比石墨结构,利用巨正则蒙特卡罗模拟方法研究甲烷分子在不同碳氧比石墨中吸附行为,讨论了孔径、温度、含水量和二氧化碳对甲烷在不同碳氧比石墨中吸附行为的影响,在此基础上分析碳氧比变化对甲烷吸附行为影响,揭示了甲烷在不同碳氧比石墨中的微观吸附机理以及温度、水分及二氧化碳对甲烷吸附行为的影响及其微观作用机理.研究结果表明:相同碳氧比中,当孔径从1nm增大到20nm时,甲烷在碳氧比为4孔中的平均等量吸附热从19.65kJ/mol减小为7.88kJ/mol,且甲烷过剩吸附量随微孔孔径增大而增大,而随中孔孔径增大而减小;相同孔径中,当碳氧比从4增加到20时,甲烷在孔径1nm中的平均等量吸附热从19.65kJ/mol减小为16.39kJ/mol,且甲烷过剩吸附量随着碳氧比增大而减小;当温度从313K升高到373K时,甲烷在碳氧比为4孔中的吸附逐渐由能量较低的吸附位向能量较高的吸附位转移,甲烷等量吸附热从12.76kJ/mol减小为12.16kJ/mol,造成甲烷过剩吸附量降低;水分子在孔中受到范德华力和静电能共同作用使其聚集在含氧官能团附近,且水分子占据了甲烷分子吸附空间,造成甲烷过剩吸附量降低;在多元组分竞争吸附中,不同碳氧比石墨对二氧化碳的吸附能力大于甲烷.甲烷在气相中摩尔分数降低、甲烷吸附位的变化以及甲烷吸附空间减小将导致了甲烷吸附能力降低.     

基于原位转化/改质技术的陆相页岩选区评价——以鄂尔多斯盆地三叠系延长组7段页岩为例

与依靠水平井体积压裂技术的页岩气、致密油开发相比,原位转化/改质技术更适合规模效益开发中国陆相大面积分布、成熟度介于0.5%~1.0%、总有机碳质量分数大于6%的页岩层系液态烃资源.本研究基于原位转化/改质技术具有不受地质条件限制、地下转化轻质油、高采出程度、较低污染等技术优势的特点,综合考虑鄂尔多斯盆地延长组7段页岩厚度、页岩有机质丰度、热演化程度和现今埋深等地质参数,评价优选试验有利区主要分布在盆地东南部,其中埋深小于1 500 m的分布面积大于6 000 km~2.页岩选区评价结果表明,鄂尔多斯盆地陆相页岩是原位转化/改质技术工业试验的有利页岩分布区.     

页岩油气储集空间差异及赋存方式比较研究

同为非常规资源的页岩油、气在储集空间和赋存方式上具有较大的差别。由于页岩气有机质的演化程度较高,成岩作用较强烈,原生孔隙和次生孔隙保存较少,储集空间以有机质孔隙为主,裂缝的主要作用是增加渗流能力和提高解析速度,较大的比表面积决定了页岩气的赋存方式以吸附状态为主;对页岩油而言,由于分子量较大,黏度较高,有机孔发育较页岩气低,呈吸附状态下的原油难以像页岩气一样解析流动,其有效储集空间主要来自于无机孔隙(裂缝),赋存方式也主要为游离态。