黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩特征研究

通过对永凤1井牛蹄塘组页岩进行岩心观察、场发射扫描电镜（FE-SEM）、全岩矿物X衍射定量分析等实验测试,研究了牛蹄塘组岩性、矿物组成、有机地球化学、孔隙类型及页岩脆性特征。研究结果表明：牛蹄塘组上段岩性以碳质页岩为主,下段以硅质页岩为主;页岩矿物主要由石英和黏土矿物组成,含少量碳酸盐、长石及黄铁矿;总有机碳（TOC）平均含量为5.97%,有机质成熟度高（R_o平均为1.99%）,含气量平均为0.99 m³/t;页岩孔隙类型为微孔隙-裂隙型,孔径主要为纳米孔（0.1～350.0nm）。该井初步揭示了黔北地区下寒武统牛蹄塘组具有良好的页岩气资源勘探和开发潜力,且页岩脆性指数大于60%,有利于后期压裂开采。     

黔北地区下寒武统页岩孔隙结构特征及其含气性能

通过对黔北地区下寒武统牛蹄塘组和杷榔组页岩岩心样品的有机碳含量、矿物组成、孔隙结构及甲烷等温吸附容量等分析,探讨了页岩孔隙结构的发育特征、影响因素以及有机质对页岩甲烷吸附容量的影响。研究表明,下寒武统页岩具有低孔低渗的特征,页岩比表面积介于5.64~28.29cm²/g之间,NLDFT微孔及中孔体积分别为0.02~0.54cm³/100g及0.53~3.38cm³/100g。孔隙度、BET比表面积以及微孔体积与TOC含量均呈正相关,显示了页岩有机质对孔隙的控制作用;而过高的TOC含量对页岩有机质孔隙可能有一定的抑制作用。此外,黏土矿物对孔隙也有一定贡献。下寒武统页岩吸附量为0.30~3.71cm³/g(12MPa),Langmuir最大吸附量介于0.41~4.22cm³/g之间,吸附量与有机碳含量之间大体呈正相关,但高有机碳含量的页岩样品由于具有低的微孔体积及比表面积而表现出相对低的甲烷吸附量。     

黔西北威宁地区龙参1井下石炭统旧司组—祥摆组海相页岩气储层物性及含气性特征

黔西北下石炭统旧司组—祥摆组是重要的海相页岩层系,为进一步加强贵州省页岩气的基础地质勘察,形成贵州特色页岩气地质理论,以威宁龙街向斜龙参1井下石炭统旧司组—祥摆组页岩为研究对象,通过岩石学、地球化学、储层物性及含气性相关测试评价了其勘探开发潜力。结果表明：①祥摆组页岩厚度介于74.76~255.6 m之间,有机碳含量中等（平均为2.01%）、热演化程度较高（R_o,max值平均为2.54%）;显微组分以壳质组（平均为43.31%）为主,腐泥组（平均为38.08%）次之;有机质类型为Ⅱ₁型和Ⅱ₂型。②黏土矿物含量较多（质量分数平均为45.4%）,石英次之（质量分数平均为38.08%）,脆性指数整体较高。③孔隙度中等（平均为4.77%）,核磁渗透率范围跨度较大,介于（0.079 7~4.63）×10^-6 μm²之间,平均为1.32×10^-6 μm²,属低渗储层;主要发育微裂缝、粒内孔、粒间孔和有机质孔;孔隙比表面积（平均为14.387 m²/g）和总孔体积（平均为0.016 76 cm³/g）较大,以介孔为主,平均孔径介于3.79~8.45 nm之间,平均为5.89 nm。④旧司组—祥摆组含气量中等,最高达1.48 m³/t,TOC是泥页岩含气性的主要影响因素,TOC与兰氏体积、总孔体积呈良好的正相关关系,石英与TOC、R_O呈正相关关系。旧司组—祥摆组页岩气储层符合产业开发条件,与国内外页岩储层特征综合对比认为,旧司组—祥摆组深色页岩有机质丰度中等,热演化程度较高,脆性指数高,多介孔,有较好的探勘开发潜力。     

鄂尔多斯盆地东部石炭系本溪组页岩气地质特征及富集规律

鄂尔多斯盆地东部石炭系本溪组广泛发育富有机质泥页岩,具有良好的资源勘探前景。通过对本溪组泥页岩的有机地球化学特征、孔隙分布特征、含气性等一系列页岩气成藏条件研究,查明了本溪组页岩气地质特征及成藏富集规律,提出晋祠段富有机质泥页岩为本溪组页岩气有利层段,具有四大地质特征：①有机质含量高（平均TOC值为3.06%）,且普遍处于成熟—高成熟阶段（R_O值平均为1.84%）,有机质类型主要为Ⅲ型,生气能力强;②发育微纳米级孔缝,以无机孔为主,部分有机质发育有机质孔,微孔和介孔为页岩气提供了主要的赋存空间,平均孔体积为0.024 m³/g,平均比表面积为11.05 m²/g,具备较好的储集能力,页岩气主要以吸附态存在于孔隙之中,其中压力和有机碳含量是影响泥页岩吸附气含量的重要因素;③硅质页岩段脆性矿物含量较高,大于40%,表明储层的可压性较大,有利于后期的压裂开采;④具有理想的成藏组合特征,以8^#、9^#煤层分别为顶、底板,煤层与泥页岩间较大的烃浓度差提供了良好的保存条件,2套煤层之间发育炭质页岩和硅质页岩,高TOC的炭质页岩与煤层含气性较好,紧邻9^#煤层的硅质页岩层段压裂开采中容易产生裂缝,为相邻煤系气的补充提供了一定的运移通道。结合地质特征总结出本溪组成藏富集规律：潟湖相沉积环境控烃、页岩孔隙发育控储、成藏有利组合控富以及硅质页岩可压裂性控产。研究结果为鄂尔多斯盆地本溪组页岩气有利区的确定和下一步勘探开发提供有益参考。     

湘西北常页1井下寒武统牛蹄塘组页岩气聚集条件及含气特征

为评价湘西北地区下寒武统牛蹄塘组页岩气聚集条件及含气性,优选并实施钻探了湖南省第一口以牛蹄塘组为目的层段的页岩气参数井--常页1井,累计揭示了牛蹄塘组黑色页岩层系真厚度674.5 m,是目前中国单井钻遇的最大厚度黑色页岩层系。通过岩心样品有机地球化学、岩石矿物学、储层物性等实验分析,认为常页1井牛蹄塘组黑色页岩具有机碳含量高（平均为3.9%）、成熟度适中（等效R_o平均为2.6%）、脆性矿物含量高（石英含量平均为50.1%）、黏土矿物含量低（平均为32.4%）、低孔低渗（孔隙度、渗透率平均分别为1.7%、1.32×10^-3mD）、中小孔及裂缝发育的特征,具有良好的页岩气聚集条件。岩心现场解析实验和等温吸附实验都显示出常页1井具有良好的含气性,且整体上含气量随深度的增大而增加,其中井段1 100~1 250 m的黑色页岩段平均有机碳含量高达10.1%,现场解析总含气量为0.5~2.1 m³/t,等温吸附含气量为3.7~6.4 m³/t,是该井页岩气发育最有利的深度,显示出以常页1井为代表的湘西北牛蹄塘组具有良好的页岩气勘探开发潜力,鉴于其沉积厚度巨大,应优先对牛蹄塘组中下部黑色页岩进行勘探开发。     

黔西北仁页2井牛蹄塘组页岩特点及含气评价

上扬子地区广泛发育下古生界海相页岩。研究表明:牛蹄塘组富有机质段岩性以深水陆棚相黑色炭质页岩和黑色硅质页岩为主,有机质类型以Ⅰ型为主,总有机碳含量为0.37%~11.83%,变化幅度较大,有机质成熟度为2.01%~3.11%,处于成熟—过成熟阶段,储集空间以微孔和中孔为主,连通性差。利用测井数据、等温吸附实验对页岩含气量进行分析,牛蹄塘组总含气量为0.68~6.04 m3/t。仁页2井揭示了黔西北地区下寒武统牛蹄塘组富有机质页岩具有高有机质丰度、高有机质成熟度、含气性较好的特点,表明牛蹄塘组具有较好的页岩气资源潜力。     

蜀南地区富有机质页岩孔隙结构及超临界甲烷吸附能力

以蜀南地区龙马溪组下部富有机质页岩为研究对象,通过场发射扫描电镜（FE-SEM）、低压氩气吸附实验和重力法高压甲烷吸附实验,研究页岩孔隙结构特征及超临界状态下页岩储层的甲烷吸附能力,并讨论了页岩孔隙结构对甲烷吸附能力的影响。研究表明,蜀南地区龙马溪组富有机质页岩主要发育有机质孔隙,页岩孔隙结构非均质性强,比表面积为16.846~63.738 m²/g,孔体积为0.050~0.092 cm³/g,微孔和介孔贡献页岩90%以上的比表面积,介孔和宏孔贡献页岩90%以上的孔体积。甲烷在地层条件下处于超临界状态,过剩吸附曲线在约12 MPa时出现极大值,随后开始下降。使用修正过的四元Langmuir-Freundlich （L-F）方程拟合高温甲烷过剩吸附曲线,拟合效果较好,相关系数大于0.997。页岩饱和吸附量为0.067 0~0.220 2 mmol/g,不同页岩样品吸附能力差异明显。海相富有机质页岩中,随着有机质含量的增大,有机质孔隙数量增多,且页岩中微孔比例增大,微孔的吸附能力远大于介孔和宏孔,故页岩吸附能力增强。有机质含量是影响蜀南地区海相富有机质页岩孔隙结构和甲烷吸附能力的主要因素。     

酉秀隆褶带下寒武统牛蹄塘组页岩有机地化因素对含气性的影响研究

为了探讨酉秀隆褶带下寒武统牛蹄塘组有机质页岩勘探潜力,在野外地质调研基础上,结合页岩气资源调查评价专题基础地质研究资料,对研究区牛蹄塘组有机质页岩有机地球化学特征及其对含气性的影响进行了分析。结果表明:研究区下寒武统牛蹄塘组页岩TOC平均4.62%,R_o平均3.43%,有机质类型以Ⅰ型为主,总体上属于中等烃源岩;牛蹄塘组页岩已进入生烃衰竭期,现今页岩气的散失大于补充导致页岩吸附气含量不高,R_o过高导致的微孔隙减少掩盖了TOC增加导致的微孔隙增加,构造运动和压实作用的破坏减少了页岩气的储集空间,是牛蹄塘组页岩含气性较差的可能原因;整体而言,下寒武统牛蹄塘组有机质页岩中段为有利储集层段,W4井附近为有利储层分布区带。适当的有机质成熟度、较高的有机碳含量、构造作用对保存条件的影响,是牛蹄塘组页岩今后的主要研究方向。     

陕南地区牛蹄塘组页岩孔隙结构特征及吸附能力

为揭示陕南地区下寒武统牛蹄塘组页岩孔隙结构特征及其吸附能力,采用场发射扫描电镜观察、有机地球化学分析、全岩X射线衍射、氮气吸附和等温吸附实验等方法,通过定性观察和定量表征相结合的方式,来研究该组页岩的孔隙结构类型,并探讨页岩孔隙结构和吸附能力的主控因素。结果表明：陕南地区牛蹄塘组页岩主要发育有机质孔、粒内孔、粒间孔和微裂缝等4种孔隙类型,页岩孔径为1.8～316.7 nm,BET比表面积为1.34～13.20 m²/g,平均值为6.83 m²/g,BJH吸附总孔体积为0.003～0.011 cm³/g,平均值为0.006 cm³/g;影响页岩孔隙发育的直接因素包括总有机碳含量和热演化成熟度,二者与孔隙体积和比表面积均呈正相关性;影响页岩孔隙发育的间接因素包括汉南古隆起周缘的构造运动和沉积环境,二者对牛蹄塘组页岩热演化成熟度、埋藏深度、厚度和岩性变化均具有较大影响,从而间接控制着页岩孔隙结构的发育特征;页岩吸附能力主要受有机碳含量、孔隙体积和比表面积等因素的影响,三者与甲烷吸附气量均呈正相关性。该研究结果对陕南地区寒武系页岩气资源潜力评价及选区评价均具有重要意义。     

四川盆地东缘湘西北地区牛蹄塘组页岩储层特征及影响因素

四川盆地东缘湘西北地区牛蹄塘组具有分布广、厚度大、埋藏适中、有机质丰度高以及热演化程度高等特点,资源前景广阔,是近年来南方页岩气勘探重点。文章以该区参数井——花页1井为研究对象,通过岩心、岩屑观察,采用薄片鉴定、X-衍射矿物分析、物性测试、扫描电镜、低温氮气吸/脱附实验等系统手段,研究储层特征,综合分析储层的影响因素。在深水陆棚相,牛蹄塘组发育黑色炭质页岩、硅质页岩,以富含炭质、硅质及黄铁矿,低黏土矿物（伊利石为主）含量为特征,页岩属特低孔、特低渗类型储层。SEM和低温氮气吸/脱附实验表明,储层主要发育圆筒孔（有机质孔）、狭窄平行板孔（粘土矿物层间孔）、四面开口的锥形管孔（粘土矿物粒间孔）以及锥形平板孔（微裂缝）;中孔（2~50 nm）提供了平均60.3%的BJH体积。多种因素共同影响微观孔隙发育：深水泥质陆棚控制了孔隙发育物质基础;丰富TOC促进有机质孔（尤其是大孔）发育;矿物组成及含量控制了孔隙发育类型及程度;有机质热演化作用促进有机质孔、微裂缝发育。     

中扬子鄂西地区牛蹄塘组页岩储层特征及含气性研究

下寒武统牛蹄塘组为鄂西地区重要的页岩气勘探目的层之一,针对牛蹄塘组页岩储层及含气性特征研究薄弱的现状,利用钻井及地层剖面资料,对研究区岩石地层及沉积相、页岩埋深及厚度、地球化学特征、储层物性及含气性特征进行综合分析。研究表明:鄂西地区牛蹄塘组依据岩性特征可以分为2段;研究区主要发育浅水及深水陆棚相,以深水陆棚相分布面积最广,兴山县—宜昌市发育3个水下隆起;页岩厚度中心主要分布在来凤县—恩施市及神农架2个地区,厚度可达200.0 m以上;牛蹄塘组由下至上TOC逐渐降低,高值区主要分布在咸丰—鹤峰一带,总体上TOC以大于2.00%的高及特高级别为主,R_o为2.0%～3.5%,以高成熟为主;矿物组分以黏土矿物及石英为主,黏土矿物由下至上逐渐增多;牛蹄塘组主要为低孔特低渗储层类型;牛蹄塘组由下至上呈现含气量先急剧变大再缓慢降低的趋势,含气量峰值位于牛蹄塘组一段下部,含气性较好的地区位于黄陵背斜东南翼。综合研究认为,鄂西地区牛蹄塘组勘探有利区主要位于深水陆棚相内的宽缓背斜翼部、且远离区域断裂带的地区。研究结果可为鄂西地区牛蹄塘组页岩气勘探井位部署提供参考依据。     

四川盆地侏罗系页岩层系岩相类型及储集特征

陆相页岩层系岩性复杂、非均质性强,制约了储层甜点优选和探井部署。为查明四川盆地侏罗系页岩层系不同岩相类型的储集特征和含气能力,以元坝地区Y2井自流井组大安寨段为例,采用有机碳含量测定、全岩X射线衍射、岩石薄片鉴定、聚焦离子束扫描电镜、高压压汞—氮气吸附联合测定以及物性分析等手段,划分了大安寨段二亚段（后文简称大二亚段）页岩及夹层的岩相类型,并针对不同岩相类型开展储集物性、孔隙结构、含气性及可压性研究,在此基础上评选了优势岩相和岩相组合。结果表明,Y2井大二亚段页岩层系可划分为3大类6亚类页岩岩相,2大类6小类夹层岩相以及3种宏观岩相组合。页岩孔隙类型以粘土矿物层间孔、方解石溶蚀孔等无机孔为主,为页岩气的赋存提供了储集空间。计算页岩总含气量为2.59～4.38 m³/t,游离气平均占比67 %,具有较好的勘探潜力,但优势岩相的脆性矿物含量仅为50 %,可压性较差。综合评价认为,AB-Ⅰ型岩相组合中页岩页理和纹理发育,生烃条件好,含气量和游离气比例较高,存在可压性较好的夹层,是元坝地区Y2井大二亚段最有利的勘探储层类型。     

渝东北地区巫溪2井五峰组—龙马溪组页岩气储层及含气性特征

为深入研究渝东北巫溪地区五峰组—龙马溪组页岩气储层及含气性特征,以巫溪2井钻井资料为基础,以笔石生物地层作为黑色页岩地层划分对比的"标尺",对富有机质页岩有机地球化学特征、岩石学特征、储集空间类型及特征等进行系统分层研究,并分析其含气性及影响因素。研究结果表明:巫溪2井五峰组—龙马溪组富有机质页岩厚度达89.8 m,笔石序列发育完整连续;有机质类型好、丰度高、热演化程度适中,生烃条件较好;有机质丰度受沉积速率的影响,缓慢的沉积速率有利于黑色笔石页岩有机质的富集;由顶至底硅质含量逐渐增加,黏土矿物含量逐渐减少,脆性逐渐增强;富有机质硅质页岩、黏土质硅质页岩具有"既甜又脆"的特性,为页岩储层发育的优势岩相;纳米孔隙形态多为四边开放平行板状孔,连通性较好;联合孔径分布曲线具有"多峰"特征,主孔位于0.42~0.62nm、3~5nm段;有机质孔、黏土矿物层间孔对总孔容贡献最大,脆性矿物间孔的贡献最小;由顶至底有机质孔隙逐渐增多,黏土矿物层间孔逐渐减少;现场实测岩心含气量最高超过8 m~3/t,含气性受生烃、储集和保存条件的综合控制;凯迪阶沉积期—埃隆阶沉积早期(WF2—LM6带)对应Ⅰ类优质页岩气储层,赫南特阶LM1带为最佳层段,具有"最甜、最脆"的特性,可作为水平井最佳靶体位置"甜点段"。     

渝东南两套富有机质页岩的孔隙结构特征——来自FIB-SEM的新启示

使用聚焦离子束扫描电镜(FIB-SEM)对渝东南地区下寒武统牛蹄塘组和上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组2套富有机质页岩的孔隙结构进行了系统观察,并对页岩纳米级有机质孔隙进行了三维重构和孔隙结构参数定量分析。研究发现,五峰组—龙马溪组页岩内层间微裂隙、矿物粒内孔、矿物粒间孔和有机质孔隙均较为发育。其中,有机质孔隙呈蜂窝状均匀发育,孔隙半径集中在3~100 nm,孔隙连通性较好,FIB-SEM三维重构计算有机质孔隙度在9.13%~18.42%之间,岩石总孔隙度中有机质孔隙度的贡献受控于TOC含量;牛蹄塘组页岩内溶蚀孔和粒间孔较为发育,有机质孔隙发育不均匀,孔隙呈扁平状或针孔状,孔隙半径集中在3~25 nm,孔隙连通性较差,有机质孔隙度在1.59%以下,有机质孔隙度对岩石总孔隙度的贡献与TOC含量关系较小,页岩的总孔隙度主要来自于矿物基质孔。FIB-SEM揭示了2套页岩有机质孔隙结构存在较大差异。     

湖北宜昌地区鄂阳页2井牛蹄塘组和陡山沱组页岩气随钻碳同位素特征及勘探意义

为了深入分析页岩气的甜点特征,针对鄂阳页2井所钻遇的牛蹄塘组和陡山沱组两套古老页岩层系,在井场随钻连续取样,并测量泥浆气碳同位素值以及岩屑罐顶气碳同位素随时间序列的变化特征。基于高密度连续碳同位素数据,结合气体组分、地层岩性、储层物性特征分析页岩气的成因及富集规律;基于岩屑释放气碳同位素分馏特征,结合页岩纳米孔隙发育程度分析页岩气地质甜点要素。研究结果显示：甲烷和乙烷倒转特征及湿度特征表明牛蹄塘组页岩可能具有较好的页岩气勘探潜力;泥浆气甲烷碳同位素值随地层垂深上的变化与生油窗时期液态烃类的残留有关,牛蹄塘组页岩底部同位素值偏轻揭示其液态烃类残留量大,资源潜力高;陡山沱组页岩气组分偏干、碳同位素值偏重的特征可能与其生烃母质以及生、排烃演化史有关;岩屑释放气同位素分馏特征与页岩纳米孔喉体系的发育程度有关,纳米孔喉体系发育程度作为页岩气甜点的判断指标应是一条可行的研究思路。这种基于现场的、连续的、动态的碳同位素分析方法为页岩气成因及富集规律分析、地质甜点区判识提供了更多有价值的参考。     

中扬子地区龙马溪组页岩有机质孔隙发育特征及控制因素——以湖南省永顺地区永页3井为例

以焦石坝气田为代表的上扬子地区龙马溪组页岩气勘探和开发已经取得了巨大成功,但是中扬子地区龙马溪组中的页岩气勘探潜力尚不明确。文章通过对湖南省永顺地区永页3井页岩有机质孔隙发育特征和主控因素进行分析,以此为中扬子地区龙马溪组页岩储集性能评价提供参考。永页3井龙马溪组页岩发育典型海相有机质,TOC分布在0.65%~3.81%（平均为1.87%）,具有高-过成熟阶段、孔隙度低（平均孔隙度为2.06%）的特征。通过氩离子抛光+扫描电镜技术对样品有机质孔隙进行了系统的观察,结合能谱测试结果和JMicroVision软件图像处理对有机质孔隙特征参数进行了统计与分析,提出了一种基于SEM图像的有机质孔隙连通性表征方法。结果表明,该井龙马溪组页岩中有机质主要为孔隙相对发育的迁移有机质和孔隙发育较差的原生有机质;有机质孔隙的发育存在非均质性,在成因上主要受控于有机质显微组分、有机碳含量以及粘土矿物含量等因素,较高热演化程度下适当的有机碳含量是有机质孔隙发育的关键因素。     

湖北宜昌地区鄂阳页2井牛蹄塘组和陡山沱组页岩气随钻碳同位素特征及勘探意义

为了深入分析页岩气的甜点特征,针对鄂阳页2井所钻遇的牛蹄塘组和陡山沱组两套古老页岩层系,在井场随钻连续取样,并测量泥浆气碳同位素值以及岩屑罐顶气碳同位素随时间序列的变化特征。基于高密度连续碳同位素数据,结合气体组分、地层岩性、储层物性特征分析页岩气的成因及富集规律;基于岩屑释放气碳同位素分馏特征,结合页岩纳米孔隙发育程度分析页岩气地质甜点要素。研究结果显示：甲烷和乙烷倒转特征及湿度特征表明牛蹄塘组页岩可能具有较好的页岩气勘探潜力;泥浆气甲烷碳同位素值随地层垂深上的变化与生油窗时期液态烃类的残留有关,牛蹄塘组页岩底部同位素值偏轻揭示其液态烃类残留量大,资源潜力高;陡山沱组页岩气组分偏干、碳同位素值偏重的特征可能与其生烃母质以及生、排烃演化史有关;岩屑释放气同位素分馏特征与页岩纳米孔喉体系的发育程度有关,纳米孔喉体系发育程度作为页岩气甜点的判断指标应是一条可行的研究思路。这种基于现场的、连续的、动态的碳同位素分析方法为页岩气成因及富集规律分析、地质甜点区判识提供了更多有价值的参考。