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。     

川东南五峰组—龙马溪组页岩气录井碳同位素特征及其地质意义

为了更详尽地分析不同深度段五峰组—龙马溪组页岩气的碳同位素特征以及页岩气的成藏富集规律,选取川东南地区3口典型页岩气评价井开展了页岩气碳同位素录井工作。在钻探现场连续取样并检测泥浆气的碳同位素值,并以DY5井为例检测了岩屑释气过程中的碳同位素变化。基于碳同位素录井数据,综合分析了五峰组—龙马溪组页岩气的碳同位素平面分布及纵向变化特征、碳同位素倒转特征和岩屑释气过程中的碳同位素分馏特征。综合分析认为：四川盆地五峰组—龙马溪组页岩气碳同位素值由盆地周缘向中心逐渐变轻,这一变化规律主要受控于页岩的热演化程度;川东南3口井的泥浆气碳同位素的纵向变化及倒转特征具有一定共性,表明其具有相近的页岩气富集规律;DY5井的岩屑罐顶气越靠近地质甜点区域同位素分馏越明显且岩屑释气量越大,反映该段页岩气具有初始地层压力高、含气量大、纳米孔隙更发育等特征。     

渝东南地区寒武系牛蹄塘组页岩气成因探讨

渝东南地区是上扬子板块组成的重要部分,是未来中国页岩气勘探开发的重点区域。从有机质丰度、类型以及母质来源方面讨论了研究区寒武系牛蹄塘组页岩的生烃能力,整个剖面有机质丰度平均高达7.0%,有机质类型属于生油型的I型干酪根,生烃能力较好。但研究区页岩样品氯仿沥青"A"、生烃潜量(S1+S2)以及氢指数(IH)等生烃能力参数都极低,表明富有机质页岩生油高峰期生成的大量液态烃在高—过成熟阶段被消耗。利用真空破碎解析方法提取了页岩中的滞留气,解析气以甲烷为主。烷烃气体碳同位素呈正序分布特征,δ13C1平均值为-36.1‰,为典型的热成因气;δ13C2值分布在-39.6‰~-18.6‰之间,大部分接近或高于δ13Corg值。解析气地球化学特征进一步证实了研究区牛蹄塘组页岩气主要由液态烃在高温条件下裂解形成。     

中国南方下寒武统牛蹄塘组页岩气高效勘探开发储层地质参数

近年来对中国南方下寒武统牛蹄塘组页岩气进行了大规模勘探开发,但效果并不理想,只有四川盆地井研-犍为及湖北宜昌地区钻井见商业气流。为了明确四川盆地周缘牛蹄塘组页岩气勘探开发失利原因并为后续高效勘探开发提供储层地质参数指标,在此次研究中,采用有机碳热解分析、等效镜质体反射率测定及聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB-SEM）等实验方法并以四川盆地周缘渝东北地区下寒武统牛蹄塘组页岩储层为例进行分析。结果表明：渝东北地区牛蹄塘组页岩样品的TOC平均含量达3.1%;等效镜质体反射率分布范围在3.0%~4.0%,热演化程度已达到过成熟-变质期阶段。由于热演化程度过高导致研究区下寒武统牛蹄塘组页岩样品有机质孔隙不发育,发育以粒间孔隙和粒内孔隙为主要类型的微纳米孔隙。热演化程度控制了页岩中的干酪根及滞留液态烃的持续生气,同时又控制着页岩有机质孔隙的发育。四川盆地周缘渝东北地区牛蹄塘组页岩的有机质孔隙演化和生烃演化未达到最佳匹配,在页岩有机质孔隙大量发育时期,由于地层未及时抬升,导致储层热演化程度进一步加强,有机质孔隙数量急剧减少,页岩气在生成后失去有机质孔隙这一有效赋存空间而散失。针对中国南方下寒武统牛蹄塘组页岩气的高效勘探开发应寻找热演化程度适中（2.0% < R_o < 3.0%）,地层古埋藏较浅的页岩发育区,即寻找发育有古隆起或古潜山的页岩分布区。     

黔北地区牛蹄塘组高-过成熟页岩气富氮特征及机理探讨

黔北是我国页岩气勘探开发试点地区之一，区内页岩气组分及成因尚不清楚。基于黔北地区普遍发育循环型地热系统这一典型地质特征，紧密结合区内牛蹄塘组页岩气富含氮气问题，通过页岩气组分及同位素特征、温泉及其伴生气地球化学特征，讨论了页岩气成因、富氮气机理及富集条件。结果表明：黔北地区牛蹄塘组富氮页岩气中氮气主要来自大气，烃类气体及二氧化碳来自有机质热裂解作用，是有机质过成熟阶段的产物；循环型地热系统是导致页岩气富含氮气的主因，造成页岩气与温泉伴生气发生组分交换，使得储层中剩余页岩气甲烷δ¹³C₁值明显低于有机质热裂解成因甲烷；断层、循环型地热系统、底板岩性是影响黔北地区牛蹄塘组页岩气保存条件的关键因素。通过气体组分、同位素特征，结合地质环境，尝试寻找评价页岩气保存条件的有效方法，有助于完善页岩气成因理论，能为黔北地区牛蹄塘组页岩气勘探方案部署提供理论参考。     

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。     

四川盆地东南部页岩气同位素分馏特征及对产能的指示意义

页岩气甲烷碳同位素是研究页岩气同位素分馏特征及产出过程的重要指标。选取四川盆地东南部及盆缘转换带内6大区块10口页岩气井上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩,通过现场含气量测试过程中页岩气甲烷碳同位素变化,研究不同压力系统、不同小层下甲烷碳同位素分馏特征,探讨页岩气同位素与物性、含气性关系,并结合实际排采数据,对典型页岩气井产出阶段进行划分。页岩气解吸过程中,逐渐升高,甲烷碳同位素逐渐变重;超压页岩气甲烷碳同位素整体较小,从盆缘外部向内部,甲烷碳同位素逐渐变轻。纵向上,随着深度的增加,甲烷同位素整体变轻;页岩孔隙度越大、游离气含量越高、页岩保存条件越好,甲烷碳同位素分馏作用就越不明显。最后,选取武隆向斜L井岩心现场解吸气样,通过甲烷同位素分馏,对页岩气解吸阶段进行划分,并将排采气同位素与现场解吸气同位素进行比对。该井排采气的δ13C₁值对应现场岩心连续解吸0.9 h释放气体的δ13C₁值,其采收率约为24.8%,尚处于初期排采阶段。      

雪峰山西侧埃迪卡拉系陡山沱组页岩气成藏体系评价

页岩气是一个很有潜力的非常规油气勘探新领域,资源丰富,属于"持续式"聚集的非常规天然气。目前我国还没有大规模开展页岩气的资源评价。对雪峰山西侧地区埃迪卡拉系陡山沱组碳质页岩的厚度、总有机碳含量、有机质类型、成熟度、裂缝、孔隙度、渗透率、矿物组成、深度及烃源岩生烃强度等页岩气藏因素进行了研究分析。结合陡山沱组地层对比以及岩相古地理特征,利用页岩气"甜点"的评价体系,指出雪峰山西侧地区埃迪卡拉系陡山沱组页岩气的有利勘探区为桑植—石门复向斜及宜都鹤峰背斜区,可以作为雪峰山西侧地区页岩气的战略突破区。     

中国南方海相地层牛蹄塘组页岩气“甜点段”识别和优选

为了探索中国南方海相地层牛蹄塘组原始储层中页岩气赋存状态,笔者采用了液氮低温吸附/脱附实验和甲烷等温吸附实验等手段,分别表征了页岩对吸附气和游离气的储集能力;同时结合典型井的含气性特点,研究页岩气的赋存机理,识别和优选出了研究区储层的“甜点段”。结果表明,牛蹄塘组发育1~2层富有机质页岩（有机碳含量TOC>2.0%）,岩性以黑色硅质页岩为主;储层微观主要发育有机质孔（两端开口的圆柱孔）,粘土矿物层间孔（四面开口的狭窄平板孔）以及粒间孔和晶间孔（四面开口的锥形平板孔）,而最重要的孔隙类型是有机质孔。牛蹄塘组含气性普遍较差,但慈页1井残余气体积分数高达69.7%。理论计算和现场实验结果均表明,牛蹄塘组页岩储层赋存甲烷特征变化随TOC发生改变,由于有机质孔的孔径较小（一般仅为几十纳米以下）,导致原始储层中赋存吸附气能力较强,而赋存游离气能力较弱。随着有机质质量分数的增加,岩石的弹性模量逐渐降低,但泊松比却逐渐增加。牛蹄塘组“甜点段”具有“甜”和“脆”的特点,即厚度为20~40 m,TOC含量为4%~8%,石英质量分数超过40%,粘土矿物质量分数30%~40%,碳酸盐岩质量分数低于20%,V_BJH在（10~17）×10^-3 cm³/g,V_L在4~6 cm³/g,游离气体积分数超过40%,弹性模量为25~35 GPa,泊松比为0.20~0.25,整体上,牛蹄塘组“甜点段”主要发育在深水陆棚泥质相带,且游离气富集能力强的层段。     

川东南地区五峰组—龙马溪组页岩现场解吸气特征及其意义

川东南地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩为我国页岩气勘探开发的重要层位,在焦石坝、彭水、丁山、南川等地区都有重要发现。利用中国石化无锡石油地质研究所自主研发的快速现场解吸仪,对该地区典型页岩气井解吸气量、损失气量、总含气量、解吸气天然气组分和解吸气甲烷碳同位素(约30min取1样)进行测试。数据分析表明,上述数据对页岩气成藏机理、勘探开发有着重要的意义,主要表现在:1首样甲烷碳同位素值及特征可以预测页岩气富集层,为页岩气甜点层识别的有效方法;2总含气量和解吸天然气组分识别页岩气甜点层,为页岩气甜点层识别的最直接方法;3页岩气组分和碳同位素值联合判别页岩气成因类型,干酪根碳同位素特征和页岩气碳同位素特征可作为气源对比的有效手段;4页岩气组分特征可以判别该地区的保存条件,其对页岩气的散失程度研究具有指示意义;5损失气量和解吸气量及其关系能够反映出主要赋存方式的差异,对页岩气井不同阶段产气特征具有预测作用;6甲烷碳同位素值随解吸时间出现明显分馏效应,可以预测页岩气产气阶段及剩余气的含量。     

四川盆地页岩气地球化学特征及资源潜力

页岩气是绿色低碳清洁的非常规天然气资源。我国页岩气资源丰富,加快页岩气勘探开发,对于改善中国能源结构、实现中国“2030年碳达峰、2060年碳中和”目标具有重要现实意义。四川盆地奥陶系五峰组—志留系龙马溪组是当前中国页岩气勘探开发的重点层系。通过对四川盆地威远、长宁、昭通、涪陵及威荣等地区五峰组—龙马溪组页岩气实验分析,系统分析了五峰组—龙马溪组页岩气地球化学特征,探讨了页岩气成因、碳氢同位素倒转原因及页岩气来源,展望了盆地页岩气资源勘探前景。结果表明：①五峰组—龙马溪组页岩气为典型干气,碳氢同位素均呈负序列分布,长宁、昭通与涪陵地区烷烃气碳同位素组成相对威远、威荣地区更重、具有更高热演化程度,稀有气体为典型壳源成因。②五峰组—龙马溪组页岩气为高—过成熟阶段热成因油型气,主要为原油裂解气和干酪根裂解气的混合气,烷烃气碳氢同位素倒转主要由高—过成熟阶段原油裂解气与干酪根裂解气的混合、高演化阶段地层水与甲烷交换作用等原因造成。③五峰组—龙马溪组页岩气的甲烷碳同位素值与下志留统龙马溪组泥岩干酪根碳同位素值较为匹配,符合碳同位素分馏规律δ¹³C_干酪根>δ¹³C_油>δ¹³C_烷烃气。④四川盆地海相、海陆过渡相和陆相页岩气资源总量约为41. 5×10¹² m³,资源前景广阔。     

黔南下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏条件及勘探前景分析

黔南下寒武统牛蹄塘组平面上整体表现为北西-南东向沉积环境逐渐变深,页岩气有利沉积相为深水陆棚-深水盆地。通过地表剖面及调查井采样测试分析,认为黔南下寒武统牛蹄塘组具有Ⅰ型干酪根特征,有机碳含量高,热演化程度高,且渗透率极低,微裂缝发育,具有形成页岩气藏的基本地质条件。通过有利区评价参数分析,进一步优选出三个页岩气勘探有利区,即麻江-英平有利区,福泉有利区,谷硐有利区。     

鄂尔多斯盆地山西组低成熟度页岩生烃热模拟

为查明鄂尔多斯盆地古生界二叠系山西组页岩生烃过程中产物的变化规律及影响因素,揭示页岩生烃潜力,选取了鄂尔多斯盆地东缘山西组地层低成熟度富有机质页岩样品,采用密封黄金管—高压釜体系,在50 MPa围压下,以20℃/h和2℃/h的升温速率进行生烃热模拟实验,测定气态烃和液态烃的产量及气态烃的碳同位素组成,分析不同升温速率下实验产物的演化规律,探讨碳同位素特征及成因,并建立了山西组页岩生烃模式。研究表明:(1)相对低的升温速率有利于烃类气体的生成;(2)相对低的升温速率下,液态烃产率和最大产率对应的温度都较低;(3)温度对热解气碳同位素有明显影响,而升温速率对热解气碳同位素并无明显影响。建立了鄂尔多斯盆地山西组页岩生烃模式。生烃热模拟结果显示鄂尔多斯盆地山西组页岩生烃潜力较好。     

重庆周缘龙马溪组和牛蹄塘组页岩有机质孔隙发育特征

针对牛蹄塘组页岩气勘探开发过程中存在产气量较低,产气持续时间较短等问题,以渝东南下志留统龙马溪组页岩和渝东北下寒武统牛蹄塘组页岩为对象进行对比,重点剖析2套页岩的孔隙储集能力及其演化特征。结果表明：龙马溪组页岩和牛蹄塘组页岩的有机质孔隙发育特征存在较大差别：龙马溪组页岩内部的固体干酪根有机质孔隙数量少,孔径小,连通性差,但其焦沥青内部有机质孔隙数量多,孔径大,连通性好。牛蹄塘组页岩内部的固体干酪根和焦沥青均不发育有机质孔隙。储层热演化程度对页岩有机质孔隙的发育有着直接的控制作用。龙马溪组页岩由于古埋深较牛蹄塘组页岩浅,所经历的热演化作用相对较弱,适宜的热演化程度保留了龙马溪组页岩焦沥青内部大量的有机质孔隙,但其固体干酪根由于演化时间相对较长,有机质孔隙数量减少。渝东北牛蹄塘组页岩埋深过大,储层过度演化达到变质期导致其内部固体干酪根和焦沥青均不发育有机质孔隙。针对牛蹄塘组页岩气的高效勘探开发应寻找热演化程度适中的页岩分布区。     

渝东南地区海相页岩有机质孔隙发育特征及演化

页岩气在储层内的有效赋存及渗流由有机质孔隙决定。由此,以渝东南地区下志留统龙马溪组和下寒武统牛蹄塘组高—过成熟度典型富有机质黑色海相页岩为研究对象,使用电子显微镜观察2套页岩层位的有机质孔隙结构。结果表明：龙马溪组页岩有机质孔隙主要发育在焦沥青内部,而固体干酪根内仅发育少量直径较小的有机质孔隙;牛蹄塘组页岩的焦沥青和固体干酪根均不发育有机质孔隙;2套页岩的总有机碳含量、全岩矿物组成及干酪根类型均具有相似特征,但牛蹄塘组页岩的热成熟度要远高于龙马溪组页岩,且已达到变质期,其固体干酪根和焦沥青的物理化学性质均趋近于石墨,导致其有机质内部不发育孔隙。过高的热成熟度不利于页岩中有机质孔隙的保存,所以渝东南地区下寒武统牛蹄塘组高—过成熟度海相页岩气的勘探开发应重点寻找热成熟度低于3.5%的地区。     

贵州页岩气源岩特征及页岩气勘探远景分析

贵州在地质历史时期长期处于海洋沉积环境,特别是缺氧沉积环境发育,形成多层位黑色泥页岩。根据黑色泥页岩分布范围及厚度,主要划分出震旦系陡山沱组、下寒武统牛蹄塘组、奥陶系五峰组、下志留统龙马溪组、中泥盆统罐子窑组-火烘组、下石炭统大塘组、二叠系栖霞组-龙潭组。页岩气烃源岩具有层位多\,厚度大\,有机质含量高,成熟度高等特点。同时,根据页岩气烃源岩分布、厚度、有机质含量、成熟度等综合分析,划分出有利的页岩气成藏区,即武陵褶皱、黔中-黔北、南盘江紫云-册亨页岩气有利发育区,并认为南盘江坳陷的册亨-望谟一带是最有利的页岩气勘探远景区。