渝东南盆缘转换带常压页岩气储层非均质性特征及主控因素

四川盆地东南部及其盆缘转换带(以下简称渝东南盆缘转换带)页岩气资源量较大,但其地质条件复杂、地层呈常压特征,给页岩气的经济开发带来了困难。为了深入认识该区页岩气储层的非均质性,借助X射线衍射、氩离子抛光扫描电镜、低温氮气吸附等手段,从岩石骨架、储集空间的角度研究了该区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气储层的非均质性及其主控因素。研究结果表明:(1)该转换带五峰组—龙马溪组页岩气储层非均质性主要表现在骨架非均质性和孔隙非均质性两个方面,优质页岩层段与上覆页岩段在脆性矿物含量、黏土矿物含量、有机质丰度、孔隙度等方面差异较大,具有较强的纵向非均质性;(2)储层发育有机质孔、脆性矿物孔、裂缝等多种储集空间类型,并且孔隙在形态、分布、孔径、结构特征方面的差异明显,具有较强的微观非均质性;(3)页岩岩石物理参数泊松比、杨氏模量也相应表现出较大的差异;(4)页岩气储层非均质性的主控因素是沉积环境差异导致的岩石骨架变化,构造缝及其多向性增强了储层的非均质性,成岩作用进一步改变了骨架矿物和有机质的含量,对孔隙类型及结构产生影响,进一步加剧了页岩储层的非均质性。结论认为,龙一下亚段应为该区下一步页岩气开发的首选目的层系,平面上以远离构造相对活动带和深大断裂为宜,区块上优选南川区块。     

四川盆地焦石坝地区龙马溪组页岩微观孔隙结构特征及其控制因素

页岩储层岩石的孔隙结构是影响页岩气藏储集能力和页岩气开采效果的主要因素。为此以四川盆地焦石坝地区下志留统龙马溪组页岩为研究对象,运用氩离子抛光扫描电镜技术、低温氮气吸附脱附法和高压压汞实验对该区页岩储层的微观孔隙结构进行了系统研究。结果表明:①焦石坝地区龙马溪组页岩孔径主要为纳米级,孔隙类型可分为有机质孔、无机孔(粒间孔、粒内孔、晶间孔、溶蚀孔)、微裂缝(矿物颗粒内构造缝、层间滑动缝、成岩收缩缝、有机质演化异常压力缝),以有机质孔和黏土矿物粒间孔为主,其中有机质孔分布最为广泛;②TOC与有机质孔含量存在着明显的正相关性,在底部优质泥页岩段(TOC2%)有机质孔最为发育,含量高达50%;③微观孔隙结构复杂,多呈开放形态,以两端开口的圆筒状孔及四边开放的平行板状孔为主,孔径大小主要分布在2~30nm,以中孔为主。在此基础上,分析了该区页岩储层微观孔隙结构的控制因素,结论认为,有机质丰度和热演化程度为其主控因素,黏土矿物含量对其影响相对不明显。     

渝东南地区龙马溪组页岩吸附特征及其影响因素

页岩的吸附气含量是页岩气量的主要组成部分,不同地区页岩具有不同的吸附特征,其影响因素也有较大差异,因此进一步研究页岩吸附气量,对预测页岩含气量、进行资源评价具有重要意义。渝东南地区发育了较好的下志留统龙马溪组富有机质页岩,具有成熟度高、埋深浅及分布广等特点,为了研究该套页岩的吸附能力和影响因素,选取了该地区2口页岩气井的岩心进行有机碳含量测定、热成熟度测定、X-衍射岩矿分析、氮气吸附实验、扫描电镜实验以及等温吸附实验等一系列分析测试,进一步分析了页岩吸附能力与孔隙结构、有机碳含量、矿物成分、含水率和压力的影响关系,研究过程中发现,该套页岩中有机质丰度高低是影响页岩吸附气量的关键因素,而有机质中发育的大量孔隙,其丰富的比表面积是增强页岩吸附能力的根本因素。     

页岩含气量主控因素及定量预测方法

在国内外研究进展调研的基础上,对页岩含气性主要影响因素进行了综合分析。研究认为:影响页岩含气量的主控因素包括有机碳含量、有机质热成熟度、岩石矿物成分、孔隙结构、页岩含水率、地层温压等;有机碳含量较高则页岩吸附气量较大,有机质成熟度较高则有机质孔隙发育,页岩的吸附能力大;黏土矿物较脆性矿物吸附甲烷的能力强,其中蒙脱石的吸附能力最强,其次为伊蒙混层和高岭石;页岩的微—中孔总体积越大对页岩气吸附能力越强,中—宏孔总体积越大游离态页岩气含量越高;页岩含水率较高时,含气量有降低趋势;页岩含气量随温度升高而降低,随压力升高而增加。     

四川盆地东南部下志留统龙马溪组一段页岩微—纳米观地质特征

下志留统龙马溪组一段是四川盆地东南部页岩气勘探开发的目标层系之一,以往对其地质特征的研究多停留在单方面、定性层面。为此,在钻井岩心观察与描述的基础上,应用微—纳米分析技术和模拟技术,对该层系的微—纳米观地质特征进行了分析。结果显示:(1)页岩矿物组成横向发育稳定,但纵向变化明显,龙一1亚段以灰黑色富有机质硅质页岩为主,有机质含量高,石英含量高且主要为有机成因石英;(2)龙一2亚段以灰黑色—黑色含粉砂质页岩及粉砂质页岩为主,较之于龙一1亚段,其砂质含量明显增多,TOC和石英含量则相对较低;(3)龙一3亚段主要为黑灰色黏土质页岩,硅质矿物含量较低,有机质常富集在黏土矿物间呈断续顺层分布;(4)该区页岩主要发育有机质孔隙、黏土矿物孔隙、脆性矿物孔隙和裂缝(含页理缝)等4种储集空间类型,其中有机质孔隙十分发育,多数为纳米级,是页岩气赋存的主要储集空间;(5)龙一_1亚段属于IUPC分类方案中的中孔,孔隙度和渗透率均较高,连通性中—差,喉道直径变小,向上到龙一_2、龙一_3亚段则以IUPC分类方案的大孔为主,但孔隙度降低、连通性变差;(6)该区页岩孔缝细小,孔隙表面积大,对页岩气具有很强的吸附能力,吸附气量随压力增加而增加,页岩气在低速渗流时呈现滑脱效应,渗透率和孔隙压力越小,滑脱效应越明显。     

川南下志留统龙马溪组页岩吸附特征及控制因素

页岩的吸附特征是评价页岩气是否具有开采价值的一个重要标准,是研究页岩气富集规律的一个核心内容。为此,以四川盆地南部地区下志留统龙马溪组取心页岩为研究对象,开展页岩等温吸附实验研究。实验发现龙马溪组泥页岩的Langmuir体积较大,平均为1.33m3/t,Langmuir压力平均为1.66 MPa,反映了龙马溪组页岩的吸附能力较强,具有良好的储气能力,但不利于解吸。结合页岩矿物特征及孔隙结构特征,研究发现温度、有机碳含量、湿度、比表面积等是影响龙马溪组页岩吸附能力的主要因素;页岩气的吸附过程属于放热反应,随温度升高吸附气量减少;由于水分占据了一定原本被气体吸附的孔隙表面,因而湿度越大,吸附气量越小;中孔和宏孔体积与页岩饱和吸附气量具有较好的正相关性;有机碳含量越高,饱和吸附气气量就越大;比表面积更是饱和吸附气量的控制因素,二者具有极高的相关性。     

四川盆地东南缘向斜构造五峰组-龙马溪组常压页岩气富集主控因素

四川盆地东南部地区盆缘槽档转换带和盆外隔槽式构造带向斜发育,由于其整体抬升时间长,构造运动强烈,剥蚀量大,区域保存条件相对复杂,导致不同向斜五峰组—龙马溪组为常压且页岩气含气性差异较大。在研究区向斜构造五峰组—龙马溪组页岩发育特征、后期保存条件、含气性等差异的基础上,分析了向斜构造页岩气富集主控因素,并总结了3种有利于页岩气保存富集的构造样式。研究结果表明:优质页岩发育是页岩含气性的物质基础,川东南地区盆缘和盆外向斜五峰组—龙马溪组优质页岩发育,页岩气物质条件相似;保存条件是影响页岩含气性差异的关键因素,页岩地层埋深大、地层倾角小、远离剥蚀区和发育反向逆断层,有利于页岩气的保存,总体上盆缘槽档转换带内向斜构造保存条件更好,盆外隔槽式构造带内向斜较差;盆缘槽档转换带复向斜构造内"洼中隆"断背斜、宽缓残留向斜中心、逆断层侧向遮挡向斜3种构造样式有利于页岩气的富集。     

渝东南盆缘转换带五峰组——龙马溪组页岩气储层孔隙特征与演化

目前关于页岩气储层孔隙演化及其机理的研究仍处于探索阶段,研究成果尚未达成共识。为此,基于岩心分析和样品热模拟实验,采用氩离子抛光扫描电镜、原子力显微镜等实验分析技术,对四川盆地东南部及其转换带(以下简称渝东南盆缘转换带)上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气储层的孔隙类型、孔隙结构、孔径变化规律等进行研究,探讨有机孔隙演化特征,分析伴生矿物对孔隙演化的影响,建立该区页岩孔隙演化模式。研究结果表明:(1)该区五峰组—龙马溪组优质页岩储层主要发育裂缝、无机孔隙、有机孔隙等3种储集空间类型,其中后者是页岩气赋存的主要储集空间,其又可细分为无定形干酪根孔、结构型干酪根孔、沥青质孔及生物化石孔等4类;(2)有机质收缩缝先在有机质颗粒一侧出现,随温度升高缝宽变大,与有机质颗粒的收缩有关;(3)有机孔隙以密集分布于有机质内部的"海绵状"孔为主,当R_o介于1.56%～3.50%时以大孔—介孔为主,R_o 3.50%时大孔减少,介孔和微孔增加;(4)有机质类型及黏土、硅质颗粒、黄铁矿等伴生矿物的含量对孔隙发育有着重要的影响。结论认为,该区五峰组—龙马溪组页岩的孔隙演化模式为:无机孔隙度随埋深增加大幅度减小、有机孔隙度先增大后减小,总孔隙度呈现出先降低、再增加、再持续减小的变化趋势。     

地层温压条件下页岩吸附性能变化特征——以渝东北地区龙马溪组为例

页岩气储层的吸附性是影响页岩含气性的关键因素。以渝东北地区下志留统龙马溪组富有机质页岩为例,通过变等温吸附实验,模拟在地层温压变化条件下页岩吸附性能的变化规律,为该区页岩气勘探提供理论依据。实验分析表明：有机质是控制龙马溪组页岩吸附性能的主要内在因素,有机碳含量与页岩吸附能力具有很好的正相关性;地层温压条件是控制页岩吸附性能的外在因素,温度和压力对于页岩吸附性能具有相互抑制的作用,随着温度和压力的升高,页岩吸附能力呈现出类似“抛物线”（先增大后减小）的变化轨迹,在温度和压力均相对较低时,压力起主导作用,在温度和压力均相对较高时,温度起主导作用。页岩吸附性能若要达到最佳状态,则需要埋深、温度和压力三者达到一种合适的匹配状态。实验模拟结果显示,渝东北地区龙马溪组页岩最佳理论吸附状态应在1 000～4 500 m的埋深条件下。     

川南地区龙马溪组页岩有利储层发育特征及其影响因素

下志留统龙马溪组是四川盆地南部重要的烃源岩和页岩气勘探层位,为查明其有利储层的发育特征及其影响因素,通过对昭通、长宁、威远地区7口页岩气井的钻井岩心观察及野外露头地质调查,结合岩石薄片鉴定、扫描电镜观察、比表面积测定以及岩石物性等分析结果,明确了该区龙马溪组页岩地层展布、岩性组合、矿物组成、储集空间类型等特征：①龙马溪组页岩在地层发育、岩性组合及富有机质程度上具有很强的各向异性,有效页岩储层以高有机质层段为主;②页岩储层具有高成岩作用、高热演化程度特点,发育无机物质孔、有机物质孔和微裂缝等储集空间类型;③对页岩气储集有贡献的主要是黏土矿物层间孔和有机质孔,孔径分布在50 nm~2 μm,其形成与黏土矿物和有机质的含量、成岩作用及有机质热演化作用有关。在此基础上,分析认为：页岩沉积环境、矿物组成、有机质含量是影响页岩储集能力的重要因素,有机物质富集有利于页岩气的生成与吸附,脆性矿物的存在提高了储层的脆性,有利于储层的增产改造。     

四川盆地五峰组—龙马溪组页岩气优质储层成因机制

上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组是四川盆地页岩气勘探开发的重点层系,但对其储层成因机制、演化历史以及矿物成岩演化对页岩气储层形成控制作用等的认识目前尚不明晰。为此,通过岩石学、矿物学和有机地球化学等分析,结合盆地模拟和页岩气勘探开发实践,分析了四川盆地及其周缘五峰组—龙马溪组有机质孔隙演化历史和矿物成岩演化过程,探讨了页岩气优质储层的类型和成因机制,明确了页岩气优质储层的发育层段。研究结果表明:①该盆地五峰组—龙马溪组页岩气开发层段的岩石类型主要包括硅质页岩、含灰硅质页岩和黏土质页岩,岩石类型对页岩储集空间类型和特征具有重要的控制作用,其中硅质页岩、含灰硅质页岩的有机质孔隙最为发育,储集能力最强;②矿物成岩演化对页岩气储层的形成具有重要的控制作用,生物成因硅在早成岩阶段形成,并以微晶聚集体的形式与陆源碎屑硅、黄铁矿一起形成颗粒支撑格架,有效抑制了压实作用,保存了大量残留粒间孔隙,有利于页岩气优质储层的形成;③WF2—LM4笔石带(五峰组—龙马溪组底部)硅质页岩具有"多藻控烃源、生硅控格架、协同演化控储层"的优质储层成因机制。结论认为,WF2—LM4笔石带硅质页岩、含灰硅质页岩为页岩气优质储层的主要发育层段。     

渝东南盆缘转换带常压页岩气地质特征及富集高产规律

四川盆地东南部及其盆缘转换带(以下简称渝东南盆缘转换带)是中国常压页岩气勘探的热点地区。为了总结该区页岩气地质特征及其富集高产规律,利用物探、钻井、测井及分析测试等资料,从沉积建造、构造改造、生产特征等方面分析了该转换带南川—武隆地区的页岩气地质特征,并与焦石坝区块的超压页岩气进行对比,探讨了该转换带常压页岩气的富集高产主控因素和成藏模式。研究结果表明:(1)相对于焦石坝区块,该转换带页岩孔隙度偏低、微裂缝更发育、吸附气占比高、两向应力差异大、地温梯度较低、地层压力系数低、初期产液量大、返排率高;(2)该区常压页岩气富集高产主要受富碳富硅富笔石页岩、有机孔隙和构造应力场"三因素"的控制——受深水陆棚相控制的富碳富硅富笔石页岩是页岩气富集的基础,有机孔隙是页岩气富集的主要控制因素,构造应力场是页岩气高产的关键因素;(3)该转换带常压页岩气可分为背斜型、向斜型、斜坡型、逆断层断下盘型等4种成藏模式,并明确了不同模式页岩气富集高产特征。结论认为,该研究成果丰富了常压页岩气富集高产地质理论,为复杂构造区常压页岩气的勘探开发提供了支撑。     

四川盆地志留系龙马溪组优质页岩储层特征与开发评价

随着页岩气国家级示范区的建设,中国页岩气进入规模开发阶段;到2016年12月,长宁-威远、昭通和涪陵国家级页岩气示范区实现年产气量79×10⁸m,到2030年页岩气规划年产量达到(800~1 000)×10⁸m,展现出良好的发展前景。四川盆地龙马溪组地层厚达300m左右,进一步识别出优质页岩段,评价优质页岩储层特征是开发阶段的首要任务。依据笔石带特征和沉积相演化,将龙马溪组划分为龙一、龙二2个层段;志留纪早期深水陆棚沉积环境控制了优质页岩的空间分布,岩心观察识别出龙一段底部黑色炭质页岩和硅质页岩是优质页岩发育的有利岩相,优质页岩具有高有机碳含量、高脆性矿物含量、高含气量的特征;优质页岩段地质储量丰度集中,平均储量丰度达到1.85×10⁸m/km²,是页岩气规模化开发的有利层位。     

四川盆地及其周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气“源-盖控藏”富集

根据页岩气地质理论研究进展和勘探发现,基于"源-盖控烃"论分析了四川盆地及其周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气富集的主控因素。1"源控"主要表现在优质页岩厚度、面积、有机碳含量等物质基础参数控制了页岩的生烃能力和储集能力,上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组一段下部页岩(WF2—LM4笔石页岩段)具有沉积速率低、有机质类型好、有机碳含量高和生烃能力强等特点,具备良好的页岩气发育生烃物质基础;浮游藻类来源的成烃生物有利于大量生烃和有机质孔大量发育,且高有机碳含量保证了发育大量有机质孔并形成三维连通的有机质孔孔隙网络,为天然气提供良好的赋存空间和渗流通道。2"盖控"的盖层包括直接盖层和间接盖层,直接盖层指龙马溪组一段中上部(LM5笔石页岩段及其以上)页岩对五峰组和龙马溪组一段下部页岩(WF2—LM4笔石页岩段)的封闭;中下三叠统膏盐岩、泥岩间接盖层(区域盖层)保证了一定的压力封闭,使得其下的五峰组和龙马溪组页岩气能有效富集,形成高压富集的页岩气藏(焦石坝、富顺—永川、长宁等地区);在中下三叠统缺失的地区,先存的高压封闭体系被破坏,页岩气保存失去有效性,形成低压—常压富集的页岩气藏(渝东南彭水、云南昭通等地区)。源-盖空间匹配关系的数量(静态匹配)和质量(动态匹配)控制着页岩气富集位置和富集程度。四川盆地及其周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组一段下部页岩(WF2—LM4笔石页岩段)发育厚度大,中下三叠统膏盐岩、泥岩盖层发育,主成藏期在J3—K1以新的地区,是四川盆地及其周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气富集的有利地区。     

上扬子区页岩气甜点分布控制因素探讨——以上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组为例

上扬子区作为中国南方海相地层最稳定的地区,发育多套海相页岩。为研究控制该区页岩气甜点分布的主要因素,以上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩为研究对象,依据上扬子区域地质事件及盆地结构特征,从构造控源控藏的角度对该区构造格局、高产井分布与气藏控制因素进行了分析,指出四川盆地东南及边缘发育的达州—利川、涪陵—彭水、南川—遵义、永川—习水、富顺—盐津、威远—犍为6大构造转换与调节带,其页岩具有弱变形与弱改造特征,是盆内最有利的页岩气赋存与保存区。结论认为:(1)受高热演化、强改造因素影响,上扬子区海相页岩以构造转换带与调节带变形最弱,具有页岩气多源汇聚与复合成藏的有利条件,且天然缝网与圈闭最为匹配,是盆内最有利的页岩气赋存与保存区,页岩气资源量最为丰富;(2)四川盆地东北部达州—利川及东南永川—习水构造转换带与调节带应引起下一步页岩气选区评价与勘探工作的高度重视。     

湘鄂西地区下志留统龙马溪组页岩吸附能力主控因素

利用实验测试手段剖析了湘鄂西地区龙马溪组页岩的有机质特征、矿物特征、孔隙特征以及甲烷吸附特征,发现龙马溪组页岩的甲烷吸附能力较强,在恒温30℃时平均饱和吸附气量为2.46 cm³/g,具有良好的储气能力。通过相关性分析,认为有机碳含量、适中的有机质成熟度、干酪根镜质组和惰质组含量、黄铁矿含量和微、中孔的体积与吸附能力正相关性较强,是吸附能力主要的内部控制因素。温度和压力作为外部控制因素分别与吸附能力呈负相关和正相关性,而该区构造抬升幅度大,对温度和压力具有较大影响。研究认为,构造抬升对吸附能力的影响具有阶段性特征：当地层在高压区内抬升时,温度对吸附气的影响大于压力对吸附气的影响,构造抬升使得页岩的吸附能力增强;当地层抬升幅度很大、地层进入低压区时,压力对吸附气的影响大于温度对吸附气的影响,会使得吸附气量迅速下降。     

滇黔北地区筇竹寺组高演化页岩气储层微观孔隙特征及其控制因素

页岩气钻探资料表明,滇黔北地区下寒武统筇竹寺组页岩储层富气状况明显不如下志留统龙马溪组页岩,由此严重影响其勘探部署决策,查明其原因是当务之急。为此,以页岩气钻井岩心为基础,采用环境扫描电镜、原子力显微镜、比表面积测量、低温液氮吸附等试验手段,分析了筇竹寺组页岩储层的微观孔隙类型、结构特征等。结果表明:①筇竹寺组页岩储层呈现出极为发育的以纳米级为主的微观孔隙结构特征,发育黏土矿物层间孔、有机质孔、晶间孔、矿物铸模孔、次生溶蚀孔等多类型的基质孔隙,具有比表面积小和面孔率大的特点;②TOC、干酪根类型、黏土矿物和Ro是控制筇竹寺组微观孔隙结构的主要因素,以Ro的影响最为明显,且在页岩达到过成熟状态后,其比表面积和孔体积随着Ro的增大而急剧减小。结论认为:已处于过成熟中后期的该区筇竹寺组页岩层,长期的地质作用过程和过高热演化程度严重制约了其微观孔隙发育,呈现微孔隙骤减和比表面积、孔体积明显较小的情形,不利于页岩气的吸附储集,由此导致该区筇竹寺组页岩气富集程度不如龙马溪组的结果。