湘西北地区牛蹄塘组页岩气储层沉积展布及储集特征

摘要：利用湘西北地区最新钻探的井下资料、周边露头地质调查资料及大量样品的分析测试结果,对该地区牛蹄塘组页岩沉积展布及页岩气储集特征进行了系统研究。研究区牛蹄塘组页岩沉积相主要包括深水陆棚相、半深水陆棚相和浅水陆棚相三种,同时对湘西北地区牛蹄塘组地层沉积相进行了划分。牛蹄塘组页岩TOC值一般大于2.0%,其孔隙度主要分布于2%～5%之间,平均3.8%,孔隙以50nm以下的孔隙为主,具有一定的无规则孔结构。通过对页岩储集性能影响因素进行分析,富有机质页岩总孔体积的发育受TOC、粘土矿物、黄铁矿含量等因素影响,吸附能力的大小主要受TOC含量的控制。     

牛蹄塘组与龙马溪组页岩细观结构特征研究

我国页岩气储量居世界首位,随着能源的日益紧缺,页岩气开采日渐迫切。页岩内部的孔隙、裂隙结构不仅是页岩气的储存空间,更是影响页岩气产出的关键因素。针对湖南牛蹄塘组和四川龙马溪组页岩样品进行了细观观察,分析了两组页岩的层理、裂隙及孔隙特征,统计了两组页岩的孔隙尺寸及分布特征。实验结果表明:牛蹄塘组页岩层理特征更为明显,沿层理发育有少量大孔;龙马溪组页岩层理特征不明显,层理多发育小孔;牛蹄塘组页岩主要发育黏土矿物粒间孔和不同矿物粒间孔,龙马溪组页岩中主要发育不同矿物粒间孔;两组页岩内主导孔隙均为小孔孔隙,与龙马溪组页岩相比,牛蹄塘组页岩直径小于16μm与直径大于100μm的孔隙出现的频率较高,而直径16～100μm之间的孔隙出现频率较低。     

湖北来凤地区龙马溪组页岩微观孔隙结构特征

页岩的孔隙结构特征对页岩气的储集和运移具有重要影响。以湖北来凤地区LD1井单井分析为基础,运用氩离子抛光—扫描电镜技术对研究区内上奥陶统—下志留统龙马溪组页岩储层的微观孔隙类型进行分析研究,将研究区龙马溪组页岩孔隙分为微裂缝、粒间孔、粒内孔和有机质孔隙四大类;综合利用氮气吸附法及高压压汞法对龙马溪组页岩的孔径大小及分布特征进行了测定,对两种方法测得的孔径分布结果进行了对比分析,并探讨了孔隙发育的主要影响因素。结果表明:①有机质孔隙和微裂缝为研究区龙马溪组页岩孔隙发育的主要形式;②中孔和微孔最为发育,贡献了绝大部分比表面积和孔容,是研究区龙马溪组页岩气赋存的主要场所;③页岩样品中主要矿物成分为石英和粘土矿物,而后者为页岩中孔和微孔大量发育的主要贡献者,其含量与岩样中孔和微孔体积均具有较好的正相关性;④有机碳含量(TOC)为研究区龙马溪组页岩储层孔隙发育的主要控制因素之一,主要通过其热演化生烃作用影响页岩孔隙发育。     

鱼卡凹陷石门沟组上段泥页岩地球化学及储层特征

鱼卡凹陷位于柴达木盆地北缘中部,为青海省陆相页岩气勘探的重点区域。中侏罗统石门沟组上段为半深湖-深湖相沉积,暗色泥页岩厚度10～170 m,平均为55 m;为页岩气勘探的主力层系。运用液氮吸附、有机碳含量、有机质成熟度、干酪根元素、全岩、黏土矿物X衍射、能谱扫描电镜等测试方法,对泥页岩样品的有机地球化学及储层特征进行了研究,结果表明:中侏罗统石门沟组泥页岩TOC含量为1. 34%～12. 84%,均值为5. 3%;干酪根H/C和O/C比范式图解上显示有机质类型主要为Ⅱ2型; Ro为0. 45%～1. 00%,总体热成熟度表现为凹陷西部高于东部。黏土矿物含量为34%～58%,平均46. 1%;石英含量42%～55%,平均48. 3%。泥页岩孔隙结构复杂,根据吸附回线及孔径分布曲线划分为两类:第1类以一端不透气性孔和四边开放的板状狭缝孔为主,孔径主要集中在3～5 nm,呈单峰状分布;第2类以一端不透气性孔和开放性倾斜板狭缝孔为主,孔径主要分布在3～5 nm和6～45 nm,呈双峰状分布。由于泥页岩成熟度较低,有机质纳米孔隙不发育,TOC含量与介孔、总孔体积具有弱正相关性,与微孔体积相关性不大;脆性矿物含量与孔隙度成正相关,黏土矿物含量与微孔体积相关性不大,与介孔、总孔体积呈正相关。黏土矿物是石门沟组上段泥页岩纳米孔隙的主要提供者,是孔隙发育的主要控制因素;孔隙结构及孔径分布和沉积环境有关,TOC含量及热演化程度也会影响泥页岩孔隙发育的程度。     

四川盆地东南部五峰—龙马溪组海相页岩孔隙连通性实验研究

五峰—龙马溪组富有机质页岩是我国海相页岩气商业开发的目的层，目前对该页岩孔隙连通性的认识仍不够深入。针对此问题，选取渝东南地区渝参6井五峰—龙马溪组的8个页岩样品开展了低压N₂吸附、高压压汞和自发渗析实验研究。结果表明，研究区五峰—龙马溪组页岩中微孔、中孔和宏孔均发育，微孔和中孔占总孔体积的比例高，孔径的峰值分布于2~6 nm；五峰组页岩的MICP孔隙度、总孔体积和总孔比表面积均高于龙马溪组页岩，与样品有机质丰度差异相关；五峰—龙马溪组页岩样品的正癸烷（油润湿）自吸曲线斜率为0.254~0.428，去离子水（水润湿）自吸曲线的斜率为0.258~0.317。表明亲油性孔隙具有更高的孔隙连通性，而亲水性孔隙的连通性适中，五峰—龙马溪组页岩具有混合润湿特征，有机质孔隙的连通率高于无机矿物孔隙。     

湘西北牛蹄塘组页岩孔隙特征及影响因素分析

为了研究牛蹄塘组页岩的孔裂隙特征和控制因素,对研究区牛蹄塘组页岩进行了系统采样,并针对性地进行了扫描电镜分析、压汞测试、低温液氮实验。结果表明:牛蹄塘组页岩孔隙主要以溶蚀孔、粒间孔、晶间孔、有机质气孔为主,还发育少量格架孔、摩擦孔等。孔隙平均孔径为14.451 nm。裂隙主要为构造裂隙,其中张裂隙最为发育。平均孔隙度为9.5%,喉道均值为13~16 nm,数值较大,具有较好的分选。退汞效率和最大进汞饱和度较高,孔渗条件较好。孔比表面平均为5.959 m2/g,总孔体积平均为0.014 2 mL/g,显示较强的储集性和吸附性。高的有机质含量有利于孔隙的发育,而随着变质作用的进行,Ro逐渐增大,孔隙度有减小的趋势,但孔隙分选变好。     

复杂构造区页岩孔隙结构、吸附特征及其影响因素

随着我国页岩气勘探开发的不断深入，构造复杂区已成为下一步勘探的重要方向。以渝东北复杂构造区龙马溪组页岩为例，开展了扫描电镜、压汞、低压气体吸附、等温吸附等试验，系统性地表征了渝东北地区不同构造变形带龙马溪组孔隙结构及吸附特征，分析了复杂构造区页岩孔隙结构和吸附特征的影响因素，阐明了构造变形对于孔隙结构和吸附能力的作用机制。结果表明：(1)滑脱褶皱带和断层褶皱带龙马溪组页岩中发育较多的有机质孔，而叠瓦断层带龙马溪组页岩仅发育少量有机质孔隙，但发育更多矿物相关的孔裂隙；(2)滑脱褶皱带龙马溪组页岩中微孔（<2 nm）、介孔（2～50 nm）及宏孔（> 50 nm）均有发育，而断层褶皱带和叠瓦状冲断带龙马溪组页岩样品中微孔不是很发育，而介孔和宏孔相对比较发育；(3)龙马溪组页岩“过剩”吸附量都是随着压力的增大迅速增加，达到最大值（6～9 MPa）后开始缓慢降低，而绝对吸附量则随着压力的增大单调增大；(4)孔隙结构主要受控于TOC（总有机碳）和黏土矿物含量，而吸附能力主要与TOC和微孔密切相关，此外，构造变形也可以通过改造孔隙结构来影响吸附能力。该研究成果为复杂构造区页岩气勘探提供...     

成岩作用对滇东地区筇竹寺组页岩孔隙特征的控制机制

基于滇东地区筇竹寺组钻井岩样压汞实验数据，并结合X射线衍射及SEM观察，从成岩作用入手研究其对页岩孔隙特征的控制。结果表明：筇竹寺组页岩孔径从超大孔至微孔均有发育，过渡孔及微孔是孔容及孔比表面积的主要贡献者；压汞孔隙度与TOC含量及黏土矿物含量呈正相关关系，与脆性矿物含量呈负相关关系；基于进汞曲线形态及孔径分布，将本区页岩气储层孔隙结构划分为退汞效率低，孔隙联通性好的S型，及退汞效率较高，孔隙联通性较好的反S型。受控于成岩作用中高岭石的伊利石化，伊利石继承高岭石孔隙结构特征，随着含量的增加，开放联通型中孔、过渡孔及微孔孔容会迅速增加，孔隙度增大；但成岩过程中产生的溶解硅重结晶使部分孔隙受到石英的胶结及堵塞，成为封闭孔及半封闭孔，随着石英含量的增加，孔隙度减小，两者共同作用，形成了本区筇竹寺组页岩S型及反S型孔隙结构类型。     

黔北地区页岩孔隙结构特征及水渗流演化规律研究

为探究页岩孔隙结构特征以及水渗流演化规律,以黔北地区牛蹄塘组页岩为研究对象,首先采用低温液氮吸附试验以及高压压汞试验分析页岩内部微观孔隙结构特征,然后在恒定围压、轴压条件下利用三轴渗流装置进行了不同有效应力条件下的三轴渗流试验,探讨页岩有效应力与渗透率之间的关系,建立了考虑孔隙结构和压缩特性联动影响的页岩渗透率模型,并通过与初始渗透率受应力状态下的页岩渗透率模型对比分析验证其合理性。结果表明:黔北地区牛蹄塘组页岩是一个从微孔到大孔的连续分布体系,5种页岩的吸附-脱附等温曲线其类型与IUPAC分类中的Ⅳ型最为接近而且进汞-退汞曲线形态近似,大孔的类型以一端封闭的不透气孔为主,中孔则以两端开放的毛细孔等开放型孔为主,微孔主要以细颈广体孔和墨水瓶孔为主;页岩孔径分布复杂,含有大量的微孔和中孔,其中微孔和中孔提供了大部分孔比表面积,而大孔则是孔体积的主要贡献者;在相同围压、轴压条件下,页岩渗透率随着有效应力的增大呈逐渐减小的趋势,且渗透率和有效应力呈指数函数关系;考虑孔隙结构和压缩特性联动影响的页岩渗透率模型计算曲线与渗透率试验所测的数据基本吻合,且能很好反映恒定围压、轴压条件下有效应力与渗透率之间的变化关系。     

米仓山—汉南隆起区牛蹄塘组页岩矿物组分与微观孔隙的关系

利用米仓山—汉南隆起区牛蹄塘组暗色泥页岩样品,进行X射线衍射、低温氮气吸附、氩离子抛光-场发射扫描电镜等实验,结合有机地球化学参数,探讨矿物组分对微观孔隙结构的影响。研究结果显示,米仓山—汉南隆起区牛蹄塘组页岩矿物组分复杂,以石英和黏土矿物为主,平均含量分别为41.35%和31.55%,其次为长石、碳酸盐矿物、黄铁矿,脆性指数集中分布在0.6~0.8,具有良好的脆性和可压性。石英、长石等脆性矿物提供纳米级粒边缝隙、少量粒间孔和溶蚀孔;黏土矿物提供了大量的顺层缝隙、泥粒孔和片间缝隙;有机质中普遍发育气孔、边缘缝隙、铸模孔等多种孔隙类型。比表面积、孔体积与黏土矿物含量具有良好正相关性,而与石英、长石含量关系不明显,有机质含量与孔比表面积具良好正相关性,而与孔体积关系较差。结果表明,黏土矿物对牛蹄塘组页岩微孔-介孔-大孔发育有主控作用,而有机质则主要是微纳米孔发育的载体;黄铁矿通过自身孔隙结构特征及其与有机质相互影响,对页岩微观孔隙发育起到先促进后抑制的作用,作用转换阈值可能为2.8%左右。     

川南地区下古生界页岩气储层微观孔隙结构表征及其对含气性的影响

运用普通扫描电镜、氩离子抛光—场发射扫描电镜、Image J2x软件分析、高压压汞、低温CO_2和N_2吸附实验方法,对川南地区下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组两套页岩气储层微观孔隙成因类型、孔隙结构特征及其对页岩含气性的影响进行了研究。结果表明,川南地区下古生界页岩微观孔隙主要发育粒间孔、粒内孔、有机质孔和微裂缝等多种成因孔隙类型;下古生界页岩微观孔隙总面孔率为3.95%~7.48%,筇竹寺组页岩总面孔率和有机质孔面孔率低于龙马溪组页岩;下古生界页岩总孔容为(3.93~24.96)×10~(-3)m L/g,总比表面积为2.727~29.399 m~2/g,孔径为0.35~1.00,2.5~4.7和55~75 nm的孔隙是总孔容的主要贡献者,孔径为0.3~1.0,2.5~5.5 nm的孔隙主要提供了总比表面积,筇竹寺组页岩总孔容和总比表面积均较龙马溪组页岩要低;页岩微观孔隙的面孔率、有机质孔、孔容、比表面积、孔径分布均会影响页岩含气性。下古生界筇竹寺组和龙马溪组页岩在微观孔隙结构特征的上述差异,为揭示川南地区筇竹寺组与龙马溪组页岩含气性的差异提供了依据。     

川南龙马溪组页岩气储层纳米孔隙结构特征及其成藏意义

以川南龙马溪组页岩气储层为例,运用氮气吸附法对储层纳米孔隙进行测定,通过等温线和DFT分析,对孔结构特征表征并讨论控制纳米孔隙结构的主因和纳米孔隙对页岩气成藏的意义。结果表明：龙马溪组页岩气储层孔隙结构较复杂,主要由纳米孔组成,具有一定的无规则孔结构,孔隙多呈开放形态,以两端开口的圆筒孔及4边开放的平行板孔等开放性孔为主;垂向上由深到浅,孔隙开放程度减小;纳米主孔位于2~40 nm,占孔隙总体积的88.39%,占比表面积的98.85%;2~50 nm的中孔提供了主要的孔隙体积,小于50 nm的微孔和中孔提供了主要的孔比表面积;TOC是控制该储层中纳米孔隙体积及其比表面积的主要内在因素,也是提供页岩气主要储存空间的重要物质;纳米孔对页岩气的吸附能力极强,在其内部有大量页岩气以结构化方式存在,增加了页岩气的存储量,并使模型表征复杂化;开放状纳米孔可提高页岩气解吸效率和储层渗透率,提高页岩气的产量。     

酸化对富有机质页岩孔隙结构影响的试验研究

随着能源的日益紧缺,页岩气开采尤为迫切。页岩致密低渗,为提高产量必须利用增产措施提高储层渗透率。酸化预处理可有效改善岩石孔隙结构,增强孔隙的连通性,进而提高页岩渗透率及产气量。本试验采用质量分数3%氢氟酸和10%盐酸的混合酸对湖南牛蹄塘组页岩样品进行了酸化浸泡处理,通过超景深显微镜观察了不同酸化时长下页岩层理、裂隙和孔隙结构特征的演化规律,统计了页岩孔隙直径、频次、频率及孔隙度随时间的变化趋势,分析了酸化对页岩内部气体流动的影响。实验结果表明:①牛蹄塘组页岩中的脆性矿物沿层理发育,酸化处理后长石及石英矿物强烈溶蚀,可形成沿层理发育的裂隙;②随酸化时长增加,页岩表面石英、长石的出露面积先增大后减小,酸化后期,脆性矿物与周围矿物间孔隙明显增加,孔隙向深部腐蚀且呈现连通的趋势;③根据不同酸化时长页岩孔隙统计特征可见酸化分为两阶段:酸化初期为产生新生小孔阶段,酸化后期孔隙增大阶段;④酸化使页岩原始致密的单一孔隙结构转变为裂隙和孔隙并存的双重介质结构。孔隙度随酸化时间的增加呈先提高后降低的趋势,现场生产中应综合考虑储层特性和酸岩反应,设计最优作用时间。     

不同沉积类型富有机质页岩孔隙结构差异特征

四川盆地页岩气勘探开发取得巨大成效，不同沉积类型的富有机质页岩孔隙结构不清，制约了四川盆地页岩气进一步的勘探开发。选取四川盆地龙马溪组海相页岩、龙潭组海陆过渡相页岩、自流井组陆相页岩TOC＞1%的富有机质页岩样品，通过场发射扫描电子显微镜和高压压汞结合的方法，了解了不同沉积类型页岩孔隙结构的差异。结果表明，龙马溪组海相页岩主要发育有机质孔和黄铁矿晶间孔，有机质孔多呈圆形、椭圆形，黄铁矿晶间孔形态不一，以大于100 nm的孔隙为主；自流井组陆相页岩主要以原生粒间孔、晶间孔为主，多呈狭缝形、楔形，孔径主要集中在<15 nm区间内；龙潭组海陆过渡相页岩主要发育微裂缝原生粒间孔、晶间孔，原生粒间孔、晶间孔多呈狭缝形，孔隙主要集中在30～120 nm和250～1 300 nm两个区间。有机质和矿物组成的原始差异以及在页岩沉积埋藏过程中热演化和成岩演化的不同是孔隙结构产生差异的主要原因。     

渝东南地区下古生界页岩含气性差异关键控制因素

渝东南地区紧邻涪陵页岩气田,区内的下寒武统牛蹄塘组和上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组是目前页岩气勘探开发的2套重点层位,相比于涪陵焦石坝地区,改造强度更强,演化程度更高,勘探效果也差别较大,已有研究证明构造运动是盆内与盆外页岩气差异富集的关键控制作用。而对于同样经历了强改造和高演化的渝东南地区下古生界的2套页岩层位来说,2者均具有优质的物质基础,但含气性却差异十分显著。从现场含气量解吸和室内等温吸附实验出发,通过动静态指标对比和相关性研究,分析含气性的关键控制因素。结果表明:下寒武统牛蹄塘组页岩吸附能力较强,但现场解吸气却表现为"高氮、低烃、微含气"的特征;上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩吸附能力略逊于下寒武统牛蹄塘组,但含气性却明显好于牛蹄塘组,多口井的解吸气量达到工业下限,气体成分以烃类气体为主。有机质的孔隙结构和富有机质页岩层系底板的封闭性是导致这2套层位含气性差异显著的关键因素。下寒武统牛蹄塘组页岩有机质孔欠发育,致使储集物性较差,而其底板发育不整合面并伴随流体活动,导致气藏遭到破坏,是其含气性差的关键。上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩中呈蜂窝状密集发育的有机质孔大大增加了页岩气赋存的空间,加之顶底板的封闭性较好,为页岩气富集提供了良好的条件。通过单井解剖总结建立了渝东南地区下古生界两种典型的页岩气保存散失模型:敛聚保存型聚集模式和底板冲刷破坏散失模式。针对2套目的层的含气性关键控制因素的差异,建议对于下寒武统牛蹄塘组应进一步加强选区指标的研究;上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组应进一步加强选带方法的研究。     

湘西北龙马溪组页岩储层特征与吸附影响因素分析

通过对湘西北某页岩气区块龙马溪组黑色页岩进行相应的有机地球化学、物性特征及等温吸附实验分析,发现页岩中微孔和中孔发育,孔隙类型以矿物质孔、溶蚀孔以及粒内晶间孔为主,且裂缝较发育,提供了页岩气储集与渗流的有效空间和主要通道。研究区龙马溪组页岩最大吸附气量范围为1.52～3.78 m³/t,并表现出甲烷吸附气含量与有机碳含量及成熟度具有正相关性;且较高含量的黏土矿物更有利于页岩气的吸附,但从成藏与后期开采条件看,一般不宜超过50%。     

准噶尔盆地玛湖凹陷风城组页岩岩相发育特征

针对准噶尔盆地玛湖凹陷风城组陆相页岩成分复杂、沉积构造多变的特点,结合宏观岩心描述、微观镜下观测、XRD矿物衍射与高压压汞实验,提出基于“矿物组成+沉积构造”的陆相页岩岩相划分方案。结果表明,风城组主要发育纹层状长英质页岩、块状含云长英质页岩、纹层状含长英云质页岩以及纹层状含黏土长英质页岩4种典型岩相类型。不同岩相的沉积构造特征差异显著,长英质页岩多发育长英质条带、团块,含云长英质页岩、含长英云质页岩常见不规则云化。风城组页岩主要发育粒间孔、粒内溶孔,有机质孔发育较少,孔体积主要由10~100 nm孔径贡献。纹层状长英质页岩孔体积、孔隙连通性和储集物性最好,是风城组页岩油储集最有利的岩相。     

酸化作用下龙马溪组页岩孔隙结构演化实验研究

富有机质页岩致密、低渗,孔径多为纳米级,增产措施是页岩气商业化生产所必须的手段。四川龙马溪组页岩富含碳酸盐矿物及黏土矿物,酸化处理可以溶蚀页岩的矿物成分,改善页岩致密的孔隙结构,最终达到提高产量的目的。以四川龙马溪组页岩为研究对象,对所选页岩进行了两种酸化处理:在30 ℃的恒温条件下,浸泡质量分数10%HCl和3%HF的混合酸及先浸泡质量分数10%HCl再浸泡质量分数3%HF的顺序酸,酸浸泡时长最长为24 h。利用超景深光学显微镜研究了页岩酸化前后细观结构的演化特征,利用扫描电子显微镜研究了酸化对页岩微观结构的影响;基于EDS能谱仪的元素分布结果分析了页岩酸化前后矿物组分的变化特征;通过压汞测试研究了酸化前后页岩孔径的分布特征及孔隙直径、体积和比表面积的变化特点。结果表明:① 酸液可以溶解页岩中的矿物,在矿物被溶解的位置产生孔隙,但混合酸浸泡会产生大量白色沉淀堵塞酸蚀产生的孔隙,沉淀以Ca2+,Al3+的化合物为主,顺序酸化几乎无沉淀生成;② 酸化改变了页岩原有的致密结构,酸化后0.050~6 μm及25~575 μm的孔隙显著发育,酸化使得页岩的累积孔隙体积提高2个数量级;③ 未经处理页岩试样的孔隙体积为0.006 9 mL/g,经混合酸和顺序酸处理24 h后分别增至0.14,0.17 mL/g,顺序酸的酸蚀作用可以在页岩内产生更多的孔隙。