有机质成熟度对南方海相页岩储层孔隙的控制作用

中国南方下古生界海相页岩经历了复杂的构造演化和热演化，页岩气含气量差异较大，成熟度对页岩气储层孔隙发育的控制作用是亟待解决的重要问题。选取不同成熟度的下古生界海相页岩作为研究对象，采用X射线矿物组分分析、扫描电镜、气体吸附、高压压汞和透射电镜实验，研究有机质演化程度对页岩储层孔隙结构的控制作用。结果表明，R_o小于3.0%的高演化页岩储层储集能力优于R_o大于3.0%的页岩储层，中孔孔体积、微孔比表面积的发育均明显更优；过演化有机质（R_o>3.0%）的孔隙受有机质石墨化影响，孔隙出现缩合、减小的趋势，对页岩储集空间起到破坏作用；R_o>3.5%的高过热演化页岩在经历压实作用、有机质石墨化和黏土矿物转化后储集能力下降严重，不利于页岩气藏的形成。     

川南志留系龙马溪组页岩气形成条件与有利区分析

利用四川盆地南部志留系龙马溪组最新钻井、露头地质调查资料及样品分析结果,从富有机质页岩区域分布、岩性、有机质特征、储层特征、含气性、地层压力等方面,重点研究川南地区龙马溪组页岩气形成条件与有利区优选.认为龙马溪组页岩有机质含量高（TOC含量0.35%~18.40%,平均2.52%）、有效厚度大（黑色页岩厚20~260 m）、热演化程度高（Ro值1.8%~3.6%）、脆性矿物含量较高（40%~70%）、有机质纳米孔隙发育、含气量较高（0.3~5.1 m 3/t,平均1.9 m 3/t）、埋藏适中（2 000~3 600 m）,有利于页岩气的形成与富集,其中龙马溪组下部富有机质页岩发育,是南方最有利的页岩气勘探开发层系.综合对比研究指出,隆昌-永川、威远、长宁-珙县等地区具备页岩气勘探开发有利的地质与地面工程条件,是目前经济技术条件下研究区内龙马溪组页岩3个最现实的页岩气勘探开发有利目标区。     

下扬子皖南地区古生界页岩气形成条件及勘探潜力评价

为评价皖南地区古生界页岩气勘探潜力、优选勘探层系,根据钻井岩芯和露头岩样的地化、岩石学分析数据及野外调查等资料,对该地区古生界3套富有机质层系的页岩气形成地质－地球化学条件进行初步研究,结果表明：古生界上奥陶统五峰组-下志留统高家边组、二叠系(孤峰组＋龙潭组＋大隆组)富有机质泥页岩层系在区内分布广、厚度较大、有机质丰富（TOC普遍>2%）和热演化程度较高(Ro=1.3%～3.0%),具有形成页岩气的良好物质基础;同时,其埋深适中且泥页岩与硅质岩相伴生,利于人工压裂和勘探开发,有较大勘探潜力。另一方面,古生界寒武统黄柏岭组富有机质页岩也有良好的成气潜力,但因其普遍深埋、成熟度偏高,该区后期发生的多期强烈构造运动等因素对早期形成页岩气的富集及保存可能有一定影响,其勘探潜力有待进一步深究。     

川南地区下古生界页岩气成藏条件研究

从钻井、岩芯样品等分析资料出发,以下寒武统筇竹寺组、下志留统龙马溪组页岩为研究对象,对川南地区下古生界海相页岩气成藏条件进行了研究,指出该区筇竹寺组和龙马溪组页岩主要形成于陆棚沉积相,富有机质页岩厚度大,有机质丰度高（平均TOC>2%）,有机质类型为Ⅰ,Ⅱ1型,热演化程度处于高-过成熟阶段,页岩中脆性矿物丰富,微米-纳米级孔隙发育,含气量高,有利于页岩气的形成与富集。与成功勘探开发页岩气的北美页岩相比,川南地区下古生界海相页岩具有良好的页岩气成藏条件,认为筇竹寺组、龙马溪组均是该区现实的页岩气勘探目标层,并提出了其页岩气富集有利区。     

北美页岩气研究及对我国下古生界页岩气开发的启示

北美近10 a来对构造较简单、中-高成熟度（Ro<3.0%）、埋藏较浅地层（<4 000 m）页岩气的形成、赋存与富集机理、评价方法与核心区预测作了大量研究,取得了实质性的进展,并实现了页岩气的大规模工业开发。我国南方下古生界成熟很高（Ro=2.5%~4.0%）、构造改造强烈、现埋藏深度差异大,对于这套地层的页岩气的评价,缺乏相关理论与方法。为规避风险、获得效益,需以北美页岩气研究为借鉴,针对其地质地球化学特点,在广泛开展相关基础研究的基础上,重点发展页岩含气量的现场测试技术与原地气量的定量评价体系,评估勘探开发示范区页岩的资源潜力,确定页岩气的主控因素,为实现我国南方下古生界页岩气的高效开发提供理论指导与方法基础。     

沁水盆地上古生界海陆过渡相页岩气成藏条件研究

以沁水盆地海陆过渡相富有机质泥页岩为研究对象,分析野外露头和岩芯观察、采样,地化参数和物性参数等测试资料,研究富有机质泥页岩的沉积相、厚度及分布、有机质类型及含量、热成熟度、孔隙度等页岩气成藏条件。结果表明,沁水盆地上古生界石炭—二叠系海陆过渡相富有机质泥页岩主要发育在沼泽相和三角洲相。常与煤层,灰岩、致密砂岩,粉砂岩等互层,纵横变化快,单层厚度不大,有机碳含量相对海相、陆相泥页岩较高,有机质类型以混合型,腐殖型为主,有机质热成熟度多处在成气高峰阶段,有利于页岩气的形成。     

保靖地区高成熟度海相页岩微—纳米孔隙结构特征

页岩中微—纳米孔隙广泛发育,微—纳米孔隙结构对页岩含气性评价及页岩气开发具有重要意义。利用场发射扫描电镜（FE-SEM）观察、高压压汞、低压液氮吸附等方法对保靖地区龙马溪组高成熟度海相页岩的微—纳米孔隙结构特征开展了详细研究。结果表明,研究区龙马溪组海相页岩有机质丰度较高,BY-1井岩心样品实测TOC值范围是0.57%~2.16%,矿物组分中石英和黏土矿物含量最高,均值分别为46.9%和32.6%;页岩中黄铁矿发育;页岩的孔隙类型包括粒内孔、粒间孔、晶间孔、有机质孔和微裂缝5种,其中页岩气的储集空间主要由黏土矿物晶间孔、有机质孔和黏土矿物收缩缝提供。BY-1井龙马溪组页岩中微孔和中孔孔容分别占总孔容的14.5%~38.1%和49.4%~61.9%,是研究区目的层的主要储集空间,而页岩中宏孔孔容较小,相对不发育。     

北美页岩气研究及对我国下古生界页岩气开发的启示

北美近10 a来对构造较简单、中-高成熟度(Ro＜3.0％)、埋藏较浅地层(＜4 000 m)页岩气的形成、赋存与富集机理、评价方法与核心区预测作了大量研究,取得了实质性的进展,并实现了页岩气的大规模工业开发.我国南方下古生界成熟很高(Ro=2.5％～4.0％)、构造改造强烈、现埋藏深度差异大,对于这套地层的页岩气的评价,缺乏相关理论与方法.为规避风险、获得效益,需以北美页岩气研究为借鉴,针对其地质地球化学特点,在广泛开展相关基础研究的基础上,重点发展页岩含气量的现场测试技术与原地气量的定量评价体系,评估勘探开发示范区页岩的资源潜力,确定页岩气的主控因素,为实现我国南方下古生界页岩气的高效开发提供理论指导与方法基础.     

鄂尔多斯盆地泥页岩差异性对比——以上古生界与长7段为例

通过对比鄂尔多斯盆地上古生界泥页岩与中生界长7泥页岩地层得出,上古生界主要发育深灰色以及黑色的煤系泥页岩,在盆地中广泛大量分布,成熟度高,有机质类型主要以Ⅲ型干酪根含量最为丰富,丰度高。脆性矿物以石英与长石为主,平均含量在45%~55%,粘土矿物平均含量在40%~45%,可见储层具有良好的吸附能力,但后期改造能力较长7段要差。长7储层是中生界最主要的一套泥页岩,该套烃源岩成熟度较高,主要类型为Ⅰ_1-Ⅱ_2型,镜质组反射率Ro值为1.25%~1.33%,脆性矿物含量丰富,粘土矿物含量高于古生界。综合分析认为,现阶段,上古生界泥页岩层具有最高的开采价值,中生界长7段泥页岩资源量巨大,是接下来值得重视的页岩气开发层位。     

下扬子地区二叠系富有机质泥页岩孔隙结构特征

应用先进技术与方法,对取自该地区的典型二叠系岩芯样品,进行了系统的地球化学、矿物组成、孔隙度及孔隙结构等方面分析。结果表明,这套二叠系烃源岩孔隙发育,平均孔隙度可达5.37%;纳米级孔隙发育,并以微孔和介孔为主;泥页岩总有机碳含量（TOC）和黏土矿物含量是控制吸附能力和孔隙大小的关键因素。二叠系富有机质泥页岩孔隙度较高,发育大量的纳米级孔隙及具有较大的比表面积,为页岩气储存提供了良好条件。     

南方古生界3套富有机质页岩矿物组成与脆性分析

应用XRD技术对南方古生界3套富有机质泥页岩进行了矿物组成测定和脆性分析。结果表明：下寒武统和上二叠统页岩中石英丰富,平均含量分别可达46.65%和44.02%;黏土矿物较低,平均含量分别为30.02%和36.41%。上奥陶-下志留统页岩黏土含量较高,平均值54.95%,石英含量较低,平均值为29.04%。3套暗色页岩脆性指数都较高,下寒武统和上二叠统样品脆性指数平均值分别高达67.06%和59.89%,上奥陶-下志留统页岩脆性指数为44.74%。研究结果说明南方古生界3套富有机质页岩具有良好的可压裂性。     

澳大利亚陆上盆地页岩气勘探前景

澳大利亚陆上盆地多为克拉通内裂谷盆地,为了明确其页岩气勘探潜力,特别是新元古代和古生代发育的海相地层的页岩气勘探潜力,从澳大利亚陆上8个盆地的地质特征入手,分析比较各个盆地有机地球化学指标,包括总有机碳、有机质类型及热成熟度等重要页岩气评价指标,并结合有利地层的分布进行研究。结果表明,现今残余的新元古代及古生代盆地发育的海相地层平均总有机质含量超过2%,为Ⅰ型和Ⅱ型干酪根,埋藏适中,热演化程度较高,具有页岩气勘探潜力。其中McArthur盆地的西部、Georgina盆地的北部和南部、Canning盆地的南部是最有希望获得页岩气突破的地区。     

下扬子区海陆过渡相不同沉积环境页岩气成藏条件对比

以下扬子区二叠系龙潭组富有机质泥页岩为研究对象,通过岩石热解模拟、元素分析测试、物性测试和X-射线衍射等实验,结合前人研究成果,对泥页岩空间展布特征、沉积微相类型、有机地球化学特征、储层特征和含气性特征等页岩气藏评价参数开展对比分析,结果表明:下扬子区龙潭组富有机质泥页岩广泛发育在滨岸平原、障壁-泻湖、三角洲前缘和浅海陆棚等海陆过渡相沉积环境中;泥页岩中有机质丰度较高,总有机碳(TOC)含量平均值为2.43%;干酪根主要为Ⅱ型、Ⅲ型;镜质体反射Ro分布范围是0.55%~2.66%,多数有机质处于中—高热成熟阶段;生烃潜力(S1+S2)平均值为2.96 mg/g,具备较大的页岩气生成潜能;研究区泥页岩物性较差,属于特低孔特低渗储层,但石英、长石、方解石等脆性矿物含量丰富,脆性指数(Ⅰ,Ⅱ)较高,有利于页岩气储层的压裂开发;保守估算下扬子区龙潭组吸附气量为0.34~0.96 m3/t,且物性封闭和烃浓度封闭作用进一步增强了页岩气的储存能力。对比不同沉积环境下页岩气成藏条件参数,综合研究认为下扬子地区障壁-泻湖相具备更为优势的页岩气成藏环境。     

四川盆地古生界泥页岩的地球化学特征

通过四川盆地古生界不同层系的探井及典型剖面样品的地球化学分析,从有机碳含量、有机碳同位素,热成熟度以及生物标志化合物特征讨论了四川盆地古生界4套泥/页岩地球化学特征及其生烃潜力。研究结果表明：古生界下寒武统、上奥陶统、下志留统3套黑色页岩有机碳含量高,平均值分别为6.31%,3.53%,1.87%,有机质类型主要为生烃能力极强的I型干酪根,δ 13C分布在-29.0‰～-32.0‰,低碳数正构烷烃相对丰度高、C27规则甾烷优势分布、三环二萜烷的相对含量较高等生物标志化合物分布特征表现了腐泥型有机质特征,有机质来源为低等水生生物和藻类;上二叠统龙潭组泥/页岩有机碳含量平均为4.0%,有机质类型为II,III型,生物标志化合物研究表明龙潭组页岩既有丰富的水生生物输入,又有一定数量的陆生生物来源, 煤和炭质泥岩母质来源以陆源有机质输入为主。     

页岩气形成机制的生烃热模拟研究

选择Green River,Woodford及珠江口等3种不同有机质类型的低成熟页岩,采用密封金管-高压釜体系,在24.1 MPa围压下,以20 ℃/h和2 ℃/h的升温速率进行生烃热模拟实验,测定产物气态烃和液态烃的产量及气态烃的碳同位素组成,探讨页岩气生成机制。随温度的升高,页岩有机质热演化成烃可分为3个阶段：① 热解初期的生油阶段,液态烃产量增加迅速,在Ro=0.9%～1.1%时达到峰值,气态烃产量较低;② 油裂解生气阶段,液态烃产量降低,气态烃产量迅速增加;③ 气裂解阶段,气态烃产量略微增加,气体明显变干。气态烃的δ 13C先变轻后变重,I型页岩气态烃的δ 13C在热解初期阶段呈现局部倒转,δ 13C1 <δ 13C2 >δ 13C3 <δ 13nC4。气态烃来源于有机质的初次裂解和大量液态烃的二次裂解,气态烃的产量主要受有机质类型的控制,I型泥页岩气态烃产量最高。页岩气中碳同位素局部反序可能是液态烃二次裂解成气的标志,或由不同演化阶段来源气态烃混合造成的。