涪陵地区五峰-龙马溪组页岩流动特征

涪陵页岩气田是我国第一个实现商业化开发的页岩气田,上奥陶统五峰-龙马溪组为该区主力产气层。通过开展核磁共振实验、高温高压等温吸附实验、分子动力学模拟、扩散实验、低速渗流实验,同时结合理论计算,初步揭示了目的含气页岩层页岩气流动特征。研究表明,涪陵地区五峰-龙马溪组页岩孔径以小于10nm为主,占比80%以上;气体分子主要以单层吸附为主。涪陵地区页岩地层压力低于10~15MPa时,页岩气开始大量解吸;扩散系数随孔隙压力、含水饱和度增大而减小,随温度增加而增大;甲烷气体在孔隙压力小于5MPa时,滑脱效应显著;在地层温度和压力条件下,页岩气在孔径大于200nm孔隙中,流态为达西流,在孔径介于2~200nm孔隙中,页岩气流态以扩散和滑脱流为主。     

黔北地区五峰组—龙马溪组页岩储层特征分析

伴随国内页岩气勘探开发的深入,四川盆地勘探开发逐渐由盆内转向盆缘区域,尤其在黔北地区正安区块获得的勘探突破,更是使得该区域成为新的热点区。基于此,针对黔北地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩储层,通过对钻井岩心观察及野外露头剖面地质调查,结合岩石薄片分析、扫描电镜观察和地球化学分析资料进行研究,对该区储层特征进行分析总结,以对该区域页岩气未来勘探开发提供相关依据和支持。研究结果表明:①储层有机碳含量集中分布于0.65%～6.50%;干酪根类型以腐泥型为主,已进入高成熟—过成熟早期演化阶段;②脆性矿物含量64.1%～86.5%,平均79.4%;孔隙度平均4.1%,基质渗透率平均0.002 mD;③储层孔隙以有机质孔、矿物颗粒粒间微孔、晶间孔和次生溶蚀孔为主,裂缝较为发育;④岩心比表面平均为21.7 m~2/g,微孔隙较为发育;⑤总含气量一般大于1m~3/t,最高达6.5m~3/t。同四川盆地内建产区块对比,该区储层具有高有机碳含量、高成熟度、高含气量、高脆性的特征,虽储层性质略差,但埋深较浅,具有较大的勘探潜力。     

焦石坝区块五峰组与龙马溪组一段页岩有机孔隙结构差异性

焦石坝区块五峰组和龙马溪组一段海相富有机质页岩中纳米有机孔隙十分发育,有机孔隙成为该页岩气储层的重要储集空间。应用场发射扫描电镜（FE-SEM）和ImageJ统计软件以及气体吸附测试,对五峰组和龙马溪组一段下部和上部3套页岩的20块样品有机孔隙结构（孔隙形状、数量、孔径分布）进行了观察和参数统计分析,并对有机质面孔率进行了计算。根据利用FE-SEM观察到的孔径分布在2~900 nm,主要在10~900 nm的有机孔隙特征发现五峰组、龙马溪组一段下部和上部页岩的纳米有机孔隙结构存在明显的差异性。五峰组页岩有机孔隙形状多为不规则棱角形,而龙马溪组一段页岩有机孔隙形状多呈椭圆形和近圆形。五峰组页岩样品孔径在10~50 nm有机孔隙相对最发育,其次是龙马溪组一段上部;而龙马溪组一段下部页岩样品孔径在50~900 nm的有机孔隙相对最发育,其次是龙马溪组一段上部。根据孔径主要在10~900 nm的6 1400余个有机孔隙的统计结果,页岩样品平均单颗粒有机质面孔率与有机碳含量（TOC）有粗略的正相关性,但五峰组页岩样品平均有机质面孔率相对略偏小。根据气体吸附孔径测定及分析,页岩样品中孔径在0.3~1.5 nm和2~10 nm范围的纳米孔隙发育程度与TOC具有明显的正相关性。焦石坝区块五峰组、龙马溪组一段下部和上部页岩有机碳含量的差异性、五峰组页岩处于挤压滑脱层底部且经历了更明显的分层滑脱改造以及改造引起的部分超压释放,可能是3个层位页岩有机孔隙结构差异性的原因。     

川南长宁地区五峰组—龙马溪组页岩脆性特征

脆性是页岩气储层地质评价的重要内容。以露头和钻井资料为基础,提出基于“石英、白云石和黄铁矿”3种矿物的脆性指数计算方法,并结合弹性参数脆性指数法对川南长宁地区五峰组—龙马溪组页岩脆性特征进行了定量评价;在此基础上着重分析了脆性指数与矿物组成和有机碳含量的相关性;应用“矿物三端元+沉积微相”法,在有利岩相研究的基础上,综合页岩脆性特征对研究区“甜点层”进行了进一步的优选。结果表明：研究区五峰组—龙马溪组底部厚度约30~40m的页岩段脆性最好,矿物脆性指数达50%~75%,杨氏模量平均为37.84GPa,泊松比平均为0.19,弹性参数脆性指数平均为61%,且自下而上脆性变差;脆性指数与矿物组成和有机碳含量的相关性显著,反映了沉积环境对页岩脆性特征的重要影响;长宁地区的“甜点层”为深水陆棚发育的硅质页岩相和钙质硅质混合页岩相,平均脆性指数大于50%,平均有机碳含量大于3%,分布于五峰组至鲁丹阶中下部,累计厚度约为42m。     

焦石坝地区五峰-龙马溪组页岩硅质表征及来源分析

页岩的脆性矿物含量及有机质含量是页岩气高效开发的重要控制因素。焦石坝地区五峰-龙马溪组页岩的脆性矿物主要为硅质,通过常量元素和微量元素分析,结合各种岩相的岩心宏观和薄片微观特征,明确了焦石坝地区硅质页岩的硅质主要为生物成因,泥质页岩中的硅质主要为陆源碎屑硅,硅质页岩中的硅质含量与有机质含量具有很好的正相关性,有机碳与硅质的同步富集是焦石坝地区五峰-龙马溪组一段页岩最主要的特征之一,为客观评价焦石坝地区五峰-龙马溪组页岩的页岩气潜力打下了必要基础。     

川南威荣页岩气田五峰组-龙马溪组页岩沉积相特征及其意义

以川南威荣页岩气田五峰组-龙马溪组典型取心井为例,基于岩心观察,有机碳测试、生物鉴定、现场含气量解析和测录井等资料开展了富有机质页岩微相划分。五峰组-龙马溪组一段沉积相主要为深水陆棚亚相,根据矿物组成不同可划分为6种微相：黏土质硅质、富硅生物、硅质黏土质、钙质黏土质、含钙富黏土和富黏土深水陆棚微相。纵向上,前4种页岩相带具有高有机质丰度（≥ 3%）、高孔隙度（≥ 5%）和高含气量特征（≥ 2 m³/t）,其中高有机质丰度为页岩气生成提供物质基础,同时生烃过程中产生大量的有机孔为页岩气赋存提供空间,尤其是富硅生物页岩脆性矿物含量高,具有高孔、高渗特征,工程上易于压裂,是页岩气富集最有利相带和页岩气勘探开发的甜点层段;横向上,这4种有利相带在威荣页岩气田的西区较厚,其勘探潜力优于东区。     

四川盆地平桥地区五峰—龙马溪组页岩微观孔隙特征研究

基于氩离子抛光扫描电镜、吸附脱附实验等方法,对四川盆地平桥地区五峰组-龙马溪组下部页岩微观孔隙进行了研究。结果表明,富有机质的硅质页岩和碳质页岩微观孔隙以有机孔和微裂缝为主;孔隙结构相对复杂,孔隙形态丰富,孔径范围较大。吸附脱附实验显示,该页岩既有狭窄的平行板片状孔、少量的锥形平板孔和楔形孔,孔隙连通性相对差,又有规则开放圆孔与一端开口的墨水瓶状孔,孔隙开放性、连通性相对好。氩离子抛光扫描电镜法测量有机孔以细介孔为主且偏向微孔;吸附法测量比表面积为9～32.6 m²/g,平均18.0 m²/g,值偏低,BET法孔径为3.23～4.35 nm,BJH法孔容平均0.016 5 cm³/g,以细介孔为主,且偏向微孔界线。综合分析认为,研究区页岩储层微观孔隙以细介孔为主,且介孔和微孔贡献了绝大部分的比表面积。     

页岩气富集高产主控因素分析——以四川盆地涪陵地区五峰组-龙马溪组一段页岩为例

以四川盆地涪陵地区五峰组-龙马溪组海相页岩为研究对象,综合岩心观察、地化分析、测井和地震资料,分别从页岩气富集和高产两方面开展主控因素系统分析,明确有机碳含量、微-纳米尺度孔隙和保存条件是页岩气富集主控因素。其中有机碳含量不仅是评价页岩原生品质的重要参数,同时影响微-纳米尺度孔隙发育特征,而保存条件是页岩气富集的重要基础保障。页岩气高产受脆性矿物含量、埋深、构造形态和裂缝因素影响,其中脆性矿物含量越高,页岩可压性越好;页岩埋深及构造形态对于地应力影响较大,从而影响页岩储层的压裂改造效果;裂缝的发育导致压裂过程中压力的定向性泄压,无法形成有效复杂缝网。     

四川盆地涪陵地区五峰组-龙马溪组含气页岩段纵向非均质性及其发育主控因素

四川盆地涪陵地区下志留统龙马溪组发育一套富有机质泥页岩,勘探证实为一套优质含气页岩储层。该套页岩具较强的纵向非均质性,直接影响了储层含气量及储层可改造性。研究首先建立了页岩等时层序地层对比格架;在等时地层格架中,分析了页岩储层在岩矿组成、黄铁矿含量、沉积构造、有机质丰度等方面的非均质性特征。在海侵期,页岩中主要发育自生硅质和沉积成因的自生黄铁矿,页理发育,有机碳含量高,与硅质之间呈现特殊的正相关耦合关系。早期高位域时期,页岩中主要包含陆源粉砂,发育小型波纹层理和透镜状层理;粘土质含量较海侵期有所增加,有机碳含量中等;兼有沉积成因的自生黄铁矿和后期次生成因的黄铁矿。晚期高位域时期,粘土质含量进一步增加;粉砂质含量减少;有机碳含量低;兼有沉积成因的自生黄铁矿和后期次生黄铁矿。从沉积作用、古海洋生产力和氧化还原环境等方面探讨了非均质性的影响因素,明确其主要受控于陆源供给速率、古生产力、水体氧化还原性和古洋流等因素。     

上扬子地区五峰组—龙马溪组黑色页岩高频层序划分

上扬子地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组是中国页岩气勘探开发最成功的层位。开展该套地层黑色页岩高频层序划分,有助于理解有机碳在页岩中的分布特征。以上扬子地区N211井的五峰组—龙马溪组黑色页岩为研究对象,分析了自然伽马（GR）与总有机碳含量（TOC）特征,基于旋回地层学理论划分了黑色页岩高频层序。结果表明：上扬子地区五峰组和龙马溪组下部黑色页岩GR值与TOC值整体上由五峰组底部到五峰组顶部的观音桥段逐渐变大,观音桥段出现极大值,再由观音桥段向龙马溪组逐渐变小。利用GR频谱分析及其滤波曲线,在五峰组和龙马溪组下部分别识别出约6个和7个长偏心率周期,据此,将五峰组和龙马溪组下部划分为12个完整的四级层序和1个不完整的四级层序。该研究可为黑色页岩高频层序划分提供典型案例,并为上扬子地区五峰组—龙马溪组页岩气甜点段预测提供参考,即：在五峰组—龙马溪组页岩高频层序结构中,层序边界附近的黑色页岩有机质富集程度相对较高。     

涪陵地区五峰组-龙马溪组页岩吸附-游离气定量评价及相互转化

地层条件下页岩气主要以吸附和游离两种形式存在,确定页岩气的吸附-游离比例,对于评价页岩含气量及合理制定页岩气开发方案有着重要意义。对涪陵地区五峰组-龙马溪组页岩气而言,目前仍缺乏对其吸附-游离量的精细评价,对吸附-游离气的影响因素及转化规律尚未有清晰的认识。因此,在分析涪陵页岩吸附-游离气影响因素的基础上,建立根据页岩物质定量表达最大吸附量的模型,并选用微孔填充模型表征页岩绝对吸附量,评价实际吸附气和游离气含量,计算吸附-游离气比例。并研究了温压、TOC、含水饱和度、孔隙度等因素对吸附-游离气转化的影响,探讨不同条件下页岩吸附-游离气之间的相互转化。研究表明,涪陵地区五峰组-龙马溪组页岩由浅层到深层吸附气量逐渐增多,但随着深度进一步增加,页岩绝对吸附量不再变化;研究区页岩吸附气比例平均值约34%。在2 000~3 500 m深度范围内比较单一因素对吸附-游离气转化的影响,发现孔隙度、TOC对吸附比例影响显著,含水饱和度的影响次之,而压力系数改变对吸附气比例的影响最弱。     

四川盆地威远地区五峰组—龙马溪组页岩TOC含量地震定量预测方法及应用

四川盆地威远地区内部钻井少,仅靠岩心实测和测井计算的TOC含量评价该区页岩气资源潜力难度较大,利用地震资料预测页岩TOC含量不但能弥补该区钻井取心少的不足,而且能够评价无井地区页岩的TOC含量。以四川盆地威远地区W201井区三维五峰组—龙马溪组一段1亚段为例,利用钻测井及三维地震资料定量预测了页岩TOC含量的平面及空间分布。首先通过测井计算得到的TOC与地球物理参数交会分析,优选出敏感参数密度,在此基础上,分析该区钻井岩心实测和测井计算的TOC含量与密度的关系,得到计算TOC含量的地震预测模型,然后利用叠前同时反演技术获得该区的密度体,通过预测模型最终实现页岩TOC含量的定量预测。结果表明:①地震预测的TOC与岩心实测和测井计算TOC结果较为吻合,误差较小;②研究区东南部及北部W201井区TOC含量较高,平均值可达2%～4%,为勘探开发有利区。结论认为,该TOC定量预测方法对于研究区适用有效,且对川南地区页岩气勘探开发评价具有一定的指导意义。     

上扬子地区五峰组—龙马溪组优质页岩沉积主控因素

为揭示上扬子地区优质页岩的分布规律和沉积主控因素,基于四川盆地南部(以下简称川南)野外露头剖面和钻井资料,结合地球化学元素测试和生物地层分析结果,从板块运动、海平面变化、古生产力、沉积速率、古地理环境等方面研究了该区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩的分布规律和沉积主控因素。结果表明:①扬子地块与周缘地块的碰撞、拼合及板内变形作用总体呈现早期和缓、晚期强烈,西北部和缓、东南部强烈的态势,造就了上扬子沉降沉积中心向西北迁移,川南海域封闭性出现早期弱、晚期强的演化特征;②海平面在奥陶纪—志留纪之交呈现由深→浅→深→浅的旋回变化,早期的高海平面与稳定海盆配置,形成了海底大面积缺氧、有机质有效保存的构造沉积空间;③受构造活动和海域封闭性的影响,川南海域古生产力呈现早期高、晚期低的变化趋势,沉积速率则表现为早期慢、晚期快的变化特点;④富有机质、富硅质页岩的规模沉积和分布主要受缓慢沉降的稳定海盆、相对较高的海平面、半封闭水体和低沉积速率等因素的控制。结论认为:①该区优质页岩多期叠置、横向连片、沉积时代向西北不断变新,优质页岩形成主要在五峰期—鲁丹期,其次为埃隆期;②主力勘探层系在川南—川东坳陷区为五峰组—鲁丹阶,在威远地区为鲁丹阶—埃隆阶,在川中—川北地区则为五峰组—特列奇阶。     

重庆南川地区五峰组—龙马溪组黑色页岩沉积环境与有机质富集关系

利用有机碳、硫以及主量元素和微量元素等地球化学方法,分析了重庆东南部南川县三泉剖面的上奥陶统五峰组黑色页岩、观音桥段泥灰岩、下志留统龙马溪组黑色页岩的沉积环境与有机质的富集关系。结果表明,五峰组中上段和龙马溪组下段为有机质富集层段,Ba、P显示晚奥陶世—早志留世四川盆地内具有较高的生产力水平;V/Cr、Ni/Co和S/C等指示五峰组沉积时为缺氧还原条件,冰期观音桥段为富氧—贫氧环境,龙马溪组为厌氧硫化环境;Mo/TOC表明五峰组页岩受局限盆地控制,观音桥段和龙马溪组为中等—弱滞留环境;Ce异常揭示了冰期前后古海平面的变化对海底氧化还原条件造成的影响;TOC与Ba、Ti/Al的弱相关性表明初级生产力水平与陆源碎屑对五峰组—龙马溪组黑色页岩有机质的富集影响较小;而与V/Cr、Ni/Co的正相关性则表明缺氧还原的沉积环境是影响五峰组—龙马溪组黑色页岩有机质富集的主要因素。     

鄂西南地区五峰组-龙马溪组连续沉积特征

湘鄂西地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组间未发育明显的奥陶系观音桥组介壳层,且至少缺失了2个笔石带,被认为是存在湘鄂西水下隆起/高地。此次研究通过对鄂西南地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组沉积特征及沉积环境分析,发现五峰组—龙马溪组为连续沉积,沉积水体总体呈逐渐变深—逐渐变浅的特征;在五峰组的深水陆棚相之上,发育全球冰期背景下的赫南特期浅水陆棚相,矿物组分以石英含量最高,黏土矿物含量最低,有机碳含量较高为典型特征;其元素组分以Al2O3含量相对最低,SiO2含量相对最高为特征,岩石类型为炭质泥质粉砂岩;在五峰组—龙马溪组沉积过程中,经历了明显变冷的时期,即赫南特期的存在。鄂西南地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组以浅水陆棚相最为发育且岩性快速变化,相对中上扬子其他地区,沉积水体较浅,对页岩气富集造成不利影响。     

川南地区五峰组—龙马溪组页岩微观孔隙结构特征及主控因素

为研究川南地区五峰组-龙马溪组页岩储层的孔隙结构特征及主控因素,对9口取心井的页岩样品开展了有机地球化学、X射线衍射全岩矿物含量及黏土矿物相对含量分析、氩离子抛光扫描电镜观察、高压压汞测试和气体（CO₂和N₂）等温吸附实验等研究。结果表明：①页岩总有机碳（TOC）质量分数平均为2.42%,等效镜质体反射率（R_o）平均为2.83%,有机质处于过成熟阶段;黏土矿物以伊/蒙混层-伊利石-绿泥石组合为主,处于晚成岩阶段。②页岩的平均孔隙度为2.49%,孔径主要为2.6~39.8 nm,以细颈墨水瓶状和狭缝孔为主;饱和吸附气质量体积为0.014 7~0.032 2 cm³/g,总孔隙比表面积为19.49~40.68 m²/g,介孔和宏孔为页岩气的储集提供了主要储集空间,微孔对孔隙的比表面积贡献较大。③TOC,R_o和黏土矿物相对含量等均对微孔和介孔的比表面积具有一定的控制作用,黏土矿物层间孔的发育程度对介孔和宏孔的孔隙体积具有一定的影响,脆性矿物含量与微孔、介孔、宏孔的孔隙体积均呈负相关关系。该研究成果对川南地区寻找优质储层和页岩气富集区均具有指导作用。     

四川盆地五峰组—龙马溪组含气页岩中石英成因研究

为了分析含气页岩中石英的成因类型及其对页岩储层质量的影响,以四川盆地五峰组—龙马溪组含气页岩层段为主要研究对象,利用X-射线衍射分析、扫描电镜、阴极发光、能谱分析及主量元素测试等手段,识别出陆源石英和成岩过程中形成的石英。陆源石英阴极光下表现为强发光,单色阴极发光光谱一般有2个峰值,主峰出现在620~650nm处,次峰出现在420~450nm处;成岩过程中形成的石英单色阴极发光特征为弱发光—不发光,光谱通常在波长620nm附近出现峰值。成岩过程中形成的石英包括以隐晶、微晶及微晶聚集体的形式出现,呈不规则状的生物成因石英;以及嵌入在黏土基质中微米级颗粒,呈短链状、小晶簇状聚集,或以板片状、小晶片状形式存在的黏土矿物转化过程中形成的石英。TOC值与石英含量呈明显的正相关关系,说明高石英含量且富含生物成因石英页岩沉积时,有利于有机质的富集,并且页岩储层脆性高,可压裂性好。     

渝东南地区五峰组-龙马溪组黑色富有机质页岩岩性及沉积相研究

本文对研究区五峰-龙马溪组富有机质页岩岩性及沉积相进行了系统分析。五峰-龙马溪组水体经历了深-浅-深-浅的旋回,总体上属于陆棚沉积。     

四川盆地焦石坝地区五峰-龙马溪组页岩元素地球化学特征及对页岩气开发的意义

选择四川盆地焦石坝地区JYA、JYD两口井的85块页岩岩心样品,进行了有机碳和主、微量元素测试分析。通过分析主、微量元素在剖面上的纵向变化特征,对焦石坝地区五峰组-龙马溪组含气页岩的氧化还原条件和古生产力状况进行了研究,讨论了五峰组-龙马溪组有机质富集的主控因素;探讨了地球化学元素对页岩可压性的影响和含气性的指示。研究区五峰组-龙马溪组下部优质气层段有机质含量高,平均值为3.07%。与含气页岩段相比,优质气层段页岩中的SiO₂和CaO含量较高,Mo、Cr、V、Ni、Th和U等氧化还原敏感元素富集。V/Cr、V/Sc、U/Th和Ni/Co等氧化还原条件判别指标表明,五峰组沉积期以缺氧-贫氧环境为主,龙马溪组沉积期下部以缺氧环境为主,往上则主要为含氧环境。古生产力指标Ba_（xs）指示五峰组-龙马溪组页岩沉积期具有高等生产力背景。优质气层段有机碳含量与Mo/Al、U/Th、Ni/Co、V/Sc值之间存在明显的正相关,说明有机质富集主要受氧化还原条件控制。另外,优质气层段页岩生物成因的硅质含量高,且有机碳含量与SiO₂含量呈正相关,有利于形成天然裂缝和后期人工压裂改造。优质气层段的地化元素比值明显高于含气页岩段,说明化学元素比值与页岩含气性之间存在一定的相关性。     

川南地区下古生界五峰组-龙马溪组含气页岩岩心裂缝特征及其页岩气意义

裂缝直接影响页岩储层特性和页岩气井单井测试产量。通过岩心和露头宏观裂缝描述、偏光显微镜和场发射扫描电镜微裂缝观察发现,川南地区五峰组-龙马溪组含气页岩宏观裂缝和微裂缝发育,可划分为顺层缝和非顺层缝。宏观裂缝中,顺层缝主要为页理缝和层间滑移缝,非顺层缝主要为斜交缝和垂直缝。微裂缝中,顺层缝主要为页理缝,非顺层主要为生烃增压缝、成岩收缩缝和溶蚀缝。含气页岩的裂缝以顺层缝为主,75 %的宏观裂缝和87 %的微裂缝均为顺层缝。裂缝密度和分布受埋深控制,埋深大于3 500 m地区裂缝集中发育于龙一^1（1-3）小层,而埋深小于3 500 m地区裂缝集中发育于龙一^1（1）小层。且随着埋深增加,宏观裂缝和微裂缝的密度均增大,部分井中埋深大于3 500 m含气页岩井宏观裂缝密度是其他埋深小于3 500 m同层含气页岩的10倍。页岩有机碳含量和层理类型也影响含气页岩的裂缝密度,高总有机碳含量的条带状粉砂型和砂-泥递变型水平层理页岩裂缝密度最大。裂缝发育有利于优质页岩段形成,埋深小于3 500 m地区优质页岩段主要发育于龙一^1（1）小层;埋深大于3 500 m地区优质页岩段发育于龙一^1（1-3）小层,部分井龙一²亚段底部由于成岩收缩缝发育,也成为优质页岩段。