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。     

湖南花垣页岩气区块地质评价与勘探展望

利用露头、钻井、岩心等资料,以构造、沉积、地球化学、储层和含气性等研究为重点,对湖南花垣区块下寒武统牛蹄塘组页岩气形成的地质条件与特征进行了初步探索,指出区块构造简单,深水陆棚、半深海—深海沉积环境控制牛蹄塘组页岩发育与分布,富有机质页岩厚度大,有机质类型为Ⅰ型,有机碳含量一般大于2.5%,有机质成熟度RO值大于2.0%,达到高—过成熟阶段;页岩的矿物以石英和黏土矿物为主,硅质含量较高、碳酸盐含量低、黏土矿物中主要以伊利石和伊/蒙混层为主,利于后期压裂改造和吸附气的大量富集;储层具有致密非渗特征,但含气性较好;目的层顶、底板具有封盖性,保存条件较好。通过地质评价和资源量计算,花垣区块牛蹄塘组页岩气资源量较为丰富,勘探有利区面积大,具备较好的页岩气形成地质条件,是较现实的页岩气勘探开发区域。     

湘鄂西地区下寒武统页岩气成藏地质条件

湘鄂西区下寒武统牛蹄塘组是华南海相页岩气勘探的重要层系,而对该层系的研究远不及五峰-龙马溪组,且页岩气成藏地质特征还缺少系统分析。为此,本文基于大量的钻井、岩心、露头等的分析测试资料,从沉积、地化、储层及含气性等方面,对湘鄂西区下寒武统牛蹄塘组页岩气形成的地质条件进行了探索,指出了早寒武世深水陆棚沉积环境控制了牛蹄塘组富有机质暗色页岩的平面展布,深水陆棚沉积中心暗色页岩厚度最大,牛蹄塘组有机碳含量普遍较高,TOC平均含量都在2%以上,纵向上富有机质暗色页岩集中发育在牛蹄塘组的下部,演化程度较高;暗色页岩脆性矿物含量高、可压性好,微裂缝发育,并发育少量的有机孔;暗色页岩钻井气显示活跃。总体认为,湘鄂西区下寒武统牛蹄塘组具有优越的页岩气形成地质条件,宣恩-来风地区一带是牛蹄塘组页岩气勘探的最有利区域。     

湖南常德地区牛蹄塘组页岩特征及含气性

下寒武统牛蹄塘组是常德地区重要的页岩气勘探层位之一,岩石类型主要为富炭硅质页岩、炭质页岩和石煤。以单井地质分析为基础,结合区域地质和露头资料,对常德地区牛蹄塘组黑色页岩有机地球化学、岩矿组成、储集空间类型、力学性质、含气性等进行了研究。该区牛蹄塘组地层相对稳定、分布范围广、页岩厚度大、有机碳含量高、有机质类型好、热演化程度高,孔隙和微裂缝发育,比表面积大、吸附气能力强,脆性矿物含量较高,具备良好的可压裂性。CY1井揭示牛蹄塘组页岩厚度大,含气量达到0.5~2.1m3/t,具有良好的储集条件。综合研究认为常德地区牛蹄塘组具有较好的页岩气勘探潜力。     

黔西北仁页2井牛蹄塘组页岩特点及含气评价

上扬子地区广泛发育下古生界海相页岩。研究表明:牛蹄塘组富有机质段岩性以深水陆棚相黑色炭质页岩和黑色硅质页岩为主,有机质类型以Ⅰ型为主,总有机碳含量为0.37%~11.83%,变化幅度较大,有机质成熟度为2.01%~3.11%,处于成熟—过成熟阶段,储集空间以微孔和中孔为主,连通性差。利用测井数据、等温吸附实验对页岩含气量进行分析,牛蹄塘组总含气量为0.68~6.04 m3/t。仁页2井揭示了黔西北地区下寒武统牛蹄塘组富有机质页岩具有高有机质丰度、高有机质成熟度、含气性较好的特点,表明牛蹄塘组具有较好的页岩气资源潜力。     

上扬子地区下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏条件

基于上扬子地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩的野外露头、钻井、岩心等资料,通过显微薄片、扫描电镜及X-衍射、压汞分析、等温吸附等多项实验测试分析,以牛蹄塘组黑色页岩的地层、岩石学、地球化学、地球物理和页岩含气性等为重点,对上扬子地区下寒武统牛蹄塘组页岩气形成的成藏条件与特征进行了初步探索。研究表明上扬子地区下寒武统牛蹄塘组以浅水-深水陆棚沉积环境控制富有机质页岩的发育,沉积厚度一般在50~300 m;有机碳含量在1.5%以上,有机质成熟度达到高-过成熟阶段;富有机质页岩脆性矿物丰富、粘土矿物演化程度高,以伊利石稳定矿物为主,不含蒙脱石;多种孔隙类型及裂缝发育,可为页岩气的赋存提供良好储集空间;富有机质页岩含气量达到了页岩气商业开发下限2.0 m³/t。综合各种成藏条件,认为资阳-自贡一带、黔北和渝东南-湘鄂西地区为页岩气有利勘探区带。     

中扬子地区牛蹄塘组页岩气成藏地质条件

近年来,我国南方海相页岩气勘探开发快速推进,上扬子威远、中扬子宜昌等地先后在牛蹄塘组(水井沱组)见良好气显示,中扬子地区下寒武统该套页岩较为发育,勘探前景广阔。结合中扬子重点钻井取心资料,采用X-衍射、氩离子抛光扫描电镜和比表面积等实验测试方法进行分析,研究中扬子地区下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏地质条件。研究认为:牛蹄塘组主要为深水陆棚-盆地相沉积环境,富有机质页岩厚度50~200m,孔隙度2.0%~3.0%。在此基础上,对牛蹄塘组页岩含气性进行了研究。     

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。     

中扬子长阳地区寒武系牛蹄塘组页岩气成藏地质条件

中扬子湘鄂西褶皱带是湖北省页岩气勘探的首要目标区,但其页岩气勘探程度很低,尤其是寒武系及前寒武系。在寒武纪—早奥陶世,长阳地区发生广泛、快速海侵,在深水陆棚沉积背景下发育一套广泛而稳定、以黑色泥页岩和钙质页岩为主的下寒武统牛蹄塘组富有机质页岩层系。野外露头、镜下薄片观察及地层对比结果表明,研究区牛蹄塘组按照岩性可分为上、中、下3段,自南向北呈现逐渐增厚的趋势,沉积的黑色泥页岩厚度稳定且达到100 m左右。地化分析、储层特征以及含气量等温吸附实验结果表明,研究区牛蹄塘组黑色泥页岩具有较高的有机质丰度和成熟度,干酪根类型有利于生成气态烃类;岩石中脆性矿物含量较高,有机质孔隙和粒内孔隙十分发育,微裂缝也较发育;模拟吸附气含量较高,具有较好的页岩气吸附能力;孔隙度和渗透率低,属于低孔—特低孔、特低渗透型储层。长阳地区及邻区牛蹄塘组埋深适中、产状平缓且断裂不发育地区是下步页岩气勘探的有利目标区。     

湘西—黔东下寒武统牛蹄塘组页岩气勘探前景

目前湘黔地区已被列入中国页岩气勘探开发的重点地区。通过野外地质调查、钻测井资料分析和样品实验测试等手段,对湘黔地区下寒武统牛蹄塘组富有机质页岩分布特征、有机地球化学特征、储层特征及含气潜力等进行了研究,并探讨了其页岩气勘探前景。研究表明,牛蹄塘组富有机质页岩为浅水—深水陆棚沉积,厚度为40～150m;有机碳含量较高,最高达17.01%;有机质热演化程度较高,等效镜质体反射率为2%～4%,处于高成熟—过成熟演化阶段;矿物成分主要以石英和黏土矿物为主,含有少量的钾长石、斜长石、方解石及黄铁矿等。资料井钻探及等温吸附实验表明,该地区富有机质页岩具有一定的含气潜力,并认为该区多期次构造活动可能对页岩气的保存条件有一定影响。结合美国Barnett页岩气选区标准,综合脆性矿物含量、构造及地形等因素,初步优选了松桃—铜仁、秀山—吉首、龙山—永顺、桑植和常德5个有利区块。     

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。     

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。     

四川盆地焦石坝地区龙马溪组泥页岩储层测井识别

与常规气藏相比,页岩气藏具有弱敏感地球物理参数特征,这就大大增加了地球物理测井技术识别页岩气储层的难度。为此,对四川盆地焦石坝地区下志留统龙马溪组海相页岩气井的测井曲线进行了对比分析,总结出泥页岩在常规测井曲线上具有高自然伽马、高铀、低钍、低钾、相对高电阻率、高声波时差、低中子、低密度、低光电吸收截面指数的特征;在元素测井资料上表现为硅含量增加,铝含量和铁含量降低。以泥页岩测井响应特征为基础,优选对泥页岩最为敏感的自然伽马测井曲线、中子测井曲线、密度测井曲线,将上述曲线进行叠合能较好地识别泥页岩,有效区分富有机质泥页岩和非富有机质泥页岩。在定性识别的基础上,密度测井值能较好识别非富有机质泥页岩和富有机质泥页岩,前者密度测井值介于2.61~2.70g/cm3,后者小于2.61g/cm3。采用上述测井识别方法得到的结果与现场含气量测试、实验实分析有机碳含量和气测录井结果有着较好的一致性,可以为该区页岩气测井参数计算提供依据。     

低阻页岩气层含气饱和度计算新方法

四川盆地涪陵地区焦石坝页岩气田的产层为上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组,其底部一般发育厚度20 m左右、有机质含量和含气丰度均高的优质页岩气层,但是该层段却不具有最高的电阻率数值,较低的电阻率往往会导致利用电法测井信息的Archie等公式计算获得的含气饱和度远远低于实验分析值。为提高页岩气层关键参数的计算精度,开展了寻求利用非电法测井信息计算含气饱和度的方法研究。在深入分析该区页岩气层低阻成因的基础上,剖析了传统电法测井求取含气饱和度的局限性,阐述了利用中子—密度孔隙度重叠计算含气饱和度的可行性。根据页岩气层中子、密度等孔隙度测井响应特征,采用岩心实验刻度,利用密度测井值、密度孔隙度、密度与中子孔隙度的差值,以及通过优化最佳叠合系数的双孔隙度重叠等多种方法建立了页岩气含气饱和度计算模型。该新方法有效避开了电法测井中的低阻因素的影响,从根本上解决了优质页岩气层段含气饱和度计算数值偏低的问题,在实际应用中见到了良好的效果,为该区页岩气储量的准确计算提供了技术支撑。     

黔东南地区岑巩页岩气区块勘探潜力

上扬子地台页岩气资源丰富,特别是下寒武统牛蹄塘组勘探潜力巨大。岑巩页岩气区块位于上扬子地台牛蹄塘组主要页岩气富集区,其页岩气勘探潜力亟待深入和准确评价。运用地层对比、储层分析和烃源岩地球化学分析等手段,结合前人研究成果,对岑巩页岩气区块的构造、储层和烃源岩特征进行了系统研究。通过上述研究,厘定了研究区牛蹄塘组地层的分布范围、储层物性、烃源岩厚度等参数及其分布特征,结合岑页1井含气量测试结果,进一步计算了该区块的资源量。结果表明,岑巩页岩气区块牛蹄塘组有机质类型主要为Ⅰ型和Ⅱ₁型;烃源岩有机质含量高,平均为3.38%;计算镜质体反射率平均为3.56%,达到成熟晚期阶段;储层具有低孔-超低渗、高比表面积特征;区块的可采资源量达71.94×10⁸ m³。由此可认为,岑巩页岩气区块具备了较好的烃源岩、储层、埋藏条件,可采资源量大,可以选择该区块的民和、羊桥和大坪等有利地区进行下一步的勘探和评价工作。     

湘西北下寒武统牛蹄塘组页岩含气性影响因素分析

湘西北地区下寒武统牛蹄塘组发育了一套富有机质泥页岩,其分布稳定且厚度较大,在桑植石门复向斜一带埋深大,保存较完整。牛蹄塘组页岩气富集甜点区的页岩气质量体积为 1.48～8.75 m³/t,具有很好的工业开发价值。 有机碳含量既决定了页岩气的资源潜力,同时也影响页岩气的吸附和存储能力。对牛蹄塘组页岩气的研究认为：储集空间主要可分为原生晶间或粒间微孔隙、有机质微孔隙、不稳定矿物溶蚀孔、构造裂缝和解理缝等 5 种成因类型;页岩气较易发生吸附和解吸作用,吸附态气所占较大比例;页岩气存储状态主要受有机碳含量和储集空间类型的综合影响;高过成熟富有机质页岩生成的天然气在较好的保存条件下仍然可以聚集并成藏;温压条件、埋藏深度和矿物组成等对页岩含气性的影响均相对较小。     

保存条件对四川盆地及周缘海相页岩气富集高产的影响机制

以四川盆地及周缘牛蹄塘组和五峰组-龙马溪组2套页岩层为研究对象,通过对不同地区、不同含气性和产量的典型页岩气井进行解剖,探讨了影响页岩气保存条件的主控因素及评价体系。研究认为:顶底板条件、页岩自身封盖作用是该区页岩气早期滞留于页岩内的关键因素,后期构造改造强度与所持续的时间对页岩气藏的含气丰度具有明显的调整作用;保存条件对页岩气层的含气量、孔隙度、含水饱和度、电阻率以及页岩气气体组分等有明显的影响,保存条件差,页岩气层含气量、孔隙度、电阻率通常较低,含水饱和度、N₂含量则较高,这些被影响的参数可以作为评价页岩气保存条件优劣的间接指标。建立了四川盆地及周缘复杂构造区下古生界海相页岩气5大类、28项参数的保存条件综合评价指标体系,即主要是封盖条件、页岩气层自身封堵性、构造作用（构造改造时间、断裂作用、地层变形强度等）等条件在时间和空间上的组合关系,另外页岩气层含气性表征参数和压力系数同样可在一定程度上指示保存条件的优劣。      

黔北地区海相页岩气保存条件——以贵州岑巩区块下寒武统牛蹄塘组为例

中国南方地区发育多套海相富有机质页岩,页岩气资源丰富,但与北美地区相比,具有形成时代老、热演化程度高、构造期次多、构造变形复杂、地应力状态与地表条件复杂及保存条件差异大等特点。与已获得突破的龙马溪组相比,下寒武统牛蹄塘组形成时代更老,储层特殊性与复杂性更大,对保存条件要求更高。为此,针对南方复杂构造区特殊地质条件,以贵州岑巩区块牛蹄塘组为例,通过地震资料精细解释与构造演化分析,结合物质基础、顶底板与区域盖层、天然气组分、地层水条件、地层压力等因素对页岩气保存条件进行了研究。结果表明,以断裂和剥蚀为主的后期改造是页岩气散失的根本原因。研究区构造演化具有“早期小幅抬升,长期相对稳定,后期强烈改造”的特点。区内北东-北北东向隔槽式褶皱、高角度逆冲与走滑断裂发育,中部宽缓构造部位断裂较少,埋深适中,保存条件较好。天然气组分与地层水特征表明,优良的顶、底板与区域盖层有效减缓了页岩气的散失与地层水的侵入。最后,提出了页岩气构造保存条件评价指标体系,并对研究区构造保存有利区进行了优选。     

渝东南牛蹄塘组页岩有机质特征及沉积环境研究

下寒武统牛蹄塘组页岩是四川盆地震旦系成藏的主要烃源岩,同时也是四川盆地页岩气勘探的目标层位之一。为研究富有机质页岩TOC含量在垂向上的变化规律,探讨沉积环境对富有机质页岩的控制作用,对渝东南酉阳地区牛蹄塘组页岩新鲜露头剖面进行系统野外观察、连续采样,进行有机碳、硫含量、Rock-Eval热解、有机质碳同位素、生物标志化合物、全岩X-射线衍射和黏土矿物含量等测试分析。结果表明：页岩有机碳含量分布在2.43%~9.89%之间,平均高达7.0%;有机碳同位素值分布在-32.4‰~-31.1‰之间,为典型的海相Ⅰ型干酪根;正构烷烃、萜烷以及规则甾烷的分布特征反映了泥页岩有机质低等的水生生物和菌藻类母质来源特征;富含硫和黄铁矿,且与有机碳含量呈较好正相关性,表明强还原沉积环境有利于有机质的富集;富含石英矿物,平均为61%,与有机质含量呈正相关,黏土矿物平均为17.6%,与有机质丰度负相关,表明深水陆棚相沉积环境中,越靠近深海,页岩石英矿物与有机质越富集,黏土矿物含量越少。     

四川盆地罗场向斜黄金坝建产区五峰组-龙马溪组页岩气藏特征

罗场向斜位于四川盆地南缘,主要目的层五峰组-龙马溪组页岩在历经印支、燕山、喜马拉雅等多期造山事件改造后,页岩变形相对较弱、埋藏适中,页岩气形成与保存条件良好,成为上扬子页岩气核心区的重要组成部分。据岩性、电性、矿物组成、有机质赋存及含气性特征分析,本套页岩地层可划分为3个三级层序、3个岩性段、3种沉积相及4种沉积亚相与多种沉积微相;总体以深水陆棚相沉积期发育的富有机质页岩段（Ⅰ层）含气性最好,并可细分为Ⅰ₁,Ⅰ₂,Ⅰ₃,Ⅰ₄,Ⅰ₅5个小层。综合向斜内黄金坝建产区页岩物性与压力系数特征分析,昭通示范区页岩气主要赋存于现今残留的深水陆棚相复向斜内,气藏以观音桥段灰岩分隔为龙马溪组底部与五峰组两套,结合压后评估与单井试采成果,评价认为建产区以龙马溪组底部Ⅰ₃与Ⅰ₄小层压后改造与采气效果最好。