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。     

苏北地区古生界页岩气形成地质条件

根据岩心、钻井及露头等资料,以有机地球化学、储层岩石学等为重点,对苏北地区古生界下寒武统幕府山组、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）等3套富有机质泥页岩层系的页岩气形成地质条件进行初步分析,指出苏北地区古生界3套富有机质泥页岩层系分布面积广、厚度较大、有机碳含量高和热演化程度较高。与美国典型含气页岩相比,苏北地区古生界3套富有机质泥页岩层系有机质丰度与之相当,部分地区的成熟度偏高。苏北地区具有形成页岩气的良好物质基础,古生界页岩气勘探潜力大。另一方面,苏北地区古生界富有机质泥页岩普遍埋藏深,下古生界富有机质泥页岩成熟度普遍偏高,后期多期构造运动及岩浆活动强烈,这些因素对页岩气形成、富集及保存等有着重要影响。     

时域电磁法在我国南方富有机质页岩勘探中的可行性分析

我国南方地表与地质构造复杂,地震方法在页岩气勘探中面临着巨大挑战。时域电磁勘探方法因其具有勘探深度大、工作效率高、成本低廉和方法灵活等特点,可作为页岩气地震勘探的有效补充。基于我国南方页岩储层岩石露头及井中岩心,经过岩石复电阻率测试与分析,认为我国南方富有机质页岩储层具有低阻、高极化特征,表明在该地区利用时域电磁法进行富有机质页岩勘探具有较好的物性基础。分析了滇黔渝地区页岩层地质与地球物理特征,并结合富有机质页岩复电阻率测试结果,建立了该地区富有机质页岩储层地电与激电融合模型。基于该融合模型,实现了基于极化介质条件下时域视电阻率正演模拟。模拟结果表明,在研究区地质条件下,富有机质页岩存在时,视电阻率变化明显,表明时域电磁勘探方法能有效识别富有机质页岩储层,具有较广阔的应用前景。     

富有机质页岩天然裂缝表征研究进展

天然裂缝对富有机质页岩油气的勘探开发具有极其重要的地质及工程意义,由于页岩独特的非均质性及复杂性使得天然裂缝研究更加困难。围绕富有机质页岩中天然裂缝的分类、发育特征参数及分布规律预测等方面,国内外学者在理论和技术上均取得了显著的进展。通过系统分析全球页岩气资源勘探开发现状、天然裂缝的类型、发育特征参数及预测方法等问题,结果表明：富有机质页岩储层与常规储层具有一致性和独特性,基于地质成因的天然裂缝分类方案优于其他分类方案,并得到了广泛的应用,其裂缝类型与常规储层存在一定的差异,基于分形理论、地震检测及古构造应力场模拟的天然裂缝预测方法是当前常用且效果较好的裂缝预测技术,可正确识别、评价不同尺度的天然裂缝对页岩含气性的影响,该研究对页岩气的开采具有重要意义。     

页岩气储层特征及地球物理预测技术

为掌握富有机质页岩的地球物理响应特征,进而为页岩气储层评价奠定基础,对南方海相页岩及其围岩的复电阻率进行了实验研究。结果认为:页岩具有不同强度的激发极化效应且极化率参数值高于围岩地层;其电性响应特征与页岩的总有机碳含量、矿物成分、热成熟度等有关。虽然反演的电阻率值比较单一,在油气勘探中既有低阻也有高阻特征,但极化率参数可以为页岩气的评价提供可靠信息,其综合时间常数和频率相关系数,可直接进行页岩气储层预测。该研究可为页岩气勘探和储层评价提供理论依据。     

富有机质泥页岩有机质孔隙研究进展

富有机质泥页岩有机质孔隙是页岩气储层的主要孔隙类型,是实现页岩气富集的关键环节和因素。近年来,随着有机质成因以及页岩气储层、储渗性能等方面的理论不断深入,泥页岩有机质孔隙的研究取得一定成效,同时,泥页岩中不同孔隙大小的划分以及页岩气在不同孔隙中的存在状态等方面的研究也在进行中。     

四川盆地及周缘下寒武统富有机质页岩孔隙发育特征

四川盆地及周缘下寒武统富有机质页岩分布范围广、厚度大,是页岩气勘探的重要接替层位。以多口重点钻井岩心资料为基础,利用扫描电镜、氮气吸附等实验分析方法,对下寒武统富有机质页岩的孔隙类型、孔隙结构等进行系统研究,并探讨了下寒武统富有机质页岩孔隙发育的主要控制因素。结果表明：不同地区的下寒武统富有机质页岩孔隙发育存在显著的差异,孔隙度与TOC含量之间关系复杂,受到有机质组成和热成熟度的影响,主要表现为有机质组成和热成熟度控制了有机孔的发育。下寒武统富有机质页岩孔隙结构多样,且不同成熟度的页岩具有不同的孔隙结构,随着热成熟度的增加,页岩微孔消失、孔容和比表面积均减小。热成熟度是四川盆地及周缘下寒武统页岩气勘探与评价的最重要参数之一。     

上扬子地区下寒武统牛蹄塘组优质页岩储层测井识别——以贵州岑巩页岩气区块为例

南方地区古生界发育多套海相富有机质页岩,是我国页岩气勘探部署的重要战略地区,目前已在四川盆地及周缘龙马溪组获得突破。与龙马溪组相比,下寒武统牛蹄塘组具有更大的沉积厚度与更广泛的分布面积,是我国页岩气勘探开发亟待突破的另一重点层系。地球物理测井贯穿页岩气的勘探开发,是识别与评价页岩气储层的重要手段。为此,通过对研究区3口井下寒武统牛蹄塘组测井资料的对比分析,总结出牛蹄塘组含气页岩具有“四高四低”的测井响应特征;元素测井上表现为硅质(石英)含量增加,铝、铁、钾元素与黏土矿物含量降低的特征;在核磁共振测井T₂谱上以单峰和连续型双峰为主,弛豫时间与振幅明显大于普通页岩。通过选取对富有机质页岩响应敏感的自然伽马能谱、地层电阻率、密度、声波时差和补偿中子测井资料对研究区内不同保存条件下的页岩储层进行叠合与交会分析,总结出不同保存条件下的富有机质页岩、富有机质硅质泥岩、普通页岩、砂岩和灰岩的测井响应特征,为研究区优质页岩储层的测井识别与评价提供依据。此外,地层电阻率与声波时差测井资料对页岩的含气性、流体性质与保存条件具有一定的指示作用,可作为页岩含气性与保存条件的判识性指标。     

压力演化对页岩气储层的控制作用——以四川盆地五峰组—龙马溪组为例

中国南方海相页岩气勘探开发的实践表明,地层压力对于页岩气的保存及勘探开发具有重要的影响。为了进一步明确压力演化对页岩气储层演化的影响,以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为例,依据岩相、物性、孔隙结构、包裹体分析与页岩微观特征等资料,研究了压力演化对页岩气储层的控制作用。研究结果表明:①页岩气储层物性与孔隙结构受岩相、埋深与压力演化的共同控制,孔隙压力超压对埋藏压实具有抑制作用,总体上有利于页岩有机孔的保持和物性向好;②泄压期次与泄压强度影响了五峰组—龙马溪组不同岩相页岩的差异演化对高应力敏感性黏土质页岩的影响尤为显著,而对硅质页岩的影响则较低;③区域抬升与泄压时期晚、泄压时期短和泄压强度低最有利于有机孔的保持和页岩气储层物性向好;④盆内深层页岩气泄压程度低,保存条件优越,储层物性普遍优于盆缘常压—超压区,富有机质硅质页岩与黏土质页岩均具有较好的储集性能;⑤盆缘常压区泄压程度较高,富黏土质页岩储集性能降低,封盖性增强,并逐渐演化为直接盖层。     

压力演化对页岩气储层的控制作用——以四川盆地五峰组—龙马溪组为例

中国南方海相页岩气勘探开发的实践表明，地层压力对于页岩气的保存及勘探开发具有重要的影响。为了进一步明确压力演化对页岩气储层演化的影响，以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为例，依据岩相、物性、孔隙结构、包裹体分析与页岩微观特征等资料，研究了压力演化对页岩气储层的控制作用。研究结果表明：①页岩气储层物性与孔隙结构受岩相、埋深与压力演化的共同控制，孔隙压力超压对埋藏压实具有抑制作用，总体上有利于页岩有机孔的保持和物性向好；②泄压期次与泄压强度影响了五峰组—龙马溪组不同岩相页岩的差异演化对高应力敏感性黏土质页岩的影响尤为显著，而对硅质页岩的影响则较低；③区域抬升与泄压时期晚、泄压时期短和泄压强度低最有利于有机孔的保持和页岩气储层物性向好；④盆内深层页岩气泄压程度低，保存条件优越，储层物性普遍优于盆缘常压—超压区，富有机质硅质页岩与黏土质页岩均具有较好的储集性能；⑤盆缘常压区泄压程度较高，富黏土质页岩储集性能降低，封盖性增强，并逐渐演化为直接盖层。     

裂缝性层状富有机质页岩储层大位移井井壁稳定研究

中国南方上扬子地台四川盆地下古生界发育多套海相富有机质页岩。其埋藏深、构造复杂,大位移水平井的井壁失稳问题突出。基于露头、岩心等资料,以宏观形貌、微观结构和岩石力学为重点,对富有机质页岩的各向异性特征进行表征,指出基质页岩是典型的横观各向同性介质,平行和贯穿基质页岩层理的成岩缝和构造缝等弱结构面使页岩地层具有显著的强度各向异性。在考虑地应力、孔隙弹性和地层弹性各向异性对井周应力影响的基础上,通过坐标转换分别得到了应力在斜井井筒和弱面上的分布公式,并根据页岩发生本体破坏和发生多弱面-油基钻井液耦合破坏的不同机制,建立了油基钻井液条件下考虑地层各向异性的大位移井井壁稳定模型。研究结果表明,工程地质因素诸如地层弹性和强度各向异性、地层产状以及地应力各向异性将对井筒稳定性产生规律性影响。实例预测结果与现场情况较为一致,验证了新模型的精度和适用性。     

威远构造W 202井区龙马溪组页岩气储层微观孔隙结构特征

为深入探究川西南威远构造W 202井区龙马溪组页岩气储层微观孔隙结构特征,利用页岩储层岩心样品,开展岩石物性、低温氮气吸附、高压压汞、场发射扫描电镜等实验,通过分类描述页岩孔隙空间类型,对微孔隙、介孔隙、宏孔隙与比表面积、孔体积分布特征进行分析。研究结果表明,龙马溪组页岩气储层微观孔隙结构对含气性具有明显的控制作用,吸附气储集能力主要受微孔隙控制,游离气储集能力主要受介孔隙和宏孔隙控制,富有机质硅质页岩和富有机质黏土质页岩的岩相组合有利于页岩气的生成与保存。结合孔隙结构特征、储集条件和物性、有机质含量、吸附能力特征参数,建立分类评价方法,确认龙马溪组底部页岩以有机质孔为主,孔隙连通性好,吸附能力强,为最优质储层,不仅为预测页岩气藏地质和工程甜点打下基础,也为页岩气开发设计方案调整提供了依据。     

中上扬子地区下寒武统页岩气储层特征及勘探方向

为查明中国南方古老层系页岩储层孔隙特征及其影响因素,以中上扬子地区下寒武统页岩为例,采用岩石薄片、压汞-氮气吸附联合测定、氩离子抛光-扫描电镜、聚焦离子束扫描电镜和全岩X衍射等多种技术方法,系统开展页岩孔隙结构、类型及其影响因素研究;并基于页岩储层特征及页岩气形成地质条件,提出了下寒武统页岩气勘探方向。研究认为,下寒武统主要发育棚内拉张槽型、陆架边缘斜坡型及台地前缘斜坡型3种沉积成因类型富有机质页岩。棚内拉张槽型富有机质页岩孔隙以粒间孔和粘土矿物层间孔为主,其次为有机质孔;台地前缘斜坡型富有机质页岩主要以有机质孔和方解石粒内溶蚀孔为主;而陆架边缘斜坡型富有机质页岩以有机质孔为主,无机矿物质孔不发育。整体而言,下寒武统页岩孔隙发育受页岩矿物组成、有机质丰度、热演化程度及保存条件等多种因素控制。结合页岩气保存条件和探井油气发现等相关分析,建议下寒武统页岩气勘探在四川盆地内部应关注棚内拉张槽型页岩分布区,尤其是筇竹寺组上部的富有机质页岩段;而在四川盆地外部,应关注热演化程度适中、保存条件相对较好的台地前缘斜坡型和陆架边缘斜坡型页岩分布区。     

海相富有机质页岩储层压力预测方法——以涪陵页岩气田上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩为例

页岩储层压力预测是评价页岩储层质量、认识页岩气富集机理、识别页岩含气性及寻找页岩气勘探有利区的基础。高-过成熟的海相富有机质页岩中发育大量纳米级有机质孔隙,且页岩储层普遍存在由生气造成的异常高压。目前页岩储层压力预测多建立在无机孔隙发育演化规律基础之上,没有考虑纳米级有机孔隙发育演化,从而导致“压力异常”的假象或者储层压力预测结果不准确。本文提出了一种适用于海相富有机质页岩的储层压力预测方法：假设页岩储层有机孔隙和异常压力共存,计算有机孔隙的声波测井响应,并校正声波测井曲线,建立新的压力预测模型。以涪陵页岩气田五峰组-龙马溪组页岩为例探讨了该方法的可靠性和实用性。结果表明,相校于原始Eaton法,该方法计算结果与实测压力数据吻合程度更高（R²=0.81）,预测误差相对较小且符合正态分布。因此该压力预测方法能够有效、可靠地预测研究区海相页岩储层压力。据预测,焦石坝一期产建区地层压力总体具有背斜中间高、周缘低、东南侧局部具有高值的特征,该结果与无阻流量具有良好的相关性,进一步说明该方法的可靠性。该方法对于完善非常规页岩储层压力预测方法、推动超压页岩气勘探具有重要的现实意义。     

四川盆地二叠系海陆过渡相页岩气地质条件及勘探潜力

上二叠统龙潭组海陆过渡相泥页岩是四川盆地重要的烃源岩层系,前期的研究工作主要集中于烃源岩评价,而针对页岩气成藏方面的研究则较少。为此,通过对龙潭组取心井——东页深1井分析测试结果的解剖,结合邻区的钻探成果,对龙潭组富有机质泥页岩的分布特征、地化特征、储层特征、含气特征及顶底板条件等进行了研究,并与具有相似沉积背景且已获得良好页岩气显示的页岩层系展开了对比分析,明确了龙潭组页岩气形成的地质条件及勘探潜力。研究结果表明:(1)川东南地区龙潭组海陆过度相富有机质泥页岩发育,厚度大于40 m、脆性矿物含量较高、孔隙度较高、有机碳含量高、热演化程度适中、含气性较好,具备页岩气形成的有利地质条件;(2)较之于国内外其他已获得良好页岩气显示的海陆过渡相泥页岩,川东南地区龙潭组孔隙度、有机碳含量、有机质成熟度、含气量等关键参数更优;(3)有机质类型是影响龙潭组泥页岩中有机质孔隙发育程度的主要因素,页岩气勘探选层应避开煤层富集段。结论认为:在综合考虑富有机质泥页岩发育程度及夹层厚度、埋深、保存等条件下,綦江—赤水一带是四川盆地龙潭组海陆过渡相页岩气勘探的最有利地区。     

川东红星地区上二叠统吴家坪组页岩发育特征及其页岩气富集意义

川东红星地区上二叠统吴家坪组海相富有机质页岩是四川盆地页岩气勘探的重要接替领域,目前处于勘探初级阶段,页岩发育特征及页岩气勘探前景尚不清楚。以HY1井为例,通过岩石学、地球化学、储层描述和含气性等分析测试研究了川东红星地区吴家坪组页岩源、储品质及其变化规律,探讨了页岩气勘探前景。结果表明：富有机质页岩发育于吴一¹亚段（吴家坪组一段1亚段）潮坪-潟湖环境和吴二段深水陆棚环境,吴一¹亚段主要发育粘土质页岩相,吴二¹亚段主要发育混合页岩相和硅质页岩相,吴二²亚段以硅质页岩相和灰质页岩相为主。与吴一¹亚段潮坪-潟湖相页岩相比,吴二段混合页岩相和硅质页岩相具有脆性矿物含量高（63.2 %）、有机质丰度高（总有机碳含量为8.78 %）、有机质类型好（Ⅱ₁型）、储层有机质孔发育且物性好（孔隙度为5.59 %）的特征,吴二¹亚段富有机质页岩是红星地区吴家坪组页岩气勘探的有利层段。     

河北省北部富有机质页岩的页岩气潜力研究

为满足当前国内页岩气勘探开发需求,亟需完善富有机质页岩勘探开发理论。以河北省北部富有机质页岩样品为依托进行岩石热解、XRD全岩矿物分析、扫描电镜、甲烷等温吸附等实验,以期探明研究区古老地层富有机质页岩的页岩气潜力。研究发现：研究区下马岭组和洪水庄组烃源岩发育较好,有较好的生排烃潜力;页岩孔隙特征整体复杂,储层物性为低孔低渗,富集储存条件较好。又创新性研究了页岩含气性与岩相类型的关系,结果表明层状页岩含气性优于块状页岩。该研究成果丰富了页岩气富集理论,并指明了研究区富有机质页岩的页岩气勘探开发潜力较大,可为下一步有效开发提供理论指导。     

中国东部中小型断陷盆地陆相页岩气成藏潜力分析——以阜新盆地为例

中国东部地区发育大量的中生代中小型断陷盆地,盆地内陆相富有机质泥页岩沉积厚度大,白垩纪的火山活动加快了区内页岩中所含有机质的成熟,为页岩气成藏提供了有利的先决条件。为了分析上述断陷盆地陆相页岩气的成藏潜力,以阜新盆地为例,根据最新的钻井资料、岩心和岩屑测试数据,重点分析并评价了该区富有机质页岩厚度、展布、总有机碳含量(TOC)、烃源岩有机质热演化成熟度(Ro)、储集能力和可压性等6项成藏要素,进一步结合页岩储层的特征,研究了该区陆相页岩气的成藏潜力并提出了下一步勘探开发的建议。研究结果表明:?我国东部中小型断陷盆地陆相页岩具有储层总厚度大、TOC高和热成熟度适中等3项页岩气成藏的有利条件,以及页岩储层厚度横向变化大、储集能力偏低和可改造性偏差等3项不利条件;?陆相页岩TOC高(平均值为5.4%),在中生代火山活动的作用下有机质热演化程度较高(Ro1.2%),位于生气窗内,页岩气成藏具备优越的物质基础;?海相页岩气开发所采用的水平井多段压裂技术在陆相页岩气开发中的效果值得商榷,应积极探索陆相页岩气直井纵向多层立体开发技术;(4)较之于海相页岩气,陆相页岩气单井产量更低,故需要加强断陷盆地陆相页岩气单井经济产能评价工作。结论认为,我国东部断陷盆地多与阜新盆地类似,具备页岩气成藏的物质基础,是陆相页岩气勘探突破的新方向;下一步勘探的重点是找到高储集能力区、落实易改造层段。     

基于VTI介质弹性参数的页岩脆性预测方法及其应用

大量的科学研究表明,页岩的脆性对油气储层的各向异性、储集能力、渗透性和可改造性等具有重要的影响,因此岩石的脆性预测成为了评价页岩气藏的重要内容。实验测试分析也已经证实,页岩的脆性与岩石中的矿物含量和孔隙结构等影响力学性质的因素密切相关。Rickman等（2008）提出了基于弹性参数的脆性系数计算方法,融合了力学参数杨氏模量和泊松比。然而,目前计算杨氏模量和泊松比的方法均以各向同性介质为前提,受此局限,脆性系数计算公式必然不能精确地描述复杂介质中的脆性特征。为此,引入Thomsen（2013）提出的VTI介质弹性参数计算方法,推导出隐含了各向异性参数ε,γ和δ的脆性系数计算公式,从理论上直接把页岩的脆性和各向异性密切地联系了起来,较好地诠释了现实中脆性页岩存在各向异性的岩石物理特性。将该方法应用于四川盆地西部新场-孝泉地区须家河组五段页岩气的开发实践中,结果表明脆性系数高值异常区储层脆性较强,能有利于在优质储层中识别出“脆性甜点”储层。预测结果与现仅有的两口页岩气专层井吻合良好。     

页岩有机孔研究现状和展望

有机孔是页岩气储层的主要储集空间,也是页岩气储层区别于常规油气储层的重要孔隙类型。目前对有机孔的类型和特征、发育载体及其影响因素等的认识还存在较大争议。系统回顾国内外页岩有机孔的研究现状,调研分析有机孔发育特征及其控制因素,展望有机孔的攻关研究方向,研究认为,页岩的有机质类型是控制有机孔发育的根本因素,矿物类型与组成、成岩作用以及由脆性矿物形成的刚性格架是有机孔形成并保持的重要保障,热演化程度和地层压力对有机孔的发育和保持具有重要的影响。建议加强有机质类型(成烃生物)、不同有机质类型的生烃和排烃模式、矿物类型及其成岩作用(刚性格架形成时间)、页岩生-排烃与矿物成岩作用之间的有机—无机协同演化机制研究,探讨有利的页岩有机孔类型及其发育模式,加强页岩不同尺度储集空间定量表征、有机孔连通性及其影响因素等研究。未来需进一步关注深层—超深层页岩有机孔的发育特征及其保存机制研究。