渝东南龙马溪组下部页岩岩石学特征与优质储层形成机理

以渝东南綦江、南川、石柱及涪陵的龙马溪组下部页岩为例,通过X射线衍射、氩离子抛光-场发射扫描电镜、TOC、脆性力学、高压压汞实验、低温氮吸附实验等测试手段,综合探明页岩储层矿物组分、有机质特征、孔隙特征、力学脆性等岩石学特征,对储层进行岩石学角度的评价,并讨论岩石学特征对优质储层形成的影响。结果显示:龙马溪组下部页岩储层岩石矿物组分可以分为以石英为主的脆性矿物和以伊利石为主的黏土矿物,底部脆性矿物含量更高;TOC平均值高于2%,达到过成熟阶段;孔隙类型复杂,识别出有机质纳米孔、黏土矿物片状孔、骨架矿物溶蚀孔等多种形貌-成因孔隙,纳米孔提供了主要的比表面积和储集空间;孔隙形貌复杂,发育平行板状等多种形态类型;岩石力学脆性较好,有利于微裂隙发育与压裂造缝。研究区龙马溪组下部页岩形成于深海陆棚相,经历了晚成岩作用阶段,矿物组分适宜,纳米孔、微裂隙发育,具有较好的力学脆性,是具有特殊岩石学特征的优质页岩气储层。页岩储层的岩石物质组成特征是优质储层形成的基础,从岩石学特征的角度对储层展开研究,对探究页岩储层的物性成因及其受控因素具有重要意义。     

沉积环境对优质页岩储层发育的控制作用——以渝东南地区龙马溪组为例

为深入探讨优质页岩储层的发育机理,借鉴沉积控相、相控储层的研究思路,以渝东南地区龙马溪组页岩储层为例,利用氩离子抛光-场发射扫描电镜(AIP-FESEM),有机碳丰度(TOC)测试,X射线衍射(XRD),镜质组反射率(Ro)测试,显微镜观测,主量微量元素测试等技术手段,通过对储层特征、沉积环境的系统研究,综合讨论沉积环境对优质页岩储层发育的控制作用。结果表明:龙马溪组页岩储层可以划分为下-底部、中-上部两段,分别对应鲁丹阶与埃朗阶,两段储层的有机质特征、矿物组分、力学脆性特征、储层物性等差异显著,鲁丹阶页岩有机质和脆性矿物含量更高,储层性质更优;对比分析显示,龙马溪组储层有机特征主要受控于水体氧化还原环境,但龙马溪组下部具有更好的有机质富集与保存条件,主要受益于鲁丹段深水陆棚相内低速率的欠补偿沉积环境与全球海平面上升所形成的大面积缺氧水体;储层脆性矿物组分受控于沉积-成岩的共同作用,储层底部高脆性矿物含量段富含来自特殊沉积环境的生物成因石英、陆源碎屑石英与形成于储层成岩作用的自生石英;鲁丹阶对应的底部储层TOC和石英含量更高,有利于储集空间发育;鲁丹阶储层更加发育的富笔石水平层理等特殊沉积构造,对增强储层的渗透性,改善压裂力学特性等具有有利作用。沉积环境控制着储层物质成分的类型与特征,龙马溪组鲁丹阶储层对应的有利沉积环境与沉积条件,是底部优质储层段发育的核心影响因素之一。     

巫溪地区五峰组——龙马溪组页岩有机质沉积模式

对巫溪地区田坝剖面五峰组—龙马溪组底部30件页岩样品开展了有机碳含量、微量元素地球化学等方面研究,分析了不同层段有机质富集特征及其控制因素,认为海平面升降控制着水体缺氧程度,从而影响该区有机质沉积富集程度.研究结果表明:1)五峰组—龙马溪组底部页岩中共识别出4个有机质沉积阶段,总有机碳(TOC)含量整体较高,TOC平均达到3.7%,但与古生产力(生源钡Babio含量)相关性不明显,指示着古生产力总体上不是该时期有机质沉积的主控因素;2)尽管不同有机质沉积阶段的水体氧化还原条件具有一定差异性,但与TOC变化总体上具有相关性,这表明这些时期有机质沉积主要受控于缺氧程度,其富集机理属于"保存模式";3)五峰组—龙马溪组早期有机质沉积模式为:海平面的升降控制着沉积水体的缺氧程度,海平面下降造成底水富氧,上升形成底水缺氧,从而控制着页岩中有机质富集程度.     

赣东北荷塘组页岩气成藏条件及有利区评价

为了探讨赣东北地区下寒武统荷塘组页岩气成藏地质条件,以野外荷塘组页岩实测剖面、露头地质调查资料及样品的分析测试结果为基础,对研究区页岩的分布与沉积特征、地球化学特征、储层特征及页岩气保存条件等方面的综合分析,认为赣东北地区荷塘组页岩的储层物性条件较好.结果表明:赣东北地区下寒武统荷塘组页岩沉积厚度一般在25~200m,分布较广泛,主要为深水陆棚相沉积环境.页岩的有机质类型主要为I型,有机碳含量高,达0.54%~11.40%,平均为5.75%,热演化程度高(Ro为2.35%~4.90%,平均为3.22%),达到过成熟阶段.页岩脆性矿物含量高,主要为石英及少量的长石、碳酸盐矿物.黏土矿物含量中等,以伊利石为主,其次伊/蒙混层,不含蒙脱石.页岩微孔隙类型主要为矿物晶间孔、有机质孔、粒间溶蚀孔及微裂缝.页岩的孔隙度平均为2.2%,渗透率平均为0.006mD.根据中国海相页岩气有利区的评价标准,优选出赣东北地区页岩气勘探开发的有利区——磨盘山、上饶2个区块.     

鄂西—渝东地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩孔隙结构特征

通过总有机碳质量分数w(TOC)、X线衍射全岩分析和低温氮气吸附实验,获取鄂西—渝东地区牛蹄塘组黑色页岩w(TOC)值、矿物组分、孔体积、比表面积和孔径分布,探讨微观孔隙发育控制因素.结果表明:沉积相控制矿物组分、矿物组分控制孔隙发育,孔隙发育特征反映不同的等温吸附线形态、孔径分布规律、孔体积和比表面积分布频率.浅水陆棚相黑色页岩碳酸盐矿物质量分数较高,石英和黏土质量分数相对较低;深水陆棚相基本不含碳酸盐矿物,石英和黏土质量分数较高;根据等温线和吸附回线特征将黑色页岩分为3类,分别对应碳酸盐矿物质量分数较高的浅水陆棚相黑色页岩、碳酸盐矿物质量分数中等的浅水陆棚相黑色页岩和几乎不含碳酸盐矿物的深水陆棚相黑色页岩;黑色页岩是否含碳酸盐矿物,其孔体积、比表面积和孔径分布区别明显.有机质丰度和矿物组分不同程度控制着鄂西—渝东地区牛蹄塘组黑色页岩微观孔隙发育.石英和黏土质量分数主要控制微观孔隙发育;w(TOC)对孔体积影响不大,但对比表面积有积极作用;碳酸盐矿物质量分数对总孔体积影响不大,但高质量分数碳酸盐矿物有利于宏孔体积增加.另外,碳酸盐矿物质量分数制约着黑色页岩比表面积发育.     

中国页岩气勘探开发现状与优选方向

中国已成为世界上第3个掌握页岩气勘探开发技术的国家.为了总结页岩气地质理论研究成果、勘探开发经验及教训,基于我国页岩气勘探开发实践和理论研究进展,在解剖商业开发页岩气田和典型页岩气钻井特征基础上,系统分析了富有机质页岩发育、储层类型和特征、页岩含气能力和含气量等基础地质理论的研究现状和关键科学问题,并对页岩气富集主控因素进行了分析.建议加强富有机质页岩发育、页岩成岩作用、有机-无机相互作用及优质储层形成机制、含气量的控制因素和定量评价、不同类型页岩气藏富集主控因素和分布规律等研究;提出了战略展开、战略突破和战略准备3个层次的勘探优选方向.战略展开区主要是四川盆地五峰组—龙马溪组深层页岩气和常压页岩气;战略突破区主要指四川盆地海相寒武系、海陆过渡相二叠系和陆相侏罗系;战略准备区主要包括四川盆地三叠系、鄂尔多斯盆地三叠系以及东部陆相盆地白垩系、古近系、新近系等.四川盆地五峰组—龙马溪组深层页岩气和常压页岩气面积和资源量较大,其中深层页岩气埋深大于3 500 m的面积为12.8×10~4 km~2,钻井也取得良好效果,建议优先开展四川盆地五峰组—龙马溪组深层页岩气和常压页岩气开发技术攻关.     

焦石坝地区五峰组-龙马溪组页岩气成藏地质特征

基于焦石坝地区页岩气勘探、研究与实践,从页岩层厚度、地化、储集、岩矿等多个方面剖析了焦石坝地区五峰组-龙马溪组页岩气成藏地质特征。结果表明:焦石坝地区优质页岩储层厚度均大于30m,一般在35~45m;储层页岩有机质含量高、热演化程度适中,有机质类型以腐泥无定形体+藻类体为主;储集层矿物成分以石英和黏土矿物为主,微裂缝发育活跃;深水陆棚相沉积中富含大量含硅质及碳酸盐矿物的生物,较其它层位的页岩具有更高的脆性矿物含量。     

金溪地区的页岩气地质特征及勘探方向研究

重庆市黔江区金溪区域地层广泛发育海相黑色碳质页岩,其五峰组-龙马溪组的黑色碳质页岩厚度在65～90 m,埋深小于3 500 m,具有较好的区域盖层,保存条件良好,是区内主要的页岩气勘探目的层。五峰组-龙马溪组页岩的有机质丰度高、成熟度高,TOC在1. 5%～2. 5%,Ro在2. 5%～3. 0%。推测总含气量在0. 05～1. 63 m~3/t,资源潜力较大。页岩气可在区内向斜核部及平缓翼部低部位等处富集。综合区域地质特征和保存条件,认为区域中部的桑柘坪向斜扬起端及东南部的濯河坝向斜核部地区是页岩气勘探有利区域,其中重点勘探方向为区内西南部187 km~2的范围。     

海陆过渡相煤系页岩气储层微观特征及影响因素——以沁水盆地中东部Y2井为例

为探讨沁水盆地中东部海陆过渡相煤系页岩气储层微观特征及影响因素,采用有机地球化学测试、SEM检测、全岩和黏土矿物X射线衍射分析、高压压汞和低温液氮吸附等试验获取Y2井山西组-太原组泥页岩孔隙微观特征。结果表明：（1）泥页岩中有机质类型为Ⅲ型（腐殖型）,总有机碳（TOC）质量分数较高,平均1.79%,经历了较长热演化史;（2）泥页岩中主要发育粒内孔、粒间孔,有机质孔和微裂隙等,黏土矿物和石英中发育大量粒间孔和粒内孔;（3）SEM图像显示,泥页岩孔裂隙形态分形维数为2.34～2.51,非均质性中等;（4）高压压汞和低温液氮吸附试验表明,中孔为研究区泥页岩主要孔隙,对孔体积和孔比表面积影响较大,中孔孔体积、比表面积与TOC、石英体积分数正相关,与镜质组反射率（Ro）成负相关关系;（5）黏土矿物中伊利石对中孔孔体积和比表面积均有积极影响,高岭石则不利于中孔孔体积和比表面积发育。研究结果可为该地区煤系页岩气资源勘探开发提供指导。     

涪陵焦石坝地区五峰组-龙马溪组含气页岩岩相划分——以JY11-4井为例

针对目前焦石坝地区海相页岩气勘探开发需要,以JY11-4井岩心资料为基础,通过电子显微镜观察、矿物组分及有机碳含量分析,研究区五峰组-龙马溪组页岩矿物组分以石英和粘土矿物成分为主,含有长石、方解石、白云石、黄铁矿等,有机碳含量0.55%~5.89%,具有自上而下逐渐增加趋势,结合U、TH测井解释结果,剖析五峰组-龙马溪组页岩岩相特征,划分为低有机质贫硅页岩相、中等有机质贫硅页岩相、低有机质富硅页岩相、中等有机质富硅页岩相和富有机质富硅页岩相等5种岩相,其中富有机质富硅页岩相为页岩气勘探开发最有利页岩相,对南方海相页岩气的勘探开发具有重要指导作用。     

焦石坝地区五峰组-龙马溪组一段黑色页岩有机质富集机理研究

焦石坝地区是中石化页岩气产能建设的重点区块,五峰组-龙马溪组一段黑色页岩是该区块页岩气勘探开发的主要目的层,弄清楚该套黑色页岩的形成机理可有效提高该区的开发效果。采用元素地球化学手段,分析该套黑色页岩的硅质来源、古生产力和氧化还原条件,探讨其发育时期是否存在热液作用,并研究其有机质丰度的控制因素。研究认为,焦石坝地区五峰组-龙马溪组一段黑色页岩中的硅质主要为生物来源,有机碳与硅质同步富集,其有机质富集是古海洋生产力与氧化-还原条件两个因素共同作用的结果。     

页岩分形特征及主控因素研究——以威远页岩气田龙马溪组页岩为例

为更好表征页岩孔隙结构的非均质性以及明确非均质性对页岩气富集影响作用,文中选取40块威远地区下志留统龙马溪组井下样品进行TOC,XRD衍射、低温氮气吸附以及甲烷等温吸附等一系列分析测试.从孔隙结构和矿物成分两个层次探讨了页岩分形维数的影响因素,认为页岩的分形维数受微孔发育影响.研究结果表明:页岩非均质性很强,下志留统龙马溪组龙一_1亚段的1～4小层的TOC、矿物成分、孔隙度均存在较大差异,其中1小层中下部TOC、石英含量以及孔隙度值都较高.基于氮气吸附测试,采用FHH模型计算了页岩分形维数,计算结果表明页岩的分形维数介于2.590～2.750,平均值为2.670,其中1小层中下部分形维数最高,其次为3小层,2、4小层及1小层上部分形维数较小.TOC与生物石英含量控制了微孔的发育,因此高TOC与高石英含量均导致页岩分形维数增大;黏土、碳酸盐岩以及长石由于主体发育大孔,使得页岩孔径增大,故其含量的增加会导致页岩分形维数减小.1小层中下部由于具有丰富的气体物质来源(TOC)、储集空间以及保存条件(分形维数大,气体扩散解吸渗流困难)导致在1小层中下部页岩气含气量最高,另外由于脆性矿物含量高,利于压裂形成缝网,因此1小层中下部为最有利的页岩气甜点段.     

渝东南地区下志留统龙马溪组页岩吸附CO_2特征及影响因素分析

通过CO_2等温吸附试验表征龙马溪组页岩吸附CO_2能力,并利用Langmuir模型计算Langmuir体积;运用氩离子抛光扫描电镜、高压压汞试验、低温N2吸附试验和低温CO_2吸附试验测试技术,对龙马溪组页岩孔隙类型、形貌特征、孔径分布及比表面积进行描述,结合有机碳含量(TOC)、矿物成分进行单因素分析及多元回归分析,探讨页岩吸附CO_2影响因素,揭示影响结果和机理。结果表明:页岩中普遍发育微、介孔尺度有机质孔、黏土矿物孔、粒内孔及微裂隙4类孔隙,其中有机质孔占绝对优势,黏土矿物孔局部集中发育;页岩吸附CO_2能力影响因素包括孔隙结构参数和储层基本参数,孔隙结构参数中微、介孔孔体积及比表面积为吸附量主要控制因素,储层基本参数中TOC为主导因素,有明显积极影响;石英和伊利石含量对吸附量有一定积极影响,伊蒙间层含量则不利于吸附进行。研究结果对于CO_2地质封存及驱替页岩CH4有一定的理论意义。     

海陆过渡相页岩含气性及气体地球化学特征——以鄂尔多斯盆地山西组页岩为例

鄂尔多斯盆地二叠系山西组海陆过渡相页岩是重要的页岩气勘探层位,为了深入研究山西组海陆过渡相页岩含气性及气体地球化学特征,选取2口钻井岩芯样品进行了现场解析气量测定、解析气组分和稳定碳同位素分析以及相关有机地球化学分析,认为山西组海陆过渡相页岩具备页岩气生成的良好地质条件.研究结果表明:山西组页岩有机质丰度较高(TOC为1.73%~3.09%),干酪根类型为Ⅲ型,并处于成熟—高成熟演化阶段;解析气中,甲烷体积分数为80.07%~96.29%,平均值为88.79%,甲烷和乙烷的碳同位素值分别介于-49.2‰~-36.9‰和-17.1‰~-15.4‰之间,碳同位素均具有δ~(13)C_1δ~(13)C_2的正序分布特征,属于有机热成因气;山西组页岩解析气含量平均值为0.38 m3/t,处于已具备页岩气生产能力的四川盆地五峰组—龙马溪组页岩解析气含量范围之内,表明鄂尔多斯盆地山西组海陆过渡相页岩具有较好的页岩气勘探潜力.     

黔北地区下古生界页岩气储层孔隙结构特征

页岩孔隙结构是影响页岩气储层储集能力和页岩气开采效果的重要因素.以下寒武统牛蹄塘组和下志留统龙马溪组页岩样品为研究对象,综合运用扫描电子显微镜、高压压汞、CO2和N2气体吸附等实验方法,对黔北地区下古生界页岩气储层孔隙度、孔隙类型与特征、孔径分布进行了研究,认为该区下古生界页岩发育多种成因类型的微米-纳米级孔隙,为页岩气赋存提供了储集空间.研究结果表明:1)黔北地区下古生界页岩孔隙度为1.30%~13.37%,平均4.56%;2)下古生界页岩微观孔隙类型多样,以粒间孔、有机质孔和粒内孔最为常见;3)微孔(2nm)和介孔(2~50nm)为黔北地区下古生界页岩气储集的主要载体,两者比表面积之和占总比表面积的94.3%,两者孔容之和占总孔容的59.1%,孔径主要分布于0.4~0.7nm,3~10nm和0.05~200.00μm这3个区间段,为狭缝状孔、管状孔和墨水瓶状孔;4)龙马溪组页岩孔隙度、孔径与牛蹄塘组页岩存在一定的差异,龙马溪组页岩孔隙度平均为6.4%,孔径均值为4.71nm,牛蹄塘组页岩孔隙度平均为5.3%,孔径均值为4.23nm;5)下古生界页岩气储层孔隙结构受页岩有机碳、有机质成熟度及矿物成分的影响:随着有机碳、石英含量的增加,页岩孔隙度和微孔孔容呈增加趋势;随着成熟度R_o、黏土矿物含量的增加,页岩孔隙度和孔容呈降低趋势.     

湘鄂西地区上震旦统陡山沱组页岩微观孔隙特征及主控因素

随着中国页岩气研究的不断深入,页岩储层微观孔隙特征的研究越来越受到众多学者重视。为了深入了解湘鄂西地区上震旦统陡山沱组页岩孔隙特征,综合利用扫描电镜、氩离子抛光-场发射扫描电镜、氮气吸附/脱附试验以及核磁共振试验等对页岩孔隙特征进行定性观察和定量表征,并结合有机地球化学分析数据以及岩石矿物全岩定量分析结果,探讨页岩孔隙发育的主控因素。结果表明:湘鄂西地区上震旦统陡山沱组页岩发育6种孔隙类型,主要有粒内孔、粒间孔、黏土矿物层间孔、有机质孔隙,还可见部分黄铁矿晶间孔以及微裂缝;页岩孔径大小主要分布在2~5 nm之间,以中孔隙为主,还发育少量微孔隙和大孔隙,峰值在2~5 nm之间的孔隙是页岩孔隙体积的主要贡献者;页岩孔隙结构类型以板状孔等狭缝形孔为主,还发育部分圆筒形孔、锥形管孔等;总有机碳主要控制页岩微孔隙、中孔隙的发育,黏土矿物含量主要影响页岩中孔隙的发育,而脆性矿物含量控制页岩大孔隙的发育。     

中扬子地区五峰-龙马溪组页岩气成藏地质条件

基于中扬子地区重点井-EY1井钻井取心资料,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,明确了中扬子地区五峰-龙马溪组页岩气成藏地质条件。即,五峰组-龙马溪组主要为深水陆棚环境,页岩厚度较大(富有机质泥页岩厚度为30~90m),有机质丰度较高,普遍处于过成熟阶段,孔隙度为2.1%~4.1%,而EY1井五峰-龙马溪组朗格谬尔体积为1.69~1.93m3/t,全烃显示达5.86%,显示较大勘探潜力。     

渝东南地区下寒武统页岩气聚集条件及有利区预测

根据渝东南地区地质勘查、露头资料和岩心样品的测试结果,分析渝东南地区下寒武统黑色页岩厚度展布、有机碳含量、成熟度、矿物组成、孔缝发育和含气量等页岩气聚集条件;建立渝东南地区下寒武统页岩含气量影响因素回归方程,应用信息迭合法预测渝东南地区下寒武统页岩气有利发育区;采用概率体积法计算页岩气资源量,期望值为0.89×1012 m3.结果表明:研究区下寒武统页岩具有展布面积广、厚度大、有机碳含量高、热演化程度高、脆性矿物含量高、孔缝发育、含气量变化较大等特点,有利于页岩气的富集.     

微观尺度海相页岩储层微观非均质性研究

以重庆龙马溪组下部及五峰组页岩储层为例,运用场发射扫描电镜、高倍显微镜、高压压汞和XRD等实验技术手段,重点观测分析两组海相页岩储层样品在微观尺度、尤其是纳米尺度下的非均质特征,并讨论矿物组分及孔隙、裂隙发育等非均质特征对页岩气富集、储存、运移的控制机理.提出了"页岩储层微观非均质控气"理论,认为在微观尺度下,非均质性是页岩储层的重要特性,影响了微观储集空间类型与分布特征、气体赋存方式以及气体释放能力等页岩储层物性关键参数.研究结果表明:样品在微观尺度下,矿物组分的分布与相对数量,孔隙及微裂隙的类型、分布、孔径、形态等均具有较显著的非均质性;孔隙-微裂隙-裂缝网络系统提供了储集—渗流—释放的空间和通道,纳米孔隙、微裂隙的发育特征是网络系统非均质性的重要控制因素.脆性矿物含量所占比例高于40%、孔隙-微裂隙发育且配置关系好的页岩储层物性好,勘探开发潜力大.     

陆棚相黑色泥岩发育特征、沉积演化及页岩气勘探前景——以瓮安永和剖面牛蹄塘组为例

牛蹄塘组黑色页岩主要发育于陆棚沉积环境,研究瓮安永和剖面,将牛蹄塘组黑色页岩划分为海侵体系域(TST)和高位体系域(HST);结合连井剖面、黑色页岩分布规律、地球化学元素分析,分析黔北地区沉积特征.结果表明:牛蹄塘组下覆为震旦系灰色白云岩,牛蹄塘组底部沉积一套黑色硅质岩,向上为黑色泥岩,上部为泥质粉砂岩、粉砂岩.总体呈现向上粒序先变细后变粗的特征;平面上,下寒武统牛蹄塘组沉积环境为浅海陆棚沉积,主要沉积体系类型为浅水陆棚和深水陆棚.水深向东南部加深,黑色页岩厚度向东南部加厚,黑色页岩颜色加深.牛蹄塘组沉积环境控制黑色页岩的发育及有机质成熟度,且控制有机质的保存.黔北地区牛蹄塘组黑色页岩发育广、厚度大、颜色纯,富含有机质且硅质含量较高,是页岩气勘探的有利区.