松辽盆地北部青一段泥页岩储集特征及孔隙演化

松辽盆地青一段是泥页岩油勘探重点层段。利用泥页岩物性分析、氩离子抛光和场发射电镜观察探讨该套泥页岩物性特征及孔隙类型,根据成熟度演化、生烃转化、有机酸含量与孔隙度的变化关系分析了泥页岩孔隙演化特征。研究结果表明:青一段泥页岩孔隙度较高、渗透率很低,总孔隙度平均为7. 94%,基质渗透率平均为1. 16×10~(-8)μm~2;孔隙类型有粒间孔、晶间孔、有机质孔、溶蚀孔和微裂缝;有机质孔为藻类生烃后残留孔隙,孔隙呈长条形和不规则形状,直径多为20～400 nm,有机质孔形成于Ro为0. 7%以后,大量形成对应的Ro为0. 9%～1. 2%,在Ro为1. 2%时孔隙度达2. 7%;当埋深小于2 000 m时青一段泥页岩孔隙度随埋深增加而减小,当埋深大于2 000 m时孔隙度出现2个异常峰值,孔隙度的增大主要因为有机酸溶蚀和藻类生烃作用;根据孔隙度与埋深关系,预测了齐家—古龙凹陷为泥页岩油有利勘探区。研究成果可为松辽盆地泥页岩油勘探和评价提供依据。     

埋藏过程中泥页岩非构造裂缝的形成演化模式

通过归纳总结前人研究成果,同时考虑到泥页岩普遍具有层理发育、非均质性、力学性质各向异性、欠压实作用和烃类生成等本身固有的特殊性质,划分了泥页岩非构造裂缝的主要类型,分析了泥页岩非构造裂缝分布的深度区间。依据覆压条件下的孔隙度、渗透率测试数据,获得了泥页岩裂缝覆压闭合的临界围压和对应的深度范围。综合分析认为：泥页岩非构造裂缝主要有干裂裂缝、水下收缩裂缝、成岩层理裂缝、超压裂缝（欠压实超压裂缝和生烃超压裂缝）和现代表生裂缝5种类型。泥页岩覆压渗透率测试数据揭示,当上覆岩层的垂直有效压力达到15 MPa时,常压泥页岩的天然缝裂缝（水平方向）将发生闭合。裂缝覆压闭合门限深度为870～1 138 m,平均为1 000 m。超压泥页岩底界深度与泥页岩裂缝（水平方向）覆压闭合深度一致,超压带底界之下的泥页岩裂缝通常不再保持开启状态。埋藏过程中泥页岩非构造裂缝形成演化具有时序性/阶段性,即从沉积开始到最大埋藏深度的不同阶段,泥质沉积物或泥页岩形成不同类型的非构造裂缝,由浅至深依次形成表层干裂裂缝—浅层水下收缩裂缝—中深层欠压实超压裂缝—深层生烃超压裂缝—超深层闭合裂缝。     

渤海湾盆地东营凹陷古近系泥页岩孔隙特征及孔隙度演化规律

基于现代实验手段,对渤海湾盆地东营凹陷古近系沙河街组沙三下亚段和沙四上亚段泥页岩孔隙进行观察分析,研究其孔径分布和孔隙度与埋深的变化关系。指出黏土矿物晶间孔、方解石晶间孔、砂质粒间孔、黄铁矿晶间孔和有机孔隙等是东营凹陷古近系泥页岩的主要孔隙类型;泥页岩中纳米级孔隙非常发育,25 nm以下孔隙占孔隙总体积的49.7%~86.3%;并阐明了孔隙度随深度的变化规律。通过对东营凹陷古近系孔隙度演化特征和影响因素的系统研究,建立了泥页岩孔隙演化模式,把东营凹陷古近系泥页岩孔隙演化划分为基本面貌形成阶段、调整改造阶段和结构滞变阶段,深入剖析了各阶段孔隙度演化规律和主控因素,认为第二和第三阶段对页岩油气储集性能的影响最大;指出具有较大的厚度、较高的有机质丰度、黄铁矿较为发育、热硫酸盐还原作用较强是泥页岩储集空间发育的有利条件。     

四川盆地龙马溪组页岩孔隙度控制因素及演化规律

为查明四川盆地龙马溪组页岩储层孔隙控制因素及演化规律,利用场发射扫描电子显微镜和氮气吸附实验等方法对页岩储层孔隙类型及孔隙结构进行研究。页岩储层孔隙类型包括有机孔、晶间孔、晶内溶孔和粒间孔,有机孔是主要孔隙类型之一,且有机孔中微孔所占的孔体积和比表面积大,是页岩气储集的主要空间。通过对有机质丰度(TOC)、有机质成熟度(Ro)、成岩作用和构造作用对页岩孔隙度的影响研究,结果表明:1有机质丰度对孔隙度的影响可以分为4个阶段:快速增大(TOC为0%~2%)、缓慢减小(TOC为2%~3%)、快速增大(TOC为3%~4%或6%)、快速减小(TOC4%或6%);2四川盆地页岩成熟度对孔隙度的影响可分为3个阶段:快速减小(Ro为1.5%~2.2%)、快速增大(Ro为2.2%~2.7%)、快速减小(Ro2.7%);3高热演化阶段有机成岩作用强于无机成岩作用;4构造作用对孔隙度影响较大,构造作用越强烈的区域孔隙度越小。四川盆地龙马溪组页岩孔隙度演化经历5个阶段:未熟快速压实阶段(Ro0.7%)、成熟生烃溶蚀阶段(Ro为0.7%~1.3%)、高成熟孔隙封闭阶段(Ro为1.3%~2.2%)、过成熟二次裂解阶段(Ro为2.2%~2.7%)、过成熟缓慢压实阶段(Ro2.7%),其中成熟生烃溶蚀阶段和过成熟二次裂解阶段是最有利的页岩孔隙发育阶段。     

富有机质Woodford页岩孔隙演化的热模拟实验

通过高温热模拟实验加热未成熟的露头样品,获得5个不同成熟阶段的页岩样品,然后用比表面积分析仪测试这5个页岩样品的纳米孔隙,从而研究富有机质页岩的孔隙演化。结果表明,随着成熟度的增加,富有机质页岩发育大量纳米孔隙,孔隙度随着热成熟度增高而增加,完全不同于基质孔隙度的演化规律。随着成熟度增加,有机质不断转化为油气,基于有机质转化为油气过程中的物质平衡理论计算的孔隙度增加量与测试的孔隙度增加量吻合。因此,富有机质页岩孔隙度随着成熟度增高而增加,与有机质转化为油气的热降解过程有关。     

淮南潘谢矿区二叠系泥页岩构造热演化特征

采用镜质组反射率古温标和古热流法恢复了淮南潘谢矿区晚古生代以来的埋藏史、构造沉降史和二叠系泥页岩的热演化史,并探讨了其生烃的地质意义。研究结果表明:淮南潘谢矿区二叠系经历了早二叠世-中侏罗世末期的稳定沉积阶段、晚侏罗世早期-白垩纪末期的迅速抬升阶段、古近纪早期-古近纪中末期的重新沉积阶段、古近纪中末期至新近纪末期的抬升稳定阶段及第四纪早期以来的缓慢的沉降过程;盆地地温演化与构造埋藏-沉降史过程相一致,古热流经历了二叠纪至侏罗纪末的稳定阶段、晚侏罗世末期至古近纪中末期的迅速降低阶段、古近纪中末期后的平缓稳定阶段。二叠系烃源岩从二叠纪中晚期至中侏罗世进入成熟期的早期-中晚期,至晚侏罗世末期热演化终止;页岩气形成过程包括早二叠世-晚侏罗世生物成因气和热成因的伴生湿气生成、晚侏罗世-白垩纪末期气藏的再次补充与整体构造破坏、古近纪早-中末期局部层位的热成因气和生物气生成、古近纪末期至新近纪末期构造抬升的再次破坏4个阶段;研究区不同钻孔二叠纪地层埋藏和抬升时间一致,因沉降程度和抬升剥蚀速率的细微差异导致沉降埋藏和抬升剥蚀程度、热演化程度有所差异,但生烃过程总体一致。     

不同极性溶剂萃取对泥页岩孔隙结构的影响

页岩的孔隙类型与孔隙结构直接影响着气体的赋存和产出。为了研究泥页岩中可溶有机质对孔隙结构的影响,按照正己烷、二氯甲烷、四氢呋喃的顺序依次对泥页岩中不同极性可溶有机质进行分离与抽提,利用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）和低温氮气吸附实验,对比分析了原始样品和萃余物的孔隙结构特征,探讨了不同极性溶剂萃取对泥页岩孔隙结构的影响。结果表明：随着有机溶剂极性的增强,泥页岩中的可溶有机质依次按照饱和烃、芳香烃和非烃组分顺序溶出;原始样品的孔隙主要为粒间孔、粒内孔、有机质孔和微裂缝4种类型,可溶有机质溶出后,孔隙形态更为不规则,出现更多溶蚀孔,部分粒间孔被脱落黏土矿物碎屑充填;溶剂极性增强,滞后圈的面积减小,BJH孔体积和平均孔径增加,BET比表面积变化不明显;可溶有机质的溶出对泥页岩具有"增孔"和"扩孔"作用,孔径≤2 nm的孔隙含量增加,孔径>2 nm的孔隙含量减少;2~10 nm孔径范围内孔体积和孔比表面积的百分含量减小,10~30 nm孔径范围内变化不明显,30~50 nm孔径范围内明显增加;对孔隙形态的改造过程为：瓶身与瓶颈的孔径比相对较大的"墨水瓶"孔→瓶身与瓶颈的孔径比相对较小的"墨水瓶"孔→楔形孔→平行板状孔。     

不同极性溶剂萃取对泥页岩孔隙结构的影响

页岩的孔隙类型与孔隙结构直接影响着气体的赋存和产出。为了研究泥页岩中可溶有机质对孔隙结构的影响，按照正己烷、二氯甲烷、四氢呋喃的顺序依次对泥页岩中不同极性可溶有机质进行分离与抽提，利用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）和低温氮气吸附实验，对比分析了原始样品和萃余物的孔隙结构特征，探讨了不同极性溶剂萃取对泥页岩孔隙结构的影响。结果表明：随着有机溶剂极性的增强，泥页岩中的可溶有机质依次按照饱和烃、芳香烃和非烃组分顺序溶出；原始样品的孔隙主要为粒间孔、粒内孔、有机质孔和微裂缝4种类型，可溶有机质溶出后，孔隙形态更为不规则，出现更多溶蚀孔，部分粒间孔被脱落黏土矿物碎屑充填；溶剂极性增强，滞后圈的面积减小，BJH孔体积和平均孔径增加，BET比表面积变化不明显；可溶有机质的溶出对泥页岩具有"增孔"和"扩孔"作用，孔径≤2 nm的孔隙含量增加，孔径>2 nm的孔隙含量减少；2~10 nm孔径范围内孔体积和孔比表面积的百分含量减小，10~30 nm孔径范围内变化不明显，30~50 nm孔径范围内明显增加；对孔隙形态的改造过程为：瓶身与瓶颈的孔径比相对较大的"墨水瓶"孔→瓶身与瓶颈的孔径比相对较小的"墨水瓶"孔→楔形孔→平行板状孔。     

三塘湖盆地马朗凹陷芦草沟组泥页岩系统地层超压与页岩油富集机理

通过岩心和薄片观察、流体压力特征和地球化学指标分析,探讨三塘湖盆地马朗凹陷芦草沟组泥页岩系统地层超压形成的原因以及页岩油富集机理。研究表明,芦草沟组页岩油是烃源岩在低成熟—成熟早期演化阶段生成的液态烃,具有高密度、高黏度的物性特点;烃源岩厚度大,渗透率低,造成流体启动阻力增大,油气不具备大规模向外排运的条件而滞留在源岩层中,其为超压形成的主要原因。芦草沟组泥页岩生烃潜力大,源内储集空间发育,是其生成的油气滞留其中的基础;生烃造成的地层压力不足以突破油气运移的阻力,是页岩油富集的直接原因。页岩油的富集程度受控于不同岩相在不同演化阶段的生烃、储烃能力。     

高演化富有机质页岩储层特征及孔隙形成演化——以黔南地区下寒武统九门冲组为例

为厘清高演化富有机质页岩孔隙特征及形成机理,以上扬子黔南地区下寒武统九门冲组页岩为例,采用岩石薄片、全岩X射线衍射、低温氮气吸附、高压压汞-吸附联合测定、氦气孔隙度测试、氩离子抛光-扫描电镜、热演化史及孔隙演化史恢复等多种技术方法,开展了高演化富有机质页岩孔隙结构、类型及储集性能研究,并基于成岩压实和热演化过程建立了富有机质页岩微观孔隙形成演化模式。研究结果表明:(1)下寒武统高演化富有机质页岩总比表面积平均值为12.66 m2/g,总孔容平均值为11.54×10-3cm3/g,两者具有较好的正相关关系,与下志留统页岩相比,总比表面积与总孔容均略低。孔隙以微孔和介孔为主,宏孔基本不发育。(2)富有机质页岩孔隙类型以有机质孔为主,孔径极小,一般以小于30nm为主,孔边界形态不规则,无机质矿物质孔基本不发育。(3)与志留系页岩相比,其储集性能相对较差,平均孔隙度仅为2.80%,水平渗透率为垂直渗透率的1~3倍,平均值约2倍,反映其水平页理欠发育。(4)高演化富有机质页岩孔隙形成演化主要受成岩压实作用控制的无机质矿物粒间孔隙演化过程、热演化作用控制的生烃—成油—油气转化序列中有机质孔隙的形成过程及后期孔隙保存状态下天然气散失与补给平衡过程共同控制。     

可溶有机质对表征页岩储层特性的影响

成熟度处于“生油窗”范围的页岩含有一定数量的残余可溶有机质,其对页岩储层特性的表征具有重要影响。对取自四川盆地西北缘的2件上二叠统大隆组页岩,采用二氯甲烷与三氯甲烷进行了抽提处理,对去除可溶有机质前、后的页岩开展了有机地球化学、矿物组成、孔隙结构(比表面积、孔容)等储层特性对比研究。结果表明：抽提后样品的TOC、S₁、S₂、I_H等热解参数呈现降低的趋势,但其矿物组分没有变化,保持了页岩原有孔隙结构特征。可溶有机质占据一定孔隙空间,阻碍了孔隙间的连通性。抽提后的页岩测定的比表面积和孔容变大。页岩样品中残余可溶有机质主要分布于微孔及较小的介孔中,并受成熟度水平的制约。对于低成熟度页岩样品,可溶有机质主要赋存于小于5nm有机质孔隙中。对于中等成熟度页岩样品,微孔及小于20nm介孔成为主要的储集空间。     

页岩气藏纳米孔隙气体渗流特征分析

页岩气藏储层孔隙非常细小,国内外页岩孔隙半径主要集中在几个纳米到20个纳米之间,国内部分页岩孔隙半径小于10个纳米。页岩气藏生产受到纳米孔隙中的游离气和吸附于干酪根中吸附气两大主体气源影响,这2种气源气在生产中表现出4种机理。研究了纳米孔隙中气体分子克努森扩散、气体滑脱、达西渗流及吸附于干酪根中气体扩散4种机理下页岩气体渗透率及孔隙压力的变化情况,并以此建立圆柱管内平面单向稳定渗流数学模型。模型模拟结果表明页岩的表观渗透率远远大于达西渗透率,孔隙半径越小,则两者比值越大,当孔隙半径从20个纳米减小到几个纳米,两者比值将会从十增大到几十;孔隙压力越小,则两者比值越大,而当压力小于5MPa时,表观渗透率与达西渗透率之比明显增加1~2个数量级。随着压力降低,克努森扩散作用不断增强,相应的压力损耗不断增加,使得纳米管柱内平面单向从供给边缘到排液道的稳定渗流压力分布已不再是线性分布。干酪根中气体由于扩散速度慢、扩散量小而对压力影响不明显。
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Organic porosity evaluation of Lower Cambrian Niutitang Shale in Qiannan Depression,China

Qiannan Depression was selected as a study case to confirm the contribution of organic pores (microscale and nanoscale pores within organic grains in shale) formed by hydrocarbon generation to shale gas reservoir space. Using the material balance principle combined with chemical kinetics methods, an evaluation model of organic porosity for shale gas reservoirs was established. The results indicate that there are four important model parameters to consider when evaluating organic porosity in shale: the original organic carbon (w(TOC₀)), the original hydrogen index (I_H0), the transformation ratio of generated hydrocarbon (F(R_o)) and the organic pore compression coefficient (C). The organic porosity of carbonaceous shale in the middle and lower part of the Niutitang Formation in the Cy1 well is from 0.68 to 5.24%, and the average value is 3.01%.     

页岩微观孔隙演化及分形特征研究

以美国印第安纳州伊利诺伊盆地的New Albany页岩(热成熟度R_O值范围为0.35%~1.41%)为研究对象,分别采用氮气吸附法和二氧化碳吸附法表征页岩纳米孔隙结构特点,研究了页岩微观孔隙随热成熟度、总有机碳含量(TOC)及无机矿物组分的演化特征,并探索了页岩孔隙分形特征的热演化规律及其与孔隙结构参数的相关关系。结果表明,随着热成熟度的升高,页岩孔容呈现非单调演化趋势,推测其与有机质的初次和二次裂解密切相关。Frenkel-Halsey-Hill(FHH)方法和热力学模型计算获得的页岩样品的孔隙分形维数在2.47~2.61之间,表明了页岩孔隙具有明显的分形特征。研究还发现,生油窗内成熟页岩样品的孔隙分形维数与其孔容显著正相关,而与孔径显著负相关,暗示孔隙分形维数与页岩气体吸附能力密切相关。更高的分形维数使得孔隙结构趋于复杂,并有利于气体吸附存储。因此,页岩孔隙分形维数可作为定量表征孔隙结构非均质性、评价页岩气体吸附存储能力的重要参数之一。     

惠民凹陷下第三系砂岩成岩作用及其对孔隙演化的影响

惠民凹陷下第三系砂岩经历了压实、胶结、溶蚀、交代和重结晶等多种成岩作用。其中压实、胶结和溶蚀作用对储层性质影响最大。压实作用的平均减孔率为0.78%/100m,中部和南部较高,北部较低。胶结作用对储层性质的影响表现在埋深大于1500m以后,其减孔率为8-20%。溶蚀作用主要出现在1400-2500m和2700-4000m两个深度段,以长石溶蚀为主,其次是碳酸盐胶结物的溶蚀作用,溶蚀作用新增的孔隙度大约为4-14%。砂岩经历了早成岩A、早成岩B和晚成岩A阶段,目前大多处于晚成岩A2期。砂岩储层孔隙可以分为原生孔隙和次生孔隙两大类。     

页岩气成藏理论及资源评价方法

在调研了国内外页岩气研究成果的基础上,系统地研究了页岩气藏基本特征,分析了页岩气藏的成藏机理及成藏控制因素,并针对页岩气藏特殊的成藏特征,探讨了相应的识别方法和资源评价方法。研究表明,页岩气藏通常具有自生自储、储层粒度细、低孔低渗、裂缝发育、储层面积大、连续分布、形成温度及埋深范围广,赋存方式主要为吸附态、压力异常、产能低、采收率低和生产周期长等特征;页岩气成藏具有过渡特点,兼具了根缘气及常规天然气的成藏机理;有机质类型及含量、成熟度、裂缝、孔隙度和渗透率、矿物组成、厚度、湿度、埋深、温度与压力对页岩气藏的形成具有一定的控制作用;利用岩心分析法、地球物理法及ECS测井、成像测井等测井新技术可定性或定量识别页岩气;按照页岩气资源评价主要方法的原理归类,目前页岩气资源评价主要方法有类比法、成因法、统计法和综合法4类,每种方法有各自的适用性和局限性。     

贵州页岩气源岩特征及页岩气勘探远景分析

贵州在地质历史时期长期处于海洋沉积环境,特别是缺氧沉积环境发育,形成多层位黑色泥页岩。根据黑色泥页岩分布范围及厚度,主要划分出震旦系陡山沱组、下寒武统牛蹄塘组、奥陶系五峰组、下志留统龙马溪组、中泥盆统罐子窑组-火烘组、下石炭统大塘组、二叠系栖霞组-龙潭组。页岩气烃源岩具有层位多\,厚度大\,有机质含量高,成熟度高等特点。同时,根据页岩气烃源岩分布、厚度、有机质含量、成熟度等综合分析,划分出有利的页岩气成藏区,即武陵褶皱、黔中-黔北、南盘江紫云-册亨页岩气有利发育区,并认为南盘江坳陷的册亨-望谟一带是最有利的页岩气勘探远景区。     

准噶尔盆地东南缘油页岩有机地球化学特征及含气潜力

准噶尔盆地页岩气尚属于研究起步阶段,勘探程度低,还未发现页岩气藏。通过对准噶尔盆地东南缘雅玛里克山、水磨沟、三工河等地区上二叠统芦草沟组油页岩样品进行有机地球化学特征系统分析,认为：芦草沟组油页岩有机碳平均含量为9.71%,油页岩氢指数(I_H)平均值为471.56mgHC/g_TOC,有机质类型主要为Ⅱ型,处于低熟—成熟热演化阶段。通过与北美五大页岩气系统地球化学参数和地质参数对比,初步确定准噶尔盆地东南缘存在发育热成因页岩气藏的条件,部分区域可能有生物成因气生成。3个地区中,以三工河地区油页岩有机质丰度最高,有可能成为研究区页岩气勘探开发的有利区域。     

0.12t/d油页岩干馏炉预热过程中温度分布特性

油页岩干馏炉启动升温过程中,其炉内的温度分布特性对油页岩的预热具有显著影响。干馏炉内气体在固体物料间的空隙内流动十分复杂,难以实现模拟研究。试验结果表明,空炉与填料时水平截面的温度分布变化基本相似,可通过空炉时的温度分布特性来进行近似分析。在进气量12 m3/s、进气比1的工况下,采用LES和RNS模型分别对空炉下干馏段和布气装置的升温过程进行数值模拟,分析干馏段和布气装置内温度及流速的变化。结果表明,布气方式决定炉内不同区域油页岩发生热解的顺序,率先发生热解的油页岩吸热减少,该位置温度加速上升,加剧炉内温度分布不均;加权平均数公式能更加准确反映截面温度不均性;炉内温度分布主要由不同区域的喷嘴加热功率与该区域的流场特性共同作用形成。     

Assessing shale gas resources of Wufeng-Longmaxi shale (O3w-S1l) in Jiaoshiba area,SE Sichuan (China) using Petromod I: Burial and thermal histories

Burial and thermal histories of Wufeng-Longmaxi shale (O_3w-S_1l) in Jiaoshiba, an important shale gas exploration target in SE Sichuan, were modeled using PetroMod software. Results of Well JY4 show the shale was buried to 2000 m in Silurian, uplifted 1000 m due to a later erosion, subsided again at Permian, and reburied to maximum depth around 6200 m at the end of Cretaceous (K3). Finally, the shale uplifted to the current depth of 2500 m. Thermal history of the shale was reconstructed based on the burial evolution after constrained by measurements. The shale entered oil-window in later Silurian and passed gas generation peak at early Triassic. Thermal maturation accelerated significantly since the Triassic and finalized its maximum maturation (2.0–2.5% Ro) at K3.