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。     

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。     

页岩气储层类型和特征研究——以四川盆地及其周缘下古生界为例

通过对四川盆地及其周缘下寒武统和上奥陶统—下志留统41块黑色页岩的野外观察、显微薄片、扫描电镜及X衍射等实验分析,对页岩储层特征、裂缝特征和孔隙特征等进行了研究。认为页岩气藏的储集类型主要有裂缝和孔隙2类。根据页岩气藏特征、裂缝对页岩气成藏的控制作用及裂缝的性质,按裂缝的发育规模分为巨型裂缝、大型裂缝、中型裂缝、小型裂缝和微型裂缝等5类;按孔隙类型将孔隙分为有机质(沥青)孔和/或干酪根网络、矿物质孔(矿物比表面、晶内孔、晶间孔、溶蚀孔和杂基孔隙等)以及有机质和各种矿物之间的孔隙。不同的裂缝类型、裂缝规模、孔隙类型和孔隙大小对页岩储能、产能的贡献不同,作用也不同。孔隙是页岩气藏中气体的储存空间,很大程度上决定着其储能,而裂缝是页岩气藏中气体渗流的主要通道,决定着其产能,由于页岩基质的低孔低渗性,裂缝的发育规模决定着页岩气藏的品质。      

中上扬子地区下寒武统富有机质页岩吸水特征及对页岩气勘探的指示意义

以中上扬子地区下寒武统富有机质页岩为研究对象,分别选取位于寒武系页岩气勘探突破区的湖北宜昌和四川威远2个地区的3个钻井/露头剖面（宜昌WPZK001井剖面、长阳露头剖面和威远W001?4井剖面）和目前勘探失利区的2个典型剖面（贵州开阳剖面和重庆酉阳剖面）共37件样品,开展岩石小柱体的吸水实验,并与四川盆地志留系龙马溪组富有机质页岩进行对比研究。结果表明：寒武系页岩气勘探突破区的下寒武统水井沱组/筇竹寺组富有机质页岩与四川盆地志留系龙马溪组富有机质页岩相似,其饱和吸水量主要受有机碳含量和石英含量的控制,表现出较好的正相关关系,而寒武系页岩气勘探失利区的下寒武统牛蹄塘组富有机质页岩的饱和吸水量则与黏土矿物和碳酸盐矿物含量表现出弱的正相关关系,与有机碳含量和石英含量均无明显相关关系。这不仅指示了研究区下寒武统富有机质页岩发育孔隙网络特征,特别是有机质孔隙的发育,存在显著差异,同时也为从富有机质页岩矿物组成及其成因来源与孔隙发育耦合机制方面来探讨寒武系页岩含气性变化提供了新的研究思路。     

四川盆地及周缘下寒武统页岩气成藏主控因素与勘探方向

运用最新的页岩气勘探理论及模拟实验结果,对四川盆地及周缘地区下寒武统页岩气成藏基本地质条件及主控因素进行了研究。该区下寒武统暗色泥页岩发育,可划分为"被动陆缘型"和"拉张槽型"2种类型。前者具有品质好、厚度巨大、分布范围广等特点,页岩气成藏物质基础条件优越,但底板条件差,构造变形强烈,页岩气保存条件受到挑战;后者达到了基本烃源岩标准,虽单层厚度薄,但具有纵向发育层段多、顶底板条件良好、构造变形弱等特点。高演化程度影响了暗色泥页岩的含气性,不利于页岩气富集成藏;顶底板条件是页岩气气藏早期形成的前提;构造条件是页岩气藏后期得以保存的关键。勘探有利区为盆内绵阳—乐至—隆昌—长宁地区及周缘城口—巫溪、鄂西宜恩—鹤峰、湘西花垣—张家界、贵州镇远等地区。      

上扬子地区下寒武统筇竹寺组页岩沉积环境

上扬子地区下寒武统页岩展现出了良好的页岩气勘探前景，是油气资源的重要战略接替领域。通过露头观测、岩心描述、薄片观察、扫描电镜分析以及主微量元素地球化学分析，对该套页岩沉积环境进行了综合研究。根据矿物学、岩石组构及沉积构造的不同，在筇竹寺组识别出5大类12小类岩相类型，进一步总结了浅水陆棚、深水陆棚、斜坡-盆地沉积体系中发育的6类典型的沉积序列，建立了相应的沉积模式。浅水陆棚沉积处于氧化、相对低的古海洋生产力条件下，发育磷质-云质-泥质沉积序列和砂质-泥质-灰质沉积序列，有机质含量普遍偏低。深水陆棚以及斜坡-盆地沉积处于贫氧-缺氧、高海洋生产力的条件下，发育富含有机质的泥质-磷质-云质沉积序列、硅质-泥质沉积序列和泥质沉积序列。在四川盆地资阳-长宁一线陆内裂陷槽内部以及四川盆地之外东南部黔中、黔北及鄂西-渝东等大部分深水陆棚沉积区是富有机质页岩发育的有利区域。此外，热液活动为黔西北地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩提供了必要的物质基础和保存条件，有利于形成富有机质的页岩。     

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。     

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。     

沅麻盆地牛蹄塘组页岩气勘探前景分析

对雪峰隆起周缘野外露头下寒武统牛蹄塘组暗色泥页岩特征和保存条件深入研究表明,雪峰隆起沅麻地区早古生代是一个统一的被动大陆边缘,早寒武世牛蹄塘期为陆棚相-盆地相沉积环境,是下寒武统暗色泥页岩的有利相带。牛蹄塘组暗色泥页岩有机碳含量普遍较高,脆性矿物含量高;基质孔隙、微裂缝发育,吸附能力强,同时具有良好的顶底板条件,埋深条件适中,深凹陷部断层不发育,保存条件良好。研究认为,沅麻盆地草堂凹陷和辰溪凹陷牛蹄塘组具有优越的页岩气形成地质条件,是南方下寒武统页岩气勘探开发又一重要地区。     

四川盆地及其周缘下寒武统页岩气聚集条件

在对重庆市秀山县溶溪和四川省南江县小两等15处下寒武统黑色页岩的露头观察和取样分析基础上,研究了四川盆地及其周缘下寒武统黑色页岩的沉积相、分布、有机质类型及含量、成熟度、孔隙度和含气量等页岩气聚集条件。与美国主要产气页岩相比,这些页岩具有厚度大、有机碳含量高、成熟度高和含气量高等特点,具备页岩气藏发育的良好地质条件。四川盆地及其周缘下寒武统页岩气藏最有利发育区位于川南-黔北-黔中、鄂西-渝东和川东北地区,并分析了各有利区的泥岩、页岩具体指标。根据实测含气量,采用体积法计算研究区下寒武统页岩气资源量为（3.3~11.4）×10¹² m³,中值为7.4×10¹² m³。     

川南下寒武统筇竹寺组页岩气形成条件及资源潜力

利用四川盆地南部地区最新钻探的井下资料、周边露头地质调查资料及大量样品的分析测试结果,从富有机质页岩区域展布、地球化学特征、岩石储集特征、含气性等方面研究川南地区下寒武统筇竹寺组页岩气形成条件与资源前景。研究区筇竹寺组有机质含量高(TOC值为0.55%～25.70%,平均值大于2%),页岩有效厚度大(黑色页岩厚60～300 m),脆性矿物含量较高(大于40%),页岩中发育丰富的纳米—微米级孔隙和微裂缝,含气量高(页岩含气量0.27～6.02 m3/t,平均1.90 m3/t),有利于页岩气的形成与富集。钻井过程中筇竹寺组气显示频繁并获得了工业性突破,是目前中国最有利的页岩气勘探开发层系之一,综合对比研究认为威远、叙永—筠连地区是研究区内筇竹寺组页岩气勘探开发最有利的地区。图4参23     

纳米CT页岩孔隙结构表征方法——以JY-1井为例

分析富有机质页岩的纳米孔隙结构是评价页岩储集性能和页岩气资源勘探开发潜力的基础。利用纳米CT及三维重构技术评价四川盆地焦石坝地区下志留统龙马溪组页岩的孔隙特征及连通性,结果表明：①纳米CT可以展现页岩孔隙的三维空间结构,结合其他实验方法更有利于表征页岩的孔隙特征;②基于纳米CT可将焦石坝页岩样品的组分分为基质矿物、有机质、孔隙和高密度矿物（如黄铁矿）,其体积比分别为89.20%、6.22%、2.71%和1.87%;③焦石坝页岩的孔径分布范围为79~4 700 nm,以100~500 nm为主,包括有机孔隙和无机孔隙;④焦石坝页岩孔隙的非均质性较强,总体具有较好的连通性,以Ⅲ级连通域为主。     

陆相页岩气突破和建产的有利目标——以四川盆地下侏罗统为例

与北美在海相泥页岩中成功开发的页岩气相比,我国主要含油气盆地中的页岩气是以赋存于陆相沉积岩中为基本特点的,因此陆相层系也是页岩气勘探开发新的重要领域。但陆相与海相页岩中的矿物成分、沉积结构存在一定的差别,与岩石力学性质有关的压裂特征是制约陆相页岩气能否取得有效益的开发的关键。四川盆地下侏罗统陆相页岩气主要发育于湖湘泥页岩中。通过老井复查和重新评价,已在川东建南、元坝地区获得页岩气工业气流,展示了下侏罗统页岩气良好的潜力和可采性。对四川盆地下侏罗统页岩气形成条件和富集关键控制因素分析认为,下侏罗统湖相泥页岩分布广泛,具自生自储连续型气藏的特点。泥页岩有机质丰度、滞留烃的厚度和较好的保存条件是下侏罗统页岩气富集的主控因素;脆性矿物含量给大型水力压裂改造创造了较好条件;合理的试采方式是下侏罗统获得页岩气工业气流和长期稳产的关键;页岩气评价、压裂试验、测试证实,四川盆地下侏罗统页岩气是陆相页岩气突破和建产的有利目标。      

四川盆地东北部下侏罗统自流井组陆相页岩储层孔隙特征及形成控制因素

为查明川东北自流井组陆相富有机质页岩储层孔隙发育特点及形成机理,采用岩石薄片、全岩X-衍射、有机岩石学、高压压汞-吸附联合测定、氩离子抛光-扫描电镜及物性测试等多种技术方法,开展了川东北地区自流井组陆相页岩储层孔隙结构、类型及储集性能研究,并探讨了主要孔隙类型的形成控制因素.研究结果表明:川东涪陵地区东岳庙段和川北元坝...     

川南下志留统龙马溪组页岩气储层特征

以单井储层地质分析为基础,结合其他钻井、露头资料和前人研究成果,从黑色页岩沉积环境与分布、岩矿组成、储集空间类型、储渗条件、力学性质等方面,对川南下志留统龙马溪组下段黑色页岩的储层特征进行了研究。初步证实该页岩储集条件与美国主力产气页岩相近,具有4项显著特征：①黑色页岩为深水陆棚相沉积,厚度大,分布稳定,广泛分布于川南及其邻区,沉积中心区厚度一般为20~135 m,其中富有机质页岩段具高伽马测井响应;②石英、长石、碳酸盐3种脆性矿物含量超过40%,黏土矿物不含蒙脱石和高岭石,具较高弹性模量和较低泊松比,质地硬而脆;③发育残余原生孔隙、有机质孔隙、黏土矿物层间微孔隙、不稳定矿物溶蚀孔等4种基质孔隙以及大量裂缝,其中有机质微孔隙和黏土矿物层间微孔隙是页岩基质孔隙的主要组成部分;④应用地球物理、老资料复查和实验室分析等手段初步证实,川南龙马溪组页岩存在异常高压特征,物性好于预期。总体认为,川南龙马溪组黑色页岩具备页岩气勘探开发的良好储集条件。     

中国页岩气形成机理、地质特征与资源前景

邹才能,张光亚,陶士振,等.全球油气勘探领域地质特征、重大发现及非常规石油地质[J].石油勘探与开发,2010,37(2):129-145.Zou Caineng,Zhang Guangya,Tap Shizhen,et al.Geological features,major discoveries and unconventional petroleum geology in the global petroleum exploration[J].Petroleum Exploration and Development,2010,37(2):129-145.

张金川,金之钧,袁明生.页岩气成藏机理和分布[J].天然气工业,2004,24(7):14-18.Zhang Jinchuan,Jin Zhijun,Yuan Mingsheng.Reservoiring mechanism of shale gas and its distribution[J].Natural Gas Industry,2004,24(7):14-18.

King G R,华桦,张伦友.关于有限水侵的煤层和泥盆系页岩气藏的物质平衡方法[J].天然气勘探与开发,1994,16(3):62-70.King G R,Hua Hua,Zhang Lunyou.Material balance method for coal measure and Devonian shale gas pool with limited water influx[J].Natural Gas Exploration and Development,1994,16

聂海宽,唐玄,边瑞康.页岩气成藏控制因素及中国南方页岩气发育有利区预测[J].石油学报,2009,30(4):484-491.Nie Haikuan,Tang Xuan,Bian Ruikang.Controlling factors for shale gas accumulation and prediction of potential development area in shale gas reservoir of South China[J].Acta Petrolei Sinica,2009,30(4):484-491.

Nelson R A.Geologic analysis of naturally fractured reservoirs:Contributions in petroleum geology and engineering[M].Houston:Gulf Publishing Company,1985.320.

胡文瑞,翟光明,雷群,等.非常规油气勘探开发新领域与新技术[M].北京:石油工业出版社,2008.Hu Wenrui,Zhai Guangming,Lei Qun,et al.New fields and technique of unconventional petroleum exploration and development[M].Beijing:Petroleum Industry Press,2008.

张金川,姜生玲,唐玄,等.我国页岩气富集类型及资源特点[J].天然气工业,2009,29(12):109-114.Zhang Jinchuan,Jiang Shengling,Tang Xuan,et al.Accumulation types and resources characteristics of shale gas in China[J].Natural Gas Industry,2009,29(12):109-114.

张金川,徐波,聂海宽,等.中国页岩气资源勘探潜力[J].天然气工业,2008,28(6):136-140.Zhang Jinchuan,Xu Bo,Nie Haikuan,et al.Exploration potential of shale gas resources in China[J].Natural Gas Industry,2008,28(6):136-140.

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四川盆地龙马溪组与大安寨段泥页岩差异性分析

陆相泥页岩油气勘探已引起越来越多的关注。选取我国四川盆地下侏罗统自流井组大安寨段陆相泥页岩与已经初步实现规模化商业性生产的下志留统龙马溪组海相泥页岩进行类比,分析二者在发育层位、岩石类型、岩石组分、有机质地球化学特征及储集物性等方面的差异性,以便建立一套适用于四川盆地陆相页岩气勘探开发的评价标准。研究表明：龙马溪组埋藏深度一般为2 000～4 000 m,主要发育黑色硅质页岩、硅质岩、炭质页岩和深灰色泥岩等,具有纹层状构造,泥页岩矿物成分主要为石英、碳酸盐矿物、黏土矿物、白云母和黄铁矿等,TOC 质量分数主要为1%～4%,Ro 一般为2.4%～3.6%,处于高-过成熟生气阶段,有机质类型以Ⅰ型为主,晶间孔、粒间孔和微裂缝发育,构造保存条件较好;大安寨段埋藏深度主要为1 400～4 300 m,发育暗色泥页岩,且以暗色泥页岩夹薄层介壳灰岩或二者互层为特征,泥页岩页理发育,具有纹层状构造,矿物成分主要为石英、长石、黏土矿物、方解石、白云石及黄铁矿等,TOC 质量分数主要为0.58%～3.81%,Ro 为1.05%～1.85%,处于成熟-高成熟生气阶段,有机质类型以Ⅱ2 型为主,主要发育粒间孔、晶间孔、生物体腔孔、溶蚀孔和裂缝,具有裂缝型介壳灰岩油气藏或孔隙-裂缝型含有机质介壳灰岩油气藏与页岩气藏共存的特征。综合研究认为,与龙马溪组相比,大安寨段也具有较大的页岩气资源潜力和较好的勘探开发前景。