川南下志留统龙马溪组页岩吸附特征及控制因素

页岩的吸附特征是评价页岩气是否具有开采价值的一个重要标准,是研究页岩气富集规律的一个核心内容。为此,以四川盆地南部地区下志留统龙马溪组取心页岩为研究对象,开展页岩等温吸附实验研究。实验发现龙马溪组泥页岩的Langmuir体积较大,平均为1.33m3/t,Langmuir压力平均为1.66 MPa,反映了龙马溪组页岩的吸附能力较强,具有良好的储气能力,但不利于解吸。结合页岩矿物特征及孔隙结构特征,研究发现温度、有机碳含量、湿度、比表面积等是影响龙马溪组页岩吸附能力的主要因素;页岩气的吸附过程属于放热反应,随温度升高吸附气量减少;由于水分占据了一定原本被气体吸附的孔隙表面,因而湿度越大,吸附气量越小;中孔和宏孔体积与页岩饱和吸附气量具有较好的正相关性;有机碳含量越高,饱和吸附气气量就越大;比表面积更是饱和吸附气量的控制因素,二者具有极高的相关性。     

四川盆地焦石坝地区页岩吸附特征室内实验

页岩含气量对页岩气田储量计算至关重要,直接关系到页岩气的产量、递减规律等。页岩气以游离气和吸附气形式赋存,有重量法等温吸附、容量法等温吸附、现场含气量测试等不同方法测试吸附气、游离气。通过测试页岩气降压解吸过程中气体体积变化来测量吸附气量,首次建立了同时测试页岩吸附气、游离气的方法。该方法采用柱状页岩岩心,模拟不同温度、压力、含水、真实孔隙结构等条件,消除了等温吸附曲线的负吸附异常;分析了有机质含量、压力、温度、含水、气体组成等因素对页岩吸附量的影响。实验结果表明,页岩的甲烷吸附量随压力增加而增加,压力大于12MPa后达到吸附/解吸动态平衡,吸附量不再增加;有机质含量TOC增加时吸附量增加;温度增加时吸附量降低;页岩含水后吸附量降低;甲烷吸附量高于氮气吸附量;焦石坝龙马溪组主力层页岩在温度20℃、压力30MPa下页岩气吸附气量介于1.8~3.1m~3/t之间,总含气量介于5.1~6.5m~3/t之间,吸附气占总气量40%左右。     

蜀南地区龙马溪组页岩含气量的影响因素

在对四川盆地蜀南地区下志留统龙马溪组页岩有针对性地开展等温吸附、有机碳含量、X衍射、孔隙度、含水饱和度等实验分析的基础上,分别对页岩中吸附气含量和游离气含量影响因素进行了研究,并将各影响因素区分为直接因素和间接因素。页岩吸附气含量影响因素研究表明：页岩兰式体积是影响该区龙马溪组页岩吸附气含量的主要直接因素,而兰式压力和地层压力对吸附气含量影响不明显,龙马溪组页岩吸附气含量通常接近该地层温度条件下的兰式体积。页岩有机碳含量和地层温度是页岩吸附气含量的主要间接影响因素,同一温度条件下,页岩有机碳含量是兰式体积的主要影响因素;对同一样品,温度条件对页岩兰氏体积有重要影响。考虑到参数的常用性,认为页岩有机碳含量和地层温度是蜀南地区龙马溪组页岩吸附含量的主要影响因素。页岩游离气含量影响因素研究表明：孔隙度、含水饱和度和地层压力是页岩游离气含量的主要影响因素,需要注意的是在计算游离气含量时需考虑吸附气所占孔隙空间对其的影响。页岩有机碳含量和地层埋深对游离气含量有重要的间接影响,在蜀南地区龙马溪地层中有机质富集的页岩通常具有较高的孔隙度和较小的含水饱和度;地层埋深与地层压力较好的正相关性,可以利用地层埋深数据预测龙马溪组地层压力。蜀南地区龙马溪组页岩气主要由吸附气和游离气组成,页岩含气量的主要影响因素为：有机碳含量、孔隙度、含水饱和度、地层压力和温度。     

渝东南地区龙马溪组页岩吸附特征及其影响因素

页岩的吸附气含量是页岩气量的主要组成部分,不同地区页岩具有不同的吸附特征,其影响因素也有较大差异,因此进一步研究页岩吸附气量,对预测页岩含气量、进行资源评价具有重要意义。渝东南地区发育了较好的下志留统龙马溪组富有机质页岩,具有成熟度高、埋深浅及分布广等特点,为了研究该套页岩的吸附能力和影响因素,选取了该地区2口页岩气井的岩心进行有机碳含量测定、热成熟度测定、X-衍射岩矿分析、氮气吸附实验、扫描电镜实验以及等温吸附实验等一系列分析测试,进一步分析了页岩吸附能力与孔隙结构、有机碳含量、矿物成分、含水率和压力的影响关系,研究过程中发现,该套页岩中有机质丰度高低是影响页岩吸附气量的关键因素,而有机质中发育的大量孔隙,其丰富的比表面积是增强页岩吸附能力的根本因素。     

中国南方海相页岩吸附特征及其影响因素

我国南方古生界主要发育下寒武统、下志留统富含有机质的暗色海相泥页岩,是我国页岩气勘探的首要战略选区。我国南方古生界页岩成熟度高,大部分地区埋藏较深,经历了复杂的构造热演化作用,地层抬升对页岩含气性产生了直接影响,尤其对页岩吸附能力和含气饱和度有着重要的影响。为此,选取中国南方海相下志留统龙马溪组页岩样品进行了页岩吸附能力测试,利用实验结果开展了不同温度条件下页岩吸附能力的对比和构造抬升对吸附能力的影响分析。结果认为：温度、总有机碳含量是影响页岩吸附能力的关键因素;构造抬升作用强度对页岩含气性具有重要的影响,进而影响到页岩气的富集成藏。该成果可用于指导正在进行的中国页岩气地质选区工作。     

页岩等温吸附曲线SLD-PR模拟方法及应用

页岩气主要由吸附气和游离气组成,吸附气体的含量直接影响页岩气藏的地质储量和页岩气井的产量。为了准确得到页岩的吸附气含量,以川南地区龙马溪组页岩为研究对象,设计了实验测量了温度在25～45 ℃,压力在0～8 MPa范围内页岩吸附甲烷的等温吸附曲线,发现页岩的吸附气量随着温度的升高而减少。通过简化局部密度函数（SLD-PR）理论计算了不同温度下页岩的等温吸附曲线并且与实验结果作对比,结果表明该方法可以用来计算页岩等温吸附曲线。利用SLD-PR方法预测了页岩气藏储层温度和压力条件下等温吸附曲线,弥补了高温高压下实验测量页岩等温吸附曲线误差大的不足。同时对比了利用SLD-PR方法和Langmuir方法计算的吸附气量,发现利用Langmuir方程计算得到的吸附气含量偏大,利用SLD-PR方法计算得到的页岩吸附气含量更加可靠。     

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。     

储层温度和压力对页岩气赋存形态影响

本文以四川盆地南方海相龙马溪组页岩为研究对象,考虑页岩中吸附相所占孔隙度,分析了不同储层温度和压力下对页岩储层赋存形态的影响,得出了页岩埋藏深度与吸附气、游离气和总页岩气。分析结果表明:页岩储层压力增大,页岩的吸附能力逐渐减弱,吸附气量增加趋势减小,吸附气占页岩气总储量的百分数降低;页岩游离气含量与储层压力之间存在正相关关系;在低储层压力阶段,岩气总储量随储层压力增加迅速增大,在高储层压力阶段,页岩气总储量随储层压力增加而增大;吸附是放热过程,储层温度越高,页岩储层对甲烷的吸附能力降低。随着储层温度增大,气体分子热运动加快,页岩的吸附能力减弱,吸附量降低;页岩埋深增加,储层压力和温度增大,吸附气量先增加而后降低,游离气线性增加,页岩气总储量先迅速增大而后逐渐趋于平缓。     

蜀南地区富有机质页岩孔隙结构及超临界甲烷吸附能力

以蜀南地区龙马溪组下部富有机质页岩为研究对象,通过场发射扫描电镜（FE-SEM）、低压氩气吸附实验和重力法高压甲烷吸附实验,研究页岩孔隙结构特征及超临界状态下页岩储层的甲烷吸附能力,并讨论了页岩孔隙结构对甲烷吸附能力的影响。研究表明,蜀南地区龙马溪组富有机质页岩主要发育有机质孔隙,页岩孔隙结构非均质性强,比表面积为16.846~63.738 m²/g,孔体积为0.050~0.092 cm³/g,微孔和介孔贡献页岩90%以上的比表面积,介孔和宏孔贡献页岩90%以上的孔体积。甲烷在地层条件下处于超临界状态,过剩吸附曲线在约12 MPa时出现极大值,随后开始下降。使用修正过的四元Langmuir-Freundlich （L-F）方程拟合高温甲烷过剩吸附曲线,拟合效果较好,相关系数大于0.997。页岩饱和吸附量为0.067 0~0.220 2 mmol/g,不同页岩样品吸附能力差异明显。海相富有机质页岩中,随着有机质含量的增大,有机质孔隙数量增多,且页岩中微孔比例增大,微孔的吸附能力远大于介孔和宏孔,故页岩吸附能力增强。有机质含量是影响蜀南地区海相富有机质页岩孔隙结构和甲烷吸附能力的主要因素。     

黔西北五峰—龙马溪组海相页岩含气性及主控因素

为了探讨黔西北地区五峰—龙马溪组富有机质页岩含气性特征和主控因素,对习页1井岩心进行系统采样,并做孔隙结构、矿物组成、有机质含量、成熟度测试、等温吸附、现场解析等实验分析.研究表明:页岩气发育的富有机质页岩段主要位于五峰组和龙马溪组的底部,岩性以黑色炭质页岩、钙质页岩和硅质页岩为主;黑色页岩具有较好的吸附能力,含气页岩层段以吸附气为主;页岩含气量与有机碳含量、比表面、总孔隙度等均具有较好的正相关关系,与黏土矿物含量具有负相关关系,游离气所占比例与有机碳含量、比表面、总孔隙度呈负相关关系.     

黔北地区下志留统龙马溪组页岩储层特征

为弄清黔北地区下志留统龙马溪组海相富有机质页岩储层特征,文中利用有机地球化学、低温氮气吸附、甲烷等温吸附和场发射扫描电镜等资料,分析讨论了龙马溪组页岩的矿物学、有机地球化学、页岩储集空间和吸附能力等特征.结果表明:研究区龙马溪组页岩有机质类型以Ⅰ型为主,有机质成熟度适中,总有机碳质量分数在0.39％～9.24％,平均为...     

渝东南盆缘转换带龙马溪组页岩气散失过程、能力及其主控因素

研究页岩气的散失过程、散失能力及其控制因素对于揭示页岩气的成藏机理、指导页岩气的勘探选区等都具有重要的现实意义。为此,以四川盆地东南部及其盆缘转换带(以下简称渝东南盆缘转换带)下志留统龙马溪组页岩为例,通过现场解吸实验模拟页岩气散失过程,并借助X射线衍射分析、有机碳含量测试、低温氮气吸附实验、等温吸附实验、扫描电镜观察等室内研究手段,定性分析页岩气的散失过程,定量评价页岩气的散失能力,并在此基础上探讨影响页岩气散失能力的主控因素。研究结果表明:(1)该转换带龙马溪组上、下段页岩的页岩气散失过程存在着明显的差异,后者的散失能力明显低于前者;(2)页岩气散失能力主要由温度、压力及岩石属性等决定,其中温度、压力是最主要的外在因素;(3)有机质含量是决定页岩气散失能力的最主要内在控制因素,随有机质含量的增加,页岩比表面积增大、吸附能力增强,页岩气散失能力降低;(4)页岩气散失能力在一定程度上受到岩石矿物成分和孔隙结构的影响,石英含量、黄铁矿含量与散失能力呈负相关关系,长石含量与散失能力呈正相关关系,碳酸盐矿物含量和黏土矿物含量与散失能力之间的相关性不明显。     

鄂西宜昌地区页岩气成藏地质特征

通过分析鄂西宜昌地区页岩气的地质特征，探讨了页岩气成藏的控制因素。结合黄陵隆起的构造演化特征将鄂西宜昌地区的演化划分为刚性基底形成、盖层沉积、隆升改造3个阶段。鄂西宜昌地区受构造演化的控制，其震旦系陡山沱组、寒武系牛蹄塘组和上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组3套页岩在沉积期主体处于相对深水的沉积环境，与四川盆地内部陡山沱组、筇竹寺组和龙马溪组3套页岩具有相同的沉积背景和组成特征，具备形成页岩气的物质条件。基于已发现气藏的解剖，从保存条件和热演化过程2个方面分析了黄陵隆起在鄂西宜昌地区3套页岩气成藏过程中的关键控制作用。鄂西宜昌地区古老刚性隐伏隆升基底的形成时间早、分布广、抗挤压能力强、隆升时间晚且持续时间长，其上覆寒武系、震旦系和上奥陶统-下志留统古老页岩层系的深埋时间短、热演化程度相对较低、构造稳定、保存条件好，为页岩气的成藏提供了良好的地质条件。     

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气“源-盖控藏”富集

根据页岩气地质理论研究进展和勘探发现,基于"源-盖控烃"论分析了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气富集的主控因素。1"源控"主要表现在优质页岩厚度、面积、有机碳含量等物质基础参数控制了页岩的生烃能力和储集能力,上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组一段下部页岩(WF2—LM4笔石页岩段)具有沉积速率低、有机质类型好、有机碳含量高和生烃能力强等特点,具备良好的页岩气发育生烃物质基础;浮游藻类来源的成烃生物有利于大量生烃和有机质孔大量发育,且高有机碳含量保证了发育大量有机质孔并形成三维连通的有机质孔孔隙网络,为天然气提供良好的赋存空间和渗流通道。2"盖控"的盖层包括直接盖层和间接盖层,直接盖层指龙马溪组一段中上部(LM5笔石页岩段及其以上)页岩对五峰组和龙马溪组一段下部页岩(WF2—LM4笔石页岩段)的封闭;中下三叠统膏盐岩、泥岩间接盖层(区域盖层)保证了一定的压力封闭,使得其下的五峰组和龙马溪组页岩气能有效富集,形成高压富集的页岩气藏(焦石坝、富顺—永川、长宁等地区);在中下三叠统缺失的地区,先存的高压封闭体系被破坏,页岩气保存失去有效性,形成低压—常压富集的页岩气藏(渝东南彭水、云南昭通等地区)。源-盖空间匹配关系的数量(静态匹配)和质量(动态匹配)控制着页岩气富集位置和富集程度。四川盆地及其周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组一段下部页岩(WF2—LM4笔石页岩段)发育厚度大,中下三叠统膏盐岩、泥岩盖层发育,主成藏期在J3—K1以新的地区,是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气富集的有利地区。     

川东南丁山地区燕山期—喜马拉雅期差异构造-热演化与页岩气保存

中国的海相富有机质页岩经历了多期构造改造，其含气性具有明显的差异。页岩气在不同构造演化阶段的保存条件是揭示页岩气差异富集机理的关键科学问题之一，开展构造-热演化研究可以明确其热演化史和构造隆升-剥蚀过程，为其评价提供演化格架。研究以丁山地区下古生界页岩为对象，联合磷灰石裂变径迹、磷灰石（U-Th）/He和锆石（U-Th）/He等多个古温标反演热演化史，结合镜质体反射率重建的最高古地温剖面，对丁山地区燕山期以来的差异构造隆升过程和剥蚀量进行了恢复，并在此基础上结合流体包裹体分析对丁山地区龙马溪组页岩的压力演化过程进行了模拟；根据页岩在埋藏—抬升过程中的温、压演化特征，定量表征了不同抬升阶段页岩含气量的变化，建立了龙马溪组页岩"埋藏—生烃—抬升"的演化格架。分析表明，丁山地区在燕山期和喜马拉雅期经历了不同的构造隆升过程。燕山期表现为"早期快速隆升—晚期缓慢隆升"的分段隆升，具有自NW向SE递进隆升且隆升幅度逐渐增大的特征；喜马拉雅期表现为整体快速隆升。燕山期是丁山地区产生差异构造隆升的主要时期。受这种差异构造隆升-剥蚀作用的影响，龙马溪组页岩的降温、降压过程和页岩气的散失过程具有明显的差异。燕山期的差异构造隆升是造成丁山地区龙马溪组页岩含气性呈平面分带的主要原因。     

川东南丁山地区燕山期—喜马拉雅期差异构造-热演化与页岩气保存

中国的海相富有机质页岩经历了多期构造改造，其含气性具有明显的差异。页岩气在不同构造演化阶段的保存条件是揭示页岩气差异富集机理的关键科学问题之一，开展构造-热演化研究可以明确其热演化史和构造隆升-剥蚀过程，为其评价提供演化格架。研究以丁山地区下古生界页岩为对象，联合磷灰石裂变径迹、磷灰石（U-Th）/He和锆石（U-Th）/He等多个古温标反演热演化史，结合镜质体反射率重建的最高古地温剖面，对丁山地区燕山期以来的差异构造隆升过程和剥蚀量进行了恢复，并在此基础上结合流体包裹体分析对丁山地区龙马溪组页岩的压力演化过程进行了模拟；根据页岩在埋藏—抬升过程中的温、压演化特征，定量表征了不同抬升阶段页岩含气量的变化，建立了龙马溪组页岩"埋藏—生烃—抬升"的演化格架。分析表明，丁山地区在燕山期和喜马拉雅期经历了不同的构造隆升过程。燕山期表现为"早期快速隆升—晚期缓慢隆升"的分段隆升，具有自NW向SE递进隆升且隆升幅度逐渐增大的特征；喜马拉雅期表现为整体快速隆升。燕山期是丁山地区产生差异构造隆升的主要时期。受这种差异构造隆升-剥蚀作用的影响，龙马溪组页岩的降温、降压过程和页岩气的散失过程具有明显的差异。燕山期的差异构造隆升是造成丁山地区龙马溪组页岩含气性呈平面分带的主要原因。     

渝东南龙马溪组页岩储层特征及吸附影响因素分析

页岩的天然气吸附能力对储层含气性评价和资源储量预侧至关重要。文中通过低温氮气吸附实验,对渝东南地区下志留统龙马溪组页岩岩心样品的微观孔隙结构进行了研究,计算了纳米孔隙结构参数;综合运用等温吸附实验侧量岩心样品的甲烷吸附能力,分析饱和吸附量与孔隙结构、有机碳质量分数、矿物组成的相关性,探讨了页岩吸附能力的主控因素。结果表明,孔径小于50 nm的微孔和中孔是主要的孔隙类型,为吸附气提供了有效储存空间;有机碳质量分数控制了纳米孔隙体积和比表面积的发育,是影响页岩吸附能力的决定性因素,而拈土矿物成分对页岩的吸附性贡献不大.     

川东南盆缘复杂构造区深层页岩气富集特征

以川东南盆缘复杂构造区南川地区为研究对象,基于钻井、实验分析测试等资料,开展深层页岩气富集特征研究,重点讨论地层温度、地层压力等成藏环境变化对深层页岩气富集的影响作用。研究认为：(1)优势沉积相带是页岩气藏成烃的基础,研究区五峰组—龙马溪组一段形成于深水陆棚沉积环境,优质页岩发育,具备形成页岩气藏的良好物质条件。(2)有机碳含量控制纳米级有机质孔隙的发育程度,高压—超高压环境有利于孔隙的保持,对改善深层页岩物性发挥积极作用。(3)深层页岩气具有高温、高地应力的典型地质特征。温度较压力对页岩吸附能力的影响更为明显,深层页岩气赋存方式以游离气为主;高上覆地层压力导致页岩渗透率呈指数下降,页岩气运移能力显著减弱,逸散程度降低,有利于页岩气原位聚集。(4)温度、压力变化对气体扩散作用影响复杂,高温会增大气体的扩散系数,加剧气体的运移和逸散,而高压可以减缓或抑制气体的流动,有利于页岩气保存。(5)埋深与压力系数呈现一定的正相关性,埋深对向斜型页岩气藏压力系数的影响作用显著,表明深层向斜型页岩气保存条件趋好。埋深较大的残留向斜核部、凹中隆、有反向逆断层遮挡的斜坡区是复杂构造区页岩气勘探的有利目标。     

可溶有机质对泥页岩储集物性的影响

可溶有机质是有机质的重要组成部分,为了研究可溶有机质对泥页岩储集物性的影响,对川东北地区龙马溪组和大隆组页岩进行了TOC、岩石热解、扫描电镜、氩离子抛光+扫描电镜等分析,并对页岩进行可溶有机质萃取及开展氮气和甲烷吸附等对比实验。结果表明：①可溶有机质在页岩中,特别是在低成熟页岩中主要赋存于干酪根、黏土矿物和草莓体黄铁矿等颗粒的表面及大中孔中;②萃取可溶有机质后大隆组页岩比表面积和甲烷吸附量均明显增加,而龙马溪组页岩的比表面积和甲烷吸附量没有明显变化,说明低成熟页岩中可溶有机质能阻碍孔隙的连通和降低对气体的吸附能力,但在高-过成熟阶段可溶有机质很少,对比表面积和甲烷吸附量没有影响;③可溶有机质含量与大隆组页岩孔隙分形维数之间具有明显的负相关性,而与龙马溪组页岩孔隙分形维数之间具有正相关性,反映出可溶有机质对低成熟和高成熟页岩孔隙的均匀性方面起相反的作用;④萃取可溶有机质后,大隆组与龙马溪组2套页岩的孔隙分形维数均呈降低的趋势,说明可溶有机质被去除后,页岩的孔隙连通性和均匀性变好。通过本次研究,确定了可溶有机质是影响页岩储集物性的重要因素之一,特别是表征低成熟页岩储层物性时要充分考虑可溶有机质的影响。