四川盆地东南部下志留统龙马溪组一段页岩微—纳米观地质特征

下志留统龙马溪组一段是四川盆地东南部页岩气勘探开发的目标层系之一,以往对其地质特征的研究多停留在单方面、定性层面。为此,在钻井岩心观察与描述的基础上,应用微—纳米分析技术和模拟技术,对该层系的微—纳米观地质特征进行了分析。结果显示:(1)页岩矿物组成横向发育稳定,但纵向变化明显,龙一1亚段以灰黑色富有机质硅质页岩为主,有机质含量高,石英含量高且主要为有机成因石英;(2)龙一2亚段以灰黑色—黑色含粉砂质页岩及粉砂质页岩为主,较之于龙一1亚段,其砂质含量明显增多,TOC和石英含量则相对较低;(3)龙一3亚段主要为黑灰色黏土质页岩,硅质矿物含量较低,有机质常富集在黏土矿物间呈断续顺层分布;(4)该区页岩主要发育有机质孔隙、黏土矿物孔隙、脆性矿物孔隙和裂缝(含页理缝)等4种储集空间类型,其中有机质孔隙十分发育,多数为纳米级,是页岩气赋存的主要储集空间;(5)龙一_1亚段属于IUPC分类方案中的中孔,孔隙度和渗透率均较高,连通性中—差,喉道直径变小,向上到龙一_2、龙一_3亚段则以IUPC分类方案的大孔为主,但孔隙度降低、连通性变差;(6)该区页岩孔缝细小,孔隙表面积大,对页岩气具有很强的吸附能力,吸附气量随压力增加而增加,页岩气在低速渗流时呈现滑脱效应,渗透率和孔隙压力越小,滑脱效应越明显。     

页岩有机质孔隙形成、保持及其连通性的控制作用

针对页岩有机质孔隙发育的强非均质性及形成演化的复杂性,运用场发射扫描电镜、拉曼光谱和流体注入与CT/扫描电镜成像等实验技术,开展南方下古生界富有机质页岩显微组分、有机孔和连通性等分析,结合生排烃机制、有机质活性炭成孔机理等研究成果,探索有机孔发育与有机质类型、生烃过程、成岩作用和孔隙压力等内在联系,揭示页岩有机质孔隙的形成与保存机制及其连通性的控制因素。研究表明,(1)有机孔形成贯穿于生烃全过程,受制于有机质类型、成熟度和分解作用,干酪根与固体沥青的生烃组分及差异生烃演化造成不同的孔隙发育特征,有机孔主要发育于固体沥青和富氢干酪根;(2)有机孔保存受成熟度和成岩作用控制,包括烃类原位滞留的空间位阻效应、重结晶形成的刚性矿物格架、孔隙流体压力与页岩脆-延性转换的耦合支撑机制;(3)Ro值4.0%是有机孔消亡的成熟度门限值,指出Ro值大于3.5%的页岩层属于页岩气勘探高风险区,其低含气性归因于"先天不足",烃源岩抬升前就处于开放状态,排烃效率高,芳构化强烈,使得成熟度升高,孔隙减少;(4)同一有机质颗粒内部孔隙具较好连通性,不同有机质孔隙及其与无机孔缝之间形成有效连通则取决于页岩有机质丰度、分布及孔缝发育程度,不同类型有机质高丰度聚集保存并呈纹层状分布是有机孔、粒缘缝和层理缝发育并连通成为有效储集层的先决条件。图14表3参29     

页岩气保存机制探讨

常规天然气与页岩气在储集空间上的本质差别就是孔径或孔隙结构的差异。根据四川盆地涪陵焦石坝地区页岩埋藏史、含气量、生产数据及解吸气同位素分馏这4方面资料,指出页岩气是以单个或多个有机质碎片所形成的连通孔隙网络为单元被保存在页岩中,毛管压力与静水压力是页岩气孔隙压力的保存机制,因此页岩的富气程度不受构造形态或圈闭的控制。构造活动对页岩气保存条件的破坏主要决定于构造升降对静水压力破坏及地质应力对页岩页理面的破坏程度,水平挤压条件下层理面张开所引起的毛管封闭能力下降,导致页岩气散失。而断层往往是应力释放区域,使页理面不会受到进一步的破坏,相反可能对下盘起到保护作用,成为页岩气的有利勘探目标。根据毛管力原理可进一步估算页岩气的可采收率,从而为勘探开发提供指导。      

川东南志留系龙马溪组页岩储层微孔隙结构及连通性研究

采用CT扫描、聚焦离子束扫描电镜、氩离子抛光—场发射扫描电镜、透射电镜等技术，对川东南志留系龙马溪组页岩进行了微孔隙结构及连通性分析，提出了4种页岩孔隙结构类型:（1）粒间微孔，存在于矿物颗粒之间，数量较少；（2）粒内微孔，分布于粒间分散有机质中及与球状黄铁矿共生的有机质中，少量见于黏土片间的微孔隙；（3）粒缘隙，存在于分散有机质颗粒及矿物颗粒周缘；（4）层（页）理缝，基本平行于页岩沉积层理较大的微裂隙。有机质纳米孔隙呈蜂窝状，呈正态分布，互相连通，孔隙直径主要在30~90 nm之间；孔隙喉道呈单曲线形，喉道宽度主要在7~20 nm之间；层（页）理缝约占页岩孔隙体积的1%~2%，是页岩的优势渗滤通道。微孔隙主要分布于有机质中，是页岩气的主要储集空间，粒缘隙形成页岩连通网络，层（页）理缝为页岩的主要渗滤通道，提出"纳米孔储集、粒缘隙连通、页理缝渗滤"的页岩气连通与流动模式。      

基于流体吸入实验的页岩纳米孔隙连通性分析方法

提出了基于含示踪剂流体吸入实验的页岩连通性分析方法。通过真空吸入的方式使氯金酸钠溶液进入页岩孔隙中,并使之转化为固态金,将完成实验后的样品表面进行氩离子抛光处理,并在场发射扫描电镜下观察金的分布,可以获得页岩中连通孔隙在纳米尺度上的特征。根据四川盆地上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组2个岩心样品的实验结果,认为其连通网络可分为三级系统。有机质内部孔隙连通性与孔隙发育程度有关,喉道半径小,流动效率不高。粒缘缝主要分布在颗粒矿物边缘、有机质与矿物之间以及片状黏土矿物边缘,是流体流动的有利通道,有机质孔通过粒缘缝相互连通。微裂缝的发育能够很好地改善页岩孔隙的连通性,是流体流动的优势通道。页岩连通性具有各向异性,页岩孔隙在平行层理方向的连通性大大优于垂直层理方向。     

输导层（体）非常规天然气勘探理论与实践——四川盆地新类型页岩气与致密砂岩气突破的启示

针对四川盆地海相页岩层系寒武系筇竹寺组历经多年页岩气勘探未获重大突破、三叠系须家河组致密气一直未能实现规模商业建产的问题，在对老井反馈分析的基础上，结合致密气、页岩气的聚集机理以及钻井过程中油气显示、开发过程中产量压力变化等特征，提出转变勘探开发思路，从源、储勘探转向输导层（体）勘探，把有效烃源岩、有效输导层（体）和有效砂岩（页岩）层的有机组合作为成藏体，建立了输导层（体）非常规天然气形成富集模式。实践应用上取得2项成效：(1)指导筇竹寺组低有机质丰度粉砂质页岩勘探取得重大突破，改变了只在富有机质黑色页岩中寻找页岩气的传统思维，也实现了四川盆地新区、新层系、新类型页岩气的突破与勘探开发向多层系的转变；(2)实现了须家河组致密砂岩难动用储量的勘探突破和高效开发，破解了须家河组致密砂岩层产量不高、裂缝带产量不稳的难题，推动了致密砂岩气从有储量无产量向有效动用的转变，提升了致密砂岩气的勘探开发潜力。     

页岩气“三元”成藏模式初探

页岩气藏本质上是游离气和吸附气处于动态平衡状态下以泥页岩为储集层的特殊类型的天然气藏.页岩层缝洞孔隙中的游离气在保存条件不佳的情况下容易散失,游离气和吸附气的动态平衡决定了吸附气也会转变成游离气而散失掉.多年的页岩气勘探实践证明,并不是具有巨厚的暗色泥岩层就会形成页岩气藏,页岩气成藏需要3个必要的成藏要素,即气源层、储集层和保护层.三者的有机组合共同组成页岩气的“三元”成藏模式.中国页岩气尚处于初期勘探阶段,存在许多待突破的难题.随着科学技术的进步,中国页岩气的勘探和开发一定会在不断探索中取得更大的成绩.     

中国页岩气勘探开发理论认识与实践

基于四川盆地上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组富有机质页岩分布规律、优质页岩表观特征、页岩储集层微观特征、保存条件与页岩气富集、可压裂性等方面的分析,对中国页岩气勘探开发理论认识进行总结,并对未来中国页岩气勘探开发提出针对性建议。四川盆地五峰组—龙马溪组页岩气重要的地质认识可总结为以下几个方面:沉积环境和沉积过程控制了富有机质页岩分布;"甜点段"优质页岩具备高有机碳含量、高脆性、高孔隙度、高含气性的特征;有机质孔隙是页岩气富集的重要储集空间;保存条件是复杂构造区页岩气地质评价的关键因素;页岩气属"人工气藏",可压裂性评价是获得高产的核心;纳米级储集空间与赋存状态决定了页岩气具有特殊的渗流特征。对中国页岩气产业的发展建议:(1)加大基础研究,实现页岩气地质理论体系的新突破;(2)强化勘探实践,形成多层系全方位新发现;(3)研究开发生产规律,建立页岩气开发新模式;(4)创新思维,攻关新技术;(5)探索管理创新,形成页岩气发展新机制。     

海陆过渡相页岩孔隙结构表征及页岩气渗流规律模拟

鄂尔多斯盆地大宁-吉县区块海陆过渡相页岩储层非均质性强,碳质页岩和纯页岩的孔隙结构特征及页岩气渗流规律具有明显的差异,然而目前针对不同岩性孔隙结构下的页岩气渗流规律研究较为缺乏。文中以这2种岩性页岩为研究对象,基于CT扫描、扫描电镜物理实验技术,测定了二者的基质孔隙和层理缝特征参数,对比了二者的孔隙结构差异,构建了考虑吸附效应和滑脱效应的格子玻尔兹曼数值模拟方法,分析了二者孔隙结构对页岩气渗流规律的影响。研究结果表明：1）碳质页岩裂缝呈空间网状结构,纯页岩裂缝为平行层理方向裂缝。与纯页岩相比,碳质页岩孔隙尺度较大,但孔隙数量较少,孔隙度更低。2）页岩孔隙中存在明显的滑脱效应。滑脱效应提高了气相流动速度,页岩气从孔隙壁面解吸减缓了孔隙压力降低速率,延长了生产时间。建议在开发纯页岩层段时,适当降低生产压差,增强小孔隙中的滑脱效应;在开发碳质页岩层段时,适当增加生产压差,通过解吸作用提高页岩气产量。     

威信凹陷页岩气成藏条件分析与有利区优选

根据页岩气区域地质调查研究、钻探和地震勘探成果,研究滇黔北坳陷威信凹陷页岩气成藏条件,优选页岩气勘探“甜点”。寒武系牛蹄塘组和志留系龙马溪组黑色页岩是威信凹陷页岩气两套重点勘探评价层系,单层厚度达50 m以上,有机质丰度高,具有低孔、低渗和富硅质特征,具备形成页岩气藏的有利地质条件并易于后期储集层压裂改造。上覆碎屑岩盖层、无通天断层、浅层整体封闭3大因素并存利于页岩气藏保存。岩心解吸显示页岩气成分以甲烷为主,页岩气含量随保存条件变好、页岩TOC丰度增大和地层压力加大而增加。页岩气勘探甜点综合评价优选认为,凹陷北部的筠连—罗布地区为龙马溪组和牛蹄塘组页岩气目的层叠合的最有利甜点勘探区,中部的花坭—威信地区为牛蹄塘组页岩气有利甜点区。建议重视下石炭统旧司组、上二叠统乐平组的页岩气勘探评价。图7表3参14     

滇黔北坳陷威信凹陷页岩气成藏条件分析与有利区优选

根据页岩气区域地质调查研究、钻探和地震勘探成果,研究滇黔北坳陷威信凹陷页岩气成藏条件,优选页岩气勘探甜点。寒武系牛蹄塘组和志留系龙马溪组黑色页岩是威信凹陷页岩气两套重点勘探评价层系,单层厚度达50 m以上,有机质丰度高,具有低孔、低渗和富硅质特征,具备形成页岩气藏的有利地质条件并易于后期储集层压裂改造。上覆碎屑岩盖层、无通天断层、浅层整体封闭3大因素并存利于页岩气藏保存。岩心解吸显示页岩气成分以甲烷为主,页岩气含量随保存条件变好、页岩TOC丰度增大和地层压力加大而增加。页岩气勘探甜点综合评价优选认为,凹陷北部的筠连—罗布地区为龙马溪组和牛蹄塘组页岩气目的层叠合的最有利甜点勘探区,中部的花坭—威信地区为牛蹄塘组页岩气有利甜点区。建议重视下石炭统旧司组、上二叠统乐平组的页岩气勘探评价。     

页岩微观孔隙特征及源-储关系——以川东南地区五峰组-龙马溪组为例

页岩既是页岩气的烃源岩,又是页岩气的储层。运用氩离子抛光扫描电镜技术对川东南地区五峰组-龙马溪组页岩的有机质、无机矿物、孔隙等微观特征进行描述,将有机质、孔隙作为一个“源-储”系统来分析其空间分布状态与时间演化关系。研究表明,有机质孔比无机质孔对赋存页岩气更重要;迁移有机质比原地有机质更发育有机质孔。无机矿物孔隙赋存大量的迁移有机质,在页岩气形成过程中发挥重要作用。五峰组-龙马溪组中含有较多的硅质等刚性颗粒矿物,可以形成坚固的粒间孔隙体系,在成油期孔隙度高、孔隙大且连通性好,可以保存大量的迁移有机质。刚性颗粒粒间孔隙中赋存迁移有机质,迁移有机质在其中演化成为固态有机质,其中的有机质孔中赋存天然气,构成最佳的源-储匹配关系,最有利于形成和富集页岩气。页岩中的粘土矿物晶间孔在早期的成岩阶段大多已丧失,少量的在胶结物晶粒支撑与内部流体压力双重保护之下仍赋存有机质和有机质孔。黄铁矿集合体形成粒间和内部晶间孔隙,部分孔隙可以赋存有机质和较小的有机质孔,但总量有限。     

准噶尔盆地永进地区侏罗系层理缝成因及其对储层的影响

准噶尔盆地永进地区侏罗系由于埋藏深、成岩作用强烈,储层物性总体较差,但在侏罗系顶部红层中发育相对较好的储层,并获得了工业油气流.根据岩心观察,结合薄片、测井及试油等资料可知,优质储层的发育及分布与层理缝密切相关.层理缝不仅是良好的储集空间,而且增大了孔隙的连通性,为有机流体的运移提供了通道,促进了次生孔隙的发育.同时,层理缝对储层的影响程度与其密度直接相关,密度越大,储层物性越好.研究结果表明,颗粒粗、分选好的砂岩层易形成层理缝,车莫古隆起强烈抬升及断层活动是开启层理缝的主要动力,早期烃类充注和后期异常高压为层理缝的保存或进一步开启提供了条件.永进地区侏罗系有利勘探方向为永1井区向东北的车莫古隆起的隆升方向,靠近断层的区域为最有利的地区;永2和永9井区是次一级勘探有利区.     

海陆过渡相页岩储层特征及含气赋存机理——基于与海相页岩储层对比的认识

中国海陆过渡相页岩储层分布广泛,但至今未取得较大的勘探突破。详细调查和分析了海陆过渡相页岩储层特征和含气赋存机理,并展望了海陆过渡相页岩气的研究方向,旨在明确海陆过渡相页岩气成藏机理,以期为有利层段优选提供理论支持。海陆过渡相泥页岩储层具有单层厚度薄、岩性变化快、干酪根类型差等特点。由于有机质纳米级孔数量少,储集空间以黏土矿物孔缝为主。富有机质海相页岩实际解吸气量与理论含气量基本一致,但海陆过渡相页岩实际含气量远低于理论含气量,主要机制为砂泥煤“三明治”空间结构致使大部分天然气高效排出以及高含水饱和度致使游离气储集空间不足。与海相页岩气赋存状态不同,海陆过渡相页岩气以吸附气为主,游离气普遍较低,优势岩相类型为高TOC、高硅质/钙质页岩。海陆过渡相特别是潮坪—潟湖相地层中纵向上发育多层含菱铁矿层、横向上连续分布,在含菱铁矿泥岩内部易形成页岩气“微圈闭”储存气体,且菱铁质泥页岩低孔低渗和高突破压力的特性致使其具有强封闭性,可在页岩内部实现局部超压富集,这为海陆过渡相页岩气垂向有利层段优选和勘探突破提供新的研究视角。今后的研究应加强海陆过渡相系统性沉积学研究,进一步揭示页岩气的赋存状态及动态...     

四川盆地五峰组—龙马溪组页岩气优质储层成因机制

上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组是四川盆地页岩气勘探开发的重点层系,但对其储层成因机制、演化历史以及矿物成岩演化对页岩气储层形成控制作用等的认识目前尚不明晰。为此,通过岩石学、矿物学和有机地球化学等分析,结合盆地模拟和页岩气勘探开发实践,分析了四川盆地及其周缘五峰组—龙马溪组有机质孔隙演化历史和矿物成岩演化过程,探讨了页岩气优质储层的类型和成因机制,明确了页岩气优质储层的发育层段。研究结果表明:①该盆地五峰组—龙马溪组页岩气开发层段的岩石类型主要包括硅质页岩、含灰硅质页岩和黏土质页岩,岩石类型对页岩储集空间类型和特征具有重要的控制作用,其中硅质页岩、含灰硅质页岩的有机质孔隙最为发育,储集能力最强;②矿物成岩演化对页岩气储层的形成具有重要的控制作用,生物成因硅在早成岩阶段形成,并以微晶聚集体的形式与陆源碎屑硅、黄铁矿一起形成颗粒支撑格架,有效抑制了压实作用,保存了大量残留粒间孔隙,有利于页岩气优质储层的形成;③WF2—LM4笔石带(五峰组—龙马溪组底部)硅质页岩具有"多藻控烃源、生硅控格架、协同演化控储层"的优质储层成因机制。结论认为,WF2—LM4笔石带硅质页岩、含灰硅质页岩为页岩气优质储层的主要发育层段。     

泥岩盖层封气性演化阶段及其研究意义

在研究泥岩盖层封气性的形成条件及演化特征的基础上 ,对 3种类型泥岩盖层的封气性演化阶段进行了划分 :既无生气能力又无异常孔隙流体压力的泥岩盖层 ,其演化不存在阶段性 ,仅有毛细管封闭 ;具生烃能力但不具异常孔隙流体压力的泥岩盖层 ,其演化可分为毛细管封闭和毛细管 压力封闭两个阶段 ;既具生烃能力又具异常孔隙流体压力的泥岩盖层 ,其演化可分为毛细管封闭、压力封闭 毛细管封闭 抑制封闭和毛细管封闭 替代封闭 3个阶段。研究泥岩盖层封气性演化阶段 ,可以正确评价泥岩盖层的封气能力及其有效性。以松辽盆地三肇凹陷青山口组和泉头组一、二段两套泥岩盖层为例 ,讨论了泥岩盖层封气性演化阶段的划分及其意义     

泥岩盖层封气性演化阶段及其研究意义

在研究泥岩盖层封气性的形成条件及演化特征的基础上,对3种类型泥岩盖层的封气性演化阶段进行了划分：既无生气能力又无异常孔隙流体压力的泥岩盖层,其演化不存在阶段性,仅有毛细管封闭,具生烃能力但不具异常孔隙流体压力的泥岩盖层,其演化可分为毛细管封闭和毛细管 压力封闭两个阶段,既具生烃能力又具异常孔隙流体压力的泥岩盖层,其演化可分为毛细管封闭、压力封闭 毛细管封闭 抑制封闭和毛细管封闭 替代封闭3个阶段。研究泥岩盖层封气性演化阶段,可以正确评价泥岩盖层的封气能力及其有效性。以松辽盆地三肇凹陷青山口组和泉头组一、二段两套泥岩盖层为例,讨论了泥岩盖层封气性演化阶段的划分及其意义。     

四川盆地焦石坝页岩气田形成与富集高产模式

以四川盆地东南缘焦石坝构造龙马溪组页岩气田及邻区为例,探讨复杂构造区、高演化程度页岩层系成藏富集的关键控制因素。焦石坝构造为经历多期构造运动改造的断背斜;龙马溪组页岩热演化程度高,Ro值大于2.2%,下部发育厚35~45 m、TOC值大于2%的优质页岩层系;产层超压,地层压力系数为1.55,页岩气产量、压力稳定。构造类型、构造演化及地球化学分析表明,龙马溪组存在多期生烃和天然气运聚过程,两组断裂体系与龙马溪组底部滑脱层的共同作用控制网状裂缝形成和超压的保持,是页岩气富集高产的关键,龙马溪组封闭的箱状体系保证了气藏的动态平衡。焦石坝页岩气藏的高产富集模式为"阶梯运移、背斜汇聚、断-滑控缝、箱状成藏";经历多期构造演化的复杂构造和高演化页岩层系发育区,要形成页岩气高产富集区,与常规气藏一样,需要有利的保存和构造条件。     

轮南地区石炭系泥岩盖层的压力封闭特征

塔里木盆地轮南区石炭系直接覆盖在奥陶系之上，是奥陶系裂缝型灰岩储层的区域性封盖层，不仅毛细管封闭能力强，而且具有较强的压力封闭能力，虽然其压力封闭能力形成时期晚于烃源岩火量烃期，但对该区已聚集油气的保存是十分有利的。     

沾化凹陷低熟页岩储层特征及其对页岩油可动性的影响

利用扫描电镜、索氏抽提、气体吸附、核磁共振（含离心）等实验手段对沾化凹陷沙河街组三段（沙三段）下亚段泥页岩展开研究,以明确泥页岩储层特征对页岩油可动性的影响及其作用机制。沾化凹陷沙三段下亚段页岩主要发育有机质孔、粒间孔、晶间孔、溶蚀孔、构造缝和层理缝等储集空间。以50 nm和2 μm为界,不同岩相页岩的核磁共振孔径分布曲线均具明显的三段式特征。孔径小于50 nm的孔体积主要由方解石溶蚀孔提供,孔径介于50 nm~2 μm的孔体积由粒间孔提供,孔径>2 μm孔缝的孔体积由层理缝和构造缝提供。页岩储层的孔隙结构特征和矿物组成共同控制了页岩油的可动性。页岩油可动性差,可动油饱和度平均仅为21.50%,可动油主要赋存在大孔隙（孔径>50 nm）中,小孔隙（孔径＜50 nm）中以束缚油为主,页岩油的临界流动孔径约为50 nm。大孔隙不仅可以提供页岩油储集空间,也有利于页岩油的流动;小孔隙具有较大的比表面积、较强的吸附能力和较差的连通性,不利于页岩油流动。矿物组构宏观上影响了页岩油的可动性,方解石含量增加可以提高页岩的脆性,利于裂缝的形成,对页岩油渗流具有积极意义;黏土矿物因其较大的比表面积和堵塞孔喉,不利于页岩油的流动。层理构造不仅利于层理缝等储集空间的发育,也改善了页岩孔隙的连通性,有利于页岩油的流动。