四川盆地五峰组—龙马溪组页岩气勘探进展、挑战与前景

四川盆地黑色页岩层系多、页岩气资源丰富,是迄今为止中国主要的页岩气勘探开发盆地。为了给今后四川盆地乃至整个中国南方地区页岩气勘探开发提供指导和参考,以该盆地上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气勘探开发实践为对象,总结了其发展阶段与进展,明确了页岩气富集成藏的有利条件,梳理了制约页岩气发展的理论与技术挑战,进而探讨了未来的勘探开发前景。研究结果表明:(1)深水陆棚相形成高富含有机质页岩且连续段厚度大、品质好,复背(向)斜宽缓区构造相对稳定是该盆地五峰组—龙马溪组页岩气持续聚集的有利条件,保存条件是页岩气富集的关键因素,页理(纹理)、微裂缝发育是页岩气高产的重要因素,超压是页岩气高产的重要条件;(2)制约该盆地五峰组—龙马溪组页岩气工业化发展的技术瓶颈,主要包括富有机质页岩沉积相与沉积模式,页岩储层成岩过程与评价体系,页岩气形成与聚集机理,页岩气层地球物理识别与预测,资源动用率低、不确定性大,3500 m以深页岩气勘探开发技术尚未突破。结论认为,四川盆地五峰组—龙马溪组仍是今后相当长一段时间内中国页岩气勘探开发的重点层系。     

四川盆地海相页岩气富集条件及勘探开发有利区

历经十余年探索实践,四川盆地海相页岩气勘探取得了一系列进展,锁定五峰组—龙马溪组为最有利产层,提出了一批页岩气富集高产理论,形成了集地质评价、开发优化、优快钻井、体积压裂、工厂化作业、清洁开发等为一体的勘探开发技术,探明了万亿立方米级储量的页岩气大气田。时值中国页岩气勘探发展的重要节点,回顾四川盆地海相页岩气勘探开发历程、梳理五峰组—龙马溪组页岩气在地质条件与富集规律上的成果认识、展望四川盆地海相页岩气勘探的重点接替领域,对推进盆地海相页岩气的勘探开发有积极意义。(1)四川盆地海相页岩气勘探开发经历了4个阶段：评层选区找目标阶段;浅层至中—深层先导试验阶段;浅层至中—深层示范区建设阶段;浅层至中—深层上产、深层评价、常压页岩气评价、立体开发评价、超深层和新层系探索阶段。(2)四川盆地五峰组—龙马溪组的沉积条件优越,深水陆棚相高有机质含量页岩呈连续稳定分布;页岩气主要赋存在有机孔隙中,页岩储层在纵向上集中发育,连续厚度大;川南地区和川东南涪陵区块的构造相对简单,气源持续补给、远离古/今剥蚀区和大型断裂逸散区是页岩气富集保存的有利区;目前,五峰组—龙马溪组的页岩气资源量为33.19×10<...     

叠前地震反演方法对比分析——焦石坝页岩气藏勘探实例

日益趋热的页岩气勘探与常规天然气勘探相比,其储层预测技术有显著差别。本文以四川盆地焦石坝地区为例开展页岩气层段的叠前弹性参数反演技术研究: 1充分考虑页岩气储层特性建立其弹性参数模型并进行AVO正演分析,可知页岩气表现出“弱AVO响应”特征; 2对比分析基于道集的反演与基于部分叠加的反演,认为前者更适合刻画五峰组-龙马溪组一段内高含气泥页岩层段储层特征,所得反演结果分辨率较高且与钻井资料吻合; 3应用基于道集叠前方法反演的弹性参数预测泥页岩层段的总有机碳含量(TOC),圈定优质泥页岩层段分布范围,并为页岩气开发井位设计提供可靠依据。     

中扬子地区五峰组—龙马溪组页岩气成藏关键地质因素

中国南方中扬子地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组具有较好的页岩气勘探前景,但目前对于该区复杂的地质条件及页岩气勘探开发潜力的认识尚不够全面,制约了其勘探成效。为了揭示该区五峰组—龙马溪组页岩气富集的主控因素,以单井储层综合评价为基础,结合钻井、测井、岩心、露头及分析测试数据,对五峰组—龙马溪组黑色页岩的沉积环境、储层发育特征及保存条件等页岩气关键富集条件进行研究,并与四川盆地焦石坝和长宁等页岩气主产区块进行对比。研究结果表明:①该区富有机质页岩段形成于五峰组—龙一3亚段沉积期,为深水陆棚沉积,厚度介于15～39 m,由南至北逐渐增厚;②优质页岩段储层岩石相类型以硅质页岩相为主,孔隙度介于1.60%～7.44%,储集空间以有机孔为主、连通性较好,总有机碳含量高,有机质类型为腐泥型—偏腐泥混合型,热演化程度高,含气性较好,可压裂性好;③当阳复向斜内地层保存较好、产状平缓、断裂发育少、顶底板厚度大且分布稳定,页岩气保存条件较好;④较之于长宁、焦石坝等区块,中扬子地区具有埋藏深、两向应力差较大和地层压力系数较低的特点。结论认为,该区五峰组—龙马溪组具有较好的页岩气富集条件,具备进一步开展勘探工作的潜力;但其高应力差、大埋深和相对较低的压力系数也给后期的页岩气经济开发和规模上产带来了挑战。     

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。     

本期导读

正自2010年中国南方海相页岩气率先在四川盆地南部上奥陶统五峰组一下志留统龙马溪组获得突破以来,川南地区现已建成200×108 m~3产量、万亿立方米探明储量的页岩气田,取得了一系列丰硕成果。特别是,2020年泸203井深层五峰组一龙马溪组获得了137.90×104 m~3/d页岩气测试产量,揭示出川南深层海相页岩气是未来该盆地天然气产量增长的主体。2021年,适逢"十四五"规划开局之年,为了全面展示中国南方海相页岩气勘探开发所取得的最新成果、展望与探讨深层页岩气核心科学与勘探实际问题,为"十四五"开篇奠定良好的基础,特策划组织了本期"中国深层页岩气勘探开发专辑"。     

中扬子地区五峰组—龙马溪组页岩气储层及含气性特征

中扬子地区是中国南方重要含油气区域之一,五峰组—龙马溪组泥页岩在中扬子地区广泛发育,且湘鄂西地区钻遇五峰组—龙马溪组泥页岩的钻井中具有良好的天然气显示。在北美页岩气成功商业开采和我国积极寻找页岩气有利区并争取取得页岩气勘探突破的背景下,现阶段开展页岩气储层和含气性特征等基础研究对指导我国页岩气勘探开发具有重要的现实意义。以中扬子地区深水海相沉积的五峰组—龙马溪组泥页岩为研究对象,在野外剖面和岩心观察的基础上,通过岩石薄片鉴定、矿物含量分析、扫描电镜、物性分析、有机地球化学分析和现场解析等手段,剖析了五峰组—龙马溪组泥页岩的岩相、矿物学特征、储集空间类型和含气性特征。结果表明研究区五峰组—龙马溪组页岩层系主要由泥页岩、硅质泥页岩、笔石泥页岩、炭质泥页岩和粉砂质泥页岩等岩相组成;矿物成分以石英矿物和黏土矿物为主;识别出基质孔、有机质孔、溶蚀孔和微裂缝4种储集空间类型;游离气量和吸附气量范围分别为0.09～0.17m³/t和0.20～0.84m³/t,控制其大小的分别为总孔隙度和有机碳含量,总含气量范围为0.29～1.01m³/t。根据页岩气界定标准认为五峰组—龙马溪组页岩气有利区位于恩施—彭水一带,估算其地质资源     

鄂西地区黄陵背斜周缘五峰组—龙马溪组页岩气储层及含气性特征

上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组为鄂西地区重要的页岩气勘探目的层。为更好地实现研究区域页岩气的勘探与开发,利用黄陵背斜周缘调查井及实测地层剖面资料,对五峰组—龙马溪组岩石地层、有机地球化学、储层物性、含气性等方面进行了综合分析。研究表明：目的层纵向上可以分为五峰组硅质岩段、五峰组观音桥灰岩段、龙马溪组下部黑色炭质页岩段、龙马溪组上部灰黑色炭质页岩夹粉砂岩段。目的层埋深多为1000～3000m,厚度具有由南向北、由东向西逐渐增大的趋势。研究区TOC含量多为1.16%～2.99%,平均为2.10%。黄陵背斜西南缘TOC含量比东缘高,五峰组TOC含量最高,龙马溪组上部含量最低。五峰组—龙马溪组以石英矿物和黏土矿物为主,脆性矿物含量高,页岩储层为低孔特低渗孔隙类型;孔隙类型以有机质孔隙及粒间孔隙为主,地层由下至上表现出有机质条带、有机质孔隙及黄铁矿数量逐渐减少的趋势。含气性特征研究表明,黄陵背斜西南缘含气性稍微好于东缘地区,含气量与TOC值呈现较好的正相关性,五峰组含气性最好,龙马溪组上部较差;北北东向新华断裂带附近页岩气含气性较差,而北西向断裂带附近页岩气含气性较好。研究结果可为黄陵背斜周缘页岩气调查井的部署提供理论依据。     

中国首个大型页岩气田典型特征

2012年11月28日JY1井龙马溪组页岩气层测试获得日产20.3×104 m3高产页岩气流,宣告了涪陵页岩气田的发现,并于2014年7月10日向国家储量委员会提交了国内第一块页岩气探明地质储量。勘探开发实践证明,涪陵页岩气田储层为海相深水陆棚相优质泥页岩,厚度大,分布稳定,中间无夹层。气田具有气井产量高、气藏压力高、天然气组分好、试采效果好的特点,属于中深层、高压、优质天然气藏。通过区域沉积背景、岩性、微观孔隙结构、物性、气源、气藏特征、测井响应特征及气井生产特点等方面的综合研究,表明:1涪陵页岩气田龙马溪组属于深水陆棚静海沉积环境,富有机质泥页岩发育;2龙马溪组泥页岩热演化程度适中,纳米级有机质孔隙发育;3天然气源于龙马溪组自身的烃源岩母质;4涪陵龙马溪组页岩气藏具有与北美典型页岩气藏类似的地质特征和开发生产规律。从而较全面证实了涪陵龙马溪组页岩气田是典型的原地滞留、自生自储页岩气。     

黄瓜山构造五峰组-龙马溪组页岩岩相特征研究

为了确定黄瓜山构造五峰组-龙马溪组页岩气勘探开发优质页岩岩相,基于H 202井岩心实验分析数据,利用页岩岩相矿物组分划分三角图板对五峰组-龙马溪组页岩含气量、有机碳含量、孔隙度及脆性矿物含量4个储层评价参数和页岩岩相特征进行研究,明确了页岩气储层和相应的页岩岩相特征,确定了该区五峰组-龙马溪组页岩气勘探开发优质页岩岩相。研究结果表明（：1）五峰组-龙马溪组取心段共发育含黏土硅质页岩、混合硅质页岩、硅岩、含硅灰质页岩4类岩石,占比分别为50.0%、38.9%、8.3%、2.8%;(2)通过含气量、有机碳含量、孔隙度及脆性矿物含量页岩岩相分析,高含气量、高有机碳含量、高孔隙度及高脆性矿物含量页岩岩相为含黏土硅质页岩,是该区页岩气勘探开发的优质页岩岩相,其次为混合硅质页岩,较差为硅岩、含硅灰质页岩。     

黑色页岩氧化还原条件与有机质富集机制——以昭通页岩气示范区A井五峰组-龙马溪组下段为例

五峰组-龙马溪组下段为昭通示范区页岩气勘探开发的主要目的层段,基于A井样品有机碳、微量元素及稀土元素的系统测试,结合岩石学及测井资料,系统分析A井黑色页岩相关元素地球化学参数的变化特征,揭示黑色页岩形成的氧化还原条件,探讨有机质富集机制。研究结果表明：昭通页岩气示范区五峰组-龙马溪组下段Ⅰ亚段TOC含量最高,平均为3.13%,向上含量逐渐降低,且相关元素富集程度与TOC含量相关。微量元素及稀土元素等氧化还原参数指示：五峰组-龙马溪组下段,纵向上水体整体由厌氧还原环境向次氧化环境过渡,Ⅰ亚段为贫氧-厌氧环境,Ⅱ亚段为贫氧环境,Ⅲ亚段为贫氧-富氧环境。其中,Ⅰ-1小层、Ⅰ-3及Ⅰ-4小层水体还原性强于Ⅰ-2小层与I-5小层。在高古生产力背景下,五峰组与龙马溪组黑色页岩有机质富集的氧化还原环境形成机制存在差异。五峰组为水体滞留形成厌氧-贫氧环境使有机质有效保存,龙马溪组底部则主要由于海平面上升形成厌氧环境而使有机质有效保存富集。五峰组-龙马溪组下段I亚段有机质最为富集,为页岩气开发的最优层段。     

四川盆地及其周缘页岩气勘探开发现状、潜力与展望

历经10余年的探索与发展,中国南方地区已全面进入中浅层海相页岩气规模效益开发阶段,综合评价四川盆地及其周缘页岩气勘探开发潜力和发展前景,是关乎四川盆地能否建成"天然气大庆"的关键。为了给下一步的页岩气勘探开发提供理论支持,通过系统总结四川盆地上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气勘探开发理论和成效,分析了中国南方页岩气勘探开发现状与潜力,预判了未来的发展前景。研究结果表明:①川南地区4 500 m以浅五峰组—龙马溪组海相页岩的页岩气资源量为3.7×10~(12)m~3,其中可采储量超过2×10~(12)m~3,具备建成1 000×10~8m~3页岩气年产规模并稳产10年以上的开发潜力,中国石油天然气股份有限公司迄今已累计提交页岩气探明地质储量1.061×10~(12)m~3,并建成百亿立方米年产量页岩气大气区;②渝东北—鄂西地区、川西南—滇东北复杂构造区五峰组—龙马溪组海相页岩的页岩气资源潜力较好,亦具有良好的勘探开发前景;③四川盆地及其周缘具有三套后备页岩气层系,即下寒武统筇竹寺组海相页岩、上二叠统龙潭组海陆过渡相页岩和下侏罗统自流井组陆相页岩,其中筇竹寺组海相页岩在绵阳—长宁拉张槽内优质页岩厚度较大、压力较高、孔隙较发育,是下一步页岩气勘探开发的重点,而川中—川东北地区自流井组大安寨段陆相页岩也具有一定的页岩油气勘探开发潜力。     

扬子地块上二叠统龙潭组页岩气勘探前景

扬子地块是中国南方进行油气勘探研究较早的地区之一,在古生代,扬子地块发育了以下寒武统、上奥陶统-下志留统、上二叠统和下二叠统为代表的8套黑色泥页岩。近几年,人们对下寒武统筇竹寺组和上奥陶统-下志留统五峰组-龙马溪组海相泥页岩做了较多的基础性研究工作,而对上二叠统龙潭组海陆交互相泥页岩则尚缺乏评价。为此,根据前人的研究成果和野外地质调查资料,分析了扬子地块上二叠统龙潭组泥页岩的发育特征,探讨了龙潭组页岩气的勘探开发前景。结论认为：①龙潭组黑色页岩具有有机碳含量较高、热演化成熟度达高成熟度阶段、石英含量达40%左右、厚度介于20～200 m、吸附能力强等有利条件,与美国圣胡安盆地Lewis页岩很相似,具有较好的页岩气勘探开发潜力,但黏土含量高、非均质性强、后期改造作用强烈等又会对其页岩气富集产生不利的影响;②龙潭组页岩气成藏条件纵向上：中、上段优于下段,横向上页岩气勘探的有利地区为上扬子川中、川东、渝西北和下扬子苏南地区。     

鄂西—渝东北地区五峰组—龙马溪组页岩气成藏地质条件分析

上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组是鄂西-渝东北地区页岩气勘探的重要层位，目前勘探尚未取得突破，页岩气富集成藏的主控因素不清。通过对鄂西建始地区JD1井及其邻区钻井岩心和野外露头资料的测试分析，研究了鄂西-渝东北地区五峰-龙马溪组深水陆棚相优质页岩时空分布、有机地化、储集物性以及含气性等特征。鄂西-渝东北地区五峰-龙马溪组富有机质页岩发育，深水陆棚相富有机质页岩主要分布在凯迪阶、赫南特阶和鲁丹阶3个层段，具有厚度大、有机碳含量高、热成熟度适中、储集条件好、埋藏深度适中等特点，具有良好的页岩气成藏地质条件。凯迪阶、赫南特阶和鲁丹阶3个层段深水陆棚相沉积的富有机质页岩、断裂欠发育的稳定构造、中下三叠统区域盖层发育是鄂西-渝东北地区五峰-龙马溪组页岩气富集成藏的主控因素。      

四川盆地五峰组-龙马溪组页岩气高产地质原因及启示——以涪陵页岩气田JY6-2HF为例

涪陵页岩气田开发的巨大成功（JY6-2HF井累产超过3×10⁸ m³）为五峰组-龙马溪组页岩气勘探开发提供了新的启示,这一成功的关键在于①焦石坝地区位于鄂西-渝东五峰组-龙马溪组深水沉积区,WF2—LM4笔石带页岩厚度较大,具有较好的页岩气富集的物质基础;②JY6-2HF井主要穿行在WF2—LM4笔石带页岩层位中,该套优质页岩与中东-北非的“Lower Hot Shale”具有全球可对比性。涪陵、威远和长宁等页岩气田开发井的主要水平段也都在这段笔石带之中,该笔石带页岩具有有机碳含量高（TOC>3%）、有机质孔最发育（有机质孔隙度>4%）和含气量高（6.87~9.02 m³/t）等特点。综合分析认为,在类似的地质和工程条件下,页岩气井水平轨迹在WF2—LM4笔石带页岩中穿行比例决定了页岩气单井产量和最终可采储量（EUR）。研究成果将为四川盆地及其周缘五峰组-龙马溪组页岩气和世界其他地区志留系页岩气勘探开发提供参考。     

上扬子地区五峰组—龙马溪组黑色页岩高频层序划分

上扬子地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组是中国页岩气勘探开发最成功的层位。开展该套地层黑色页岩高频层序划分,有助于理解有机碳在页岩中的分布特征。以上扬子地区N211井的五峰组—龙马溪组黑色页岩为研究对象,分析了自然伽马（GR）与总有机碳含量（TOC）特征,基于旋回地层学理论划分了黑色页岩高频层序。结果表明：上扬子地区五峰组和龙马溪组下部黑色页岩GR值与TOC值整体上由五峰组底部到五峰组顶部的观音桥段逐渐变大,观音桥段出现极大值,再由观音桥段向龙马溪组逐渐变小。利用GR频谱分析及其滤波曲线,在五峰组和龙马溪组下部分别识别出约6个和7个长偏心率周期,据此,将五峰组和龙马溪组下部划分为12个完整的四级层序和1个不完整的四级层序。该研究可为黑色页岩高频层序划分提供典型案例,并为上扬子地区五峰组—龙马溪组页岩气甜点段预测提供参考,即：在五峰组—龙马溪组页岩高频层序结构中,层序边界附近的黑色页岩有机质富集程度相对较高。     

湖北及周缘五峰组—龙马溪组页岩气资源潜力

奥陶世五峰期—志留世龙马溪期湖北地区处于浅海陆棚环境中,以泥页岩沉积为主。类比分析认为,该套泥页岩层与北美页岩气高产层具有相似的构造演化和地质条件,具备形成页岩气聚集的有利条件。分析研究区页岩气成藏条件,提出页岩气勘探有利区的优选原则,结合TOC、镜质体反射率、有效厚度与埋深等值线图交集结果以及沉积相平面展布,优选勘探有利区块。采用体积丰度类比法计算有利区资源量,初步估算五峰组—龙马溪组页岩气资源量为2.48×1012m3,显示出该区巨大的资源潜力。     

川南威荣页岩气田五峰组-龙马溪组页岩沉积相特征及其意义

以川南威荣页岩气田五峰组-龙马溪组典型取心井为例，基于岩心观察，有机碳测试、生物鉴定、现场含气量解析和测录井等资料开展了富有机质页岩微相划分。五峰组-龙马溪组一段沉积相主要为深水陆棚亚相，根据矿物组成不同可划分为6种微相:黏土质硅质、富硅生物、硅质黏土质、钙质黏土质、含钙富黏土和富黏土深水陆棚微相。纵向上，前4种页岩相带具有高有机质丰度（≥ 3%）、高孔隙度（≥ 5%）和高含气量特征（≥ 2 m3/t），其中高有机质丰度为页岩气生成提供物质基础，同时生烃过程中产生大量的有机孔为页岩气赋存提供空间，尤其是富硅生物页岩脆性矿物含量高，具有高孔、高渗特征，工程上易于压裂，是页岩气富集最有利相带和页岩气勘探开发的甜点层段；横向上，这4种有利相带在威荣页岩气田的西区较厚，其勘探潜力优于东区。      

StatMin最优化测井解释方法在页岩气储层参数解释中的应用

焦石坝地区龙马溪组—五峰组的暗色泥页岩层是四川盆地页岩气勘探的重要层段。采用最优化测井解释方法对焦石坝地区页岩气储层进行系统的测井资料解释评价,包括测井资料质量检查及控制、测井资料标准化处理以及储层参数解释,并最终根据解释的物性参数、岩性参数对目的层进行气层等级划分。     

川南五峰组—龙马溪组页岩气储层特征及富气层位

我国页岩气勘探进展及产能较常规天然气产能仍存在差距,勘探新的页岩气产气区,寻找富气层位,是目前页岩气勘探开发的重要任务。研究基于川南地区龙马溪组页岩钻井的岩芯样品及测井数据,采用岩石薄片鉴定、高分辨率扫描电镜、含气性分析测等方法进行研究,研究认为：川南地区龙马溪组页岩储层以“高压、低孔低渗、富有机质”为主要特征,整体上属于浅水陆棚相,有机质含量高,矿物组分以石英、黏土矿物为主,物质来源及成因多样。结合孔隙度及含气性分析,认为川南地区五峰—龙马溪组可以作为页岩气开采优选区,龙马溪组一亚段为勘探开发的富气层位。