中扬子地区龙马溪组页岩有机质孔隙发育特征及控制因素——以湖南省永顺地区永页3井为例

以焦石坝气田为代表的上扬子地区龙马溪组页岩气勘探和开发已经取得了巨大成功,但是中扬子地区龙马溪组中的页岩气勘探潜力尚不明确。文章通过对湖南省永顺地区永页3井页岩有机质孔隙发育特征和主控因素进行分析,以此为中扬子地区龙马溪组页岩储集性能评价提供参考。永页3井龙马溪组页岩发育典型海相有机质,TOC分布在0.65%~3.81%（平均为1.87%）,具有高-过成熟阶段、孔隙度低（平均孔隙度为2.06%）的特征。通过氩离子抛光+扫描电镜技术对样品有机质孔隙进行了系统的观察,结合能谱测试结果和JMicroVision软件图像处理对有机质孔隙特征参数进行了统计与分析,提出了一种基于SEM图像的有机质孔隙连通性表征方法。结果表明,该井龙马溪组页岩中有机质主要为孔隙相对发育的迁移有机质和孔隙发育较差的原生有机质;有机质孔隙的发育存在非均质性,在成因上主要受控于有机质显微组分、有机碳含量以及粘土矿物含量等因素,较高热演化程度下适当的有机碳含量是有机质孔隙发育的关键因素。     

川南地区下古生界页岩气储层孔隙特征研究

基于钻井资料、岩心样品实验数据,运用有机地球化学、有机岩石学和储层孔隙分析的多种实验方法,对川南地区下古生界筇竹寺组和龙马溪组2套页岩有机质特征、孔隙度、页岩气储层微观孔隙特征与孔隙结构进行了研究。结果表明,川南地区下古生界页岩有机碳含量较高(多数TOC2.0%)、热成熟度高(ROm=2.3%~3.8%)、孔隙度低(1.16%~6.87%);筇竹寺组页岩有机碳含量和热成熟度高于龙马溪组页岩,而其孔隙度低于龙马溪组页岩;下古生界龙马溪组和筇竹寺组页岩存在粒间孔、溶蚀孔、晶间孔、粒内孔和有机质孔等多种孔隙类型;龙马溪组页岩中微米—纳米级孔隙较筇竹寺组页岩发育,常见有机质孔、粒间孔和粒内孔,是页岩气赋存的主要储集空间;下古生界页岩微观孔隙以微孔和介孔为主,宏孔较少,筇竹寺组页岩微孔+介孔孔容比例占总孔容的83.92%,龙马溪组页岩微孔+介孔孔容比例占总孔容的78.17%,表明微孔和介孔是川南地区下古生界页岩气储层纳米级孔隙的主要贡献者。     

四川盆地元坝地区自流井组页岩储层孔隙结构特征

四川盆地元坝地区自流井组页岩是陆相页岩气的主要研究层段之一,目前正处于勘探攻关的重要阶段。页岩孔隙结构是评价页岩储层储集能力的重要指标,是明确页岩气富集机理的关键。采用总有机碳含量、全岩X衍射、N₂吸附-高压压汞孔径联合实验及氩离子抛光-扫描电镜等多种实验测试方法对其孔隙结构进行了定量表征。结果表明：自流井组页岩粘土矿物含量高,介于38.8%~67.3%,平均为52.8%。孔隙类型以矿物基质孔隙为主,有机质孔次之,微裂缝局部发育;N₂吸附滞后环反应主要发育平行板状狭缝型孔隙,同时含有少量墨水瓶型孔;主要孔径分布区间为中孔,大安寨段与东岳庙段相比,由于微孔比例偏低,宏孔比例偏高,所以中值孔径与孔体积较大、比表面积相对较小。自流井组页岩储层孔体积与比表面积主要由粘土矿物决定,孔体积和比表面积与TOC呈负相关或无关,主要由于有机质内镜质体与丝质体不发育孔隙,以及可溶有机质对孔体积和吸附位的占据。研究成果对研究区陆相页岩气的研究与勘探具有重要的借鉴和指导意义。     

川南地区龙马溪组页岩气储层微孔隙结构特征

应用扫描电子显微镜、高压压汞法、N2和CO2气体吸附法,对川南地区下志留统龙马溪组海相页岩气储层孔隙微观特征和孔隙结构进行了研究,探讨了页岩孔隙发育的主要影响因素。结果表明,川南地区龙马溪组海相页岩样品中发育多种类型微观孔隙,常见有黏土矿物粒间孔、黄铁矿晶间孔、碳酸盐颗粒溶蚀孔、生物碎屑粒内孔、颗粒边缘溶蚀孔和有机质孔;龙马溪组富有机质页岩发育大量的微米—纳米级孔隙,为页岩气赋存提供了储集空间。龙马溪组页岩样品中孔隙以微孔和介孔为主,宏孔较少;孔隙结构形态主要为平板狭缝型孔、圆柱孔和混合型孔,孔径为0.4~1nm、3~20nm;微孔和介孔占孔隙总体积的78.17%,占比表面积的83.92%,是龙马溪组页岩储气空间的主要贡献者。页岩有机碳含量、成熟度和矿物成分含量均会影响川南地区龙马溪组海相页岩孔隙的发育,总体上页岩孔隙体积随有机碳含量增加而增大;页岩孔隙度随成熟度增加而降低;黏土矿物和脆性矿物含量对页岩孔隙发育也有一定的影响。     

川东地区龙马溪组页岩不同岩相孔隙结构特征及其主控因素

四川盆地川东地区是中国页岩气主要产区,目前发现的页岩气主要产自五峰-龙马溪组的富泥硅质页岩,而对富硅泥质和混合质页岩研究较少。为了确定川东地区龙马溪组富硅泥质和混合质页岩的孔隙发育特征,在对龙马溪组页岩岩相划分的基础之上,通过二氧化碳吸附,氮气吸附,高压压汞以及孔隙度测定,X-衍射,场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）等实验手段,对比不同岩相页岩孔隙结构特征,研究不同岩相页岩孔隙结构的主控因素。研究结果表明：①川东地区富有机质页岩可划分为富硅泥质页岩相、硅/泥混合页岩相和富泥硅质页岩相,不同岩相页岩孔隙度范围在2.62%~5.65%;②页岩储层中孔隙体积以介孔为主,大约占总孔隙的50%~60%,其次是微孔和宏孔,大约占总孔隙的15%~20%,比表面积主要贡献来自微孔和介孔,分别占总比表面积的70%和30%;③龙马溪组页岩孔隙发育主要受有机质丰度的控制,粘土矿物含量不是控制页岩孔隙发育主要因素,高有机质丰度页岩可能由于骨架颗粒支撑较弱遭受更剧烈的压实作用使大部分孔隙消失;④高有机质丰度富泥质页岩和硅/泥混合页岩也具有较高的孔隙度,与大部分富泥硅质页岩具有相似的孔隙结构,表明富硅泥质页岩相和硅/泥混合页岩相页岩也能发育一定量的纳米级孔隙,可为页岩气赋存提供空间。     

下扬子地区望江坳陷二叠系富有机质页岩孔隙结构特征与影响因素

下扬子地区虽发育有厚层富有机质页岩,但目前尚未取得明显突破。以页岩气地质调查井WWD4井二叠系大隆组与吴家坪组2套富有机质页岩为研究对象,对下扬子地区望江坳陷二叠系富有机质页岩的微观孔隙进行了定性观察与定量化表征,讨论TOC含量与矿物组成对不同尺度孔隙结构的主控因素。结果表明：大隆组和吴家坪组页岩孔隙分布以微孔与中孔为主。下扬子地区望江坳陷上二叠统大隆组与吴家坪组的孔隙发育与有机质关系密切。其中微孔比表面积与孔体积和TOC含量良好的相关关系证明了有机质是微孔发育的主要控制因素。而介孔—大孔的比表面积与孔体积与TOC含量之间相关关系减弱表明除了有机质的贡献外,还有黏土矿物、长石等矿物产生的粒间孔与溶蚀孔的贡献。同时,吴家坪组页岩黏土含量、TOC含量及比表面积（孔体积）存在内在联系。对于脆性矿物而言,大隆组石英与碳酸盐矿物含量和页岩总比表面积（孔体积）之间不存在相关性。而吴家坪组石英含量与页岩总比表面积（孔体积）之间存在一定的负相关性,页岩总比表面积（孔体积）随着石英含量的升高而降低。通过该项研究,为下扬子地区页岩气的勘探与开发提供基础参数与理论依据。     

川南地区二叠系龙潭组页岩储层特征及勘探潜力

二叠系龙潭组是目前四川盆地页岩气勘探开发的新热点层位。通过偏光显微镜鉴定、场发射扫描电镜分析、X射线衍射测试、有机碳含量测定及高压压汞分析、现场解析气实验等手段和方法,对川南地区二叠系龙潭组页岩储层进行了综合研究。研究结果表明: ①川南地区二叠系龙潭组为一套陆相曲流河沉积,河漫沉积的页岩发育,其矿物成分主要为石英和黏土矿物,含少量碳酸盐矿物。②研究区页岩储层主要发育粒间 (缘) 孔与微裂缝,局部发育粒内孔与溶蚀孔,偶见有机质孔隙,其中黏土矿物层间微裂缝最为发育。孔隙结构表现为以微孔为主,介孔 (孔径为2～50nm) 次之,孔径普遍较小,分选较差,孔隙和喉道半径差异较大,非均质性强。③研究区页岩储层中煤岩含气量最高,炭质泥岩与泥岩次之,泥质粉砂岩、粉砂岩与细砂岩含气量最低。与龙马溪组页岩储层相比,龙潭组泥岩孔隙度与总含气量更好,渗透率较差,其中炭质泥岩的孔隙度和总含气量最佳。④研究区二叠系龙潭组勘探潜力较大,烃源岩中有机质类型主要为Ⅲ型,其次为Ⅱ₂型;其R_o值平均约为2.8%,达到高熟阶段;TOC含量变化范围大,炭质泥岩中的TOC一般大于15%。⑤川南地区二叠系龙潭组发育河漫平原沉积,富有机质泥页岩分布稳定,具备良好的页岩气形成条件,估算其天然气资源量约为2.4×10¹²m³,有利勘探区主要位于川南古蔺-叙永地区。     

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。     

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。     

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。     

四川盆地及周缘志留系龙马溪组一段深层页岩储层特征及其成因

深层页岩储层是页岩气勘探开发的重要接替领域.针对四川盆地及周缘龙马溪组一段深层页岩,系统开展了X-衍射全岩(XRD)、总有机碳(TOC)、大薄片及氩离子抛光大片成像研究.结果表明,相对于浅层页岩,深层页岩储层具有高硅质和低TOC含量、低粉砂纹层含量、高孔隙度和更有效的孔隙网络特征.由浅层至深层,页岩硅质含量由30％增至...     

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。     

修武盆地下寒武统海相页岩储层及CH4吸附特征

为了研究修武盆地下寒武统荷塘组海相页岩储层及其含气性特征,连续选取富有机质钻井页岩为研究对象,进行有机地球化学分析、岩石学、孔隙度、低温N2吸附、CO2吸附和超临界CH4等温吸附等系列实验。RO值为1.74%~2.32%,平均为2.10%,为高成熟阶段。页岩TOC含量高,平均为3.21%;矿物组成以石英和黏土矿物为主,平均为52.66%和35.56%,并发育少量长石、碳酸盐和黄铁矿。平均孔隙度为2.05%,具低孔特征,平均孔径为8.416 nm,主要发育开放型圆筒状孔隙、层状狭缝形孔隙和细颈广体墨水瓶状孔隙;比表面积和孔体积普遍较高,分别为6.94~46.48 m2/g、0.0042~0.0201 cm3/g,其中微孔提供较大的比表面积,与四川盆地龙马溪组页岩数值相近,表明其具有充足的储气空间。研究区不但具有良好的生气物质基础,而且具有较强的CH4吸附能力,平均吸附量为1.71 m3/t;影响吸附的主要因素是TOC含量和孔隙结构,石英为有利因素,黏土矿物对吸附影响微弱。页岩厚度大、埋深较浅,有机质类型以生烃能力强的Ⅰ型为主,脆性矿物含量高,综合认为该区具有较好的页岩气勘探潜力。     

四川盆地东缘湘西北地区牛蹄塘组页岩储层特征及影响因素

四川盆地东缘湘西北地区牛蹄塘组具有分布广、厚度大、埋藏适中、有机质丰度高以及热演化程度高等特点,资源前景广阔,是近年来南方页岩气勘探重点。文章以该区参数井——花页1井为研究对象,通过岩心、岩屑观察,采用薄片鉴定、X-衍射矿物分析、物性测试、扫描电镜、低温氮气吸/脱附实验等系统手段,研究储层特征,综合分析储层的影响因素。在深水陆棚相,牛蹄塘组发育黑色炭质页岩、硅质页岩,以富含炭质、硅质及黄铁矿,低黏土矿物（伊利石为主）含量为特征,页岩属特低孔、特低渗类型储层。SEM和低温氮气吸/脱附实验表明,储层主要发育圆筒孔（有机质孔）、狭窄平行板孔（粘土矿物层间孔）、四面开口的锥形管孔（粘土矿物粒间孔）以及锥形平板孔（微裂缝）;中孔（2~50 nm）提供了平均60.3%的BJH体积。多种因素共同影响微观孔隙发育：深水泥质陆棚控制了孔隙发育物质基础;丰富TOC促进有机质孔（尤其是大孔）发育;矿物组成及含量控制了孔隙发育类型及程度;有机质热演化作用促进有机质孔、微裂缝发育。     

海陆过渡相超深层页岩储层特征——以川东北普光气田Y4井上二叠统龙潭组下段为例

为探索超深层条件下海陆过渡相页岩储层特征,针对川东北地区普光气田Y4井上二叠统龙潭组泥页岩开展了有机地球化学、矿物组成、孔隙结构、物性等分析测试。龙潭组泥页岩具有高有机碳含量(主峰区间3.77%～10.72%),Ⅱ₂—Ⅲ型干酪根及过成熟特征(R_o介于3.82%～3.97%);总孔体积均值为0.047 mL/g,比表面积均值为31.8 m²/g,孔隙度均值为6.64%;储集空间类型以有机孔、黏土矿物层片间孔、脆性矿物溶蚀孔及微裂缝为主,形态多为平行板状与两端开放管状。深水潟湖环境下泥页岩孔隙度与有机碳、黄铁矿、石英含量呈正相关,说明缺氧还原、水体稳定的沉积环境控制着原始矿物组成与结构,同时刚性矿物颗粒与有机质、黏土矿物有效络合,为有机孔保存提供了必要条件。受碾平式改造作用影响的扁平状有机质大孔与密集发育的有机质微—介孔、黏土矿物晶间孔缝、脆性矿物孔缝组成储集网络,最终形成深水潟湖微相超深层泥页岩储层。     

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。      

鄂尔多斯盆地东部石炭系本溪组页岩气地质特征及富集规律

鄂尔多斯盆地东部石炭系本溪组广泛发育富有机质泥页岩,具有良好的资源勘探前景。通过对本溪组泥页岩的有机地球化学特征、孔隙分布特征、含气性等一系列页岩气成藏条件研究,查明了本溪组页岩气地质特征及成藏富集规律,提出晋祠段富有机质泥页岩为本溪组页岩气有利层段,具有四大地质特征：①有机质含量高（平均TOC值为3.06%）,且普遍处于成熟—高成熟阶段（R_O值平均为1.84%）,有机质类型主要为Ⅲ型,生气能力强;②发育微纳米级孔缝,以无机孔为主,部分有机质发育有机质孔,微孔和介孔为页岩气提供了主要的赋存空间,平均孔体积为0.024 m³/g,平均比表面积为11.05 m²/g,具备较好的储集能力,页岩气主要以吸附态存在于孔隙之中,其中压力和有机碳含量是影响泥页岩吸附气含量的重要因素;③硅质页岩段脆性矿物含量较高,大于40%,表明储层的可压性较大,有利于后期的压裂开采;④具有理想的成藏组合特征,以8^#、9^#煤层分别为顶、底板,煤层与泥页岩间较大的烃浓度差提供了良好的保存条件,2套煤层之间发育炭质页岩和硅质页岩,高TOC的炭质页岩与煤层含气性较好,紧邻9^#煤层的硅质页岩层段压裂开采中容易产生裂缝,为相邻煤系气的补充提供了一定的运移通道。结合地质特征总结出本溪组成藏富集规律：潟湖相沉积环境控烃、页岩孔隙发育控储、成藏有利组合控富以及硅质页岩可压裂性控产。研究结果为鄂尔多斯盆地本溪组页岩气有利区的确定和下一步勘探开发提供有益参考。