重庆周缘龙马溪组和牛蹄塘组页岩有机质孔隙发育特征

针对牛蹄塘组页岩气勘探开发过程中存在产气量较低,产气持续时间较短等问题,以渝东南下志留统龙马溪组页岩和渝东北下寒武统牛蹄塘组页岩为对象进行对比,重点剖析2套页岩的孔隙储集能力及其演化特征。结果表明：龙马溪组页岩和牛蹄塘组页岩的有机质孔隙发育特征存在较大差别：龙马溪组页岩内部的固体干酪根有机质孔隙数量少,孔径小,连通性差,但其焦沥青内部有机质孔隙数量多,孔径大,连通性好。牛蹄塘组页岩内部的固体干酪根和焦沥青均不发育有机质孔隙。储层热演化程度对页岩有机质孔隙的发育有着直接的控制作用。龙马溪组页岩由于古埋深较牛蹄塘组页岩浅,所经历的热演化作用相对较弱,适宜的热演化程度保留了龙马溪组页岩焦沥青内部大量的有机质孔隙,但其固体干酪根由于演化时间相对较长,有机质孔隙数量减少。渝东北牛蹄塘组页岩埋深过大,储层过度演化达到变质期导致其内部固体干酪根和焦沥青均不发育有机质孔隙。针对牛蹄塘组页岩气的高效勘探开发应寻找热演化程度适中的页岩分布区。     

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。     

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。     

中国海陆相页岩有机质孔隙发育特征对比——基于聚焦离子束氦离子显微镜（FIB－HIM）技术

为了明确不同成熟度的海陆相页岩有机质孔隙的发育特征,分别选取了中国中西部鄂尔多斯盆地的三叠系延长组陆相页岩、中国南方上扬子地区的下志留统龙马溪组以及下寒武统牛蹄塘组海相页岩等3组海陆相页岩样品,进行聚焦离子束氦离子显微镜（FIB-HIM）的观察实验。结果表明:延长组页岩样品的有机质孔隙发育数量较少,孔隙直径较小,有机质内部多发育微裂缝,页岩黏土矿物内部发育大量的粒间孔隙,粒内孔隙发育数量较少。龙马溪组页岩发育大量的有机质孔隙,大量较小直径的孔隙嵌套在直径较大的有机质孔隙中,增加了页岩孔隙的比表面积和孔隙连通性,有利于烃类气体在页岩有机质孔隙内的赋存及有效渗流。牛蹄塘组页岩内部发育数量最多的是粒间孔隙,有机质孔隙极少发育。有机质孔隙贡献了页岩孔隙系统的绝大部分有效赋存空间。页岩有机质孔隙的发育主要受控于热演化程度,过低的热演化程度（0.5% < R_o < 1.5%）无法形成大量的有机质孔隙及烃类气源供给;过高的热演化程度（3.0% < R_o < 4.0%）则会导致页岩有机质孔隙消失,烃类气体失去有效赋存场所而在地史过程中大量散失;适宜的热演化程度（1.5% < R_o < 3.0%）能够保证页岩有机质孔隙大量发育,有利于烃类气体在页岩储层中形成有效赋存和渗流。针对中国南方高—过成熟度海相页岩气的高效勘探开发,应寻找热演化程度适中的页岩层位。      

渝东南两套富有机质页岩的孔隙结构特征——来自FIB-SEM的新启示

使用聚焦离子束扫描电镜(FIB-SEM)对渝东南地区下寒武统牛蹄塘组和上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组2套富有机质页岩的孔隙结构进行了系统观察,并对页岩纳米级有机质孔隙进行了三维重构和孔隙结构参数定量分析。研究发现,五峰组—龙马溪组页岩内层间微裂隙、矿物粒内孔、矿物粒间孔和有机质孔隙均较为发育。其中,有机质孔隙呈蜂窝状均匀发育,孔隙半径集中在3~100 nm,孔隙连通性较好,FIB-SEM三维重构计算有机质孔隙度在9.13%~18.42%之间,岩石总孔隙度中有机质孔隙度的贡献受控于TOC含量;牛蹄塘组页岩内溶蚀孔和粒间孔较为发育,有机质孔隙发育不均匀,孔隙呈扁平状或针孔状,孔隙半径集中在3~25 nm,孔隙连通性较差,有机质孔隙度在1.59%以下,有机质孔隙度对岩石总孔隙度的贡献与TOC含量关系较小,页岩的总孔隙度主要来自于矿物基质孔。FIB-SEM揭示了2套页岩有机质孔隙结构存在较大差异。     

川东北牛蹄塘组页岩孔隙结构特征及其控制因素

海相页岩气勘探在四川盆地周缘取得重要进展。通过X射线全岩衍射、氩离子抛光扫描电镜、二氧化碳和氮气吸附实验及有机地化实验等,对川东北地区下寒武统牛蹄塘组页岩的孔隙发育特征及其控制因素进行了研究。结果表明:川东北地区牛蹄塘组页岩有机质丰度较高,石英矿物和黏土矿物是主要造岩矿物;孔隙类型主要为有机质孔隙、脆性矿物粒间孔隙、黏土矿物层间缝等,有机质孔隙呈蜂窝状,在有机质内部发育,有机质孔数量较少,无机矿物孔隙以孔状、夹板状等μm级孔径为主;页岩孔容与比表面积随着有机质和黏土矿物含量的升高而变大。     

上扬子地区下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏条件

基于上扬子地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩的野外露头、钻井、岩心等资料,通过显微薄片、扫描电镜及X-衍射、压汞分析、等温吸附等多项实验测试分析,以牛蹄塘组黑色页岩的地层、岩石学、地球化学、地球物理和页岩含气性等为重点,对上扬子地区下寒武统牛蹄塘组页岩气形成的成藏条件与特征进行了初步探索。研究表明上扬子地区下寒武统牛蹄塘组以浅水-深水陆棚沉积环境控制富有机质页岩的发育,沉积厚度一般在50~300 m;有机碳含量在1.5%以上,有机质成熟度达到高-过成熟阶段;富有机质页岩脆性矿物丰富、粘土矿物演化程度高,以伊利石稳定矿物为主,不含蒙脱石;多种孔隙类型及裂缝发育,可为页岩气的赋存提供良好储集空间;富有机质页岩含气量达到了页岩气商业开发下限2.0 m³/t。综合各种成藏条件,认为资阳-自贡一带、黔北和渝东南-湘鄂西地区为页岩气有利勘探区带。     

四川盆地不同成熟度下志留统龙马溪组页岩有机孔特征

有机质孔隙是页岩气的主要储集空间,也是页岩天然渗流通道的重要组成部分。选取四川盆地不同热成熟度的下志留统龙马溪组页岩,采用场发射扫描电镜开展页岩不同显微组分有机质孔隙形成演化研究。笔石是龙马溪组页岩主要的结构有机质,含量较少,自身不发育有机质孔隙。成岩过程中由脂类原位聚合或外部地质聚合物交代使得笔石化石具有一定的生烃潜力,导致局部存在有机质孔隙。固体沥青是龙马溪组页岩最主要的显微组分,也是有机质孔隙发育的主要载体。考虑细粒沉积物成岩和有机质生烃演化,结合固体沥青赋存形态,可将固体沥青区分为前油沥青和后油沥青,且后油沥青含量占绝对优势。固体沥青有机质孔隙演化与热成熟度密切相关。总体上,随着热成熟度增加,固体沥青有机质孔隙越来越发育。成熟-高成熟早期(GR_o<2.3%),固体沥青孔隙不太发育,可能受到有机质生成的烃类物质掩盖。高成熟晚期-过成熟早期(2.3%4.5%),有机质炭化对页岩孔隙产生强烈破坏作用,导致页岩气勘探风险加剧。     

中扬子长阳地区寒武系牛蹄塘组页岩气成藏地质条件

中扬子湘鄂西褶皱带是湖北省页岩气勘探的首要目标区,但其页岩气勘探程度很低,尤其是寒武系及前寒武系。在寒武纪—早奥陶世,长阳地区发生广泛、快速海侵,在深水陆棚沉积背景下发育一套广泛而稳定、以黑色泥页岩和钙质页岩为主的下寒武统牛蹄塘组富有机质页岩层系。野外露头、镜下薄片观察及地层对比结果表明,研究区牛蹄塘组按照岩性可分为上、中、下3段,自南向北呈现逐渐增厚的趋势,沉积的黑色泥页岩厚度稳定且达到100 m左右。地化分析、储层特征以及含气量等温吸附实验结果表明,研究区牛蹄塘组黑色泥页岩具有较高的有机质丰度和成熟度,干酪根类型有利于生成气态烃类;岩石中脆性矿物含量较高,有机质孔隙和粒内孔隙十分发育,微裂缝也较发育;模拟吸附气含量较高,具有较好的页岩气吸附能力;孔隙度和渗透率低,属于低孔—特低孔、特低渗透型储层。长阳地区及邻区牛蹄塘组埋深适中、产状平缓且断裂不发育地区是下步页岩气勘探的有利目标区。     

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。     

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...     

Characterization of hydrocarbon/pores generation and methane adsorption in shale organic matter

The exploration and development of shale gas reservoirs has been of growing interest in the industry in recent years. It has been widely acknowledged that, during different thermal evolution stages, some characteristics including: the hydrocarbon-generation mechanism, development of organic matter pores, and methane storage/transport mechanism in organic matter/pores will affect shale gas desorption and production fundamentally. However, current research has failed to reveal them completely, which introduces large discrepancies between actual and predicted production in some shale gas reservoirs. In this paper, for the four thermal evolution stages of shale organic matter, i.e., the biochemical, thermo-catalytic, thermo-cracking and deep high temperature phases, respectively, characteristics of products generated from shale kerogen, including the form and quality of the solid frame, gas-oil ratios, and pore characteristics in organic matter (e.g., types of pores, pore wall materials) were first investigated. A new classification method for organic-matter pores was proposed. Additionally, methane absorption characteristics in shale organic matter and pores were demonstrated, the fact that water is involved during each thermal evolution phase was addressed, and current theories of solid-gas interface adsorption/desorption in the organic matter in shale were questioned. This work concluded that the system of solid-gas interface differs from actual shale reservoirs, so predicting production based on this understanding leads to significant inaccuracies. This work explained the possibility of solid-liquid interface effects in the organic matter of shale through analyzing product-generation and pore-formation mechanisms during the evolution of shale, which will directly affect potential reserves of shale. Therefore, this work should provide a basis for improving the accuracy of production predictions in actual reservoirs and should assist analysts in determining reasonable shale gas targets.     

低熟湖相页岩内运移固体有机质和有机质孔特征——以鄂尔多斯盆地东南部延长组长7油层组页岩为例

富有机质页岩中的有机质孔是页岩储层中重要的孔隙类型,有机质孔的数量、孔径大小和分布特征对页岩油气的吸附和储集能力、储层渗透性、页岩油气赋存状态和含量均具有重要的影响。利用氩离子抛光和场发射扫描电镜分析等技术分析了鄂尔多斯盆地东南部延长组长7油层组页岩中的固体有机质和不同有机质中有机质孔的发育特征。结果表明,延长组长7油层组页岩的成熟度较低（R_o为0.62%~0.85%）,固体有机质中的有机质孔比较发育,有机质孔的分布和发育程度具有明显的非均一性。运移固体有机质常充填于粒间孔、黄铁矿集合体粒内孔、溶蚀孔中,运移固体有机质中有机质孔较发育,孔径相对较大,孔隙数量多,而近似平行层理定向富集的干酪根中有机质孔数量相对较少或不发育。有机质孔的孔径主要介于6~60 nm、占总数的84.9%,多数有机质孔的孔径小于30 nm,孔径大于100 nm的孔隙仅占总数的6.1%,最大孔径可达1 μm以上,不同样品的有机质孔孔径分布特征存在一定的差异。固体有机质的类型及其与无机矿物间的关系对页岩中有机质孔的发育程度具有重要的影响,运移固体有机质含量越高,有机质孔越发育。     

鄂尔多斯盆地东南部延长组7段页岩有机孔发育特征及其影响因素

近年来的研究发现,鄂尔多斯盆地东南部延长组7段（长7段）中-低成熟度页岩中发育有机孔,但是对于影响陆相页岩储层中有机孔发育的影响因素有待进一步深入研究。借助氩离子剖光和场发射扫描电镜分析等技术,研究了鄂尔多斯盆地东南部长7段页岩中不同类型固体有机质中有机孔发育特征,并统计分析了不同成熟度页岩样品中干酪根和运移固体有机质的有机孔径和有机孔面积占有机质面积的百分比（S_R）,以此为基础讨论了影响有机孔发育的主要因素。结果表明,长7段中不同成熟度页岩（R_o：0.50%~1.25%）中有机质均发育有机孔,但是干酪根和运移固体有机质中的有机孔发育程度具有明显差异。沉积有机质（干酪根）主要以顺层富集、孤立分散及与粘土矿物共生3种形式赋存在页岩中,有机孔发育程度相对较低,有机孔面积占有机质面积的百分比介于0~44.13%,一般小于10%,平均6.03%;有机孔孔径主要在10~40 nm。运移固体有机质主要赋存在刚性颗粒粒间孔/粒间溶蚀孔、刚性颗粒与粘土矿物间粒间孔/粒间溶蚀孔和黄铁矿晶间孔等无机矿物孔中,有机孔发育程度较高,有机孔面积占有机质面积的百分比介于0~46.51%,一般小于30%,平均23.05%;孔径较大,主要在50~100 nm。长7段页岩中有机孔的发育程度主要受控于固体有机质类型、运移有机质丰度和有机质成熟度,运移固体有机质丰度越大,有机质成熟度越高,有机孔越发育。     

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。