页岩气储层微观孔隙结构特征及发育控制因素——以川南—黔北XX地区龙马溪组为例

利用扫描电镜以及比表面积分析仪产生的试验数据、吸附脱附曲线对页岩气储层储集空间类型、微观孔隙结构的系统研究表明,川南—黔北XX地区龙马溪组页岩气储层储集空间多样,包括残余原生粒间孔、晶间孔、矿物铸模孔、次生溶蚀孔、黏土矿物间微孔、有机质孔以及构造裂缝、成岩收缩微裂缝、层间页理缝、超压破裂缝等基质孔隙和裂缝类型。发现研究区龙马溪组泥页岩比表面积和孔体积都较大且具有良好的正相关性,并认为微孔隙越发育,泥页岩的比表面积和孔体积越大,越有利于泥页岩对页岩气的吸附储集。建立了泥页岩的孔隙模型,并利用吸附脱附曲线分析了研究区龙马溪组泥页岩的微观孔隙结构特征,指出研究区龙马溪组泥页岩以极为发育的微孔为主,其中为泥页岩提供最大量孔体积和表面积的孔隙主要为Ⅲ类细颈瓶状(墨水瓶状)孔和Ⅰ类开放透气性孔。认为有机碳含量、伊/蒙间层矿物含量以及热演化程度是控制研究区龙马溪组页岩气储层微观孔隙结构的主要因素。     

川南地区下寒武统筇竹寺组页岩储层特征

根据川南地区绵阳-长宁拉张槽3口井的源储实验资料研究表明,川南地区筇竹寺组具有有机质丰度高、富有机质页岩厚度大、演化程度高、高脆性等特征,经历多期构造运动改造,B1井区保存条件较好。微观储集空间分为有机孔、无机孔(黏土矿物晶间孔、脆性矿物粒间孔、粒内溶蚀孔及黄铁矿晶间孔)和微裂缝(构造微缝、成岩收缩缝和溶蚀缝)3大类,并可进一步细分为9种类型,孔隙形态表现为细颈墨水瓶广体孔含少量狭缝形孔和平板、楔形缝2种结构,孔径分布复杂,以中孔为主,少量微孔及大孔。优质页岩孔容、BET比表面积较大,为页岩游离气及吸附气提供良好的储集吸附空间。其孔隙类型与分布特征的差异主要受有机碳含量、成熟度、成岩作用、孔隙流体压力的控制。     

页岩气储层微观孔隙结构影响因素及“三元”耦合控制作用

微观孔隙结构特征是当前页岩气储层研究的核心问题,目前的研究大多是针对单一影响因素的总结。从岩石学、沉积学和有机地球化学的角度,总结不同类型页岩及其储层微观孔隙结构的成因及差异。结果表明:不同沉积环境下形成的页岩在经历了一系列后生成岩改造及烃源岩热演化的影响后,其储层微观孔隙结构表现出极大差异。沉积环境决定微观孔隙形成的物质基础,如页岩中总有机碳、脆性矿物和粘土矿物的含量;成岩演化不同阶段微观孔隙结构的类型和发育程度各不相同;有机质热演化对微观孔隙结构的影响主要表现为,随着成熟度增加,有机质孔大量形成,粘土矿物的转化使储层的比表面积和孔隙体积发生变化。在多因素系统总结的基础上,提出沉积环境、成岩演化和热演化对微观孔隙结构的"三元"耦合控制作用,并分析不同演化阶段其主要的控制端元。     

四川盆地焦石坝地区页岩气储层特征及控制因素

页岩气的生成和聚集具有不同于常规油气藏的独特规律,页岩气储层的研究是页岩气勘探与开发的核心问题。目前,对焦石坝地区页岩气储层的认识是相对有限的,需要对本区页岩气储层做进一步研究。基于大量实验室测试数据的统计分析显示:上奥陶统五峰组和下志留统龙马溪组目的层段总有机碳(TOC)含量介于0.55 % ~5.89 %,平均为2.54 %,且具有自上而下有机碳含量逐渐增加的趋势;基于全岩X-射线衍射分析方法,页岩中黏土矿物含量介于16.6 % ~62.8 %,平均为40.9 %,自上而下逐渐减少,脆性矿物含量自上而下逐渐增加,总量介于37.2 % ~83.4 %,平均为59.1 % ;基于氦气注入法检测了目的层段的孔隙度,实测氦气孔隙度介于1.17 % ~7.98 %,平均为4.61 %,目的层段孔隙度呈现出"两高夹一低"的三分性特征;稳态法水平渗透率介于0.002~335.209 mD,平均为23.785 mD;通过高压压汞法对储层孔隙结构进行了研究,大量的测试数据表明,介孔级别的孔隙发育,且介孔提供了主要的孔比表面积,而介孔和大孔对渗透率起主要的贡献;将氩离子剖光技术和扫描电镜(SEM)相结合对储层的孔隙类型进行了观察,总体表现为自上而下有机孔隙增加、无机孔隙减少;由解吸法测得总含气量介于0.44~5.19 m³/t,平均为1.97 m³/t,从上到下呈现出逐渐增大的趋势。研究表明,焦页1井海相页岩气储层发育的控制因素有矿物组成和有机质发育特征等。TOC是控制下部储层段的主要内在因素,也是提供页岩气储存空间的重要物质;成岩阶段晚期,黏土矿物组合发生变化,蒙脱石向伊利石转变,形成新的微孔隙,增加了储层的孔隙度,对上部储层段有较大影响;脆性矿物含量大于50 %,易于形成裂缝,可造成地层渗透性能的显著增强。总体来看,五峰组和龙马溪组的底部层段是优质储层,也是主要的产气层段。     

鄂尔多斯东南部页岩气储层特征及其主控因素

为探索富有机质泥页岩的储层特征,利用全岩X-射线衍射、比表面—孔径分布、等温吸附、有机碳、有机质成熟度等测试方法,对鄂尔多斯盆地东南部山西组泥页岩储层的矿物组成、孔隙体积和孔隙结构进行了综合研究。结果表明：泥页岩矿物组成主要为黏土矿物和陆源碎屑矿物石英、长石,含少量黄铁矿和菱铁矿等矿物;有机碳含量平均为3.03%,有机质成熟度平均为2.55%,CH₄饱和吸附量平均为1.91m³/t;泥页岩孔隙结构以中孔隙为主,泥页岩储层中主要是黏土矿物控制着中孔、宏孔的发育,TOC含量与微孔体积呈微弱的正相关关系;饱和吸附量与黏土矿物（尤其是伊利石）和有机碳含量呈正相关性。     

川南地区五峰组—龙马溪组页岩微观孔隙结构特征及主控因素

为研究川南地区五峰组-龙马溪组页岩储层的孔隙结构特征及主控因素,对9口取心井的页岩样品开展了有机地球化学、X射线衍射全岩矿物含量及黏土矿物相对含量分析、氩离子抛光扫描电镜观察、高压压汞测试和气体（CO₂和N₂）等温吸附实验等研究。结果表明：①页岩总有机碳（TOC）质量分数平均为2.42%,等效镜质体反射率（R_o）平均为2.83%,有机质处于过成熟阶段;黏土矿物以伊/蒙混层-伊利石-绿泥石组合为主,处于晚成岩阶段。②页岩的平均孔隙度为2.49%,孔径主要为2.6~39.8 nm,以细颈墨水瓶状和狭缝孔为主;饱和吸附气质量体积为0.014 7~0.032 2 cm³/g,总孔隙比表面积为19.49~40.68 m²/g,介孔和宏孔为页岩气的储集提供了主要储集空间,微孔对孔隙的比表面积贡献较大。③TOC,R_o和黏土矿物相对含量等均对微孔和介孔的比表面积具有一定的控制作用,黏土矿物层间孔的发育程度对介孔和宏孔的孔隙体积具有一定的影响,脆性矿物含量与微孔、介孔、宏孔的孔隙体积均呈负相关关系。该研究成果对川南地区寻找优质储层和页岩气富集区均具有指导作用。     

黔北地区牛蹄塘组高-过成熟页岩气富氮特征及机理探讨

黔北是我国页岩气勘探开发试点地区之一,区内页岩气组分及成因尚不清楚。基于黔北地区普遍发育循环型地热系统这一典型地质特征,紧密结合区内牛蹄塘组页岩气富含氮气问题,通过页岩气组分及同位素特征、温泉及其伴生气地球化学特征,讨论了页岩气成因、富氮气机理及富集条件。结果表明：黔北地区牛蹄塘组富氮页岩气中氮气主要来自大气,烃类气体及二氧化碳来自有机质热裂解作用,是有机质过成熟阶段的产物;循环型地热系统是导致页岩气富含氮气的主因,造成页岩气与温泉伴生气发生组分交换,使得储层中剩余页岩气甲烷δ¹³C₁值明显低于有机质热裂解成因甲烷;断层、循环型地热系统、底板岩性是影响黔北地区牛蹄塘组页岩气保存条件的关键因素。通过气体组分、同位素特征,结合地质环境,尝试寻找评价页岩气保存条件的有效方法,有助于完善页岩气成因理论,能为黔北地区牛蹄塘组页岩气勘探方案部署提供理论参考。     

上扬子地区下寒武统高演化页岩微观孔隙特征

为揭示高演化页岩储层微观孔隙特征及储集性能,采用全岩X-射线衍射、有机碳测定、氦气孔隙度测试、低温氮气吸附、高压压汞-吸附联合测定及氩离子抛光-扫描电镜等多种技术方法,开展了上扬子地区下寒武统高演化页岩微观孔隙结构、类型及其特征研究。结果表明：页岩比表面积介于0.46~34.70m²/g之间,平均为12.36 m²/g,总孔容介于（0.43~11.29）×10^-3cm³/g之间,平均为4.65×10^-3cm³/g,孔径以小孔（2～10nm）为主,其次为中孔（10～50nm）,小孔孔容、TOC与比表面积呈正线性关系;页岩发育有机质孔、粒间孔、粒内孔、黏土矿物层间孔、黄铁矿晶间孔、构造微裂缝及成岩微裂缝7种孔隙类型,其中微裂缝全区普遍发育,四川盆地内部以粒间孔、黏土矿物层间孔及有机质孔为主,四川盆地之外仅发育有机质孔,形态以不规则形、狭缝形为主,无机矿物质孔欠发育,认为两者孔隙类型的差异与有机质含量高低密切相关。     

页岩岩相划分及含气性评价——以滇黔北地区五峰组—龙马溪组为例

针对滇黔北地区页岩岩相划分及含气性评价的研究较少,文中基于岩心分析化验资料,开展该地区五峰组—龙马溪组海相页岩岩相研究.结果 表明:滇黔北地区五峰组—龙马溪组岩相划分为富碳硅质页岩、贫碳硅质页岩、富碳钙质页岩、贫碳钙质页岩、贫碳黏土质页岩、富碳钙质硅质页岩、富碳黏土质硅质页岩、贫碳黏土质硅质页岩及富碳黏土质钙质页岩等9...     

涪陵地区龙马溪组页岩储层特征及其发育主控因素

四川盆地涪陵地区下志留统龙马溪组发育一套富有机质泥页岩,勘探证实其为优质含气储层。为系统研究该套储层的微观孔隙结构特征,利用氩离子抛光扫描电镜等分析资料,根据不同地质成因,将该套储层的储集空间类型划分为孔隙、裂缝两大类,前者可细分为有机质孔隙和无机孔隙,后者可细分为组构选择性裂缝(页理缝)和非组构选择性裂缝(构造缝)。进一步借助于压汞、压汞—液氮吸附联合测定、纳米CT扫描等多种方法,全方位对页岩储层的微观孔隙结构特征进行了综合表征,并从沉积、成岩等角度剖析了页岩储层发育的主控因素。结果表明:1页岩储层的孔隙直径主要分布在24nm以下,以中孔为主,孔隙组合形态表现为四周开放的平行板状孔隙及细颈广口的墨水瓶形孔隙;2良好的沉积背景有利于有机质与页理的发育,有机质孔隙是该套页岩储层发育的主控因素;3后期埋藏—抬升过程中由于超压释放形成了大量的组构选择性裂缝(页理缝),一方面改善了页岩储层的储集能力,另一方面又控制着页岩储层的水平渗流能力。     

四川盆地下寒武统筇竹寺组页岩孔隙特征及物性变差机制探讨

四川盆地下寒武统筇竹寺组富有机质页岩分布范围广、厚度大,具备形成页岩气的地质远景,但至今尚未建成工业产能。以多口取心井岩心为基础,利用扫描电镜、核磁共振、比表面积测量和氮气吸附等分析方法,对筇竹寺组页岩储层的孔隙类型、孔隙结构进行研究。结果表明,筇竹寺组储集空间类型单一,以黏土矿物晶间孔为主,有机质孔隙不发育,脆性矿物内孔隙和裂缝孔隙少。基质孔隙主体为孔喉直径低于50nm的中孔和微孔,孔隙度一般为1.4%~3.1%。 筇竹寺组物性变差的主要形成机制为：①热成熟度高,有机质碳化加重,有机质孔隙不发育;②成岩作用强,以结晶度高的绿泥石和伊利石等黏土矿物为主,晶间孔减少;③液态烃裂解近衰竭,孔隙内压力降低,有机质孔隙出现塌陷,并在围岩挤压和黏土矿物结晶收缩作用下经压实消失。     

黔北地区下寒武统黑色页岩储层特征及其影响因素

为了评价黔北地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩的储气性能,对黔北下寒武统牛蹄塘组的20余个露头剖面进行了系统采样和岩石物性、扫描电镜、压汞分析、比表面和孔径等分析测试。初步研究结果表明:黔北地区下寒武统页岩中石英含量平均为56.3%,粘土矿物平均含量为30.5%,有效孔隙度平均为8.24%,渗透率平均为0.127×10^-3 μm²,具有低渗致密的储层特征;孔径分布集中在4 nm左右,本区页岩孔隙以中孔为主。孔隙体积与石英、粘土矿物和有机碳含量等的相关性分析表明,石英含量与微孔和中孔体积成负相关,而与宏孔成弱的正相关关系;粘土物质则正相反,与微孔和中孔体积成正相关,而与宏孔成弱的负相关关系;有机碳含量和中孔体积、宏孔体积成一定的正相关性;镜质体反射率与宏孔体积成弱的正相关性。     

渝东南—黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩裂缝发育特征与主控因素

依据渝东南—黔北地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩露头、岩心、薄片和扫描电镜下裂缝系统的观察描述、特征参数和对应样品分析测试数据,深入分析并探讨了牛蹄塘组页岩裂缝的发育特征与主控因素及其对页岩含气性的影响。结果表明:牛蹄塘组页岩中发育不同类型的宏观裂缝和微裂缝,宏观裂缝以构造缝为主,主要为高角度的剪切缝、张剪性裂缝、压扭性裂缝及低角度滑脱缝;微裂缝主要为非构造成因的层间缝、粒间缝和粒内缝。岩心中宏观裂缝大部分被充填,充填物主要为方解石、泥质及黄铁矿。裂缝的发育主要受构造应力及构造部位、有机质含量、矿物成分及含量、岩性与岩石力学性质等多种因素的影响,其中构造因素是裂缝发育最主要的控制因素,脆性矿物与有机质含量对页岩岩石力学性质与裂缝的发育具有重要影响。在良好保存条件下,裂缝的发育对牛蹄塘组页岩含气性与渗透性均具有贡献,而对渗透性的改善是其最主要的贡献。压扭与滑脱性裂缝缝面糜棱状矿物内部孔隙、裂缝发育,有效改善了页岩的孔渗能力。裂缝中方解石、石英等充填物内部发育开启的次级裂缝和溶蚀孔缝亦增加了充填裂缝的有效性。     

四川盆地及周缘下寒武统页岩气成藏主控因素与勘探方向

运用最新的页岩气勘探理论及模拟实验结果,对四川盆地及周缘地区下寒武统页岩气成藏基本地质条件及主控因素进行了研究。该区下寒武统暗色泥页岩发育,可划分为"被动陆缘型"和"拉张槽型"2种类型。前者具有品质好、厚度巨大、分布范围广等特点,页岩气成藏物质基础条件优越,但底板条件差,构造变形强烈,页岩气保存条件受到挑战;后者达到了基本烃源岩标准,虽单层厚度薄,但具有纵向发育层段多、顶底板条件良好、构造变形弱等特点。高演化程度影响了暗色泥页岩的含气性,不利于页岩气富集成藏;顶底板条件是页岩气气藏早期形成的前提;构造条件是页岩气藏后期得以保存的关键。勘探有利区为盆内绵阳—乐至—隆昌—长宁地区及周缘城口—巫溪、鄂西宜恩—鹤峰、湘西花垣—张家界、贵州镇远等地区。     

上扬子地区下寒武统筇竹寺组页岩沉积环境

上扬子地区下寒武统页岩展现出了良好的页岩气勘探前景，是油气资源的重要战略接替领域。通过露头观测、岩心描述、薄片观察、扫描电镜分析以及主微量元素地球化学分析，对该套页岩沉积环境进行了综合研究。根据矿物学、岩石组构及沉积构造的不同，在筇竹寺组识别出5大类12小类岩相类型，进一步总结了浅水陆棚、深水陆棚、斜坡-盆地沉积体系中发育的6类典型的沉积序列，建立了相应的沉积模式。浅水陆棚沉积处于氧化、相对低的古海洋生产力条件下，发育磷质-云质-泥质沉积序列和砂质-泥质-灰质沉积序列，有机质含量普遍偏低。深水陆棚以及斜坡-盆地沉积处于贫氧-缺氧、高海洋生产力的条件下，发育富含有机质的泥质-磷质-云质沉积序列、硅质-泥质沉积序列和泥质沉积序列。在四川盆地资阳-长宁一线陆内裂陷槽内部以及四川盆地之外东南部黔中、黔北及鄂西-渝东等大部分深水陆棚沉积区是富有机质页岩发育的有利区域。此外，热液活动为黔西北地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩提供了必要的物质基础和保存条件，有利于形成富有机质的页岩。     

上扬子区下寒武统筇竹寺组页岩气成藏条件

页岩气是未来中国天然气储量增长重要的和现实的可接替新领域。利用中国上扬子地区下寒武统筇竹寺组黑色页岩的地质、钻井气显示以及有关地化分析数据,剖析了该区页岩气藏形成地质条件,认为上扬子区下寒武统筇竹寺组黑色页岩发育且区域分布稳定,并呈现出川南、黔北及湘鄂西３个与“海湾体系”密切相关的“优质源岩”分布区,是页岩气成藏最有利的地区;威远及黔西北毕节-大方一带在勘探震旦系灯影组气藏过程中,钻至下寒武统筇竹寺组页岩中普遍见气侵、井涌等不同级别的气显示,部分黑色页岩层段密闭取心测试含有低-中等商业性吸附气含量（0.4～0.83 m³/t）,尤其是威远地区九老洞组页岩中含气显示分布特点表明其不受气水边界及构造因素控制,而与有效页岩分布密切相关。综合研究后认为川南、黔北可作为中国页岩气藏近期突破的重要选区。     

黔东南岑巩地区下寒武统黑色页岩孔隙结构特征

利用矿物组分、有机地球化学、氮气吸附、物性及扫描电镜等资料,对黔东南岑巩地区下寒武统牛蹄塘组和变马冲组页岩孔隙结构特征进行了系统研究。牛蹄塘组与变马冲组贫有机质页岩以平板和狭缝形黏土粒间孔为主,平均孔径普遍大于5 nm;牛蹄塘组富有机质页岩以狭缝形和少量墨水瓶状孔为主,平均孔径普遍小于3~4 nm,比表面积为贫有机质页岩的2~3倍。页岩总孔容与比表面积、黏土含量与平均孔径均为正相关关系,而前二者与后二者均为负相关关系。有利保存条件下页岩具有相对"高孔低渗"特征,峰值孔径较大,有机质孔发育程度较高,孔渗相关性强。不利保存条件下页岩储层致密,孔隙度与峰值孔径较低,裂缝过度发育造成相对"低孔高渗"特征。有机碳含量对孔隙结构具有重要控制作用,与孔容、比表面及孔隙度总体正相关,与平均孔径负相关;过高有机碳含量层段页岩塑性增强,孔径较低,压实作用和不利保存条件等因素使部分狭窄孔喉发生萎缩、坍塌与闭合,导致孔隙度、孔容、比表面和脆性与有机碳含量出现负相关关系。     

鄂西下寒武统牛蹄塘组页岩特征及页岩气富集主控因素

综合大量野外露头、钻井、气测录井、地震、岩石矿物学分析、有机地球化学以及现场解吸等数据,对鄂西宜昌—秭归地区下寒武统牛蹄塘组黑色含气页岩特征、岩石物性、矿物成分、孔隙结构和含气性等地质特征进行了系统研究,并对页岩气富集主控因素进行了初步探讨。鄂西宜昌—秭归地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩主要以深水陆棚沉积为主,TOC含量平均值约3.2%,有机质处于过成熟阶段,矿物成分富含碳酸盐矿物,石英次之。页岩有机质孔隙和微裂缝发育,现场解吸及气测录井均显示含气性较好,且页岩单层有效厚度和总厚度越大,页岩含气性越好。     

页岩油储层微观孔隙结构特征及孔隙流体划分

页岩复杂的孔隙结构导致多样化的孔隙流体类型。针对鄂尔多斯盆地延长组长7 段页岩,采用低场核磁共振实验技术,将离心实验与热处理实验相结合,识别划分出3 类页岩中多类孔隙流体的T2弛豫时间界限,并定量表征了目标页岩的全孔径分布特征。研究结果表明,目标页岩孔隙结构可划分为Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ类,其对应的平均孔隙半径和流体赋存量依次减小。Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ类页岩的可动流体截止值分别为1.10,1.24 和1.92 ms,不可采出流体截止值分别为0.20,0.30 和0.54 ms。Ⅰ类页岩的可动流体赋存于孔径大于24.8 nm的中、大孔隙,平均饱和度为30.5%;不可采出流体则赋存于孔径小于4.5 nm的微孔隙,平均饱和度为35.3%。Ⅱ类页岩的可动流体赋存于孔径大于41.9 nm的大孔隙,平均饱和度为26.6%;不可采出流体赋存于孔径小于10.3 nm的微、小孔隙,平均饱和度为40.7%。Ⅲ类页岩的可动流体赋存于孔径大于93.6 nm的大孔隙,平均饱和度为17.2%;不可采出流体则赋存于孔径小于26.3 nm的中、小孔隙,平均饱和度达50.1%。     

四川盆地及其周缘下寒武统筇竹寺组细粒沉积特征与影响因素

四川盆地及其周缘下寒武统筇竹寺组页岩气资源丰富,已成为盆地重要的页岩气开发层段之一。受控于复杂的沉积格局,该区筇竹寺组粉砂质页岩纵向储层的岩相多样,非均质性强,制约了页岩气勘探和开发,因此亟需对其沉积特征、沉积相带和沉积模式开展研究。基于前期构造、层序地层研究认识,通过对矿物岩石、钻测井、地球化学和古生物等主要资料开展精细分析,明确四川盆地及其周缘早寒武世为海洋—古陆联合影响、水体深度中等、还原作用普遍发生的沉积背景,认为筇竹寺组主要沉积于滨岸相和陆棚相,并以陆棚相为主体,包括浅水陆棚亚相和深水陆棚亚相。通过对波浪和潮汐联合作用、海水蒸发作用、悬浮作用、上升洋流以及沉积古地貌等细粒沉积影响因素开展分析,结合沉积物空间分布特征,建立了四川盆地及其周缘筇竹寺组细粒岩沉积模式,即沉积初期差异沉降作用显著,层序厚度变化大,不同地区沉积特征及影响因素差异较大;沉积中期差异沉降作用不断减弱,层序厚度差异持续减小;沉积末期稳定沉降,进入“广盆”阶段,层序厚度趋于一致。