四川盆地五峰组-龙马溪组页岩气成因与碳同位素倒转机制--来自热模拟实验的认识

四川盆地上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组是国内目前唯一实现页岩气商业性开发的层系,但目前对页岩气成因仍有一定分歧,主要原因是缺乏直接的实验证据。通过对国内外上奥陶统-下志留统低、中成熟度页岩和笔石开展黄金管生烃热模拟实验研究发现:(1)五峰组-龙马溪组页岩气主体以浮游藻类等富氢、富脂质有机质生成的油进一步滞留裂解为主,笔石生油能力较差,高-过成熟演化阶段有一定的生气能力,最高可达浮游藻类等富氢、富脂质有机质生气能力的20%左右;(2)五峰组-龙马溪组页岩下部层位由于富集浮游藻类、疑源类等富氢、富脂质有机质等生烃能力更强的有机质,从生气量上就优于上部以笔石为主的层位,这是下部为商业性页岩气层的一个重要原因;(3)单纯的热演化分馏、原油裂解气和干酪根裂解气的混合未造成烃气碳同位素倒转,地层抬升作用、地层水、矿物、金属等对页岩气中烃类的后期改造可能是造成页岩气同位素倒转的重要原因,碳同位素倒转可能更多体现了页岩气后期保存过程的影响。     

中国南方海相页岩气成藏差异性比较与意义

中国南方地区寒武系筇竹寺组和奥陶系五峰组—志留系龙马溪组均发育一套富有机质页岩,但页岩气钻探效果差别极大,开展成藏差异比较研究具有理论和现实意义。研究认为:1四川盆地五峰组—龙马溪组TOC值比筇竹寺组略高,盆地外围地区筇竹寺组TOC存在高值区;2筇竹寺组热演化程度较五峰组—龙马溪组明显偏高;3筇竹寺组有机质孔隙不发育,孔隙度是五峰组—龙马溪组的1/3~1/2;4筇竹寺组含气量低,仅为五峰组—龙马溪组的1/2;5筇竹寺组以硅质页岩为主,五峰组—龙马溪组以钙质、钙质硅质页岩为主,硅质成因不同;6五峰组—龙马溪组普遍超压,筇竹寺组以常压为主。这种差异形成的原因在于:1沉积环境不同,影响TOC值和页岩厚度;2筇竹寺组热演化程度过高,导致生烃衰竭、有机质炭化、孔隙度降低,含气性变差;3筇竹寺组顶底板封闭条件较差,影响页岩气保存;4构造位置不同,五峰组—龙马溪组处于斜坡和向斜区,具超压,有利于页岩气保存;5筇竹寺组放射性铀含量约为五峰组—龙马溪组的2倍,是热演化程度高的重要原因。从而提出南方海相经济性页岩气富集需具备有利的地质条件(富有机质集中段发育,热演化程度适中,有机质孔隙发育,含气量高,顶底板保存条件良好,埋深适中),其中五峰组—龙马溪组页岩气成藏条件有利、资源经济性好,筇竹寺组成藏条件总体较差、有利区范围有限。     

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。     

深层页岩气有效开发中的地质问题——以四川盆地及其周缘五峰组—龙马溪组为例

深层页岩气是中国页岩气勘探开发的主要接替领域。四川盆地及其周缘五峰组—龙马溪组深层页岩气具有高温、高压、高地应力的地质条件,深层覆压的增加使储层的孔隙度降低15%～20%、渗透率降低90%～95%,页岩中裂隙对渗透性的贡献显著下降。不同地区五峰组—龙马溪组深层页岩含气量有一定差异,但总体上与已投入开发的中—浅层页岩差别不大,含气量主要受原始沉积条件和后期保存条件联合控制。深层页岩所经历的构造抬升剥蚀较少,保存条件相对较好。深层页岩地层温度较高,地应力较大且应力差值高,页岩塑性增强,导致裂缝起裂及延伸困难,且裂缝闭合压力高,支撑剂破碎和嵌入影响压裂支撑缝宽,裂缝导流能力递减快,长期导流能力难以维持。WF2—LM4笔石带硅质页岩生物成因石英含量高、抗压实作用强,有利于有效储层的形成和保存,由于脆性大,天然裂缝更发育,页岩气"甜窗"的底限可能超过5 km,是深层页岩气最优开发层段。深层页岩气的富集程度主要与先天沉积成岩条件的优越程度、埋藏及生-排烃历史以及后期构造抬升与变形的差异性有关。优选出具有高脆性、高孔渗性、高压力系数、高含气量等特性的深层页岩分布区,建立与深层页岩相适应的体积压裂改造...     

页岩中黄铁矿类型及其对页岩气富集的影响--以四川盆地及其周缘五峰组-龙马溪组页岩为例

黄铁矿是页岩中普遍存在的矿物之一,对其类型、成因及其对页岩气富集的影响的研究还处在探索阶段。以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为研究对象,通过薄片观察、扫描电镜等手段,识别出草莓状、纹层状、结核状、自形以及他形等黄铁矿类型,五峰组-龙马溪组页岩中的黄铁矿主要形成于同生沉积阶段和早成岩阶段。草莓状黄铁矿主要形成于同生沉积阶段,指示还原环境,有利于有机质富集和保存,其含量与总有机碳呈正相关关系,其发育层段常富含有机质。草莓状黄铁矿与生物成因石英、陆源碎屑石英一起形成刚性颗粒支撑格架,对原始粒间孔隙的保存具有重要作用,有利于油气充注、滞留以及有机质孔的发育。研究区五峰组-龙马溪组底部黑色页岩草莓状黄铁矿非常发育,显示其不仅具有良好的有机质富集的物质基础,也有利于页岩优质储层的形成,草莓状黄铁矿含量可以作为页岩气甜点段判识的依据。     

渝东南彭水—武隆地区常压页岩气生产特征

渝东南彭水—武隆地区五峰组—龙马溪组为常压地层,通过野外剖面调查、钻井岩心观察及页岩实验测试等,结合5口常压页岩气井试采数据,系统分析常压页岩气的地质及生产特征。研究结果表明,研究区五峰组—龙马溪组优质页岩为深水陆棚沉积,具有厚度大(大于20 m),总有机碳含量高(为2%~6%),硅质含量高(大于45%),物性中等(孔隙度为2%~5%),微裂缝发育,保存条件中等,页岩气藏为常压(地层压力系数为0.8~1.2)等地质特征。分析彭水—武隆地区页岩气井生产过程中的返排特征、流体性质、产气量及压力变化规律等,认为常压页岩气具有自喷、诱喷和人工举升3种生产模式,可以划分为低气液比、两相过渡、稳定生产3个生产阶段,且进入稳定生产期,常压页岩气具有初期产量较低,但递减较慢的特征。     

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。      

川东南涪陵地区五峰组-龙马溪组页岩气藏中的超压作用

中国南方海相上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组高产页岩气藏普遍发育超压，为分析超压对于页岩气藏的作用，选取川东南涪陵页岩气田典型钻井进行了系统解剖研究。超压是页岩气藏良好保存条件的直接表征，其中，有机质热演化生烃增压是造成该地区异常高压的主要因素；涪陵焦石坝主体龙马溪组页岩气高产层段地层均发育超压，页岩储层孔隙度高、含气量高。超压对页岩气藏的影响:一方面，超压能减缓作用在岩石骨架上的有效应力，使页岩储层保存相对较高的孔隙度，超压可形成页岩超压微裂缝，提高页岩储集层的渗流能力，同时超压意味着地层能量高，游离气含量高，页岩气藏含气性更好；另一方面，超压降低了作用在页岩储层的有效应力，同时超压微裂缝的发育有利于页岩压裂改造。      

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。     

复杂构造区页岩气富集特征——以四川盆地东南部丁山地区下古生界五峰组-龙马溪组为例

川东南丁山地区是四川盆地页岩气主要勘探开发区,尽管已有多口井获得高产页岩气试气产量,但由于递减速率快和估算的最终可采储量(EUR)低,导致该区尚未获得商业开发。为了明确复杂构造区页岩气成藏富集特征,预测有利目标区,通过岩心观察、笔石带识别与对比以及扫描电镜观察等手段,对川东南丁山地区五峰组-龙马溪组页岩岩石类型、展布特征、储集类型和含气量等进行了分析。研究结果表明:川东南丁山地区五峰组-龙马溪组页岩岩石类型主要包括硅质页岩、含灰-灰质页岩、粘土质页岩和粉砂质页岩4种,其中优质页岩为WF2—LM4笔石带的硅质页岩,厚度介于6～10 m。储集空间主要包括有机质孔、矿物质孔和微裂缝,靠近盆地边缘无沥青充填的溶蚀孔相对发育,反映了较差的页岩气保存条件。与涪陵页岩气田的对比分析表明,丁山地区五峰组-龙马溪组WF2—LM4笔石带硅质页岩厚度较薄,在靠近盆缘断裂带的地区埋藏较浅,页岩气藏压力系数低,为浅层常压页岩气藏;向盆内方向压力系数增加,埋深较大,属于深层超压页岩气藏。建议在川东南地区WF2—LM4笔石带硅质页岩厚度大、埋藏适中和保存条件较好的地区开展页岩气的勘探工作。     

川东南盆缘复杂构造区深层页岩气富集特征

以川东南盆缘复杂构造区南川地区为研究对象,基于钻井、实验分析测试等资料,开展深层页岩气富集特征研究,重点讨论地层温度、地层压力等成藏环境变化对深层页岩气富集的影响作用。研究认为：(1)优势沉积相带是页岩气藏成烃的基础,研究区五峰组—龙马溪组一段形成于深水陆棚沉积环境,优质页岩发育,具备形成页岩气藏的良好物质条件。(2)有机碳含量控制纳米级有机质孔隙的发育程度,高压—超高压环境有利于孔隙的保持,对改善深层页岩物性发挥积极作用。(3)深层页岩气具有高温、高地应力的典型地质特征。温度较压力对页岩吸附能力的影响更为明显,深层页岩气赋存方式以游离气为主;高上覆地层压力导致页岩渗透率呈指数下降,页岩气运移能力显著减弱,逸散程度降低,有利于页岩气原位聚集。(4)温度、压力变化对气体扩散作用影响复杂,高温会增大气体的扩散系数,加剧气体的运移和逸散,而高压可以减缓或抑制气体的流动,有利于页岩气保存。(5)埋深与压力系数呈现一定的正相关性,埋深对向斜型页岩气藏压力系数的影响作用显著,表明深层向斜型页岩气保存条件趋好。埋深较大的残留向斜核部、凹中隆、有反向逆断层遮挡的斜坡区是复杂构造区页岩气勘探的有利目标。     

压力演化对页岩气储层的控制作用——以四川盆地五峰组—龙马溪组为例

中国南方海相页岩气勘探开发的实践表明，地层压力对于页岩气的保存及勘探开发具有重要的影响。为了进一步明确压力演化对页岩气储层演化的影响，以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为例，依据岩相、物性、孔隙结构、包裹体分析与页岩微观特征等资料，研究了压力演化对页岩气储层的控制作用。研究结果表明：①页岩气储层物性与孔隙结构受岩相、埋深与压力演化的共同控制，孔隙压力超压对埋藏压实具有抑制作用，总体上有利于页岩有机孔的保持和物性向好；②泄压期次与泄压强度影响了五峰组—龙马溪组不同岩相页岩的差异演化对高应力敏感性黏土质页岩的影响尤为显著，而对硅质页岩的影响则较低；③区域抬升与泄压时期晚、泄压时期短和泄压强度低最有利于有机孔的保持和页岩气储层物性向好；④盆内深层页岩气泄压程度低，保存条件优越，储层物性普遍优于盆缘常压—超压区，富有机质硅质页岩与黏土质页岩均具有较好的储集性能；⑤盆缘常压区泄压程度较高，富黏土质页岩储集性能降低，封盖性增强，并逐渐演化为直接盖层。     

中国南方3套海相页岩气成藏条件分析

为了揭示中国南方3套海相页岩的勘探潜力差异,利用黔南、渝东南和湘中地区典型钻井的岩心实验分析、钻井、压裂测试等资料,从先期建造和后期改造等方面对成藏条件进行对比。结果表明：①五峰组-龙马溪组为台内坳陷深水陆棚相硅质页岩型,生烃潜力大和储层物性好,含气量和地层压力均较高,为最有利勘探开发层系;优质页岩厚度、保存条件和可压性均是选区评价的重点。②九门冲组为被动大陆边缘深水陆棚相粉砂质-硅质页岩互层型,生烃潜力大,但热成熟度高,物性较差,保存条件复杂,埋深大,为重要接替层系;热演化程度、构造稳定性和埋深均是选区评价的重点。③大隆组为裂陷盆地深水台凹泥岩-灰质泥岩互层型,生烃潜力大、物性好,但夹层多,黏土含量高,顶底板封盖性差,含气量较低,为潜在有利层系;有利相带、页岩连续厚度和可压性均是选区评价的重点。④川中、川南、川东南地区的五峰组-龙马溪组,川中、黔南、宜昌地区的九门冲组,湘中涟源地区的大隆组均是页岩气勘探开发有利区。     

湘中坳陷涟源凹陷湘页1井大隆组页岩气地质特征

为评价湘中坳陷涟源凹陷二叠系大隆组页岩气成藏地质条件,部署实施了该区首口以大隆组为目的层的页岩气参数井——湘页1井.充分利用湘页1井钻井、岩心、测井及分析测试资料,开展大隆组岩石矿物组成特征、沉积特征、有机地球化学特征、储集物性特征、含气性等地质条件分析.研究结果表明:湘页1井大隆组页岩形成于缺氧的较深水台盆相沉积环境...     

松辽盆地北部页岩储层地质评价及关键技术研究

近年来,松辽盆地北部页岩油的勘探开发不断取得突破,目前缺乏对松辽盆地北部页岩储层的成藏地质条件及油气藏特征的分析和总结。为此,通过对国内外页岩油气藏勘探开发技术进行调研,综合页岩储层地质和工程资料开展了埋深、厚度、储层条件等6个参数的对比分析。研究结果表明：具有商业开发价值的页岩油气藏有利区应为富含有机质的高压页岩油气藏,此类页岩油气藏具有构造稳定、地层压力系数大、优质页岩厚度大等特征。同时调研了地质条件对于页岩油气藏开发的影响,认为热演化程度、脆性、埋深等对于页岩油气的保存有利,钻井和选区时应尽量在裂缝发育区,以便于进行储层改造;同时页岩油气藏在层序地层、地球化学特征以及生产特征具有一定的共同点。在开发方面系统研究页岩油气藏在钻完井、压裂改造、产量生产优化等油气藏开发新技术和未来发展方向。研究结果对松辽盆地的页岩油气藏勘探开发和规模建产提供一定的借鉴,也为后期的松辽盆地页岩油气选区及井位部署提供参考依据。     

四川盆地涪陵地区海相页岩天然裂缝特征及对页岩气的影响

不同类型裂缝对页岩气富集和保存的影响不同,因而在页岩气储层天然裂缝研究时,需要进行分类评价和预测。利用野外露头、岩心、薄片和FMI成像测井资料,对四川盆地涪陵地区五峰组-龙马溪组海相页岩天然裂缝的成因类型、发育特征、主控因素及不同类型天然裂缝对页岩气富集与保存的影响进行了探讨。涪陵地区五峰组-龙马溪组页岩天然裂缝在地质成因上分为构造裂缝、成岩裂缝及异常高压裂缝3种类型,其中构造裂缝包括层内张开裂缝、穿层剪切裂缝及顺层剪切裂缝;成岩裂缝包括页理缝和收缩裂缝。研究区以构造裂缝和页理缝为主,构造裂缝的发育程度受构造、岩石力学层厚度及脆性矿物含量等因素的控制;页理缝主要受页理发育程度、脆性矿物含量、异常流体压力、有机质含量及其热演化程度的控制。不同成因类型的天然裂缝对页岩气影响明显不同,其中层内张开裂缝和页理缝在页岩层内发育,裂缝规模小,为页岩气富集提供良好的储集空间;穿层剪切裂缝和顺层剪切裂缝发育规模大,主要影响页岩气的保存条件;收缩裂缝和异常高压裂缝的发育程度低,有效性差,对页岩气的影响较小。     

渝东南盆缘转换带金佛斜坡常压页岩气富集模式

近期,渝东南盆缘转换带金佛斜坡新完钻的页岩气井在上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组获得高产气流,地层压力系数为1.18,实现了该地区常压页岩气勘探的重大突破。为了评价该类型页岩气藏的勘探开发潜力,以钻井、物探和试气等资料为基础,解剖金佛斜坡页岩气藏基本地质特征和页岩气富集规律,总结常压页岩气富集高产主控因素,建立页岩气富集模式,并预测该区常压页岩气勘探开发有利目标区。研究结果表明:①该区优质页岩具有生气条件好、硅质矿物含量高、储层物性好、含气量高等特征,具有较大的页岩气勘探开发潜力;②常压页岩气富集高产具有"沉积相供烃控储、构造运动控保定富、地应力场控缝控产"的"三元控气"规律;③斜坡型目的层上倾方向发育封闭性反向逆断层遮挡有利于在断下盘形成较好的保存单元,随着埋深和离剥蚀边界距离的增大,页岩气富集程度和单井产量增高。结论认为,该研究成果丰富了常压页岩气地质理论,为中国南方复杂构造区尤其是斜坡型常压页岩气勘探开发提供了支撑。     

四川盆地页岩气富集控制因素及类型

四川盆地页岩气具有多领域、多层系、多类型的特点。有利的沉积相、成熟度和保存条件是四川盆地页岩气富集的关键因素。海相深水陆棚优质页岩具有源、储、可压一体页岩气的富集条件,为最有利的沉积相类型。湖相碳酸盐湖坡风暴滩沉积的页岩与灰岩互层组合,具有源、储、可压近配页岩气富集条件,有利于微裂缝的发育,具有较好储渗性。适中的成熟度（2%～3%）生气高峰阶段,饱和气有机孔隙最发育,页岩的储集性最好。在埋藏条件下,页岩气的赋存总体上随着埋深增加,吸附气缓慢下降,而游离气则较快增加,超压区有利于游离气保存。在此研究基础上,将四川盆地页岩气划分为3个层系5种类型。其中,下志留统盆内缘超压和盆内超高压深水陆棚厚层页岩气型最有利于页岩气富集。依据各层系有利的沉积相带,适中演化程度（镜质体反射率1.3%～3.5%）,压力系数大于1.2,埋深小于4 500 m分布区,预测出不同层系的页岩气有利区。     

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。