页岩气“压力系数”分级资源评价方法——以川东南上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组为例

随着我国页岩气勘探开发不断深化,亟需完善一套科学适用的页岩气资源潜力评价方法。该文重点考虑页岩气资源分布的非均质性以及保存条件的影响,在查明页岩气"压力系数"主要影响因素的基础上,将刻度区与评价区划分为A类区（压力系数大于1.2）、B类区（压力系数1.0~1.2）和C类区（压力系数0.8~1.0）。通过解剖四川盆地涪陵地区上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩气刻度区,确定体积资源丰度作为评价区类比计算关键参数,对页岩气资源进行分级类比评价。综合计算川东南地区页岩气总资源量为5.52×1012 m3,其中埋深4 500~6 000 m的五峰组-龙马溪组页岩气资源量达4.04×1012 m3,表明该地区埋深大于4 500 m的深层具有较大的页岩气勘探潜力。     

页岩气层有效厚度下限探讨——以涪陵页岩气田五峰组—龙马溪组为例

储层有效厚度是储量计算的重要参数之一,国内对页岩气储层有效厚度下限标准的研究尚处于探索完善阶段,为了评价国内首个页岩气田的探明储量,有必要深入研究页岩的有效厚度下限。文中以涪陵页岩气田五峰组—龙马溪组页岩气藏为例,首先对商业开发的页岩储层厚度开展研究,然后通过分析页岩气储层岩性、脆性矿物体积分数、总含气量、有机碳质量分数、镜质体反射率等,优选出适合研究区的页岩气层有效厚度下限表征参数,最后提出适合研究区储层特征的有效储层下限标准。该标准在四川盆地涪陵页岩气田页岩气储量计算中取得较好的应用效果。     

四川盆地及其周缘五峰组-龙马溪组页岩气的晚期逸散

为了探讨四川盆地及其周缘五峰组-龙马溪组页岩气晚期逸散方式和强度,应用典型井页岩气层埋藏史、构造特征、压力系数、含气量和页岩岩心物性分析资料,通过页岩气晚期逸散时间和特征分析以及模式构建,指出页岩气晚期逸散的时间为页岩气层晚期持续抬升的整个阶段,从盆缘到盆内五峰组-龙马溪组页岩气晚期逸散开始的时间从早白垩世演变为晚白垩世。页岩储层基质孔隙以纳米级为主、渗透率属纳达西级（平均为0.000 215×10^-3 μm²）、渗透率应力敏感性强（岩心有效覆压从3.5 MPa升高到40 MPa,渗透率降低了两个数量级）。在断裂不发育的页岩气层深埋区,页岩气的逸散为浓度差驱动的微弱扩散。晚期构造作用导致页岩储层抬升或发育开启断裂,随着地应力的释放,页岩储层渗透率增大,且水平渗透率远大于垂直渗透率（地表全直径岩心水平渗透率平均为0.567 8×10^-3 μm²、垂直渗透率平均为0.153 9×10^-3 μm²）。剥蚀露头区附近或浅埋藏带以及开启断裂附近页岩气逸散强烈,且沿层方向逸散强度远大于垂直层面方向。从深埋区到浅埋区再到露头区,以及逐渐靠近开启断裂,随着地应力、页岩渗透率、烃浓度的变化,页岩气沿层方向逸散方式表现为从微弱扩散到较强扩散再到强烈扩散或渗流的渐变特征,且逸散强度有序渐次增大。     

页岩气田储层含气性测井评价——以四川盆地涪陵页岩气田J区块为例

页岩储层岩性较复杂、储集空间类型多样,现有的含气性测井综合评价方法体系还不够完善。为深化四川盆地涪陵页岩气田J区块页岩储层含气性评价认识,应用密度-中子叠合法、自然伽马-去铀伽马叠合法、铀-钍比值法开展含气储层定性识别,并对吸附气、游离气、孔隙度、含气饱和度等含气性参数进行了测井定量预测研究。在多参数对比研究的基础上,优选了有机碳含量、孔隙度、含气饱和度、硅质含量、埋深为影响含气性测井评价参数,采用灰色关联分析法构建出储层含气性测井评价指数GQ,建立了含气性评价标准,即Ⅰ类含气储层GQ ≥ 0.57,Ⅱ类含气储层0.37 < GQ < 0.57,Ⅲ类含气储层GQ ≤ 0.37。该方法应用于J区块表明,含气性参数定量预测模型精度较高,且含气性评价标准可以对储层含气性进行有效的评价和分类,具有很好的推广前景。     

煤层气评价重要参数及选区原则

控制煤层气成藏的因素不同于常规油气和固体煤,评价参数和选区标准、采气方式都有特殊性。根据国内外煤层气勘探开发的实际资料,提出１０项重要评价参数的分级方案,其中６项（煤层总厚度,含气量,地解比,孔隙半径,原始渗透率,灰分含量）分为４级,４项（含气饱和度,割理,有效地应力,资源丰度）分为３级。煤层气勘探的基本思路是找向斜、找斜坡,既要避开水动力强冲刷区和浅埋藏区,又要有承压水封堵条件和侧向水封堵条件,同时煤层既要有好的储集物性,物性又不能太好而导致煤层气散失。总结我国３０多个地区１５０多口煤层气勘探试验井的成败经验,借鉴国外煤层气勘探成功实例,针对我国煤层气分布地质特点,提出煤层气勘探选区评价的１１项原则。表２参３（王孝陵摘）     

页岩气水平井穿行层位优选

通过多年的勘探开发实践,我国在四川盆地及其周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组实现了页岩气商业开发,认识到页岩气藏具有自生自储、低孔特低渗特征,属于“人工气藏”,其高产是由地质和工程两类因素共同控制。地质因素决定页岩气是否富集,工程因素则是决定页岩气是否高产的重要条件。准确识别“甜点层”,优选确定水平井穿行层位,是页岩气能否获得高产的关键。对涪陵页岩气田焦石坝区块水平井穿行层位优选实例的剖析表明,精细研究是准确优选水平井穿行层位的基础,地质、工程一体化紧密结合是准确优选水平井穿行层位的关键。根据各个地区具体地质条件,将地质、工程结合,优选水平井穿行层位,是页岩气勘探开发最终获得成功的重要保障。     

四川盆地及周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩岩相划分

页岩岩相对页岩气勘探"甜点"的确定具有十分重要的意义,不同专家和学者提出了不同的页岩岩相划分方案,但目前还未形成明确统一的标准。在总结前人对四川盆地及周缘上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩岩相划分的基础上,从页岩品质和可压性的角度,开展了页岩硅质成因分析和岩相划分特征参数的研究,明确了五峰组-龙马溪组页岩岩相综合划分方案：（1）分别以钙质含量大于50%、硅质含量大于75%、黏土含量大于50%为界,划分出泥灰岩、硅质岩和黏土岩3大类岩相和页岩混合岩相区;（2）将页岩混合岩相区以页岩气储量申报标准有机质含量1%、2%和4%为界,形成了低碳、中碳、高碳和富碳页岩4种页岩岩相;以页岩常见硅、钙矿物组分含量25%和50%为界,形成了低硅/中硅/高硅+低钙/中钙页岩等5种页岩岩相。该套以有机碳-矿物组分为基础、结合硅质成因分析的岩相综合划分方案,在科学研究和实际应用中适用性强、可推广,为五峰组-龙马溪组页岩纵横向优势岩相展布规律的研究奠定了基础。     

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。     

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。     

排烃效率对页岩气形成与富集的影响

页岩气富集既需要充足气源,又受后期构造改造强度控制。气源受制于烃源品质和排烃效率,滞留烃量是页岩气生成量的必要条件。通过固体沥青识别和统计,结合氦、碳同位素分析,研究了上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组烃源岩在四川盆地焦石坝、彭水地区的排烃效率、原地生气量及其对页岩气富集的影响。结果表明,五峰组-龙马溪组富有机质层段在焦石坝排烃效率为23%,滞留油量为27.67 kg/t,原地生气量为21.23 m³/t;而在彭水地区的排烃效率为65%,滞留油量为11.0 kg/t,原地生气量为18.99 m³/t,显示差异化生排烃作用,这与印支运动的影响程度有关。⁴He同位素测年表明,涪陵页岩气开始被封存聚集的时间为231 Ma,处于生油高峰期初期阶段,既气源充足,又利于有机孔隙发育;而彭水页岩气封闭体系形成的起始时间为183 Ma,晚于生气高峰期,气源不足。涪陵页岩气δ¹³C₂为-35.8‰,δ¹³C₁-δ¹³C₂为4.8‰,而彭水页岩气δ¹³C₂为-33.0‰,δ¹³C₁-δ¹³C₂为3.3‰,不同的δ¹³C分馏效应归因于生烃体系状态的差异性。烃源岩埋藏生烃演化过程中生烃高峰期与关键构造变革期的匹配,最大埋藏期的滞留烃量和抬升剥蚀过程中构造改造强度,联合控制着页岩气的生成、富集和保存。     

四川盆地东南缘页岩气富集模式——以丁山地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩为例

在川东南丁山地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气基本地质条件认识的基础上,利用钻井、测井、压裂测试、分析化验及构造解释等资料,通过天然气在页岩气系统内的赋存形式、运移方式及运移强度的分析,探讨了适用于研究区的页岩气富集模式。页岩气系统中高角度裂缝延伸距离短,页岩储层顺层滑脱缝、页理缝等顺层缝延伸较远,顺层方向渗透率远大于垂直层面方向,这些特征共同决定了天然气在页岩气系统中是以横向运移为主导、垂向—横向联合运移的方式运移。齐岳山断裂带、页岩储层埋深和距齐岳山断裂带的距离是丁山地区五峰组—龙马溪组页岩气富集成藏关键因素。齐岳山断裂带为控盆断裂带,断裂及伴生裂缝发育,为页岩气逸散区;东南部浅埋区页岩气系统中高角度缝较发育,顺层缝开启,游离气占比低于60%,表现为正常压力系统,是页岩气半滞留区;西北部中深埋藏区页岩气系统中高角度缝相对不发育,顺层缝闭合,垂向—横向联合运移受阻,大部分页岩气滞留在页岩储层中,游离气占比超过60%,表现为高压—超高压压力系统,是页岩气滞留富集区。     

四川盆地外围常压页岩气勘探开发进展与攻关方向

首先简要介绍了美国常压页岩气的基本地质情况和生产特征,以及造成页岩气常压或低压的原因,再以四川盆地外围武隆、彭水、道真等残留向斜上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气藏的勘探开发为例,通过对比,指出美国常压、低压页岩气藏与四川盆地外围常压页岩气的最大差别有3点：一是美国页岩气藏的厚层富有机质页岩连续分布面积大;二是绝大多数有机质热演化程度不高、吸附气含量高,多采用直井生产;三是页岩沉积后期经历的构造运动期次少、强度低。采用超轻支撑剂的氮气泡沫水平井压裂在美国Big Sandy地区Ohio低压页岩气开发中取得了成功。通过对3个残留向斜勘探开发进展的分析,提出改造期次、强度、埋深、分布面积等是盆外残留向斜保存条件差异的主要因素,也是导致地层压力系数和产量差异的主要原因;基于此,提出了下步盆地外围常压页岩气勘探开发与技术攻关建议。     

海相黑色页岩甜点类型、特征及页岩气勘探意义——以四川盆地南部五峰组—龙马溪组为例

黑色页岩甜点类型、识别标准及分布规律直接影响勘探层位优选及钻井靶点设计。为此,以四川盆地南部（以下简称川南地区）上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组海相黑色页岩为例,结合岩石学、层序地层学等理论,综合分析了相对海平面变化、裂缝类型与页岩储层品质之间的关系。研究结果表明：(1)川南地区五峰组—龙马溪组黑色页岩可划分出沉积型和裂缝型2类甜点,其中,沉积型甜点细分为早期海进型、快速海进型、晚期海进型和近滨海进型4类,裂缝型甜点分为网状微裂缝型和网状宏观裂缝型2类。(2)早期海进型和近滨海进型以半远洋沉积为主,粉砂和黏土混杂堆积,TOC较低;快速海进型以远洋沉积为主,微晶石英发育,TOC高,有机孔发育;晚期海进型以等深流沉积为主,TOC偏低,无机孔相对发育。(3)裂缝型甜点储层宏观裂缝和微裂缝发育,但基质孔隙度和渗透率不一定高。(4)早期海进型甜点分布于笔石带WF2—WF3,快速海进型甜点分布于笔石带LM1,晚期海进型甜点分布于笔石带LM2—LM4及LM5,近滨海进型甜点分布于笔石带LM1—LM4,网状微裂缝型甜点主要分布于笔石带LM1,网状宏观裂缝型甜点的分布受断层规模和构造转换带变形程度控制。...     

四川盆地南部泸203井区五峰组——龙马溪组页岩裂缝特征及形成演化

四川盆地南部泸州深层页岩气是现阶段页岩气勘探的重点,天然裂缝发育对页岩气富集、压裂开发及天然产能具有重要影响。综合岩心、测井分析等地质手段,结合包裹体均一温度及岩石声发射实验,对泸203井区五峰组—龙马溪组页岩裂缝特征、期次及形成演化进行综合分析。结果表明：研究区五峰组—龙马溪组页岩以构造成因的剪切缝为主,发育少量水平滑脱缝及直立张性缝。裂缝充填程度高,充填物复杂,以直立缝及水平缝共同发育、延伸距离短为特点,纵向上裂缝在五峰组—龙一段Ⅰ亚段2小层及4小层中上部集中发育,底部直立缝及水平缝均较为发育,向上以水平缝发育为主。五峰组—龙马溪组页岩裂缝形成于3期构造运动：第1期形成于印支运动期（距今253.4～250.0 Ma）,裂缝被方解石及黄铁矿高度充填,包裹体均一温度为130.4～150.6℃,构造应力方位为NNW—SSE向（335°±5°）,形成近NS向及NWW向平面剪切缝与NEE向剖面剪切缝。第2期形成于燕山晚期—喜马拉雅早期（距今70.58～42.64 Ma）,裂缝被方解石全充填,包裹体均一温度为194.8～210℃,构造应力方位为SEE—NWW向（110°±5°）,形成NW向与N...     

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...     

四川盆地五峰组—龙马溪组页岩岩相及储集空间特征

以四川盆地东南缘奥陶纪末至志留纪初的深水沉积五峰组—龙马溪组页岩为研究对象,在野外剖面考察和岩石薄片鉴定的基础上,通过电子显微镜观察、矿物含量分析等,剖析五峰组—龙马溪组页岩的矿物学特征、岩相特征和储集空间类型,并讨论页岩储集性能的控制因素。研究区页岩矿物成分以碎屑石英和黏土矿物为主,含有长石、方解石、白云石、黄铁矿等;存在炭质页岩、硅质页岩、粉砂质页岩、钙质页岩和普通页岩等5种岩相;发育构造张裂缝、构造剪裂缝、层间页理缝、黄铁矿孔隙、黏土矿物晶间微孔及微裂缝、石英颗粒边缘微裂缝和有机质孔隙等7种页岩气储集空间。储集空间发育主要受矿物成分、岩相类型、有机碳含量、有机质成熟度以及成岩作用的影响。     

页岩气工业建产区选区地质评价指标及其下限标准

蜀南地区作为我国页岩气商业开发示范区,勘探开发前景良好。为了解决页岩气单井产能差异大、部分产井低能低效的问题,从X区块实际产气效果出发,结合页岩测井解释数据、X?射线衍射、岩石有机碳分析和储层物性等资料,对页岩气产能的影响因素进行分析,确定页岩气工业建产区地质选区评价指标;根据研究区目前开采深度,以8.0×10⁴ m³/d作为页岩气工业油气流下限,探究相应地质评价指标的下限标准。研究表明：①优质储层钻遇率、TOC、有效孔隙度、脆性指数对页岩气产能的影响作用比较显著,可以作为页岩气工业建产区选区地质评价的关键指标;②页岩气产能与页岩总含气量没有十分必然的联系,而与游离气含量及游离气占比呈现十分明显的正相关关系,因此页岩游离气含量和占比可作为页岩工业建产区的选区评价指标;③相比于BI_mer和BRMC4指数,BI_bm指数能够更好地指示页岩脆性;④要达到工业油气流下限标准,建议优质储层钻遇率至少要达到65%、TOC含量要达到3.3%、孔隙度要达到3.5%、含气量要达到3.0 m³/t,其中游离气占比要达到60%以上,即游离气含量要达到2.0 m³/t、BI_bm指数要达到0.5。     

保存条件对四川盆地及周缘海相页岩气富集高产的影响机制

以四川盆地及周缘牛蹄塘组和五峰组-龙马溪组2套页岩层为研究对象,通过对不同地区、不同含气性和产量的典型页岩气井进行解剖,探讨了影响页岩气保存条件的主控因素及评价体系。研究认为：顶底板条件、页岩自身封盖作用是该区页岩气早期滞留于页岩内的关键因素,后期构造改造强度与所持续的时间对页岩气藏的含气丰度具有明显的调整作用;保存条件对页岩气层的含气量、孔隙度、含水饱和度、电阻率以及页岩气气体组分等有明显的影响,保存条件差,页岩气层含气量、孔隙度、电阻率通常较低,含水饱和度、N₂含量则较高,这些被影响的参数可以作为评价页岩气保存条件优劣的间接指标。建立了四川盆地及周缘复杂构造区下古生界海相页岩气5大类、28项参数的保存条件综合评价指标体系,即主要是封盖条件、页岩气层自身封堵性、构造作用（构造改造时间、断裂作用、地层变形强度等）等条件在时间和空间上的组合关系,另外页岩气层含气性表征参数和压力系数同样可在一定程度上指示保存条件的优劣。     

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。     

页岩气勘探选区评价方法探讨

通过调研国内外相关油公司及地区的页岩气勘探选区评价方法及参数,在分析页岩气勘探选区评价关键问题的基础上,突出页岩气的富集性和可采性,建立了页岩气“富集概率—资源价值”评价模型及数值化计算公式,并对评价结果进行了分类,应用该方法针对中国石化川东南部分区块进行了选区评价。