鄂尔多斯盆地东南部上古生界海陆过渡相页岩储集性与含气性

鄂尔多斯盆地上古生界海陆过渡相页岩是重要的页岩气富集层系,但是含气性及其控制因素研究薄弱,制约了对该地区页岩气的勘探和研究。论文通过对鄂尔多斯东南部本溪和山西组大量页岩样品开展有机地球化学、矿物组成、页岩孔隙及分布的研究,评价了海陆过渡相页岩的储集性;通过含气量现场解吸和等温吸附实验,分析了页岩含气特征和影响因素。结论认为研究区海陆过渡相页岩有机质丰度高(TOC含量0.5%~11%),主要发育III型干酪根,有机质成熟度较高(1.0%~3.0% Ro);矿物组成以富黏土页岩为特征,黏土矿物含量可高达60%以上。总孔隙度分布在2%~8%,部分样品微裂缝发育。孔隙类型以平行板状的狭缝型孔隙介孔为主,在岩石孔隙比表面积和孔体积的贡献占90%以上;TOC含量与孔隙比表面积及孔隙总体积具有密切的相关性,有机质孔隙对岩石总孔隙构成具有重要贡献。现场解吸含气量为0.591~4.05 m3/t,兰氏体积从0.05 m3/t到14 m3/t都有分布,页岩实测含气量与气体吸附能力差异大。TOC含量是控制海陆过渡相页岩含气量和含气能力的重要因素,富黏土矿物的吸附作用可使样品含气能力显著增加。     

临兴区块上古生界煤系页岩孔隙结构多尺度定性–定量综合表征

为了揭示鄂尔多斯盆地东缘海陆过渡相页岩微观孔隙结构特征及其主控因素,丰富对该区块海陆过渡相煤系页岩孔隙发育特征与孔隙结构的认识,对临兴地区页岩进行扫描电镜、高压压汞和液氮吸附分析以表征微观孔隙结构特征,同时结合孔隙率、TOC含量、岩石矿物含量、黏土相对含量、有机质成熟度测试结果对页岩孔隙结构发育主控因素进行研究。结果表明:研究区页岩发育粒内孔、粒间孔、溶蚀孔和微裂缝,有机质内部偶见孔隙、可见微裂隙,与矿物伴生时周边发育微裂隙;页岩总孔容介于0.001 46~0.010 81 mL/g,介孔占比81.9%,比表面积介于0.35~ 3.65 m2/g,孔径分布以单峰型为主,分布范围主要在200 nm以内,主峰孔径在45 nm左右,本溪组、太原组页岩孔隙连通性优于山西组,太原组宏孔占比优于本溪组、山西组;页岩总有机碳含量对页岩孔隙发育的影响复杂,对宏孔发育具有一定的积极作用,脆性矿物含量对总孔、介孔发育有积极作用,黏土矿物含量对总孔和介孔发育起消极作用,其中,脆性矿物和黏土矿物通过影响介孔的发育来控制页岩中孔隙的发育程度。基于页岩孔隙结构多尺度定性–定量表征及其控制因素研究对临兴区块海陆过渡相页岩气资源量评价、甜点优选与开发具有重要指导意义,丰富了对海陆过渡相页岩储层的地质认识。      

鄂尔多斯盆地东缘临兴区块页岩气成藏因素分析及富集区预测

结合中联公司前期勘探成果,基于钻井、岩心、测井资料及实验数据,对鄂尔多斯盆地东缘临兴区块本溪组、太原组和山西组泥页岩沉积特征、有机地球化学特征、储层特征以及含气性特征进行了研究,重点讨论了页岩气的富集区。研究成果表明:本溪组和太原组发育潮坪相沉积环境,山西组发育三角洲相沉积环境;整体属于中等-优质烃源岩,太原组烃源岩最好;本溪组和山西组有机质类型主要以腐殖型为主,太原组有机质类型主要以混合型-腐殖型为主;有机质成熟度整体处于成熟-高成熟阶段,具有良好的生烃潜力;储集层微裂隙较发育,属于低孔低渗类型;山西组和太原组的脆性矿物含量在50%以上,有利于后期压裂;研究区泥页岩具有较高的含气量和较强的吸附能力;山西组页岩气富集区主要集中在北部和西南部,太原组页岩气富集区主要集中在北部,且资源潜力最优,本溪组页岩气富集区主要集中在西北部和东北部边缘一小块区域,且资源潜力有限。     

鄂尔多斯盆地东缘海陆过渡相页岩气储层孔隙特征及影响因素

为了研究鄂尔多斯盆地石炭—二叠系海陆过渡相页岩气储层孔隙特征,选取页4井、页1井和DT803井海陆过渡相泥页岩样品进行了扫描电镜、低温液氮吸附实验以及相关的地球化学实验,分析了海陆过渡相页岩气储层的孔隙类型、特征及其影响因素。实验结果表明:研究区页岩孔隙以粒间孔和有机质孔最为发育;页岩孔形态以狭窄的平行板状为主,孔隙微观孔径分布范围为1~60 nm,主孔径分布介于1~6 nm和40~60 nm,介孔为孔体积和比表面积的主要贡献者,但微孔对比表面积的贡献不容忽视;有机碳和黏土矿物含量是海陆过渡相页岩孔隙发育的主要影响因素,脆性矿物对孔隙发育影响不明显。     

鄂尔多斯盆地北部太原组海陆过渡相页岩孔缝特征及油气地质意义

鄂尔多斯盆地太原组海陆过渡相泥页岩是非常规天然气的储集层.通过采集太原组泥页岩样品,利用氩离子抛光-扫描电镜技术,观察抛光后泥页岩样品微孔隙、微裂缝的微观结构特征,分析其成因,认为沉积作用、成岩作用、有机质变质作用、干酪根生烃作用、溶蚀作用、构造应力作用是太原组页岩孔隙、裂缝发育的主控地质因素.同时参考国内外学术界对海相和陆相页岩的孔隙、裂缝类型的划分方案,将太原组海陆过渡相泥页岩孔隙、裂缝初步划分为有机孔、无机孔和微裂缝三大类.有机孔细分为化石孔、生烃孔;无机孔细分为粒间孔、晶间孔和溶蚀孔;微裂缝细分为收缩缝、应力缝和黏土矿物层间缝.太原组页岩中发育的微孔隙、微裂缝,为页岩气（尤其是游离气）提供了良好的储集空间和渗流通道,有利于页岩气的成藏.为页岩气的压裂开采及高产稳产提供了有利条件.     

南华北盆地中牟凹陷太原组-山西组页岩气成藏特征——以河南中牟区块ZDY2井为例

河南中牟区块ZDY2井海陆过渡相太原组和山西组页岩气层系地质特征分析表明:太原组和山西组富有机质页岩厚度均为77.5m,有机质类型主要为Ⅲ型,少量Ⅱ型;有机碳平均含量分别为2.18%和1.90%;有效孔隙度分别为1.53%和2.4%,现场解析平均含气量分别为1.32m~3/t和1.1m~3/t,其中太原组中部优质压裂层段平均含气量为1.56m~3/t;有机质成熟度Ro值在2.6%～3.4%之间;黏土矿物以伊利石和伊蒙混层为主。综合研究认为中牟区块太原组、山西组页岩气层系普遍含气,太原组中部页岩层段及山西组下部大占砂岩是有利勘探层位。通过ZDY2井太原组中部43.3m页岩层段压裂,获得日产天然气3 614m~3,南华北盆地海陆过渡相页岩气勘探取得重大进展。     

鄂尔多斯盆地东缘大宁–吉县地区山西组山2 3亚段海陆过渡相页岩岩相与沉积环境变化

鄂尔多斯盆地东缘大宁–吉县地区二叠系山西组山₂ 3亚段海陆过渡相页岩是未来非常规油气勘探的重点目标,通过野外露头观察、岩心描述、薄片鉴定,结合全岩衍射、特征微量元素测试等手段,划分出硅质页岩相、硅质黏土质页岩相、钙质硅质(或硅质钙质)页岩相、黏土质页岩相4种页岩岩相类型。岩石学特征、地球化学指标表明,山₂ 3亚段继承了太原组沉积晚期地形平缓的陆表海格局,大规模海侵导致本区在山₂ 3沉积早期快速演化为海湾环境,沉积环境由氧化转为还原,水体盐度接近正常海水,有机质保存有利,形成了该亚段下部富有机质页岩相,其中钙质硅质(或硅质钙质)页岩相是相对优质的富有机质页岩岩相,具有高有机质含量、高脆性矿物含量、低黏土含量的特点,为页岩气开发有利层段。进入山₂ 3沉积晚期,区内逐渐演化为障壁岛沉积体系,在潟湖、滨岸沼泽环境中发育硅质黏土质页岩相、黏土质页岩相,虽多次受海侵影响,但海水影响程度总体上逐渐减弱,水体盐度呈降低趋势,沉积环境趋于氧化,有机质的保存条件变差,导致有机质含量总体偏低,同时脆性矿物含量偏少,不利于勘探开发。      

临兴地区海陆过渡相页岩及页岩气地球化学特征

为揭示鄂尔多斯盆地东缘上古生界海陆过渡相页岩及页岩气地球化学特征,选取临兴地区页岩样,开展薄片鉴定、全岩和黏土含量、扫描电镜、有机碳、岩石热解、干酪根显微组分和干酪根碳同位素测试,分析页岩解吸气的气体组分和碳同位素组成。结果表明:临兴地区过渡相页岩矿物组分主要是石英和黏土矿物,含少量方解石、斜长石、钾长石、白云石和黄铁矿等。受矿物成因、沉积环境等多方面的影响,不同矿物组分与有机质赋存方式各异。石英与有机质存在2种赋存方式,黏土矿物存在3种赋存方式,黄铁矿存在4种赋存方式。有机质类型为Ⅱ₂–Ⅲ型,有机碳含量平均值大于2.0%,干酪根碳同位素介于–24.5‰~–23.2‰。镜质体反射率介于0.92%~1.30%,t_max值介于427~494℃,有机质热演化达到成熟阶段。页岩气中烃类气以甲烷为主,含有少量乙烷、丙烷,总体属于干气。甲烷碳同位素均值为–40.0‰,介于海相页岩气和陆相页岩气甲烷碳同位素之间;乙烷碳同位素值介于–26.8‰~–22.56‰,均大于–29‰,整体呈现出δ13C₁＜δ13C₂＜δ13C₃正碳序列。研究认为,该区页岩具备大量生成页岩气的潜力,页岩气主要来源于上古生界偏腐殖型页岩,属于由干酪根裂解而生成的有机热成因煤成气。      

下扬子地区海陆过渡相页岩气成藏条件与主控因素:以萍乐坳陷二叠系乐平组为例

萍乐坳陷二叠系乐平组是典型的下扬子地区海陆过渡相泥页岩的发育层系。通过野外地质调查、样品采集和分析测试等对萍乐坳陷二叠系乐平组泥页岩的发育特征、有机地球化学特征、储层特征和含气性等页岩气成藏地质条件进行了分析。结果表明:萍乐坳陷二叠系乐平组页岩单层厚度小、累积厚度大,横向、纵向连续性差;有机质丰度较高,w(TOC)以1.0%~2.5%为主,有机质类型以Ⅲ型和Ⅱ2型为主,有机质成熟度Ro分布在0.6%~4.5%之间,以高成熟-过成熟为主。页岩矿物组成中黏土矿物较为富集,储层孔隙类型主要为微孔隙和微裂缝,储层物性较差;总含气量和最大吸附气含量都较小。在页岩气成藏地质条件研究的基础上,结合区域沉积-构造背景的分析表明,页岩气成藏控制因素为:沉积环境、构造运动和保存条件。综合分析表明萍乐坳陷二叠系乐平组页岩气成藏条件一般,但在有机质丰度高、物性较好、埋藏适中的构造稳定地区仍然有较好的页岩气资源前景。     

河南中牟区块页岩气特征及勘探前景分析

文章通过对河南中牟区块海陆过渡相太原组和山西组页岩气形成的地质条件与特征分析,认为区块构造较为简单、稳定,其海陆交互相沉积环境控制太原组和山西组页岩发育,分布广泛,富含有机质页岩厚度大,为页岩气目标层;有机碳含量w(TOC)=1.1%~3.7%,有机质类型为Ⅲ型,有机质成熟度指标镜质体反射率(Ro)3.0%~3.8%;目标层有效孔隙度1.0%~5.0%,黏土矿物以伊利石和伊/蒙混层为主;含气量0.5~3.3m~3/t,平均1.7m~3/t。对牟页1井太原组、山西组三段采用快钻桥塞分段压裂,累计注入压裂液量5 055.9m~3,加砂量202.7m~3,三层合采求产为1 256m~3/d,标志着南华北盆地海陆过渡相页岩气勘探取得重大发现。通过地质评价和资源量计算,中牟区块太原组、山西组页岩气地质资源量较为丰富,勘探有利区面积大,具备较好的页岩气勘探前景。     

海陆过渡相页岩气层系沉积研究进展与页岩气新发现

四川盆地海相页岩气成功规模效益开发,使我国页岩气跨入了高速发展的快车道,确立了页岩气在我国能源安全保障中的重要战略地位。我国海陆过渡相页岩气资源丰富,有望成为我国页岩气增储上产的现实领域。目前海陆过渡相页岩气勘探开发和地质评价还处在初期阶段,海陆过渡相富有机质页岩发育特征与分布、沉积模式、有机质富集机理等非常规油气沉积学相关研究有待深入。通过系统厘定海陆过渡相相关概念与特征,明确了国内外典型海陆过渡相页岩气层系;系统总结海陆过渡相页岩沉积研究现状与新进展,揭示了海陆过渡相中富有机质页岩有利发育环境、主要沉积模式和页岩气储层基本特征。系统梳理鄂尔多斯、四川、渤海湾等盆地海陆过渡相页岩气勘探开发新发现,指出了我国海陆过渡相页岩气具有良好勘探开发前景。海陆过渡相页岩层系常伴有煤层,可进行页岩气、煤层气等联合开采,实现“体积开发”,以期有效推动我国天然气产业高质量大发展。     

西昌盆地上三叠统白果湾组富有机质泥页岩沉积岩相古地理与孔隙特征

海陆过渡相富有机质泥页岩是页岩气勘查开发的重要领域。本文以西昌盆地上三叠统白果湾组富有机质泥页岩为研究对象,对研究区内富有机质泥页岩的沉积岩相古地理特征、微观孔隙类型、孔隙结构特征进行研究。白果湾组富有机质泥页岩段沉积相主要为湖泊相、三角洲相、河流相。发育不同类型的微孔隙,孔隙主要以小孔为主,微孔次之,平均孔径分布在5.56~56.89nm之间,比表面积平均为9.44m²/g,总孔体积平均为0.0187cm³/g。页岩气主要形成于滨浅湖亚相及半深湖亚相中,并主要吸附于富有机质泥页岩的小孔、微孔内;西昌盆地白果湾组富有机质泥页岩储集空间较好,具有良好的勘探潜力。     

Geochemical and Geological Characterization of Marine-Continental Transitional Shale: A Case Study in the Ordos Basin, NW China

The organic-rich shale of the Shanxi and Taiyuan Formation of the Lower Permian deposited in a marine-continental transitional environment are well developed in the Ordos Basin, NW China, which is considered to contain a large amount of shale hydrocarbon resources. This study takes the Lower Permian Shanxi and Taiyuan shale collected from well SL# in the Ordos Basin, NW China as an example to characterize the transitional shale reservoir. Based on organic geochemistry data, X-ray diffraction (XRD) analysis, field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM) observations, the desorbed gas contents of this transitional shale were systematically studied and the shale gas potential was investigated. The results indicate that the Lower Permian Shanxi and Taiyuan shale has a relatively high total organic carbon (TOC) (average TOC of 4.9%) and contains type III kerogen with a high mature to over mature status. XRD analyses show that an important characteristic of the shale is that clay and brittle minerals of detrital origin comprise the major mineral composition of the marine-continental transitional shale samples, while the percentages of carbonate minerals, pyrite and siderite are relatively small. FE-SEM observations reveal that the mineral matrix pores are the most abundant in the Lower Permian shale samples, while organic matter (OM) pores are rarely developed. Experimental analysis suggests that the mineral compositions mainly govern the macropore development in the marine-continental transitional shale, and mineral matrix pores and microfractures are considered to provide space for gas storage and migration. In addition, the desorption experiments demonstrated that the marine-continental transitional shale in the Ordos Basin has a significantly potential for shale gas exploration, ranging from 0.53 to 2.86 m3/t with an average value of 1.25m3/t, which is in close proximity to those of terrestrial shale (1.29 m3/t) and marine shale (1.28 m3/t). In summary, these results demonstrated that the Lower Permian marine-continental transitional shale in the Ordos Basin has a significantly potential for shale gas exploration.     

鄂尔多斯盆地中部上古生界山西组页岩储层特征

鄂尔多斯盆地山西组发育一套厚度大且有勘探潜力的陆海陆过渡相页岩。应用岩芯观察、X衍射、扫描电镜和显微镜观察以及高压压汞等方法,对该盆地中部山西组页岩的岩石学、矿物学、页岩储集空间、孔隙结构和物性特征进行分析研究。结果表明:研究区山西组页岩以黑色泥岩、黑色页岩夹纹层或薄层状深色粉砂岩为主,页岩主要由黏土矿物和石英两类矿物组成,二者平均含量分别为59.6%和36.9%。页岩宏观和微观裂隙发育,显微镜下统计的显微裂缝平均面密度达到116.6/m。除了发育与矿物和成岩作用有关的矿物孔隙外,页岩中有机显微组分发育较多的有机质孔。页岩孔隙度平均为0.77%,渗透率平均为0.06×10-3 μm2。山西组页岩总有机碳（TOC）、镜质体反射率（R_o,%）和黏土矿物含量是影响页岩孔隙度的主要因素,具有正相关性,而石英含量与页岩孔隙度呈一定的负相关关系。山西组页岩中裂缝的普遍发育提高了页岩的渗透率,有利于页岩气聚集成藏。综合分析表明山西组页岩气储层地质条件一般,开发难度较大,但在裂缝发育、物性较好的层位和地区仍具有较好的页岩气资源前景。     

Geological Conditions and Prospect Forecast of Shale Gas Formation in Qiangtang Basin,Qinghai-Tibet Plateau

The presence of shale gas has been confirmed in almost every marine shale distribution area in North America.Formation conditions of shale gas in China are the most favorable for marine,organic-rich shale as well.But there has been little research focusing on shale gas in Qiangtang Basin,Qinghai-Tibet Plateau,where a lot of Mesozoic marine shale formations developed.Based on the survey results of petroleum geology and comprehensive test analysis data for Qinghai-Tibet Plateau,for the first time,this paper discusses characteristics of sedimentary development,thickness distribution,geochemistry,reservoir and burial depth of organic-rich shale,and geological conditions for shale gas formation in Qiangtang Basin.There are four sets of marine shale strata in Qiangtang Basin including Upper Triassic Xiaochaka Formation （T3x）,Middle Jurassic Buqu Formation （J2b）,Xiali Formation （J2x） and Upper Jurassic Suowa Formation （J3s）,the sedimentary types of which are mainly bathyal-basin facies,open platform-platform margin slope facies,lagoon and tidal-fiat facies,as well as delta facies.By comparing it with the indicators of gas shale in the main U.S.basins,it was found that the four marine shale formations in Qiangtang Basin constitute a multi-layer distribution of organic-rich shale,featuring a high degree of thickness and low abundance of organic matter,high thermal evolution maturity,many kinds of brittle minerals,an equivalent content of quartz and clay minerals,a high content of feldspar and low porosity,which provide basic conditions for an accumulation of shale gas resources.Xiaochaka Formation shale is widely distributed,with big thickness and the best gas generating indicators.It is the main gas source layer.Xiali Formation shale is of intermediate thickness and coverage area,with relatively good gas generating indicators and moderate gas formation potential.Buqu Formation shale and Suowa Formation shale are of relatively large thickness,and covering a small area,with poor gas generating indicators,and limited gas formation potential.The shale gas geological resources and technically recoverable resources were estimated by using geologic analogy method,and the prospective areas and potentially favorable areas for Mesozoic marine shale gas in Qiangtang Basin are forecast and analyzed.It is relatively favorable in a tectonic setting and indication of oil and gas,shale maturity,sedimentary thickness and gypsum-salt beds,and in terms of mineral association for shale gas accumulation.But the challenge lies in overcoming the harsh natural conditions which contributes to great difficulties in ground engineering and exploration,and high exploration costs.     

鄂尔多斯盆地东南缘下二叠统沉积相

近几年的勘探开发发现,鄂尔多斯盆地东南缘下二叠统具有巨大的非常规天然气资源潜力。为探明其沉积环境,在详细的岩心、测井及室内分析化验的基础上,运用沉积学理论,对鄂尔多斯盆地东南缘下二叠统沉积相进行研究。研究结果表明:太原组发育障壁岛、泻湖、潮坪、浅海陆棚沉积,山西组发育三角洲、湖泊沉积;自太原组至山西组沉积环境经历了由海陆过渡相至陆相的演化过程。     

沉积相带对川南龙马溪组页岩气富集的影响

为查明沉积相带对川南龙马溪组页岩气富集的影响,结合地层分布、岩性特征、沉积构造、有机碳含量、矿物组成、储集空间类型等特征,对龙马溪组页岩沉积相类型进行划分,并探讨沉积相带对有效页岩发育的影响,以期为页岩气富集条件评价提供依据。通过研究区6口页岩气井的钻井岩心观察,结合测井响应、实验测试分析,将龙马溪组划分为浅水泥质陆棚亚相、半深水陆棚亚相和深水陆棚亚相3种沉积亚相类型。有机碳含量、有效页岩的发育和分布、矿物组成以及孔隙发育特征是影响页岩气富集的关键因素,而这些因素均受控于沉积相带:沉积水体越深TOC含量越高,距离沉积中心越近TOC含量越高;龙马溪组地层厚度较大,但有效页岩厚度并不大,深水陆棚亚相沉积层段为页岩气富集的有效层段,且有效页岩层向沉积中心方向逐渐增厚;深水陆棚亚相丰富的生物供应为有效页岩带来了更高的有机质含量以及更多的脆性矿物,提高了岩石脆性;龙马溪组页岩中的孔隙类型主要为黏土矿物层间孔与有机质孔,且TOC含量高的沉积相带中有机质孔越发育。综上,深水陆棚亚相页岩具备有机质含量丰富、岩石脆性高、有机质孔发育等特征,是页岩气富集的最有利相带。     

沁水盆地武乡区块上古生界煤系页岩气储层孔隙特征和孔隙结构

储层孔隙特征和孔隙结构是影响页岩气赋存与储集的重要因素。为评价海陆过渡相高演化煤系页岩储层性质与页岩气储集性能,应用扫描电子显微镜、高压压汞、低温N₂和 CO₂气体吸附、微米CT扫描、核磁共振实验方法,对沁水盆地武乡区块上古生界煤系页岩气储层孔隙微观特征和孔隙结构进行了研究。结果表明,沁水盆地武乡区块上古生界煤系页岩样品中发育多种类型微观孔隙,常见粒间孔、粒内孔和微裂缝,有机质孔几乎不发育;武乡区块煤系页岩气储层样品孔隙总孔容分布在0.021 9~0.073 5 mL/g之间,平均值为0.039 9 mL/g,总比表面积主要分布在11.94~46.83 m²/g之间,平均为29.16 m²/g,其中介孔(2~50 nm)和微孔(<2 nm)是煤系页岩气储集的主要载体。煤系页岩中的高配位数孔隙数量越多,相应的孔容和孔比表面积越大,孔隙连通性越好;在孔隙数量和总孔容相差不大的前提下,山西组煤系页岩储层孔隙结构与连通性比太原组煤系页岩稍好。