Shale Gas Accumulation Conditions and Gas Content Calculation: A Case Study of Sichuan Basin and Its Periphery in the Lower Paleozoic

为了研究页岩气聚集条件及含气量的影响因素、计算方法,根据页岩气聚集机理、聚集特征将页岩气聚集的因素分为内部因素和外部因素.内部因素主要包括页岩有机地球化学参数、矿物组成以及物性参数等,外部因素主要包括深度、温度、压力等.通过对四川盆地及其周缘下寒武统和上奥陶统—下志留统41块黑色页岩的有机地球化学参数、矿物组成、物性参数、深度、温度、压力等因素对页岩含气量影响作用的分析,可知反映内部因素的有机碳含量、总烃含量、石英含量、粘土矿物含量、孔隙度(裂缝)、密度、黄铁矿含量和碳酸盐含量等8个参数对页岩气聚集具有重要影响.通过对“二参数”、“六参数”、“八参数”与含气量的多元线性回归得出计算页岩含气量的计算公式,据此公式计算的含气量与实测值吻合良好,且参数越多对页岩含气量的预测越准确.本文建议在条件允许的情况下,尽可能多地利用各种参数对页岩含气量进行预测,以达到更好的预测效果.在勘探早期,建议采用简单易得到的两个最主要参数——有机碳含量和孔隙度进行页岩含气量的计算.     

页岩气聚集条件及含气量计算——以四川盆地及其周缘下古生界为例

为了研究页岩气聚集条件及含气量的影响因素、计算方法,根据页岩气聚集机理、聚集特征将页岩气聚集的因素分为内部因素和外部因素。内部因素主要包括页岩有机地球化学参数、矿物组成以及物性参数等,外部因素主要包括深度、温度、压力等。通过对四川盆地及其周缘下寒武统和上奥陶统—下志留统41块黑色页岩的有机地球化学参数、矿物组成、物性参数、深度、温度、压力等因素对页岩含气量影响作用的分析,可知反映内部因素的有机碳含量、总烃含量、石英含量、粘土矿物含量、孔隙度(裂缝)、密度、黄铁矿含量和碳酸盐含量等8个参数对页岩气聚集具有重要影响。通过对"二参数"、"六参数"、"八参数"与含气量的多元线性回归得出计算页岩含气量的计算公式,据此公式计算的含气量与实测值吻合良好,且参数越多对页岩含气量的预测越准确。本文建议在条件允许的情况下,尽可能多地利用各种参数对页岩含气量进行预测,以达到更好的预测效果。在勘探早期,建议采用简单易得到的两个最主要参数——有机碳含量和孔隙度进行页岩含气量的计算。     

页岩气储集特征及赋存量实验研究

基于页岩无机孔隙和有机孔隙润湿性和孔径的差异,考虑甲烷、氦气、水在页岩无机孔隙和有机孔隙中储集位置的不同,通过3种流体饱和实验建立了储层温度和压力条件下页岩气藏各赋存状态气体体积的实验测量和计算方法,得到页岩的无机孔隙度和有机孔隙度,并分析了页岩气储层含气量的影响因素。研究表明：对于所选岩样,无机孔隙和有机孔隙分别占总孔隙体积的65%和35%,无机孔隙中的游离气、有机孔隙中的游离气和吸附气分别平均占总含气量的51%、22%和27%;川南下志留统龙马溪组页岩具有较高的热演化程度,随总有机碳含量的增加,纳米级有机孔隙大量发育,为甲烷提供了吸附空间。明确了总有机碳含量主要影响吸附气含量,指出在页岩气资源量评价、产能预测和后期开发过程中,需要考虑有机质及其内部吸附气的影响。     

页岩气资源评价方法及评价参数赋值——以中扬子地区五峰组—龙马溪组为例

页岩气是一种重要的非常规油气资源,其评价方法不同于常规油气资源。以页岩气聚集机理及形成过程为依据,结合中国页岩气勘探开发现状,认为体积法是适合中国现阶段页岩气资源评价的最优方法。结合财政部对页岩气的界定标准及中扬子地区五峰组—龙马溪组泥页岩有机质成熟度、埋深、含气量、保存、地表条件等因素,认为研究区目的层页岩气勘探开发有利区位于出恩施—彭水地区;以体积法计算页岩气资源量的原理为依据,对有利区含气页岩面积、有效页岩厚度、密度等参数采用确定性赋值,其值分别为5174 km2、57 m、2.71 t/m3;并采用条件概率赋值法分别对有机碳含量、总孔隙度、含气饱和度等不确定性参数进行条件概率赋值。最终估算出了有利区内五峰组—龙马溪组页岩气地质资源量为5434.7×108m3。     

页岩气实验测试技术现状与研究进展

页岩气是一种潜力巨大的非常规资源,已经在北美地区得到成功开发,成为全球油气勘探的一个新领域.目前对页岩气的储量评估和产气能力评价研究主要集中在页岩气藏的岩性成分、成因来源、赋存形式、成藏特征、成藏条件、页岩含气量等方面.而开展这些研究的基础是首先要准确测定页岩有机地球化学,岩石学以及含气量等相关参数,因此页岩实验测试技术是页岩气勘探开发研究的关键技术之一.通过对页岩进行分析检测可以得到总有机碳含量、成熟度、孔隙度、渗透率及含气量等重要参数,这些参数的获得对页岩气成藏研究和勘探开发具有重要意义.因此尽快梳理页岩实验测试技术,建立页岩特征参数常规分析测试方法体系和页岩测试专用实验室显得十分重要.本文在调研国内外文献的基础上,围绕页岩有机地球化学特征、页岩岩石学相关参数和页岩含气量测定,对页岩的有机质丰度、干酪根类型、有机质生油、生气关键指标等地球化学特征分析,页岩矿物组成、孔隙度和渗透率测定等储层表征技术,以及页岩含气量测试技术进行了概述.大量文献资料表明:加强页岩总有机碳含量、干酪根类型、页岩有机质成熟度、页岩孔隙度和渗透率、页岩含气量等参数的研究对页岩气的开发利用具有重要作用.     

页岩解吸气地球化学特征及其影响因素分析——以四川盆地焦石坝地区JYA井为例

通过对焦石坝地区JYA井五峰-龙马溪组页岩岩心样品进行现场解吸，计算页岩的总含气量，同时分时段采集解吸气样品进行气组分和稳定碳同位素测定.研究结果表明：1）研究区含气量较高，成分以甲烷为主，为典型干气，含气量主要受控于矿物组成、有机碳含量和含水饱和度等；2）页岩解吸气组分随着解吸时间呈规律性变化，CH₄和C₂H₆含量逐渐升高，CO₂含量先降低后升高，N₂含量逐渐降低；3）解吸气中δ¹³C₁和δ¹³C₂会出现不同程度的分馏现象，主要受控于吸附-解吸过程；4）不同岩相页岩气解吸过程存在差异，在一阶解吸阶段，富泥硅质混合页岩样品的δ¹³C₁由重变轻，而富硅质页岩样品由轻变重，这可能由于富泥硅质混合页岩无机孔占主导，孔径较大，游离气占总含气量比例较大.     

川南地区龙马溪组页岩有机质特征及其对页岩含气量的影响

四川盆地南部地区广泛发育下古生界寒武系、志留系等多套海相页岩层,其中龙马溪组是该区页岩气勘探开发的重点目标层。根据钻井岩心资料,通过有机碳、热解、碳同位素、等温吸附等地球化学实验分析,对川南地区下志留统龙马溪组页岩的有机质特征及其对页岩含气量的影响进行了研究。结果表明,川南地区龙马溪组页岩有机碳含量较高(平均1.53%),有机质类型较好(Ⅰ型和Ⅱ1型),热演化程度高(Ro为1.94%~2.42%),且页岩含气量较高(平均1.85m3/t)。页岩有机质特征是影响页岩含气量的主要因素,有机质丰度、有机质类型和热演化程度三者共同决定了川南地区龙马溪组页岩的含气量。     

页岩解吸气地球化学特征及其影响因素分析 ——以四川盆地焦石坝地区JYA井为例

通过对焦石坝地区JYA井五峰-龙马溪组页岩岩心样品进行现场解吸,计算页岩的总含气量,同时分时段采集解吸气样品进行气组分和稳定碳同位素测定.研究结果表明：1）研究区含气量较高,成分以甲烷为主,为典型干气,含气量主要受控于矿物组成、有机碳含量和含水饱和度等;2）页岩解吸气组分随着解吸时间呈规律性变化,CH₄和C₂H₆含量逐渐升高,CO₂含量先降低后升高,N₂含量逐渐降低;3）解吸气中δ¹³C₁和δ¹³C₂会出现不同程度的分馏现象,主要受控于吸附-解吸过程;4）不同岩相页岩气解吸过程存在差异,在一阶解吸阶段,富泥硅质混合页岩样品的δ¹³C₁由重变轻,而富硅质页岩样品由轻变重,这可能由于富泥硅质混合页岩无机孔占主导,孔径较大,游离气占总含气量比例较大.     

黔西南区上古生界页岩气资源潜力分析

通过资料收集、野外地质调查、页岩气调查井勘探、样品分析测试,对黔西南区上古生界四套含页岩系有机质页岩发育特征、地球化学及储层特征进行了综合研究。认为黔西南区有机质页岩具有厚度较大、埋深适中、有机碳含量和热演化程度较高、孔隙度和含气量较大等特点。根据页岩气有利区优选参考标准,优选出三套目的层系7个页岩气有利区,通过对页岩气有利区资源量计算参数赋值,获得P50概率下的页岩气地质资源量2.22万亿m3,可采资源量0.40万亿m3,页岩气资源潜力较大,具有较好的勘探开发前景。     

我国南方不同地区寒武系页岩含气性差异主控因素探讨

中国南方寒武系富有机质页岩具有很大的页岩气资源潜力,但不同地区的勘探效果差异较大。本文分析了近年来我国寒武系页岩含气性研究进展,讨论了寒武系页岩的储层特征、总有机碳(TOC)含量、孔隙度和构造保存条件等因素对页岩含气性的影响。中上扬子地区的寒武系富有机质页岩主要发育在绵阳—长宁裂陷槽、鄂西裂陷槽和湘黔渝深水陆棚—斜坡等沉积相区。寒武系页岩的孔隙度主要分布在1%～6%,孔隙以微孔和介孔占主导,总体以孤立密集发育的海绵状有机孔为主,区别于志留系龙马溪组页岩极为发育的气泡状有机孔。位于裂陷槽环境的寒武系筇竹寺组/水井沱组页岩的有机孔隙发育程度较好(有机质平均面孔率可达20%～50%),且无机孔也对总孔隙度有所贡献;页岩现今含气量为1.5～5.5 m³/t,是理论总生成气量的10%～30%(最大甚至超过50%),反映页岩气保存条件总体较好。而位于深水陆棚—斜坡环境的寒武系牛蹄塘组页岩有机孔发育程度较差(有机质平均面孔率小于20%),页岩现今含气量基本小于1.0 m³/t,不足理论总生成气量的10%,反映页岩气可能发生过大规模散失,页岩气保存条件较差。...     

Discovery and Analysis of Shale Gas in a Carboniferous Reservoir and its Enrichment Characteristics in the Northern Nanpanjiang Depression,Guizhou Province,China

Shale gas resources are considered to be extremely abundant in southern China, which has dedicated considerable attention to shale gas exploration in recent years. Exploration of shale gas has considerably progressed and several breakthroughs have been made in China. However, shale gas explorations are still scarce. Summary and detailed analysis studies on black shale reservoirs are still to be performed for many areas. This lack of information slows the progress of shale gas explorations and results in low quantities of stored black shale. The Carboniferous Dawuba Formation, which is widely distributed and considerably thick, is one of the black shale formations targeted for shale gas exploration in southern China in the recent years. The acquisition and analysis of total organic carbon, vitrinite reflectance,types of organic matter, mineral composition, porosity, and permeability are basic but important processes. In addition, we analyzed the microscopic pores present in the shale. This study also showesd the good gas content of the Dawuba Formation, as well as the geological factors affecting its gas content and other characteristics. To understand the prospect of exploration, we compared this with other shale reservoirs which have been already successfully explored for gas. Our comparison showesd that those shale reservoirs have similar but not identical geological characteristics.     

页岩油气富集的主控因素及误辩:以美国、阿根廷和中国典型页岩为例

页岩气富集不均匀,无论对于不同页岩油气藏还是同一页岩油气藏不同地方,产量都是有高有低.有必要系统分析和对比全球不同页岩油气的地质、石油系统与油气富集的关系,总结页岩油气富集的主控因素,从而采取合理的勘探和开发技术.以美国、阿根廷和中国典型页岩为例,基于野外和岩心观察、样品属性测试分析、储层表征、石油系统分析及油气测试,探究了页岩油气富集的主控因素及存在的认识误区.结果表明,富含有机质和脆性矿物的页岩主要分布于远离造山带物源的非深水的沉积和构造背景,富含石英和高伽马页岩并非判断优质储层的矿物和岩石物理标准,优质碳酸盐页岩应以富含碳酸盐和低伽马值为标准.页岩油气藏实际是细粒富含有机质的自生自储或与富含有机质烃源岩相邻的贫有机质细粒沉积储层.天然裂缝对页岩油气富集具有有利和不利的双重作用.因此,页岩油气富集同时受到沉积和构造环境、岩相及矿物组成、天然裂缝的耦合影响,且对不同沉积盆地、不同属性页岩的影响差异明显.      

大庆徐家围子地区深部致密砂砾岩气层识别

大庆徐家圈子地区深部致密砂砾岩储层的骨架成分除了含有石英、长石外，还含有许多酸性喷发岩，而且各种骨架成分的含量随深度变化比较大；复杂的岩性使得气的影响被岩性的影响所淹没，从而造成常规气层识别方法失效。针对这一问题，应用神经网络方法准确求取地层颗粒密度和泥质含量，然后对中子和密度测井值进行岩性影响校正和泥质影响校正，使得求出的中子和密度孔隙度仅受地层气的影响，最后将得到的中子和密度孔隙度进行对比，应用中子和密度孔隙度的差异识别气层。     

沁水盆地煤系地层页岩气储层特征及评价

沁水盆地是我国重要的含煤盆地,不仅其煤炭及煤层气资源丰富,在上古生界石炭纪-二叠纪地层中还有大量页岩发育。而目前,针对该地区页岩地层的相关研究极少,该地区页岩气资源是否具有勘探开发潜力有待深入而细致的研究。本文以沁水盆地上古生界石炭系-二叠系海陆交互相页岩储层为研究对象,通过薄片鉴定、X线衍射分析、氩离子抛光扫描电镜分析、核磁共振、氦气吸附等实验方法,研究了富有机质页岩储层有机质含量、类型、成熟度等有机地化特征以及储集空间类型、物性、矿物组成、孔隙结构等储层特征。在此基础上,对研究区页岩储层的勘探开发潜力进行了评价。结果表明：沁水盆地石炭纪-二叠纪富有机质页岩储层中发育形态各异的不同类型孔隙及微裂缝。其中,矿物基质孔十分发育,主要包括有呈片状、三角形及不规则形态的粒间孔和晶间孔等;而有机质孔不发育,呈点状,偶见椭圆型。从孔隙结构上看,孔隙具有较大的比表面积,主要分布在2.84~6.44 m2/g,平均值为4.26 m2/g。平均孔径分布在3.64~10.34 nm,以中孔隙发育为主。从矿物组成来看,各矿物含量比例适中,黏土矿物含量较高,达到57.5%,有利于微孔隙发育和页岩气的吸附;以石英及长石为代表的脆性矿物含量较高,达到41.3%,易于后期压裂造缝。从有机地化特征来看,有机碳含量高,有机质类型以腐泥腐殖型为主,且受中生代异常地温场控制,有机质热成熟度高,有利于页岩气的生成和吸附存储。总体来说,虽然研究区石炭纪-二叠纪页岩储层埋深浅,但有机地化参数、矿物组成、孔隙发育及结构特征都有利于页岩生烃和页岩气储存,具有较大的勘探与开发潜力。     

Discussion on “sandwich” structures and preservation conditions of shale gas in the South Yellow Sea Basin

In order to make a breakthrough in Mesozoic-Paleozoic shale gas exploration in the South Yellow Sea Basin, a comparison of the preservation conditions was made within the Barnett shale gas reservoirs in the Fortworth Basin, the Jiaoshiba shale gas reservoirs in Sichuan Basin and potential shale gas reservoirs in Guizhou Province. The results show that the “Sandwich” structure is of great importance for shale gas accumulation. Therein to, the “Sandwich” structure is a kind of special reservoir-cap rock assemblage which consist of limestone or dolomite on the top, mudstone or shale layer in the middle and limestone or dolomite at the bottom. In consideration of the Mesozoic-Paleozoic in the Lower Yangtze, and Laoshan Uplift with weak Paleozoic deformation and thrust fault sealing on both flanks of the Laoshan Uplift, a conclusion can be drawn that the preservation conditions of shale gas probably developed “Sandwich” structures in the Lower Cambrian and Permian, which are key layers for the breakthrough of shale gas in the South Yellow Sea. Moreover, the preferred targets for shale gas drilling probably locate at both flanks of the Laoshan Uplift.     

The evolution of the Huangling uplift and its control on the accumulation and preservation of shale gas

There are plenty of Sinian and Cambrian potential shale gas resources in South China, which is characterized by high thermal evolution degrees, poor drilling performances and only occurs in local areas. Taking the principle “high to find low” is the key issue to achieving a breakthrough in older shale. China Geological Survey drilled in the periphery of the Proterozoic basement, i.e. the Huangling anticline, in the western Hubei, and Hannan paleocontinent in the southern Shanxi. It received high-quality gas-bearing shale with relatively low Ro in the in Lower Cambrian Niutitang formation and Sinian Doushantuo formation. Based on geological conditions of shale gas reservoirs in the Huangling anticline, this paper puts forward the new model named “Control over reservoirs by periphery of basement” about shale gas accumulation, suggesting that the shale deposited in a deepwater continental shelf in the periphery of the basement is characterized by shallow burial, a short burial time, stable tectonics, relatively low thermal evolution degrees, and shale gas reservoirs in a good condition. The shale of the Sinian-Cambrian strata deposited in deepwater continental shelves in the periphery of Chuanzhong paleo-uplift in Sichuan, Hannan paleocontinent in the southern Shanxi, Huangling anticline in western Hubei and Jiangnang-Xuefeng paleo-uplift in Hunan and Guizhou province have good shale gas exploration potential.     

中国二叠系海陆交互相页岩气富集成藏特征及前景分析

我国二叠系海陆交互相富有机质泥页岩层系分布广泛，主要有以山西组、太原组和龙潭组为代表的形成于滨浅海环境的含煤建造型和以孤峰组、大隆组为代表的含硅质建造型。本文通过大量页岩气富集评价参数资料对比和综合评价，得出两种层系富有机质页岩具有“有机质含量高、热演化适中、含气量高、孔隙度高”等特点，可与四川盆地已经开发的志留系龙马溪组海相页岩参数相媲美。按照页岩气形成富集成藏“岩相控碳、成岩控烃、构造控藏”的三大主控因素，综合评价和优选了鄂尔多斯盆地东缘、沁水盆地、南华北盆地、开江-梁平裂陷槽、城口-鄂西裂陷槽、皖江裂陷槽及湘中、川南-黔西等页岩气勘查远景区，期待对我国二叠系海陆交互相页岩气勘查开发提供支持。     

中国南方古生界碳酸盐岩发育对页岩气成藏和开发控制问题

中国南方古生界有利暗色页岩发育,但现页岩气勘探取得突破较少,主要原因是南方地质条件复杂,尤其是南方暗色页岩与碳酸盐岩间互发育,页岩气勘探开发面临复杂的碳酸盐岩地质问题。文章从国外勘探经验及近年来南方地区页岩气勘探实践中总结并详细分析了碳酸盐岩发育对页岩气成藏和开发控制的5大问题:（1）地表或近地表岩溶地质问题对开采的影响;（2）页岩目的层顶底板及其内部碳酸盐岩层对成藏和开采的影响;（3）页岩中碳酸盐类矿物含量对开采压裂的影响;（4）页岩层中天然裂缝被方解石充填对成藏的影响问题;（5）常规碳酸盐岩储层与非常规页岩共同成藏问题。建议在南方古生界开展页岩气勘探开发中,把碳酸盐岩本身储集成藏和碳酸盐岩对页岩气成藏、开采、钻井施工等的影响综合考虑,以总含油气系统的思路,综合选井,以促进南方古生界页岩气的勘探开发。      

对页岩气成因及工业前景的思考

页岩本身并不生气。以页岩为储层的油气藏,以裂缝为主要储集空间,即传统的裂缝性泥页岩油气藏。北美页岩气在以硅质胶结和以硅岩为主的储层中,产量偏高。这一现象从硅质的来源上,指出页岩气与碱性地幔流体的必然联系。阿巴拉契亚盆地深度3000m以下的页岩气,甲烷同系物碳同位素值完全反序排列,从地球化学角度证明页岩气来自地幔。如果页岩仅仅是储层而非气源岩,我国"页岩气十二五规划"探明页岩气储量6000×108m3和2015年产量65×108m3的目标将失去地质依据。因巨大的环境隐患,页岩气开发所必需的水力压裂法已在英、美、法、德、瑞士、保加利亚、澳大利亚等国立法禁止,在南非推迟发放所有的水力压裂法开采许可证。页岩气开采带来的环保问题不仅仅是有害气体向大气泄露,还有超过260种有害化学物质随着每次10000m3压裂液返排到地表,不断重复地向页岩气开采地区排放,将造成空前的污染。同时造成工业和民用供水短缺。美国页岩气被市场分析师称为"伪商业产品",价格在成本区间内。我国计划到2020年页岩气产量达600 108～1000 108m3,根据美国的经验,起码需要2万口页岩气井,10年内所需投资将达到4000亿～6000亿元。显然,页岩气即将成为吞噬中国几十年经济发展成果的黑洞,即将成为破坏我们生息环境的"切尔诺贝利"。     

潍北凹陷孔店组二段含页岩气层矿物特征及其意义——以昌页参1井为例

运用X射线衍射技术,对潍北凹陷昌页参1井孔店组二段泥(页)岩岩芯样品进行了分析。结果表明,孔店组二段泥(页)岩中矿物主要有：黏土矿物、石英、方解石,平均含量分别为517%、293%、96%;还有长石及少量白云石、黄铁矿等矿物。该矿物组成反映出孔店组二段属潮湿气候条件下的深湖 半深湖相沉积环境,为页岩气藏的形成与储存提供了一定的沉积条件;黏土矿物特征反映出孔店组有机质演化进入成熟—高成熟阶段,具有页岩气形成的成熟度条件。孔店组二段两层含页岩气岩层厚分别为6048m、6809m,伊利石和绿泥石含量低、相应孔隙率高且颗粒状矿物(石英+方解石)含量多在30%～50%之间,是较理想的页岩气重点勘探开发层位。