贵州省主要黑色页岩层页岩气成藏规律及找矿潜力

贵州发育多套黑色页岩层,其中最重要的页岩层为寒武系牛蹄塘组/渣拉沟组、奥陶系五峰组-志留系龙马溪组和石炭系打屋坝组/旧司组,前期实施了多口探井调查其页岩气资源条件,勘查结果显示不同的黑色页岩页岩气富集成藏特征有明显差异。牛蹄塘组/渣拉沟组页岩层在全省分布最广,有机质丰度最高,但热演化程度同样很高,页岩气含量偏低甚至局部地区以氮气为主,受构造破坏影响很大;五峰组—龙马溪组、打屋坝组/旧司组页岩层分布范围和有机质丰度不如牛蹄塘组/渣拉沟组,但生烃演化历程相对要短,热演化程度适中,受构造破坏影响相对较小,页岩气富集受有机质丰度、微观孔隙发育、矿物成分影响明显。三个主要页岩层中,五峰组—龙马溪组和打屋坝组/旧司组页岩气勘查显示较好,资源条件较佳,找矿潜力大,是下一步贵州页岩气勘查开发的重点层位。     

氧化对牛蹄塘组页岩孔隙结构影响的试验研究

页岩气作为一种高效、清洁能源对我国的能源结构改革具有重要意义。由于页岩具有埋深大、地应力较高、孔隙率低等特点导致页岩气开采效率极低。为了探究氧化作用对牛蹄塘页岩的反应机理及在氧化作用下孔隙结构的变化,及探究合理的试验方案进而提高页岩的渗透率和页岩气的开采效率。本文以湖南牛蹄塘组页岩为研究对象,采用30%的过氧化氢溶液对牛蹄塘组页岩试样进行分级浸泡后采用超景深显微镜观察试样表面孔隙结构变化和裂隙演化规律;采用扫描电镜观测氧化前后页岩自然断面和由于氧化作用导致断裂层理面微观结构的变化;采用压汞实验测定氧化前后试样的孔隙结构和氧化作用对页岩孔隙率的改变。结果表明:1牛蹄塘组页岩在浸泡8 h后开始逐渐反应产生大量气泡并在试样表面产生附着物,试样层理间力学性质随反应进行不断弱化,最终试样沿层理断裂。2通过扫描电镜观察到在原始页岩试样中铁元素以硫铁矿形式大面积附着在黏土表面,氧化后硫铁矿中的硫元素基本被氧元素替换。3通过压汞实验得到氧化360 h后的试样较原始试样的孔隙体积由0.041 mL·g-1提升到0.137 mL·g-1、孔隙率由9.35%提升至25.35%。由此可得,氧化对富有机质页岩的孔隙结构产生显著变化、增强了页岩气在页岩中的运移能力。     

黔西北寒武系牛蹄塘组与志留系龙马溪组页岩生烃和储集能力差异分析

以黔西北牛蹄塘组和龙马溪组页岩为研究对象,在对钻井岩心样品进行有机地球化学和储层分析实验的基础上,对牛蹄塘组和龙马溪组页岩气成藏条件进行了对比。牛蹄塘组和龙马溪组原始TOC分别为8.68%～10.50%和0.60%～9.45%,原始生烃潜量分别为62.77～75.20 mg/g和4.44～69.70 mg/g,演化至成熟时平均产气量分别为93.35 cm3/g和58.58 cm3/g,证明了牛蹄塘组页岩原始生烃能力远好于龙马溪组页岩。牛蹄塘组和龙马溪组页岩最大吸附气含量分别为1.81～9.07m3/t和2.24～2.49 m3/t,孔隙大小主要分布在3.48～3.65 nm范围内,牛蹄塘组页岩总孔体积和比表面积总体上小于龙马溪组页岩。综合研究认为:牛蹄塘组页岩与龙马溪组页岩相比,更有利于富集吸附态天然气,但牛蹄塘组页岩天然气生成时期早、演化时间长,导致大部分天然气散失,加之页岩孔隙度降低也导致游离气富集能力下降,最终使得牛蹄塘组页岩气成藏能力弱于龙马溪组。     

上扬子地区下寒武统牛蹄塘组页岩储层脆性评价:以贵州岑巩区块为例

页岩的脆性决定页岩储层的可压裂性,对页岩气的勘探开发影响重大。南方地区发育多套高脆性海相富有机质页岩,是我国页岩气勘探部署的重要战略地区。与已获得页岩气突破的龙马溪组页岩相比,下寒武统牛蹄塘组具有更大的沉积厚度与更广泛的分布面积,是我国页岩气勘探开发亟待突破的另一重点层系。为此,利用研究区牛蹄塘组岩心岩石力学实验、阵列声波测井、矿物组分和裂缝发育程度等资料,运用弹性参数法与脆性矿物含量法对牛蹄塘组页岩脆性特征与主控因素进行评价与分析。研究表明:牛蹄塘组页岩脆性与以石英为主的脆性矿物含量间并非呈单一正相关关系。页岩脆性与可压裂性受控于页岩的脆性矿物含量、TOC含量、热演化程度(成岩阶段)和天然裂缝发育程度。由于石英与TOC含量具有正相关性,当TOC含量小于6.5%时,牛蹄塘组页岩脆性与石英和TOC含量呈正相关关系;当TOC含量大于6.5%时,TOC对塑性贡献速率大于石英对脆性贡献速率,页岩脆性随石英与TOC含量的增加出现降低趋势。此外,岩心裂缝发育程度与页岩岩石力学脆性特征相关性较好,在过高TOC含量层段页岩脆性较低,岩心裂缝发育程度较差。对于中国南方海相页岩脆性评价,应结合不同地区、不同层位的实际地质条件进行多因素综合评价,以优选出最佳钻井与压裂层段。     

湘西北牛蹄塘组页岩可压裂性评价

为了深入了解湘西北下寒武统牛蹄塘组的页岩气资源潜力,需对该地区牛蹄塘组中下部硅质页岩和碳质页岩层段进行可压裂性评价。通过室内实验等手段分析了影响页岩可压裂性的4类关键物理和力学因素。结果显示:牛蹄塘组中下部硅质页岩的脆性矿物平均含量(51.58%)高于碳质页岩(40.55%),而其黏土矿物平均含量(14.13%)低于碳质页岩(24.49%);硅质页岩的脆性系数(基于泊松比和弹性模量)比碳质页岩高34%;硅质页岩的内摩擦角较大,碳质页岩的黏聚力较小;碳质页岩的孔隙度(平均3.67%)较大,但硅质页岩充填性天然裂缝发育程度较高。结合影响因素分析和前人经验,构建了涉及6项指标的页岩可压裂性评价体系。分别求得硅质页岩、碳质页岩和北美Barnett页岩的可压裂系数为0.59、0.29、0.62~0.64。从可压裂系数可以看出,湘西北牛蹄塘组中下部硅质页岩层段的压裂预期效果与北美Barnett页岩相当,且高出碳质页岩1倍,具有较高的开发潜力。     

黔东北地区下寒武统牛蹄塘组页岩气特征及主控因素分析*

黔东北地区页岩气资源丰富,其下寒武统牛蹄塘组具有巨大的勘探潜力。在对几口探井分析的基础上,结合露头资料及地球化学特征,认为研究区牛蹄塘组页岩具有厚度大、分布广、有机碳含量高、热演化程度相对较高、储集条件较好等特征。但由于大部分针对牛蹄塘组页岩气的钻井遇到的都是含气量低、甲烷含量低、氮气含量高的页岩,因此对黔东北地区页岩气富集的主控因素进行了系统分析,认为该地区牛蹄塘组页岩气具有沉积控带、断裂控藏的明显特征。     

黔北地区牛蹄塘组页岩有机质富集及有机质孔隙发育机制研究

基于上扬子黔北地区下寒武统牛蹄塘组典型钻孔剖面,通过对代表性样品TOC含量、矿物组成、主量元素、微量元素、孔隙特征等测试分析,对黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩有机质特征、沉积环境以及孔隙发育机制开展了系统研究,为黔北地区牛蹄塘组页岩气的勘探提供参考。黔北地区牛蹄塘组中、下段发育富有机质页岩,TOC含量平均值为2.53%,TOC含量大于2.0%的富有机质页岩累积厚度约80 m。对氧化-还原环境敏感参数U/Th、Mo/Al和U/Al的研究表明,富有机质页岩形成于强还原性的沉积环境。牛蹄塘组中段富含黏土矿物的中等TOC含量页岩段较底部贫黏土矿物的高TOC含量页岩段孔体积和孔比表面积更高,有机质孔发育更好,可能与剖面下段排烃效率较高有关。富含黏土矿物的中等TOC含量页岩黏土矿物粒间孔较为发育,为生烃期原油或者运移沥青提供了一定的储集空间,并在更高热演化条件下二次裂解成气产生有机质孔。牛蹄塘组中段中等TOC含量页岩段较底部的高TOC含量页岩段为更有利的页岩气富集层段。     

黔中隆起及周缘地区牛蹄塘组含氮页岩气分布特征及有利勘探方向

黔中隆起及周缘地区位于四川盆地以南的复杂构造改造区,广泛发育的下古生界海相牛蹄塘组页岩具有分布面积广、厚度大和有机质类型好等特点,页岩气资源潜力巨大。但是,该区页岩气勘探效果不佳,多口井揭示N2含量高。为揭示四川盆地外牛蹄塘组页岩气高氮低烃的原因,本次研究选取牛蹄塘组高N2含量与低N2含量的页岩样品,对比其地质与地球化学特征,初步分析牛蹄塘组N2的成因,并结合气体组分的区域分布特征,阐明了不同地区页岩气气体组成差异的原因。结果表明,牛蹄塘组页岩解吸气中N2可能来源于有机质高成熟氨化作用或过成熟热解作用。牛蹄塘组早期生成的烃类气受通天断层的影响可能发生了散失,而当等效镜质组反射率大于3.5%时,N2的产率显著增加, N2相对含量也相应增加,导致牛蹄塘组页岩气具有高氮低烃的组成特征。综合研究认为,黔中古隆起金沙、大方一带,雪峰古隆起松桃、岑巩、黄平和麻江一带为复杂构造改造区过成熟牛蹄塘组页岩气有利勘探区域。     

黔北绥页1井牛蹄塘组页岩气地质特征及资源潜力分析

黔北地区位于上扬子地台区,断裂构造发育。该地区下寒武统牛蹄塘组海相沉积发育,以陆棚沉积为主,尤以深水陆棚沉积对页岩气形成有利。目标层位牛蹄塘组绥页1井资料分析的结果表明: 牛蹄塘组有利潜质页岩主要位于该组下部,有机质丰度高、成熟度高、微裂隙发育、含气性好,页岩气的保存条件好,牛蹄塘组上段成为保存页岩气的良好盖层。牛蹄塘组页岩气地质特征分析表明,牛蹄塘组页岩气资源潜力较大。     

黔南坳陷下寒武统牛蹄塘组泥页岩埋藏史与热史研究——以贵都地1井为例

下寒武统牛蹄塘组是黔南坳陷最重要的页岩气目标层之一。为探究牛蹄塘组泥页岩的生烃演化史,文章以黔南坳陷贵都地1井为研究对象,通过对该区油气地质、地球化学分析,运用盆地模拟技术等方法,对贵都地1井牛蹄塘组埋藏史与热史进行重建。结果表明:牛蹄塘组泥页岩具有较高的有机质丰度,有机质类型为I型,已达到过成熟阶段,整体具有一定的生烃潜力;牛蹄塘组泥页岩经历了中寒武世早期—中奥陶世（466~508 Ma）的生油期和中奥陶世—中三叠世（236~466 Ma）的生气期,在中三叠世晚期（约230 Ma）达到最大埋深5 740 m,最高温度约215 ℃;具有“短暂生油,持续 生气”的特征;高热演化背景下的生烃过程为页岩气富集提供较好的基础条件,但印支期以来的构造抬升剥蚀对页岩气保存具有较强的破坏作用,保存条件是页岩气富集最重要的控制因素。     

下扬子地区高家边组底部黑色页岩与北美Marcellus页岩地质特征对比

从地层形成的构造古地理环境、地层的厚度及空间展布以及烃源岩的岩性特征等方面,对美国东部阿巴拉契亚盆地中泥盆统Marcellus页岩和下扬子地区的下志留统高家边组黑色页岩作对比研究。结果发现,两套地层形成于相似的古地理环境,都沉积于前陆盆地早期缺氧的闭塞水体中,都是有利于细粒的有机质保存形成黑色页岩的环境。两套地层的分布和埋深都受到同沉积构造及其后期改造作用的相互影响,同时也对其中页岩的空间分布和勘探前景起重要的控制作用。两套页岩都是较好的烃源岩,含有较高的总有机碳(TOC)和脆性矿物,且都达到了高成熟阶段,生气和产气潜力大。相对于Marcellus页岩,高家边组黑色页岩TOC含量较低,埋深更大,而且受到多次构造作用的改造,使得其勘探风险相对较大。     

页岩气储层的形成条件与储层的地质研究内容

应用沉积学和层序地层学的理论和方法,综合考虑页岩气系统形成的有利条件,结合国内和国外的实例,总结了有利于泥页岩,特别是可作为页岩气储层的富有机质暗色泥页岩形成的时期和沉积环境,认为富有机质暗色泥页岩主要形成在相对海(湖)平面上升时期的海侵(湖侵)体系域,特别是密集段附近的位置;陆相盆地中的湖湾、半深湖—深湖与海相盆地中的半深海—深海盆地、台地边缘深缓坡和半闭塞—闭塞的欠补偿海湾地区是富有机质暗色泥页岩发育的有利地区。通过对美国Barnett等页岩气系统的分析,认为制作暗色泥岩等厚图、TOC等值线图、Ro等值线图、暗色泥岩埋深图等单因素基础地质图件,对其进行叠加综合分析, 对页岩气的勘探具有很好的指导意义。     

四川盆地志留系龙马溪组页岩与美国Fort Worth盆地石炭系Barnett组页岩地质特征对比

从沉积学、地球化学、生烃演化、构造演化等方面,对美国Fort Worth盆地石炭系Barnett页岩和四川盆地下志留统龙马溪组页岩进行了对比性研究,发现四川盆地志留系,特别是川南志留系页岩气具有较好的勘探前景。2套烃源岩共性与个性共存,具有相似的沉积背景、厚度、有机质类型(Ⅰ~Ⅱ1)和生烃演化史。但是,Barnett页岩TOC值较高(3%~13%)、相对富集脆性矿物、页岩的微孔隙发育;龙马溪组页岩埋藏较深(一般2000~4000m)、相对富集粘土矿物,且具有较高的成熟度(普遍Ro>2%)、较大的隆升幅度和较快的隆升速率(3000m/80Ma)。     

湘西北地区五峰-龙马溪组页岩物质组成特征与页岩气潜力分析

为了研究湘西北龙山-永顺地区上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩气资源勘探潜力,利用野外典型露头地质剖面资料,通过对典型剖面页岩样品的系统观测、采样、利用有机地球化学和矿物组成特征研究,评价研究区目标地层页岩的成烃成藏物质基础。研究结果表明,研究区五峰-龙马溪组黑色泥页岩普遍具有有机碳含量高、残留可溶有机质氯仿沥青"A"低、生烃潜能S₁+S₂指数略低。分子生物标志化合物分析显示,正构烷烃无明显奇偶优势,受一定程度的微生物降解影响,多表现为双峰型（C₁₈/C₂₅）,∑C₂₁-/∑C₂₂₊值为0.45~1.11,显示轻烃组分缺失,重烃组分占绝对优势;Pr/Ph值范围在0.27~0.44,具有植烷优势,显示原始有机质发育于较强还原沉积环境。烃源岩样品饱和烃组成相对丰度五环三萜烷 > 三环萜烷 > 四环萜烷,三环萜烷中C₂₁、C₂₃、C₂₄呈倒V字形分布,Ts/Tm为0.39~0.66。C₂₇规则甾烷含量略大于C₂₉规则甾烷,显示沉积母质以浮游生物及海洋型自养菌为主,亦含有部分藻类为主的有机质输入。镜质组反射率Ro均在2.57%~3.01%,普遍小于3%,已经达到了过成熟阶段。全岩矿物组成成分分析显示,页岩中脆性矿物为主要组成成分,其次为黏土矿物。综合页岩有机和无机物质组成分析结果,提出研究区湘西北五峰-龙马溪组页岩具备页岩气成烃成藏的物质条件基础,有机质含量高、热演化程度适中、脆性和吸附性较好,为深入开展页岩气勘探目标区优选奠定了工作基础。     

鄂尔多斯盆地华池地区三叠系延长组长7段富有机质页岩岩相特征

鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7油层组发育富有机质页岩和泥岩,目前已成为鄂尔多斯盆地页岩油气勘探的重要层位。综合岩心精细描述、薄片微观结构观察和粒度分析结果,将富有机质页岩和泥岩划分为黑色页岩岩相、纹层状泥岩岩相、粉砂质泥岩岩相。粉砂质泥岩岩相的脆性矿物含量高于黑色页岩岩相和纹层状泥岩岩相,后者比前者具有更高的黄铁矿含量,3种岩相的黏土矿物含量较接近。黑色页岩岩相有机质丰度高,有机质类型以I型干酪根为主,是最有利的富有机质岩相类型,其次为纹层状泥岩岩相。长7油层组沉积时期水体为分层的厌氧环境,有利于有机质的保存,低等水生生物是主要的母质来源。黑色页岩岩相和纹层状泥岩岩相形成于安静、缺少陆源碎屑影响的深湖环境下;粉砂质泥岩岩相形成于受陆源碎屑频繁影响的环境,有较多的陆源高等物质输入湖盆中,造成有机质类型复杂。将岩心精细描述和测井信息紧密结合,揭示了各类岩相纵向发育特征。受基准面变化和沉积物供给能力影响,长73以黑色页岩岩相和纹层状泥岩岩相为主,长72和长71以纹层状泥岩岩相和粉砂质泥岩岩相为主。长73暗色泥岩和页岩的岩相类型好,发育页理缝和纹层缝,有机质类型好、丰度高,是最有利的页岩油气勘探目的层系。     

罗子沟盆地下白垩统大砬子组油页岩成矿规律分析

罗子沟盆地油页岩赋存于下白垩统大砬子组二段,埋藏浅,地层倾角缓,含油率为3.51%～14.37%。油页岩具有典型内陆湖泊成因特点,含有大量动植物化石,其成因类型为腐泥型(Ⅰ型)和腐植腐泥型(Ⅱ1型)。大砬子组为一个完整的三级层序,主要油页岩层形成在水进体系域和高水位体系域,含油率高,赋存稳定。从平面上,油页岩富矿中心在CK26、CK30、CK35、CK40孔附近,呈东西向带状分布;在纵向上,共见有29层油页岩,其中有7层为可采油页岩层,2层和3层油页岩呈层状产出,连续、稳定、含油率高,具有巨大的经济开发价值。     

皖南地区下寒武统荷塘组页岩矿物组成及脆度分析

为了研究皖南地区下寒武统荷塘组页岩的矿物组成和页岩气储集层物性,本文对采自荷塘组的页岩样品进行了X射线衍射分析和有机地球化学实验。结果表明,皖南地区荷塘组页岩有机碳含量较高(多为1.0%~10.0%),有机质类型为Ⅰ型,热演化程度处于过成熟阶段(Rom为4.2%~5.3%);荷塘组页岩矿物组成复杂,以石英、黏土矿物和碳酸盐矿物为主,平均含量分别为68.2%、24.5%和3.3%,部分样品中含有少量的长石、菱铁矿、黄铁矿和石膏。与北美地区页岩相比,皖南地区荷塘组页岩的脆性矿物含量较高(平均73.9%),脆性指数较大(平均71.7%),表明该区荷塘组富有机质页岩具有良好的脆度,有利于页岩气储集层的可压裂性。     

江苏宁镇地区五峰—高家边组优质页岩分布及其与笔石带的对应关系：来自苏页1井的启示

为准确掌握江苏五峰—高家边组页岩气基础地质条件,在宁镇地区汤山—仑山复背斜南翼高家边组命名地实施页岩气参数井苏页1井,井深1 203.37 m,全孔取芯。苏页1井钻遇高家边组中下部五峰组、汤头组,为完整揭露五峰—高家边组底部富有机质页岩的典型钻孔。基于243个厘米-分米级采样间隔的TOC(总有机碳)数据,建立了五峰—高家边组下部TOC标准柱状图。根据TOC划分的页岩分段与笔石带对应良好,共分7个页岩段,包括4个优质富有机质页岩段,其中WF4—LM3优质页岩段品质最好,为宁镇地区的典型代表。苏页1井Ro介于2.47%～2.91%之间,平均值为2.62%,总体处于过成熟早-中期生干气阶段,干酪根类型为Ⅰ型。五峰—高家边组优质、富有机质页岩呈2层式,真厚度约为22.4 m。页岩气勘探潜力最好的WF4—LM3优质页岩段真厚度为8.6 m,应视为主要产气页岩小层和未来水平井钻进层段。不同页岩段的沉积速率不同,说明有机质含量与物源输入作用关系密切。     

全球页岩油形成分布潜力及中国陆相页岩油理论技术进展

全球非常规页岩层系油气资源丰富,富有机质页岩主要沉积在劳亚构造域和特提斯构造域的上侏罗统、渐新统—中新统、白垩系和上泥盆统4套页岩层系内。交汇分析北美典型页岩油区块产量与R_o数据关系,提出R_o为0.7%作为低熟页岩油和中高熟页岩油的界限,系统评价了全球116个盆地157套页岩层系中高熟页岩油、低熟页岩油技术可采资源量约2 512亿t,主要分布在北美洲、南美洲、北非和俄罗斯,以前陆盆地中新界、克拉通盆地古生界、裂谷盆地和被动大陆边缘盆地的中生界为主。海相页岩油受显生宙以来的海侵影响,富集在稳定克拉通和前陆等类型盆地中,具大面积稳定分布、成熟度适中等特征;陆相页岩油受暖室期气候影响,主要在坳陷、断陷等类型盆地中发育,以微纳米级无机孔隙和微页理裂缝为主要储渗空间通道,具有沉积相横向变化大、“甜点区段”局部富集等特征。中国石油工业正经历从“陆相页岩生油”向“陆相页岩产油”转变,初步形成源岩油气“进源找油”地质理论、陆相页岩油高效勘探及低成本开发技术体系,推动中国陆相页岩油取得重要突破。着力加强应用基础理论研究与关键技术攻关,构建地质-工程一体化模式,...