昭通示范区黄金坝气田五峰—龙马溪组页岩气储层地质特征

昭通国家级页岩气示范区黄金坝气田是继礁石坝和长宁—威远之后中国又一个在页岩气勘探、开发领域实现重大突破的地区,为了系统地展示黄金坝气田页岩气资源富集的储层条件,为未来的勘探工作提供参考,以五峰—龙马溪组页岩气储层为研究对象,从区域地质条件、储层岩石学、物性和地球化学4个方面对该页岩气储层进行了综合研究。结果表明稳定的区域构造和良好的顶底板条件是黄金坝地区页岩气资源富集的关键,良好的保存条件使储层维持了较高的压力(压力系数1);较高的孔隙度(平均4%)和TOC含量(目的层2%)提供了良好的储集空间,使储层具有较高的含气量(1.35~3.48 cm3/g,平均2.50 cm3/g);天然气地球化学数据表明,区内天然气主要成分为CH4(97%),其次还含有少量的C2H6、C3H8和CO2;天然气同位素数据表明烃类C同位素组成发生了倒转,表明储层具有良好的封闭性。但储层孔隙系统较为复杂,且非均质性极强,从而导致渗透率较低,在储层改造施工过程中应予以充分考虑。总体上,黄金坝气田具有较好的开发前景,生产测试表明,区内直井压裂产量为0.5×104~3.5×104m3/d/井,水平井压裂产量可达12×104~40×104m3/d/井。     

川东北飞仙关组鲕滩天然气地球化学特征与成因

四川盆地东北部下三叠统飞仙关组鲕滩气藏天然气烃类气体以甲烷为主,含量主要分布在75%～90%之间,C2 含量很少,为0%～0.15%,干燥系数为0.997 0～0.999 8,是典型的干气;非烃气体以H2S和CO2为主,含量分别为4.21%～16.24%和0.97%～10.41%.天然气δ13C1值为-29.0‰～-31.5‰,δ13C2值为-29.4‰～-32.4‰.多参数表明鲕滩气藏天然气是以腐泥型为主的高过成熟天然气.高含H2S的天然气分布区域与含石膏地层分布基本一致,这些H2S为飞仙关组气藏附近的石膏经热化学硫酸盐还原作用(TSR)而生成,CO2是其主要的副产物.在TSR过程中,C2 重烃气体比甲烷更容易与硫酸盐发生反应,也就是C2 重烃气体的消耗速率大于甲烷,从而导致发生TSR反应的天然气C2 含量低、H2S和CO2含量高.天然气δ13C1值与甲烷含量之间具有很好的负相关关系,而与天然气酸性系数[H2S/(H2S CnH2n 2)]具有正相关关系.根据同位素动力学的分馏效应,随着TSR的进行,烃类分子中的12C损耗速率大于13C,残留下来的烃类分子中则更加富集13C,也就是TSR反应使天然气碳同位素变重.     

鄂尔多斯盆地东南部宜参1井烃源岩评价及气源分析

鄂尔多斯盆地东南部宜参1井获得天然气重大突破,但对其各层系烃源岩生烃潜力并未开展研究。通过采集山西组和马家沟组烃源岩样品开展相关研究,结果表明:山西组4个泥岩样品的残余总有机碳(Total Organic Carbon,TOC)含量分布范围为0.54%~2.31%,均值为1.65%,总烃[(S 1+S 2)]含量分布范围为0.12~0.46mg/g,均值为0.34mg/g,泥岩烃源岩有机质丰度较高,生烃潜力较强;马家沟组泥岩残余TOC含量分布范围为0.09%~0.33%,均值为0.17%,(S 1+S 2)含量分布范围为0.03~0.17mg/g,均值为0.12mg/g,评价为非-差烃源岩。对比宜参1井天然气中甲烷(CH 4)和乙烷(C2H6)碳同位素含量,δ^13C 1>δ^13C2倒转的天然气主要为煤成热解气,混入了少量δ^13C2轻的油型气,其中煤成气主要来自于上古生界煤系地层,混入的少量油型气可能主要来自于上古生界太原组优质海相烃源岩。查明奥陶系马家沟组的生烃潜力及油气来源不仅可以认识奥陶系产层的油气生成和组成特征,同时对气田的形成模式、资源前景及勘探部署也具有重要意义。     

页岩气稳定碳同位素组成特征及应用前景

页岩气作为一种自生自储的非常规天然气,其稳定碳同位素组成可能具有与常规天然气不同的特征。综述了页岩气碳同位素特征和应用方面的最新研究,包括高成熟页岩中存在天然气的甲烷碳同位素组成(δ13C1)大于乙烷碳同位素组成(δ13C2)的"反序"现象及其成因;在页岩气生产或现场解吸过程中,δ13C1随时间增加而逐渐变重现象和页岩气稳定碳同位素参数在判别页岩气成因类型、预测页岩气的产能以及吸附气与游离气相对含量和判断页岩储集物性等方面的应用。认为进一步开展页岩气稳定碳同位素组成特征、碳同位素变化与吸附气和游离气相对含量的关系和开采或现场解吸过程中同位素变重程度与页岩储集物性的关系等方面的研究,建立起相应的预测模型,对有效指导页岩气勘探开发具有重要意义。     

川中-川南地区须家河组天然气同位素组成特征

川中-川南地区须家河组天然气烃类组成以甲烷为主,主要分布在80%～96%之间;天然气干燥系数(C1/C1-5)以小于0.95为主,为典型的湿气.天然气同位素组成包括C1-c4碳、氢同位素等.总体特征是碳、氢同位素值主要受成熟度的影响,均表现出较轻的特点, δ13C1,值介于-43‰～-37‰之间,δ13C2值介于-30‰～-24‰之间;δDCH4值介于-190‰～-150‰之间,δDC2H6值介于-150‰～-110‰之间,δD2与δD1的差值大于15‰,明显轻于海相层系的天然气,具有煤型气特征,表明须家河组天然气主要来源于上三叠统煤系烃源岩.天然气甲烷碳同位素值与干燥系数之间有很好的正相关关系,同时,甲、乙烷氢同位素值也呈正相关关系.     

柴达木盆地东部石炭系海陆过渡相煤系页岩气地球化学特征及成因

为了弄清柴达木盆地东部石炭系海陆过渡相页岩气特征和成因,选取柴页2井石炭系克鲁克组泥页岩和页岩气样品展开地球化学研究。通过对泥页岩样品热解和镜检实验,页岩气现场解析、室内气体组分测试和碳同位素分析,取得以下认识：柴达木盆地上石炭统海陆过渡相煤系地层发育暗色泥页岩、碳质泥页岩、煤和泥灰岩4类富有机质沉积,TOC含量平均值分别为3.46%、12.34%、77.62%和1.89%,以Ⅲ型和Ⅱ2型干酪根为主,处于高成熟演化阶段,具备生成大量页岩气的物质基础。柴页2井现场解析气中氮气含量较高,含极少量Ar和He,烃类气体以甲烷为主,总体为干气;甲烷稳定碳同位素组成主要分布在-48.6‰～-39.8‰,介于海相和陆相页岩气之间,随深度增大,呈现碳同位素偏重的现象;页岩气以热成因气为主,其次是生物成因气。     

四川盆地飞仙关组气藏硫化氢成因及其依据

四川盆地东北部下三叠统飞仙关组鲕滩气藏天然气烃类气体以甲烷为主,含量主要分布在75%～90%之间,C2＋含量为0～0.15%;非烃气体以H2S和CO2为主,含量分别为5%～20%和1%～10%。已有观点认为H2S为飞仙关组气藏附近的石膏经硫酸盐热化学还原作用（TSR）而成。随着川东北气区大中型高含硫化氢气田的发现,硫化氢成因机理的研究备受关注。应用金管、高压釜和石英管等实验方法模拟了硫化氢气体的生成,同时检测了模拟生成的硫化氢和石膏、硫磺等硫化物的硫同位素。实验结果表明:硫磺与正己烷在较低温度即可生成大量的硫化氢气体,而正己烷与硫酸钙的反应总体上比较困难,且生成的H2S量较少;富含黄铁矿的低成熟泥灰岩模拟生烃过程中可以生成与甲烷相当,甚至超过甲烷含量的硫化氢气体;含硫化合物与烃类反应生成的硫化氢的硫同位素值比原始物质的硫同位素值重。地层中的SO2－4是海相地层中H2S气体形成的最初来源。含硫烃源岩直接生成高硫化氢天然气和储层中单质硫与烃类的反应是川东北飞仙关组天然气中硫化氢形成的主要原因。     

四川盆地不同区块龙马溪组页岩气地球化学特征对比

基于龙马溪组页岩气样品的气体组分、稳定碳氢同位素资料分析,对比研究了四川盆地不同区块(威远、长宁和涪陵区块)龙马溪组页岩气地球化学特征,探讨了页岩气成因和碳同位素倒转原因。结果表明:1威远、长宁和涪陵3个区块龙马溪组页岩气甲烷含量高(95.52%~99.45%),非烃含量低(主要为CO2、N2,各占0.01%~1.07%、0.01%~2.95%),均属于典型的干气;甲烷、乙烷碳同位素(δ13C1、δ13C2)值分别为-37.3‰~-26.7‰、-42.8‰~-31.6‰,且烷烃气(C1-C3)碳同位素呈现完全倒转现象。2威远区块龙马溪组页岩气主要为油型裂解气,长宁和涪陵区块龙马溪组页岩气主要是由油型裂解气和干酪根裂解气的混合气;四川盆地龙马溪组页岩气碳同位素倒转的原因主要是同源不同期气体的混合、原油裂解气和干酪根裂解气的混合。     

川南地区下古生界页岩气储层矿物组成与脆性特征研究

应用X射线衍射(XRD)分析技术,对川南地区下古生界下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组两套海相页岩气储层岩心样品进行了矿物组成与脆性特征研究。结果表明,川南地区筇竹寺组和龙马溪组海相页岩具有差异的矿物组成和含量特征。筇竹寺组页岩中,石英含量最高(28.4%~42.8%,平均35.7%),黏土矿物含量次之(25%~35.3%,平均28.7%),碳酸盐矿物含量较低(1.4%~21.7%,平均11.2%)。龙马溪组页岩中,黏土矿物和碳酸盐矿物含量高,前者为13.4%~66.1%(平均34.7%),后者为14.6%~80.0%(平均35.9%),石英含量相对较低(5.2%~41.4%,平均21.0%)。另外,这些页岩中还含有少量黄铁矿、长石、白云石等其他矿物。总的来说,该区下古生界海相页岩的矿物组成特征与北美海相页岩比较相似。川南地区筇竹寺组和龙马溪组页岩中脆性矿物丰富、含量高,前者为55.6%~73.9%(平均64.1%),后者为26.9%~86.6%(平均62.5%),整体上具有良好的脆性和可压性,有利于该区海相页岩气的压裂改造。     

地层温压条件下页岩储层的甲烷吸附能力

页岩气是赋存于泥页岩中的自生自储天然气,其赋存形式具有多样性,包括游离态、吸附态和少量的溶解态。其中吸附态是页岩气的主要赋存方式,占到页岩气总含量20%~85%。页岩吸附气含气量是计算页岩气资源量的关键性参数,是评价泥页岩是否具有开采价值的重要标准。国内外学者针对不同地区不同类型泥页岩做了大量的等温吸附实验,然而等温吸附实验只能开展恒定温度下的页岩吸附实验,不能研究任意温度下页岩气吸附能力。笔者选取渝东南地区4口井8个龙马溪组泥页岩样品开展气体(CH4、N2、CO2)吸附实验、有机碳含量分析、X-衍射岩矿分析、SEM扫描电镜实验,研究页岩吸附甲烷能力的主要控制因素。在高过成熟阶段,丰富的有机质发育大量的微孔隙,使得页岩对气体的吸附能力增加;在地下页岩储层含水条件下,黏土矿物主要吸附水,而有机质由于具有亲油气性,使得页岩气绝大部分吸附在页岩有机质表面,且有机质吸附甲烷等量吸附热远大于黏土矿物,因此页岩吸附甲烷最重要的内部控制因素是有机碳含量。甲烷等温吸附实验表明,随温度升高页岩吸附量显著降低,随压力增加,页岩吸附量增加,当压力达到一定值时,页岩吸附量不再随压力的增加而增加,最大甲烷吸附量随温度具有线性降低的趋势,且兰氏压力的对数与温度的倒数有很好的线性关系。基于兰氏方程,以甲烷等温吸附实验数据为基础,利用多元线性回归的方法,建立兰氏体积与w(TOC)、温度的关系及兰氏压力与温度的关系,带入兰氏方程,建立温度压力耦合控制下的扩展兰氏方程,进而计算地层温度压力条件下页岩储层吸附甲烷能力。结果表明:随深度增加,在温度压力耦合控制下,泥页岩吸附甲烷能力先增加后降低,800~1350m达到最大吸附能力;浅层压力对页岩吸附甲烷能力起主要作用,随深度的增加温度对页岩吸附甲烷能力控制作用增强;随w(TOC)增大,富有机质页岩吸附甲烷能力增加,达到最大吸附能力时的深度也随之增加。当页岩有机碳含量为1%时,页岩最大甲烷吸附量为1.6m3/t,当页岩有机碳含量为3%时,页岩最大甲烷吸附量为2.5m3/t,每增加2%的w(TOC)页岩最大吸附能力大约增加1 m3/t。