沉积环境对页岩气储层的控制作用——以渝东北地区五峰组-龙马溪组为例

以"沉积控相,相控储层"为研究思路,基于野外露头剖面实测与室内实验测试,以及前人的研究成果,探讨渝东北地区上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组沉积环境对页岩气储层的控制作用。研究表明,渝东北地区五峰组-龙马溪组富有机质泥页岩主要发育于滞留浅海陆棚相中,沉积中心页岩厚度可达70~80m,有机碳含量(TOC)最高可达7.56%,平均3.09%。静水缺氧还原沉积环境岩石类型主要以富含有机质的含碳质含粉砂泥(页)岩、含碳质含硅质泥(页)岩、含硅质泥(页)岩、含碳质泥(页)岩、含粉砂泥(页)岩及硅质泥(页)岩为主。页岩矿物成分以石英(平均达62.76%)和黏土矿物(平均达22.61%)为主。缺氧还原环境下沉积的大量黄铁矿形成的黄铁矿晶间孔、黏土矿物层间微孔隙、有机质生烃形成的微孔隙以及脆性矿物控制形成的微裂缝为页岩气提供了良好的储集空间。沉积环境控制的储层发育特征的研究可为页岩展布、有机质丰度、储集空间及其之后有利区评价等研究提供基础。     

滇东地区马龙区块筇竹寺组海相页岩储层特征及对比研究

利用最新钻探的马页1井的井下资料和大量岩心样品的测试分析数据,并结合野外地质调查资料,从富有机质页岩的有机地化、矿物组分、储集特性和裂缝特征等方面,系统地研究了滇东地区马龙区块下寒武统筇竹寺组黑色页岩的储层特征。研究区筇竹寺组黑色页岩有机碳丰度较高,TOC含量普遍大于2%;由于筇竹寺组地层较老,黑色页岩的有机质均处于高成熟过成熟阶段;黑色页岩的矿物组分主要为碎屑矿物、碳酸盐矿物和黏土矿物。脆性矿物含量较高,脆性指数平均值为0.62。黏土矿物主要以伊利石为主,其次为伊蒙混层和绿泥石,高岭石含量较低;该区筇竹寺组页岩的孔、渗较低,孔隙类型复杂多样,主要包括“墨水瓶”孔、板状孔和狭缝型孔。页岩主要发育纳米级中孔,且比表面积和总孔体积偏小,平均值分别为9.18 m2/g和10.38×10-3cm3/g;储层裂缝以高角度缝为主,上部碳质页岩裂缝发育,下部粉砂质页岩裂缝不发育。有机碳含量和脆性矿物含量促进了页岩裂缝的发育;与国内外典型海相页岩储层对比,滇东地区马龙区块筇竹寺组页岩以粉砂质页岩为主,碳质页岩层较薄,而Fort Worth盆地Barnett页岩、焦石坝地区龙马溪组页岩和岑巩区块牛蹄塘组页岩主要为硅质页岩和碳质页岩,筇竹寺组页岩的岩相与这3组海相页岩相比较差;筇竹寺组页岩有机碳含量低于其他3组海相页岩,有机质丰度中等;筇竹寺组页岩脆性矿物含量与龙马溪组页岩相当,稍低于牛蹄塘组页岩,脆性较好;Barnett页岩和龙马溪组页岩无论在储集物性上还是有机质孔隙发育程度上都要优于筇竹寺组页岩和牛蹄塘组页岩,筇竹寺组页岩有机质孔隙主要发育于有机质与黏土的混合物中;筇竹寺组页岩裂缝发育程度低于Barnett页岩、龙马溪组页岩和牛蹄塘组页岩。此外,筇竹寺组页岩含气量低于其他3组海相页岩,但吸附能力较强。     

渝东北地区五峰组-龙马溪组黑色页岩储层特征

以渝东北地区浅海陆棚相沉积的五峰组-龙马溪组泥页岩为研究对象,通过岩石薄片鉴定、矿物含量分析、扫描电镜、物性分析、有机地球化学分析等手段,剖析了泥页岩的岩相学、矿物学特征、储集空间类型。结果表明,五峰组-龙马溪组主要有炭质页岩、泥岩、泥质粉砂岩、硅质岩、泥灰岩和斑脱岩6种岩相类型。黑色页岩的有机质类型为Ⅰ型干酪根,有机碳含量较高,TOC普遍大于2%,最大达7.56%,平均为3.09%;有机质成熟度比较高,Ro值为1.65%~2.33%,基本上处于高成熟-过成熟阶段。矿物成分以石英矿物和黏土矿物为主,黏土矿物主要为伊利石和伊蒙间层。扫描电镜下观察,微孔隙主要包括矿物晶间孔、晶内孔、微裂缝以及有机质内微孔等。平均孔隙度为2.90%,平均渗透率为0.005×10-3μm2。     

渝东北田坝地区五峰-龙马溪组页岩矿物学特征及其油气地质意义

渝东北田坝地区五峰-龙马溪组泥页岩的矿物成分主要为石英和黏土矿物,其次为长石,此外还含有少量黄铁矿、硬石膏等含硫矿物,以及极少量的碳酸盐矿物。沉积学及矿物学研究表明,五峰-龙马溪组的沉积环境以浅海陆棚为主,而浅海陆棚属还原环境,有利于有机质富集和保存,可以更好地形成页岩气;页岩含石英量较多并且脆性指数较高,因此有利于形成裂缝以利于渗流。与相邻的涪陵地区相对比,两者可比性较高,并且渝东北田坝地区五峰-龙马溪组页岩的石英等脆性矿物含量大于涪陵地区,而黏土矿物含量、碳酸盐矿物含量远小于涪陵地区;渝东北田坝地区黏土矿物组合反映,五峰-龙马溪组已进入了晚期成岩作用阶段,该阶段所对应的有机质成熟度为高成熟-过成熟,表明其成熟度条件有利于形成页岩气藏;进一步研究还发现,五峰组及龙马溪组页岩具有较高的孔隙度和渗透性,能为页岩气储存提供较好的储集空间。     

渝东五峰组-龙马溪组页岩矿物成分与孔隙特征分析

页岩的矿物成分和孔隙特征对页岩气成藏和开采具有重要意义。四川盆地渝东石柱县打风坳地区五峰组-龙马溪组富有机质页岩广泛发育,应用X射线衍射技术对其矿物成分特征进行研究,发现五峰组-龙马溪组页岩矿物成分包含石英、长石、方解石、白云石、黄铁矿、伊利石、伊/蒙混层和绿泥石。脆性矿物含量(50%)和黏土矿物组合特征表明五峰组-龙马溪组是宜于页岩气形成与开采的有利层位。应用氩离子抛光-扫描电镜方法对页岩微纳孔隙特征展开研究,发现无机孔、微裂缝和有机孔3种孔隙类型。无机孔主要包括粒间孔、黄铁矿晶间孔、黏土矿物层间孔和溶蚀孔,孔径数百纳米至数微米;微裂缝包括构造裂缝和解理缝,缝长集中于3~10μm,缝宽数百纳米。有机孔主要发育在有机质内部,呈片麻状或蜂窝状,孔径30~200 nm,连通性较好。总体而言,五峰组页岩中最主要的孔隙类型是溶蚀孔,龙马溪组页岩中主要发育粒间孔和有机孔。     

黔北凤冈地区龙马溪组页岩储层储集空间划分与演化过程分析

页岩储集空间的研究是页岩油气研究的核心内容之一,页岩孔隙和裂缝很大程度上影响了页岩储层的储集能力和渗流特征。采用薄片观察、常规扫描电镜观察、氩离子抛光(FIB)、场发射电子显微镜(FESEM)实验,并结合能谱分析(EDS)等技术手段系统分析了研究区龙马溪组页岩储层的储集空间的成因、大小、形态、分布、连通性等特征,以页岩中储集空间的成因及孔隙发育位置特征为依据,分析了页岩储集空间划分方案,将研究区龙马溪组页岩储层储集空间划分为无机孔、有机孔、裂缝三个大类。结合页岩成岩过程,考虑机械压实、热演化机制、黏土矿物转化、溶蚀作用等因素,定性探讨了页岩储层孔隙的形成演化过程。研究区龙马溪组页岩储层主要储集空间为黏土集合体内矿片间孔隙、黏土絮体间孔隙、粒内有机质纳米孔及裂缝。有机质纳米孔隙是页岩演化到一定阶段的产物,并不是所有页岩储层中都会发育有机质纳米孔隙,且有机质纳米孔的形成和保存受多种因素的影响。     

四川盆地威远地区龙马溪组页岩储层特征

基于威远地区龙马溪组的大量测录井和分析测试资料,从泥页岩的地球化学特征、岩石学特征、储层物性特征和含气性特征4个方面对龙马溪组页岩气储层进行研究。结果表明:威远地区龙马溪组有机质丰度较高,平均为2.72%;有机质类型以Ⅰ型为主,成熟度较高,达到热裂解生干气阶段;泥页岩埋藏深度适中,厚度较大,达到页岩气成藏的基本条件;页岩中黏土矿物质量分数适中,脆性矿物质量分数高,平均可达59.6%,具有高脆性、低泊松比和高杨氏模量的特征,满足页岩可压裂性评价指标;储层中广泛发育黏土矿物转化缝、次生溶蚀孔隙和残余粒间原生孔隙等储集空间,受分辨率的限制和未进行离子抛光,故未见到大量的有机质孔隙,孔隙度平均值为6.06%,其中充气孔隙度平均值为2.7%,渗透率受微裂缝的影响较大,分布范围较广;储层含气量高,均大于2 m3/t的标准,最高可达13.016 m3/t,其中游离气占70%~80%。综合研究认为,威远地区龙马溪组页岩为优质页岩气储层段,适合大规模开发。     

湘西北下古生界海相页岩储层特征与含气性分析

基于野外地质和钻井资料,结合相关实验测试结果,对湘西北地区下古生界海相页岩储层特征进行了深入研究,并探讨了页岩甲烷含气性及影响因素。结果表明：牛蹄塘组黑色页岩以深水陆棚斜坡相沉积为主,厚度范围为50~250 m;龙马溪组为闭塞海湾沉积,底部黑色页岩发育。两组页岩有机质类型均属于Ⅰ型,有机碳含量平均为3.57%和1.16%,热演化程度较高,平均达2.61%和2.08%。受沉积环境和成岩作用影响,两组页岩均具有高石英、低黏土、少量碳酸盐矿物的组成特征。页岩储集空间可划分为3大类：矿物基质孔、有机质孔、微裂缝。受有机质和黏土矿物等因素影响,页岩内部孔隙结构参数各不同,但主体上孔径小于50 nm的微孔和中孔提供了大部分比表面积和孔体积,为气体存储主要场所。牛蹄塘组页岩甲烷最大吸附量平均为1.98 cm3/g;龙马溪组页岩甲烷最大吸附量较低,为1.16 cm3/g。其中有机质与黏土矿物对页岩甲烷吸附量均有一定的贡献,而过高的成熟度和含水量可导致页岩吸附能力下降。     

渝东南彭水地区龙马溪组页岩孔隙结构特征及吸附性能控制因素

以渝东南彭水地区志留系龙马溪组富有机质泥页岩为研究对象,通过扫描电镜以及场发射扫描电镜,同时对页岩微观孔隙结构进行定性观察;借助核磁共振与氮气吸附实验,联合定量表征页岩的孔隙结构特征;并通过甲烷等温吸附实验,探讨了页岩孔隙吸附性能的控制因素。研究表明:彭水地区龙马溪组页岩有机质孔和黏土矿物层间孔最为发育;氮气吸附实验和核磁共振共同表征页岩孔径分布曲线特征呈双峰或三峰形态,且左峰明显大于右峰,表明页岩介孔最为发育,约占孔隙的73.5%,同时还发育部分微孔和宏孔,分别占13.4%和13.1%,其中2~5nm的介孔是页岩孔体积的主要贡献者;页岩孔隙结构不规整,多为平行壁的狭缝型孔;孔隙发育主要受有机质含量控制,其次,岩石矿物成分也对页岩孔隙发育有一定影响,其中脆性矿物更有利于微裂缝和宏孔的发育,黏土矿物含量与页岩比表面积和孔体积呈较弱的正相关性;页岩吸附性能受页岩比表面积和孔体积控制,有机质含量是页岩吸附性能的主要控制因素,随着有机质含量增加,页岩的吸附性能提高,其次,页岩吸附性能与黏土矿物含量呈弱正相关性,而与脆性矿物含量呈弱负相关性。     

基于统计学方法的页岩孔容预测

页岩气储集空间与储层矿物特征关系密切,以四川盆地东缘龙马溪组页岩为研究对象,利用矿物组成、微量元素、地球化学等测试结果,结合低温氮气吸附法和高分辨率成像技术,采用多元统计分析方法,建立了页岩孔容预测方程,并分析孔隙分布特征和影响因素。结果表明,龙马溪组中部和底部页岩组分含量差异较大,生物成因的自生石英发育是龙马溪组底部石英含量高的主要原因;页岩纳米级孔隙以2~5 nm为主,对孔容贡献率介于64.2%~70.1%;建立的页岩组分含量与孔容的预测模型高度显著。脆性矿物孔、黏土矿物片间孔及其粒内孔是富黏土矿物页岩的主要孔隙类型,孔隙呈微缝状,小于2 nm孔隙不发育;有机质含量是富有机质页岩孔容大小的主控因素,有机质孔的面孔率介于8.8%~12.5%;有机质含量及成熟度是小于2 nm微孔发育的主控因素,大于50 nm孔隙的发育则受控于黏土矿物、石英及长石含量。      

贵州龙马溪组页岩气储层特征及其分布规律

为了评价贵州省志留系下统龙马溪组页岩气资源开发潜力,开展了野外地质调查及页岩气井勘探工作,研究了龙马溪组页岩气储层特征及其分布规律。研究表明:贵州龙马溪组地层主要分布于遵义-余庆一线以北,页岩干酪根类型以I型和II₁型为主,有机碳质量分数普遍小于2%,R_o值为1.5%~3.39%,且下部有机质成熟度明显高于上部;页岩矿物组成以碎屑矿物及黏土矿物为主,表现出较强脆性;页岩孔隙相对发育,以孔隙型、孔隙-裂缝型储集空间为主,主缝、微缝、粘土矿物层间孔缝形成理想的解吸-渗流通道;页岩抗压、抗张强度差异较大,但水介质对页岩强度的影响不大;页岩含气量范围0.63~2.81 m3/t,表现出随深度增加而增大的趋势;扬子地台所历经的多期次构造活动对区域页岩气保存产生了重要影响,正安-务川-沿河以北是贵州龙马溪组页岩气保存的有利区。      

川西南盐津地区志留系龙马溪组页岩地球化学特征及地质意义*

In order to find out the element geochemical characteristics of Silurian Longmaxi Formation shale in Yanjin area,southwestern Sichuan Basin,as well as the material source and structural background of shale formation,the petromineralogy and geochemistry of 19 shale samples from Niuzhai section of Yanjin area were tested and analyzed. Combined with the previous research results and adjacent areas,the rare earth elements were mainly applied to discuss the sedimentary environment, the accumulation rate,material source and tectonic setting of the Longmaxi Formation shale in the study area. The results show that the mineral composition of the Longmaxi Formation in Niuzhai section of Yanjin is mainly quartz,carbonate minerals and clay minerals. The mineral triangle diagram shows that the Longmaxi Formation shale is mainly a combination of clay shale and mixed shale. The normalized partition pattern of rare earth elements is characterized by Ce deficit and weak Eu enrichment. The δCe values,Ni/Co and V/Cr values of the samples indicate that the paleo-water depth increases suddenly in the early stage and becomes shallow gradually in the later stage. Oxygen content gradually changes from anoxic reduction state in the early stage to weak oxidation state in the later stage. La_N/Yb_N values show that the shale deposition rate increases firstly and then decreases under the influence of sea level and terrigenous debris input. Provenance analysis shows that the source rocks area are mainly felsic igneous rocks and intermediate-acid geological bodies of granitoids. The La-Th-Sc diagram and tectonic setting characteristics show that the main tectonic setting of the source rocks is passive continental margin. Combined with previous studies and tectonic setting,it is inferred that the main source of the Longmaxi Formation shale is formed in the Passive continental margin of hypoxia,and the provenance is mainly from the Kang-Dian ancient land to the west of the study area,followed by the Central Guizhou uplift.     

The effects of clay minerals and organic matter on nanoscale pores in Lower Paleozoic shale gas reservoirs,Guizhou, China

In organic-rich gas shales, clay minerals and organic matter (OM) have significant influences on the origin, preservation, and production of shale gas. Because of the substantial role of nanoscale pores in the generation, storage, and seepage of shale gas, we examined the effects of clay minerals and OM on nanoscale pore distribution characteristics in Lower Paleozoic shale gas reservoirs. Using the Niutitang and Longmaxi shales as examples, we determined the effects of clay minerals and OM on pores through sedimentation experiments. Field emission–scanning electron microscopy combined with low-pressure N₂ adsorption of the samples before and after sedimentation showed significant differences in pore location and pore size distribution between the Niutitang and Longmaxi shales. Nanoscale pores mostly existed in OM in the Longmaxi shale and in clay minerals or OM–clay composites in the Niutitang shale. The distribution differences were attributed largely to variability in thermal evolution and tectonic development and might account for the difference in gas-bearing capacity between the Niutitang and Longmaxi reservoirs. In the nanoscale range, mesopores accounted for 61–76% of total nanoscale pore volume. Considerably developed nanoscale pores in OM were distributed in a broad size range in the Longmaxi shale, which led to good pore connectivity and gas production. Numerous narrow pores (i.e., pores?<?20 nm) in OM–clay composites were found in the Niutitang shale, and might account for this shale’s poor pore connectivity and low gas production efficiency. Enhancing the connectivity of the mesopores (especially pores?<?20 nm and those developed in OM–clay composites) might be the key to improving development of the Niutitang shale. The findings provide new insight into the formation and evolutionary mechanism of nanoscale pores developed in OM and clay minerals.     

渝东南彭水地区彭页1井龙马溪组储层特征及含气性研究

渝东南地区是我国页岩气勘探开发的重点地区.以彭水地区彭页1井龙马溪组泥页岩为研究对象，结合钻井资料、全岩分析、薄片观察、扫描电镜、核磁共振与氮气吸附等实验，对页岩岩矿特征、有机地球化学、储层特征与含气性进行系统分析.研究表明：彭页1井龙马溪组泥页岩厚度约80 m，脆性矿物含量高，以石英为主，约占48%，其次为长石与碳酸盐矿物；黏土矿物占29%，以伊利石为主，占黏土矿物总量的65%，与美国Barnett页岩矿物成分及含量相近，有利于后期压裂.该井区页岩有机质类型为II₂型，TOC为1%～3%，平均1.84%，成熟度2.5%～4.4%.储集空间多为纳米级—微米级孔隙，有机质孔和粒间孔为主，可见粒内溶蚀孔、微裂隙、黏土矿物层间孔和少量晶间孔，平均孔隙度2.43%，孔径以微小孔为主，介于2～80 nm，渗透率主要集中在0.005～0.01 mD，含气性中等—偏低，解析气量平均1.15 m³/t，饱和吸附量（V_L）平均2.56 m³/t，均低于Barnett页岩和焦页1井的含气量，有机质丰度、储层孔隙度是该区页岩含气量的主控因素，其次还受脆性矿物和黏土矿物含量影响.     

四川盆地东部地区下志留统龙马溪组页岩储层特征

四川盆地是中国西南部重要的含油气盆地,在东部和南部地区下志留统龙马溪组页岩广泛发育。在川东南、鄂西渝东地区的勘探井中志留系具有良好的气显示。研究区龙马溪组厚65~516m,底部为一套海侵沉积的富含笔石的黑色页岩,龙马溪组向上和向东砂质和钙质含量增加,演变为浅水陆棚沉积。龙马溪组主要由层状-非层状泥/页岩、白云质粉砂岩、层状钙质泥/页岩、泥质粉砂岩、层状-非层状粉砂质泥/页岩、粉-细粒砂岩、钙质结核、富含有机质非层状页岩8种岩相组成。总有机碳含量(TOC)为0.2%~6.7%。有机质以II型干酪根为主,Ro为2.4%~3.6%。页岩中石英矿物含量在2%~93%,主要呈纹层状或分散状分布,主要为陆源碎屑外源成因。龙马溪组页岩岩心孔隙度为0.58%~0.67%,渗透率为0.01×10^-3μm²~0.93×10^-3μm²。扫描电镜下龙马溪组页岩微孔隙度为2%左右,主要包括晶间孔和粒内孔,孔隙直径为100nm~50μm。页岩储层的形成机理主要为有利矿物组合、成岩作用和有机质热裂解作用。龙马溪组与美国Barnett页岩具有一定差异,主要表现在龙马溪组页岩埋藏较深、热演化程度较高、含气量较低、储层较致密、以陆源成因石英为主。对于评价下志留统龙马溪组页岩气勘探前景而言,今后须重点加强针对龙马溪组底部黑色硅质岩系石英成因、成熟度、埋藏史、含气量等方面的研究,以及进行详细的古地貌和古环境恢复。     

鄂西宜昌斜坡带五峰组—龙马溪组页岩优势岩相及其生气潜力

【研究目的】不同页岩岩相的矿物组分、含气性和可压性等的差异,决定不同岩相的开发潜力不同,页岩岩相的划分及评价对找寻页岩气勘探开发甜点具有重要指导意义。【研究方法】基于钻井、岩心和分析测试资料,综合利用地质理论结合硅质矿物-黏土矿物-碳酸盐矿物含量三端元图解,对鄂西宜昌斜坡带上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组下段含气页岩岩相进行划分,结合有机碳含量、含气量、岩心镜下特征等划分优势岩相。优选有机质丰度、硅质矿物含量、黏土矿物含量3项指标与页岩含气量进行相关性分析,建立了五峰组—龙马溪组含气页岩优势岩相的分级标准。【研究结果】研究区优势岩相均为II类优势岩相,II₁类（最优）优势岩相为S-2混合硅质页岩相和S-3含黏土硅质页岩相,位于龙马溪组一亚段和五峰组上段,厚6 m;II₂类（次优）优势岩相为S硅质页岩相,位于五峰组下段,厚4 m。【结论】宜昌斜坡带和涪陵地区具有相似的岩相垂向演化序列,优势岩相均位于五峰组—龙马溪组一亚段,但同一岩相组合的页岩厚度和品质差异较大,发生在鲁丹阶早期的湘鄂西水下隆起和鲁丹阶晚期的水下隆起是造成宜昌地区优势岩相的厚度和品质均要差于涪陵地区的主要原因。创新点：建立五峰组—龙马溪组含气页岩优势岩相的分级标准,提出龙马溪组一亚段和五峰组是优势岩相发育层位。     

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。