四川盆地焦石坝地区五峰组—龙马溪组页岩储层成岩作用研究

四川盆地涪陵页岩气田是全球除北美以外最大的商业开发页岩气田,属于国家级页岩气示范区,为了明确四川盆地涪陵页岩气田焦石坝地区五峰组—龙马溪组页岩成岩作用对储层的影响,以涪陵页岩气田焦石坝区块重点评价井JYA井159块岩石薄片鉴定样品,69块X射线衍射样品和16块氩离子抛光扫描电镜样品等分析化验资料为基础,进行该区五峰组—龙马溪组含气页岩段岩石学特征研究,分析岩性特征和沉积背景,同时分析表明该区块五峰组—龙马溪组页岩储层段平均有机碳含量2.42%,镜质体反射率2.61%,结合干酪根显微组分分析和金属元素分析等实验分析结果,对该地区五峰组—龙马溪组页岩矿物组分、有机组分、孔隙特征及成岩作用进行研究,明确了页岩不同成岩阶段中孔隙类型的构成和分布特征,划分出成岩阶段,明确了成岩演化特征。在JYA井单井分析的基础上,将五峰组—龙马溪组含气页岩段划分出优质页岩段和次优质页岩段,相应页岩段受不同成岩事件的改造,存在明显的差异性,成岩作用对于页岩储层具有重要影响,控制了页岩储层孔隙的保存和演化,同时影响岩石的力学性质。通过多项成岩指标综合分析认为,本地区五峰组—龙马溪组优质页岩段处于晚成岩阶段。     

页岩储层的脆性特征综合评价——以四川盆地五峰组—龙马溪组为例

页岩储层的脆性特征对页岩气的开发有重要影响,脆性页岩有利于页岩气的开采,因此进行页岩脆性评价有重要的实践意义。目前,页岩脆性的研究方法多达20余种,其中主要有:应用三轴压缩实验、X-衍射实验等室内试验的方法,分析其脆性破坏特征及影响因素;利用岩石弹性参数和矿物成分组合对页岩脆性特征进行综合评价。笔者利用脆性矿物指数法和力学性质测试法对四川盆地五峰组及龙马溪组下部页岩储层进行综合脆性测试。结果表明:页岩中脆性矿物主要包括石英、长石、方解石以及黄铁矿等,石英作为脆性矿物的主要组分,在脆性矿物中占60%以上,长石占30%左右;脆性指数为16%~48%;页岩峰值应变参数约0.085,变形经历了压密、弹性变形、屈服变形、残余变形四个阶段。结合研究应力应变关系曲线图,证明页岩表现较好的脆性特征,力学脆性特征介于北美Barnett页岩最大、最小峰值(2.10%,0.04%)之间。研究证明,五峰组—龙马溪组下部页岩储层具有较好的脆性特征,有利于页岩气的压裂开采。     

正安地区五峰组—龙马溪组页岩储层特征及控制因素

四川盆地以东的复杂构造变形带拥有巨大的页岩气资源潜力,但目前勘探开发不足。为了支撑复杂构造变形带的页岩气勘探开发,针对复杂构造变形带内正安地区五峰组-龙马溪组页岩钻井岩心,开展了矿物学、有机地球化学、岩石学分析测试,探讨了页岩储层特征及主控因素。正安地区五峰组-龙马溪组页岩储层石英质量分数高达60%～80%,以硅质页岩为主,脆性程度高。石英主要是无机成因,包括原生碎屑石英沉积和黏土矿物转化而成的次生石英。原生碎屑石英、层状黏土颗粒的压实脆裂增大了孔隙空间,但次生石英的沉淀、充填减小了矿物颗粒间的骨架孔隙。正安地区五峰组-龙马溪组页岩储层总w(TOC)高达5.8%,有机质中无定形腐泥组大于80%,沥青反射率介于2.6%～3.1%,有机质热解而成的有机孔显著增大了孔隙度,但有机孔隙后期遭受构造挤压变形,多坍塌成狭长的多边形。     

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。     

超压对川东南地区五峰组-龙马溪组页岩储层影响分析

四川盆地东南部保存条件较好的五峰组-龙马溪组页岩普遍存在超压,且在其他地质条件相同的情况下,超压页岩储层相对于常压、低压储层具有更高的孔隙度.研究表明,富有机质页岩在适中的热演化过程中,由于烃类的大量生成,形成较多有机质孔隙,增加了页岩储层储集空间;另一方面,烃类大量生成造成的超压对页岩储层储集空间保存具有至关重要的作用.川东南五峰组-龙马溪组优质页岩储层孔隙以有机质孔、黏土矿物孔等塑性孔为主,且缺少刚性矿物颗粒支撑,易被上覆地层有效应力压实.但超压的存在对于页岩储层具有保护作用,抵消了上覆地层有效应力对页岩储层的机械压实,从而使已形成的页岩孔隙保存下来,使页岩储集空间得以保留.研究超压对页岩储层孔隙度影响机制以及超压页岩储层发育模式对于四川盆地五峰组-龙马溪组页岩气勘探、开发具有重要意义.     

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。     

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。     

地震叠前反演方法预测页岩脆性指数在南川地区的应用

页岩气的有效开发依赖水平井的压裂效果,而页岩脆性是影响页岩压裂的关键因素。通过对比分析现有的3种脆性指数计算方法,即矿物脆性指数计算法、岩石力学脆性指数计算法、基于多元回归脆性指数计算法,优选基于多元回归的脆性指数计算法计算五峰—龙马溪组(简称龙马溪组)页岩储层脆性指数。以四川盆地东部南川地区龙马溪组海相页岩气为例,利用南川地区三维地震资料叠前反演方法,获取多元回归脆性指数计算方程所需的参数,预测页岩脆性指数。结果表明,在已有钻井矿物脆性指标约束下,叠前反演法计算的脆性指数平面预测效果较好,且与实际压裂数据具有较好的一致性,能够满足南川地区页岩气勘探开发的需要。     

鄂西宜昌地区五峰组-龙马溪组页岩储层特征及其脆性评价

依据鄂西宜昌地区五峰组-龙马溪组页岩X射线衍射全岩分析、X射线衍射黏土矿物分析、物性分析、含气性测试和地球物理测井等资料,对区内页岩储层发育特征和页岩脆性特征进行了研究和综合评价。结果表明:宜昌地区五峰组-龙马溪组页岩依次主要由石英、黏土矿物、长石、白云石、方解石、黄铁矿等组成;具有自底部"高硅、低黏土"页岩向上过渡为"低硅、高黏土"页岩的发育特征。页岩孔隙度主要为1.01%～1.77%,平均1.29%,渗透率主要为0.001×10~(-3)～0.843×10~(-3)μm~2,平均0.234×10~(-3)μm~2,属于低孔特低渗储层;五峰组-龙马溪组下部页岩含气量普遍大于1 m~3/t,厚度可达20 m。脆性矿物含量法脆性分析结果显示,页岩脆性指数分布于39.6%～89.6%之间,平均55.4%,其中底部10 m厚的页岩脆性指数均大于60%,利于储层压裂改造后形成复杂的裂缝网络系统。弹性参数法脆性分析结果显示,五峰组-龙马溪组页岩杨氏模量主要为25.2～67.5 GPa,平均38.9 GPa;泊松比主要为0.177～0.327,平均0.297;脆性指数主要介于8.5%～97.3%之间,平均33.2%;其中底部13 m厚的页岩具有典型高杨氏模量、低泊松比和高脆性指数的特征。页岩脆性综合评价结果表明,五峰组-龙马溪组底部9 m厚的页岩发育相对最优杨氏模量和泊松比条件,脆性属于中-高等程度,造缝能力强,可压裂性好。将页岩段划分为4类可改造储层,其中底部2 714.4～2 723.4 m段页岩具有泊松比相对最小、含气性最好、脆性最优和有机质含量高等特征,构成研究区最优改造层段。     

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。     

深层碎屑岩自生矿物成因机理及其对储层物性的影响——以渤海歧南断阶带侏罗系为例

自生矿物特征和成因机理对深层碎屑岩储层物性具有重要影响。以渤海海域歧南断阶带侏罗系为例,通过岩心、薄片、扫描电镜、电子探针、同位素、包裹体、X衍射分析等技术手段,对研究区侏罗系深层碎屑岩储层自生矿物的类型、特征、成因机理及对优质储层发育的控制作用进行研究。结果表明：研究区侏罗系碎屑岩属于中孔-低渗储层,非均质性强;主要自生矿物类型为硅质矿物、碳酸盐矿物、黏土矿物3类;早期形成的硅质石英衬垫和碳酸盐胶结物控制了孔隙的发育和演化,沿颗粒表面分布的早期硅质石英衬垫有效抑制了后期石英加大生长,并增强了岩石的抗压能力,有利于原生孔隙保存;早期碳酸盐胶结物增强了储层抗压实能力,并为后期储层遭受溶蚀形成溶蚀孔提供了物质基础,有利于高孔隙储层形成;黏土矿物控制了储层渗透率差异,储层渗透率与自生高岭石体积分数呈正相关性,较高渗透率储层分布于侏罗系中段高岭石富集带内。研究区侏罗系碎屑岩发育原生孔隙体积分数高、微晶石英衬垫发育的Ⅰ类有利储层和粒间溶蚀孔隙较发育、具显著表生成岩作用特点的Ⅱ类有利储层,二者孔隙演化存在明显差异。Ⅰ类有利储层主要受早—中成岩期微晶石英衬垫抗压实作用控制,浅层和深层均可发育高孔隙储层;Ⅱ类有利储层主要受表生期风化淋滤作用控制,可在风化壳附近形成优质储层,整体上Ⅰ类储层物性优于Ⅱ类。     

川南龙马溪组页岩储层特征及主控因素

以川南长宁页岩气示范区A井页岩气优质产层龙一1小层与非优质产层龙一2小层及龙二段为主要研究对象,从储层矿物组成、纳米孔隙发育特征和赋存载体组合样式及其主控因素等微观层面进行系统对比,进一步明确了两者的差异及相互关系。研究结果显示:1）龙一1小层富含有机质、石英和黄铁矿,页岩孔径分布呈前峰型,纳米孔隙发育主要受TOC含量控制,有机孔是纳米孔隙主要类型,有机质颗粒充填于矿物粒间孔内,被石英和碳酸盐岩等脆性矿物包围,构成“纳米级气藏”;2）龙一2小层和龙二段相对富含黏土矿物和碳酸盐岩,页岩孔径分布以后峰型为主,纳米孔隙发育主要受黏土矿物含量控制,黏土矿物粒间孔/层间孔是纳米孔隙主要类型,黏土矿物颗粒内部充填纳米孔隙不发育的方解石和白云石,对页岩气运移起到有效阻滞。因此,非优质产层龙一2小层和龙二段实际上是下伏优质产层龙一1小层的有效盖层。川南龙马溪组页岩气选区需同时关注龙一1小层的储集能力和龙一2小层与龙二段等上覆地层的封闭能力。     

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。     

云南永善-大关地区五峰-龙马溪组页岩气聚集条件及有利区预测

为深入探讨永善-大关地区五峰-龙马溪组页岩气聚集条件、有利区分布和资源潜力,从页岩空间展布、有机地化特征、储层特征、含气性等多方面进行了全面分析。结果表明：五峰-龙马溪组泥页岩发育于海相浅水-深水陆棚沉积环境,具有埋深适中（1000~3000 m）、厚度大（40~120 m）、有机碳含量适中（1.0%~3.0%）、热演化程度高（>2.5%）的特征,页岩储层主要以脆性矿物为主（石英+长石+碳酸盐岩类矿物占35.8%~92.0%）,微米-纳米级孔缝发育,具备页岩气生成所需的物质基础和储集空间;五峰-龙马溪组页岩具有较强的吸附能力（平均最大吸附气量2.12 m3/t）和较高的含气量（现场解析气量0.5~3.38 m3/t）;以此为基础,采用多因素叠合法优选了页岩气发育有利区,分布在高桥-新场-天宁寺-木杆向斜所围区域,面积480.58 km2,并采用条件概率体积法初步评价了有利区页岩气资源量为1256.4×108 m3,具有一定的页岩气资源潜力。     

牛蹄塘组页岩矿物的成因类型及其地质指示意义

以场发射扫描电镜为主要研究手段,在微米级-纳米级尺度上观测南方下古生界牛蹄塘组（包括相当层位）页岩的主要组成矿物。通过揭示矿物质与有机质的生长发育形貌特征,从而获得判断矿物成因的直观依据。研究结果表明,牛蹄塘组页岩矿物的成因类型有陆源碎屑成因、自生成因（包括蚀变成因、生物成因等）、后生成因、热液成因、表生成因等,其中以陆源碎屑和自生成因为主。不同成因的矿物具有不同的地质指示意义,对页岩储层物性也有不同的影响。生物成因石英（包括硅质）与有机质的交互共生关系指示页岩气勘探的甜点层位。      

山东省牛庄洼陷古近系沙河街组沙三中亚段储集层成岩作用研究

山东省牛庄洼陷古近系沙河街组沙三中亚段储集层岩石类型以长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩为主,岩石结构成熟度和成分成熟度均较低。砂岩成岩作用包括压实作用、胶结作用、交代作用、溶解作用等。压实作用主要有刚性颗粒发生脆性破裂、颗粒之间呈线接触和凹凸接触、岩石碎屑颗粒呈明显的定向排列、塑性颗粒挤压变形或刚性颗粒嵌入变形颗粒中、粘土质碎屑被挤压变形发生假杂基化等五种表现形式。胶结物主要有泥质胶结物、碳酸盐胶结物、自生粘土矿物和自生石英、长石。交代作用主要有石英交代长石颗粒、碳酸盐胶结物交代石英、长石及岩屑颗粒、碳酸盐胶结物之间的相互交代。发生溶解作用的主要是石英、长石和岩屑颗粒,胶结物中主要是碳酸盐矿物。目前研究区沙三中亚段储集层成岩演化处于晚成岩A期。影响成岩作用的主要因素为岩石成分、沉积环境、孔隙流体性质等。成岩作用对储集物性的影响主要表现在孔隙度和渗透率的变化,其中压实作用和胶结作用使储层原生孔隙迅速减少、渗透率降低,使得储集物性变差;而溶解作用是次生孔隙发育的主要因素,从而改善砂岩的储集性能。     

石英矿物类型及其对页岩气富集开采的控制:以四川盆地及其周缘五峰组-龙马溪组为例

页岩矿物组成控制着页岩的储层类型和岩石力学性质,并影响着页岩气的富集和开发.为了分析不同类型石英矿物的纵向变化特征及其对页岩气富集开采的控制作用,以四川盆地及其周缘五峰组-龙马溪组WF2-LM4和LM5-LM8两个笔石带页岩为主要研究对象,利用普通薄片观察、扫描电镜、矿物成岩世代关系、能谱分析等手段,识别出陆源碎屑石英、生物成因石英和黏土矿物转化过程中形成的3种石英类型.结果表明不同的页岩层段,3种成因的石英含量不同.生物成因石英在WF2-LM4笔石带页岩最为富集,向上到LM5-LM8笔石带页岩逐渐减少.在WF2-LM4笔石带页岩,生物成因石英与有机碳含量呈明显的正相关性,有利于页岩优质储层的形成,对页岩储层的压裂改造具有积极作用,实现了页岩赋气和改造的有机统一.研究认为四川盆地及其周缘地区五峰组-龙马溪组一段下部黑色页岩（WF2-LM4笔石带页岩）具有生物成因石英含量高,页岩生烃、储集能力和可压裂性最优的特点,是页岩气富集开采的有利层段.      

龙马溪组页岩不同显微形态有机质成因及其勘探潜力探讨

有机质是页岩中最重要的组分,有机孔更是页岩气重要的储集空间,以扫描电镜为主流的微观分析检测技术成为页岩研究的重要手段,目前对有机质的综合研究正逐步成为页岩气勘探开发研究的重要内容。本次研究选取四川盆地及其外围龙马溪组富有机质页岩,采用氩离子抛光非镀膜样品,利用低电压近距离工作状态,对样品进行了高分辨率场发射扫描电镜检测,观察、总结了有机质显微形态,并依据其内部结构及组成特征对其生烃及储集能力进行了探讨。检测结果揭示:龙马溪组富有机质页岩中有机质主要有三种显微形态,分别是结构型沉积有机质、分异型交生有机质和填隙型运移有机质。结构型沉积有机质形成于沉积及早期成岩演化阶段,保留了部分生物结构特征或沉积定向构造;分异型交生有机质与黏土矿物交互生长并经历演化分异作用,形成了类似于岩浆岩中的“花岗结构”;而填隙型运移有机质形成于晚成岩有机质高演化阶段,为液态烃充填于自生矿物晶间,其周边矿物具有自形特征。龙马溪组页岩以填隙型运移有机质和分异型交生有机质为主,二者都发育丰富的有机质孔隙(孔径10~300nm),是龙马溪组页岩优质的生气母质,并具有优质的储集性能。研究结果为我国海相龙马溪组页岩气生成理论及勘探开发评价提供了较深层次的微观信息。