Research Progress in Shale Nanopores

With the rise of shale oil and gas exploration and great success of North American shale oil and gas development in recent years, the study of gas shale reservoir pores gets more and more attention. The pore diameters of shale reservoirs are mainly in nano-scale which are different from conventional reservoirs, and they can not be evaluated by conventional methods. On the basis of the research on the classification of shale pore types and nanopore characterization techniques, qualitative and quantitative nanopore characterization methods were classified and summarized. In addition, the advantages and disadvantages of various methods as well as application scopes were summarized. Qualitative characterization methods can obtain the morphologic information, connectivity and filling conditions of shale pores directly by focused ion beam milling scanning electron microscopy, field emission scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, broad ion beam scanning electron microscope, atomic force microscope and Nano-CT. Quantitative characterization methods can measure pore diameters, pore distribution and specific surface area by nitrogen adsorption experiments, carbon dioxide adsorption experiments, mercury injection experiments, small-angle neutron scattering, and nuclear magnetic resonance. The factors that control nanopore developments and the effects of nanopore on shale gas accumulation were discussed. The nanopore developments are related to total organic carbon content, clay minerals content, carbonate content and thermal maturity. Nanopores have influences on shale gas storage capacity, occurrences of shale gas and seepage mechanisms. Frontier research and development directions were proposed. In the aspect of nanopore characterization techniques of shales, the accuracy and efficiency of the experiments and three dimensional imaging technology should be improved constantly. Qualitative and quantitative characterization techniques should be combined. As to the evaluation of shale nanopore reservoirs, the factors that control nanopore developments, shale gas storing and producing and nanopores characterization and evaluation of continental heterogeneous shale are the key issues for further research.     

页岩气储层孔隙系统表征方法研究进展

页岩气是以游离、吸附和溶解状态赋存于暗色泥页岩中的天然气,页岩的孔隙特征是决定页岩储层含气性的关键因 素。页岩孔隙结构复杂,一般以纳米孔隙占优势,用常规储层孔隙的表征方法难以解释美国的高产页岩气系统。因此,页 岩纳米孔隙的表征成为制约页岩气资源评价的关键因素。在综述目前国际上对页岩气储层孔隙表征方法的基础上,对比分 析其各自的适用范围和应用前景。页岩储层孔隙的主要表征方法有3种:(1)以微区分析为主的图像分析技术;(2)以压 汞法和气体等温吸附为主的流体注入技术;(3)以核磁共振、中子小角散射 计算机断层成像技术为代表的非流体注入技术。 图像分析能够直观、方便、快捷地获取孔隙形态等方面的特征;流体注入法在表征微孔隙的孔径分布、比表面积等方面具 有独到优势;非流体注入技术由于其原位、无损分析及粒子高穿透力的特点,使研究多种地质条件下的孔隙特性成为可能。 在目前的技术条件下,应明确各种表征技术的优势与限制,根据实际情况合理建立孔隙研究流程,综合利用多种技术手段 能在不同的尺度下有效表征页岩气储层孔隙。     

Hydromechanical behavior of Tournemire argillites: Measurement of the poroelastic parameters and estimation of the intrinsic permeability by œdometric tests

Knowledge of shale poromechanical behavior is proven to be essential for various environmental issues such as deep geological storage of CO₂, high level radioactive waste storage, oil field abandonment and so forth… This paper sets out the key points of shale experimental characterization within the framework of Biot's mechanics of fluid saturated porous solids. Shales are well known to present a more or less transverse isotropy. This paper describes a full methodology for ?dometric tests on such sensitive and weakly permeable material. To illustrate this methodology, measurements carried out on Tournemire argillite are proposed. A transverse isotropic poroelastic model is also used to give a more in depth understanding of the hydromechanical coupling. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

自由烃差值法评价页岩含油性的思想、方法及应用

如何准确判断页岩含油性是页岩油勘探甜点预测的关键.根据陆相泥页岩非均质性特点,提出用自由烃差值（即原始生烃量减去现存残留量）评价页岩含油性的方法,并对泌阳凹陷深凹区重点井进行采样分析,刻画自由烃差值在剖面上与平面上的分布特征.结果表明:剖面上,泌页1井5号页岩层的底部含油性较好,程2井5号页岩层的顶部含油性较好;平面上,含油性较好的主要分布在程2井区一带,而最先获得工业油流的泌页1井区并非含油性最好的区域.结合地层压力系数、脆性矿物含量及其他地质因素,在大甜点区内进一步划分出3个不同级别的小甜点区.由此可见,用自由烃差值法评价和预测页岩含油性是可行的,后期的勘探实践也证明了该甜点预测的正确性.      

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.      

页岩孔隙研究新进展

随着非常规油气勘探的兴起页岩孔隙研究备受重视,如何研究页岩孔隙已经成为非常规油气首要解决的问题之一,其对页岩油气勘探层位选取、资源潜力评价和油气渗流能力计算具有重要意义。对页岩微—纳米孔隙表征技术、页岩孔隙类别的划分以及页岩孔隙演化规律分别进行了综述并指出存在问题,同时结合最新研究进展对页岩孔隙研究进行展望。提出工业CT—微米CT—纳米CT/FIB系列辐射扫描方法和压汞(MICP)—氮气吸附(N2)—二氧化碳吸附(CO2)流体法是孔隙定量表征的最优方法,通过单井孔隙度测井资料与实验室测定结果建立校正图版指导储层孔隙发育段优选;页岩孔隙分类研究还应该考虑含油气性,利用原子力显微镜等工具加强孔隙含油性研究;孔隙演化规律研究应该采用模拟实验和真实剖面样品对比并结合矿物组成分析等寻找主控因素。     

北美典型混合页岩油系统特征及其启示

北美Williston 盆地Bakken组属典型的混合页岩油系统.笔者系统剖析了Bakken组混合页岩油系统富有机质层段和贫有机质层段的地质与地球化学、物性与裂缝发育以及页岩油特征,揭示了页岩油"甜点"主要受高含轻质油的富有机质成熟页岩、异常压力、微裂缝以及贫有机质层的白云石化作用共同控制,同时由于贫有机质层具有相对高的孔隙度、渗透率以及低的吸附量,因此可认为其是混合型页岩油系统中的主要产层.这对目前我国东部陆相页岩油勘探效果不佳的因素分析具有重要启示.把页岩油勘探目标层仅仅聚焦于富有机质泥页岩层段是勘探效果欠佳的主观因素;而富有机质泥页岩层段天然微裂缝发育局限、滞留油主要赋存在有机质中、热演化程度偏低使滞留油较重以及湖相Ⅰ型烃源岩生成的油含蜡量高等因素,是导致可采的页岩油量十分有限的客观因素.为此,针对我国东部湖盆页岩油的勘探,建议:加强成熟富有机质层系中贫有机质碳酸盐岩或粉砂、细砂岩薄夹层的精细评价与勘探;加强成熟富有机质泥页岩层段裂缝型页岩油的评价与勘探.     

鄂尔多斯盆地延长探区低渗致密油气成藏理论进展及勘探实践

延长石油集团在鄂尔多斯盆地大力推动石油、天然气、页岩气勘探开发理论研究和技术攻关,多类型资源协同发展,取得显著效果。在石油勘探方面,提出延长组特低渗石油“交替式”成藏理论认识,建立盆地中生界多期差异性成藏新模式,近10年特低渗石油年均探明地质储量超1×10⁸ t。建立细粒沉积风暴、地震等控砂理论,以及甜点预测方法,致密油累计探明地质储量2.1×10⁸ t。针对致密气田砂体成因机理不明、天然气运聚成藏规律不清等主要难题,揭示了“浅水环境岸线频繁迁移控砂”机制,建立了致密砂岩气优质储层成储模式,明确纯石英砂岩和富石英低塑性颗粒岩屑砂岩是致密气分布的“甜点”,形成了基于多要素、全过程天然气运聚模拟的目标优选技术。经勘探实践,发现了延安气田,累计探明天然气地质储量7 635×10⁸ m³。页岩气方面,提出陆相页岩气“三元”成藏富集地质理论的创新认识,认为湖相优质页岩是陆相页岩气富集高产的物质基础,多类型、跨尺度的复杂孔隙网络决定页岩气赋存条件,厚层页岩自封闭能力及高压是保存的关键,实现陆相页岩气产量突破。未...     

高压-工频电加热裂解油页岩技术室内试验及 氧的驱动效应分析

高压-工频电加热原位裂解油页岩是吉林大学与俄罗斯托木斯克理工大学合作研究的具有占地面积小、污染小、工艺简单等优点的油页岩开采技术。先对油页岩使用高压电击穿,再使用电加热的二步法,可以达到快速裂解油页岩的效果。为了确定裂解油页岩的工艺参数,以及更好地掌握高压-工频电加热裂解油页岩技术,本文对油页岩在有、无氧气条件下的裂解过程进行了热分析试验。试验表明,在有氧与无氧加热条件下,都可完成油页岩的裂解,且裂解过程是相同的,都属于二段式裂解过程。氧在油页岩加热裂解时具有驱动作用,可以降低油页岩的裂解温度、节省能量、提高裂解速度。     

Correction Method of Light Hydrocarbons Losing and Heavy Hydrocarbon Handling for Residual Hydrocarbon (S1) from Shale

Abstract: In China, hot researches on shale oil were raised by the important breakthrough of shale oil in America. Obviously, the first important issue is the actual shale oil resource potential of China, and the selection of the key appraisement parameter is vital to the shale oil resource amount. Among the appraisement parameters, the oil content parameter (S1) is the key one, but the evaluation result is generally lower because of light hydrocarbon losing and heavy hydrocarbon handling. And the more important thing is that the light hydrocarbon with small molecular weight is more recoverable, and therefore its amount is important to the total shale oil yields. Based on pyrolysis experiments and the kinetic model of hydrocarbon generation, correction factors and a model of light hydrocarbon losing and heavy hydrocarbon handling were established. The results show that the correction factor of heavy hydrocarbon handling is 3.2, and that of light hydrocarbon losing is controlled by kerogen type, maturity and hydrocarbon generation environment (closed or open).     

沁水盆地新近纪张村组油页岩评价及古环境分析

为了深入分析油页岩发育特征对古环境的指示作用,为油页岩资源评价提供理论指导,选取沁水盆地中部新近系张村组油页岩为研究对象,采用岩石热解、有机碳测定、X射线荧光光谱仪（XRF）测试等方法分析油页岩有机地球学和元素地球化学特征,探讨沉积期的古气候和古地理环境。结果表明,张村组油页岩含油率较低,为4.15%;干酪根类型为标准腐泥型（I₁）,埋藏较浅,生烃潜力较高;样品的微量元素富集指数和地球化学参数特征显示,张村组油页岩有机质为混合来源,湖泊自身生产力提供主要物质基础;沉积期气候温暖湿润,盆地内水体由盐湖逐渐淡化,油页岩形成于水体分层不强的厌氧、深湖环境。油页岩的地球化学特征与沉积期的古气候、古地理环境具有较好耦合性。      

页岩油化学生热原位转化开采理论与方法

页岩油资源量潜力巨大,作为一种重要的接替能源,寻求页岩油的有效开发与经济利用的途径,对缓解能源供需矛盾具有重大的现实意义。在分析页岩油原位转化/改质各种方法优缺点的基础上,总结了页岩油裂解生烃转化的温度时间条件与结构演化特征,根据物质与能量平衡原理,提出了页岩油化学生热原位转化开采理论与方法,论证了该方法温度水平、热量供给和固相体积变化等技术可行性,提出了关键技术可能突破的工艺路径。得出了如下结论:当前中低成熟度页岩油和油页岩地下原位转化/改质方法主要面临热效率低、污染风险高和储层沉降失稳等瓶颈难题; 提出了页岩油化学生热原位开采理论,采用氧化钙与水反应为有机质原位转化提供热量,通过热量平衡与固相物质平衡分析、高压氧化钙水解试验,证明了该理论方法的技术可行性和经济性; 建立了页岩油化学生热原位转化开采方法,提出了氧化钙粉末表面包覆改性、氧化钙微球、氧化钙羟基注入液、高压空气氧化钙粉末注入等核心技术工艺路径。     

干酪根对页岩基质中甲烷运移规律的影响

微/纳米孔隙内甲烷的运移研究是进行页岩气藏开发预测及评价的前提和基础.页岩中分布大量的微/纳米孔隙,其中干酪根中的纳米级孔隙分布广泛.由于气体在不同尺度孔隙中的运移机理大不相同,且在有机孔中存在明显的吸附/解吸现象.因而,甲烷在页岩中的运移机理仍需完善.本研究综合物理模拟及数学分析方法,对甲烷渗流规律进行研究.研究结果表明:（1）温度升高,单位质量页岩的产量减少,达到平衡的时间缩短,总体体现在甲烷在高温下的吸附/解吸-扩散速率大.（2）相同生产压力下,随入口压力升高,甲烷运移速率增大,达到产量平衡的时间增长.（3）数学模型充分考虑干酪根中甲烷扩散对气体运移过程的影响,并与实验结果及不考虑干酪根影响的模型进行对比分析,结果显示,本文建立的数学模型能更准确地描述甲烷在页岩基质中的运移动态.      

页岩油分类与评价

页岩油是以游离(含凝析态)、吸附及溶解(可溶解于天然气、干酪根和残余水等)态等多种方式赋存于有效生烃泥页岩地层层系中且具有勘探开发意义的非气态烃类。根据泥页岩地层中所含烃类相态、成因机理及勘探开发等特点,将页岩类油气划分为页岩气和页岩油等两类八种。结合页岩油特点,指出了我国页岩油形成条件和分布规律,即规模分布的有效生烃泥页岩、形成于深水-半深水相的富有机质泥页岩、较高的有机质丰度和适当的热演化程度以及较好的基质物性条件等是页岩油形成的主要条件。建立了中国陆相断陷湖盆页岩油发育模式,指出概率体积法可以作为页岩油资源评价的主要方法,提出了页岩油远景区、有利区及目标区优选的参数体系和标准。作为非常规油气能源的主要类型之一,页岩油将会对我国能源结构产生重要影响。     

松辽盆地齐家和古龙凹陷页岩油含油性参数优选与资源量计算

松辽盆地齐家和古龙凹陷青山口组一段页岩油资源丰富.以往主要基于不完整的老岩心资料,以校正后的热解S1或氯仿沥青"A"作为含油性参数计算页岩油资源量,校正参数的准确性受样品新鲜程度、测试手段及校正方法等多种因素影响,导致上述参数的应用存在一定的局限性.根据最新页岩油勘探进展,对比分析了页岩油资源量计算的含油性参数(包括热...     

甘肃省页岩气资源潜力分析及资源评价中地球物理技术应用探讨

页岩气作为一种清洁的非常规能源,是非常理想的常规油气接替资源,世界各国都掀起了页岩气勘探开发的热潮。与常规油气资源相比,页岩气具有自生自储、无气水界面、低孔低渗、大面积连续成藏等特点。甘肃省境内含油气盆地众多,具有页岩气勘探开发的优势,酒泉、民和等盆地都已经发现了一定规模的泥页岩油气藏。在后续的页岩气勘探开发中,必须重视地球物理勘查技术的应用,地震、测井以及非震等勘探技术是页岩气勘探开发必不可少的手段,尤其是时频电磁法、大地电磁测深法、连续电磁剖面法等非震技术已经成功应用在页岩气勘探中。     

陆相致密油与页岩油藏特征差异性及勘探实践意义: 以渤海湾盆地黄骅坳陷为例

陆相致密油和页岩油同属低孔低渗油气藏,二者具有很大相似性,常具有共生关系,然而其成藏特征存在较大的差异,不加区分极易误导油气勘探.利用系统取心、测井、录井和各类测试化验分析资料,综合分析渤海湾盆地黄骅坳陷孔店组、沙河街组,梳理致密油和页岩油的成藏条件及其富集规律差异性,进一步探讨致密油与页岩油勘探选区评价方法.研究结果表明,从岩性上看,致密油储层岩石类型多样,包括致密砂岩、致密碳酸盐岩、致密火成岩等;页岩油气以细粒沉积为主,其矿物成分多样,岩性可细分为碳酸质页岩、长英质页岩、粘土质页岩、混合质页岩等.从物性上看,二者均为低孔低渗型储层,致密储层分先天致密和后天致密两类,主要发育粒间孔、晶间孔、溶蚀孔隙、裂缝等,多以微米级孔隙为主;页岩储层以先天致密为主,发育有机孔、粒间孔、页理缝、裂缝等,多以纳米级孔隙为主.从生烃运移过程来看,二者油气来源均与优质烃源岩密切相关,致密油岩层本身不生烃,原油依靠临近富有机质泥页岩干酪根生烃增压造成的源储压差,经历短距离运移与充注,源储压差高则充注程度高;页岩油本身即为生油岩,系已生成、尚未排出而滞留在页岩孔隙或裂缝之中的石油.从可压裂性上看,致密储层本身具有较好脆性,脆性条件不是致密油甜点的决定性因素,而页岩脆性因成分不同存在较大差异,是页岩油甜点评价的关键因素.从勘探选区来看,致密油优势储集相带、优质烃源岩及二者之间的匹配关系控制有利致密油富集区,"三明治"式最有利,源上源下次之;页岩油受成熟富有机质页岩及脆性岩相控制,强调在富含滞留烃中寻找具有较高脆性的页岩.      

基于地球物理和地球化学数据的页岩油甜点区综合预测:以泌阳凹陷核三段5号页岩层为例

我国页岩油气勘探开发不断取得实质性进展,有望成为未来油气资源的重要接替能源.而提高页岩油储层钻遇率和油气产量的关键是甜点区的预测和评价.以泌阳凹陷核桃园组三段5号富有机质页岩层为研究对象,综合利用多种地球物理方法和地球化学指标,通过岩相、含油性、储集条件和地层压力等关键评价参数分析,探讨了综合信息叠合的页岩油甜点区预测方法.研究表明:（1）脆性矿物含量普遍大于50%,以灰质页岩和粘土质页岩夹粉砂质页岩为主的岩相是页岩油赋存的优势岩相;（2）低自由烃差值和高含油饱和指数均指示高含量游离态页岩油,指示了页岩含油性最好区域;（3）夹层主要发育在深凹区周缘,断裂控制的相互重叠区域或派生断裂控制区微裂缝更为发育;（4）异常高压对页岩油微距离运移和富集的影响较大;（5）基于不同参数门槛值对页岩储层进行综合评价划分,采用综合信息叠合法预测出3类甜点区.本文为多参数综合评价和识别陆相页岩油甜点区提供了有效范例,对指导陆相页岩油勘探具有重要的实践意义.      

页岩油岩心样品洗油实验效率对比分析

页岩储层中的裂缝和微纳米级孔隙是页岩油的主要赋存空间。岩心样品高效无损洗油是页岩孔隙结构表征和页岩油赋存研究的关键,但是目前的实验方案并不统一。通过调研总结常用的洗油方法,针对现行广泛使用的浸泡抽提法、快速萃取法以及气驱+索氏抽提法对大港油田沧东凹陷孔二段页岩(块样,1 cm×1 cm×1 cm)进行洗油测试,利用Rock-Eval 热解仪和气相色谱仪对洗油前后的样品以及萃取出的可溶有机质进行了实验效果对比和三种方法之间的优劣性分析。研究结果表明,随着实验时间的延长萃取物中重烃含量逐渐增加,且低孔低渗的页岩岩心在常温常压下难以达到理想的洗油效果。升温和增压可以提高洗油效率,但长时间的高温作用会使部分重烃和吸附组分裂解,当裂解的速度大于轻烃组分被萃取的速度时,S₁值会出现随着洗油时间上升的现象;合适的压力条件可以有效促进洗油速率,但如果条件控制不好会造成样品破碎或者内部孔隙被破坏。建议在洗油过程中采用较低的压力、常温或者稍微加温以加快实验速度,驱替法和抽提法结合会有更好的效果。