中国南方五峰组-龙马溪组页岩中笔石与有机质富集关系探讨

中国南方奥陶纪-志留纪之交广泛沉积了以五峰组和龙马溪组为代表的笔石页岩。基于对重庆巫溪地区五峰组-龙马溪组底部页岩段中近400件页岩样品中笔石丰度的统计及100件页岩样品有机碳含量（TOC,%）的分析测试结果,选择其中23件不同笔石丰度与TOC的页岩样品开展页岩中笔石体与围岩（非笔石体部分）TOC的对比实验,并结合能谱分析测试结果,探讨笔石与有机质富集的关系。初步研究认为:①五峰组-龙马溪组页岩中笔石体的C、O等元素含量较高,其TOC明显高于围岩,是页岩有机质的贡献者之一;②五峰组-龙马溪组页岩全岩TOC与笔石丰度及笔石体TOC相关性均较差,而与围岩TOC相关性较好,这指示着页岩中笔石丰度对有机质富集影响较小。     

页岩层系油气资源有序共生及其勘探意义——以鄂尔多斯盆地延长组长7页岩层系为例

页岩层系内的非常规油气已成为全球油气勘探开发的热点,这些资源的形成与富有机质页岩密切相关,形成演化有序、空间分布上共生。目前的研究通常按非常规油气类型单独进行,尚未从页岩层系整体角度考虑各类油气资源的分布规律。在大量调研国内外页岩层系油气资源分布规律的基础上,提出页岩层系油气资源有序共生,并以鄂尔多斯盆地长7页岩系为例进行解剖,按照成熟度阶段、埋藏深度和有机质丰度,将长7页岩层系油气资源分成露头-浅埋藏油页岩区、中等成熟-中等埋深压裂页岩油区、中等成熟-中等埋深原位改质页岩油区、高成熟度-深埋页岩气区和紧邻-夹层致密砂岩油五大区域。基于页岩系统油气资源有序共生关系,提出页岩层系油气资源立体勘探开发的观点,以期对页岩层系非常规油气资源有效利用提供新思路。     

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。     

沾化凹陷页岩油资源分级评价标准探讨

随着油气资源短缺和开采技术进步,页岩油气巨大的勘探开发潜力备受关注。页岩油气资源评价方法的研究对于准确地评价其资源潜力至关重要。国外学者常用的油跨指数虽然能够很好地指示页岩油的可采层段,但没有考虑到页岩油的富集程度;国内学者在松辽、海拉尔、济阳、泌阳等地区常用的"三分法",虽然能够很好地指示页岩油的富集层段,但忽略了页岩油的可采程度。笔者在参考前人研究成果的基础上,综合考虑了页岩油的富集程度和可采程度,以沾化凹陷某钻井为例,统计了86块岩样的地化测试数据,依据w(S1)与w(TOC)之间的相互关系,将页岩油资源分为5个等级:1富集高效资源(2mg/gw(S1)3.6mg/g,S1/TOC1),此类页岩生成的烃类已经满足了各种形式残留的需要而大量排出,并易于开采;2富集低效资源(2mg/gw(S1)3.6mg/g,S1/TOC1),此类页岩虽然生成了大量的烃类,但由于有机质的吸附作用较强,难以被有效地开采;3中等富集资源(1mg/gw(S1)2mg/g,S1/TOC1),此类页岩有机质丰度较低,页岩生成的烃类还未满足残留的需要,但有望成为未来资源紧缺时开发的对象;4低效资源(1mg/gw(S1)2mg/g,S1/TOC1),此类页岩不仅生成的烃类尚未满足残留的需要,并且较高的有机质含量也不利于烃类的流动,整体上不利于开采;5无效资源(S11mg/g,S1/TOC1),此类页岩由于生成的烃类远未满足残留的需要,并且多以吸附状态存在于有机质表面,也许永远难以被经济有效地开发。在此基础上,通过分析不同岩相的泥页岩的地球化学指标,认为富集高效资源主要分布在沙三下亚段底部的层状含泥质灰岩相,这类岩相虽然有机质含量较低,但是相对较高的成熟度和方解石含量为页岩油的富集可采提供了有利条件,是下一步有利的勘探目标。     

富有机质泥页岩纳米级孔隙结构特征研究进展

阐明富有机质泥页岩孔隙结构特征对阐明页岩油气的赋存机理和勘探开发具有重要的意义。研究泥页岩孔隙结构特征的方法主要包括定量和定性两类,实际研究中常将二者结合使用。有机质含量（TOC）、热演化程度、有机质母质来源、矿物组成及构造变形作用等因素对富有机质泥页岩孔隙结构特征有重要影响。有机质母质来源决定了纳米有机质孔的发育潜能,TOC和矿物组成控制了孔隙的发育类型,而热演化程度决定了孔隙的演化行为,构造变形作用对于纳米孔有后期改造作用。生排烃热模拟实验由于可以人为地控制实验条件,在泥页岩孔隙结构演化研究中扮演了重要的角色,但要注意与实际地质条件相匹配。目前,富有机质泥页岩孔隙结构的演化模式还存在较大的争议。受控于有机质母质来源,不同沉积环境下发育的富有机质泥页岩孔隙结构演化模式存在差异,因此需要分别研究。在未来工作中,TOC对泥页岩孔隙结构特征的影响、有机质孔开始形成的成熟度以及高演化阶段（镜质体反射率R_o>3%）孔隙的演化行为及机理等问题都需要进一步探究。另外,扫描电镜下识别有机质显微组成的方法亟需建立,同时还要规范行业术语的应用,以减少学科研究的混乱现象。     

豫西地区山西组—太原组页岩孔隙结构及其影响因素——以ZXY1井为例

页岩孔隙结构是储层评价的关键,对页岩气的勘探、开发以及页岩储层改造等都具有十分重要的意义。本文以ZXY1井太原组—山西组页岩为例,利用低温氮吸—脱附实验、X衍射、扫描电镜等实验手段研究页岩孔隙结构及其影响因素。结果表明,太原组—山西组页岩孔隙复杂,发育有机孔、微裂缝和多种无机孔;孔隙孔径主要为2~50 nm,以介孔为主,其次为微孔;孔容和比表面几乎全部由微孔和介孔提供。有机质、黏土矿物及其组合对孔隙结构影响分析表明,孔容与TOC含量、孔容与黏土矿物含量、比表面积与TOC含量、比表面积与黏土矿物含量均具有较为显著的正线性相关关系;TOC含量和黏土矿物含量数值乘积与孔容、比表面积表现为非常显著的正线性相关关系;TOC含量和黏土矿物含量双参数回归孔容与比表面积,相关系数高,误差较小。综合分析认为,有机质和黏土矿物对孔隙结构的影响并非简单正线性相关关系,而是复杂的正向关系。     

沾化凹陷沙三下亚段成熟泥页岩纳米孔隙体积影响因素分析及意义

选取沾化凹陷始新世沙三下亚段(Es_3~下)不同埋深的成熟泥页岩(0.70%~0.93%Ro),并进行去有机质处理,通过对原样和处理样进行热解、XRD和低温氮气吸附法检测分析,以探讨成熟泥页岩纳米孔隙体积的影响因素。结果表明,成熟泥页岩纳米孔隙体积与TOC显示正相关性;去有机质后,有机质变化率和孔隙体积变化率呈正相关性,且去除的有机质含量亦与孔隙体积变化值呈现对应性;孔隙体积与伊/蒙间层、伊利石和石英呈正相关,与方解石负相关。结合已有研究成果,文章认为,成熟泥页岩的纳米孔隙主要为矿物基质孔和有机质-矿物边缘孔,矿物孔主要由伊/蒙间层、伊利石和石英贡献,方解石阻滞矿物孔隙的发育。泥页岩纳米孔隙是页岩油气赋存的主要储集空间,孔隙体积是泥页岩孔隙空间的一个量化参数,其对页岩油气含量的计算以及储量评估意义重大,弄清沾化凹陷沙三下亚段成熟泥页岩纳米孔隙体积的影响因素,可进一步认识处于生油窗的页岩油气的储集空间,为页岩油气的勘探和开发提供依据。     

应用TIMA分析技术研究Alum页岩有机质和黄铁矿粒度分布及沉积环境特征

Alum页岩(中寒武—早奥陶世)是北欧一套重要的海相烃源岩,其成熟度跨度从为成熟-过成熟度阶段。由于我国下古生界海相烃源岩均已过成熟,未成熟-低成熟度的Alum页岩是研究下古海相的烃源岩生烃潜力特征的重要参照样品。因此,对这套成熟度较低的Alum页岩的生物组成特征、矿物组成及其沉积环境的分析,可为后续国内外下古生界海相烃源岩的对比研究奠定基础。本文以欧洲上寒武统富含有机质Alum页岩为主要研究对象,在有机碳含量(TOC)和有机岩石学观察的基础上,应用综合矿物分析技术(TIMA)进行扫描,通过细化样品扫描参数,获得了页岩矿物组成、含量及粒度分布。Alum页岩有机质成熟度较低(固体沥青反射率为0.30),TOC含量在11.16%~12.24%之间。有机质主要为浮游藻类降解形成的层状藻类体、底栖藻类来源的海相镜状体和裂缝中充填的固体沥青。TIMA扫描获得的有机质相对质量百分含量为9.79%~10.64%,略低于碳硫分析仪测定的TOC含量;黄铁矿含量为4.17%~4.49%。TIMA扫描获得的有机质与黄铁矿比值与化学法的C/S比值相近,均分布在2.18~2.55范围。粒径分布特征上,有机质粒径主要分布在0.9~27.0μm之间(80%以上颗粒分布在1.2~5.5μm);草莓状黄铁矿粒径分布在0.9~17.0μm之间(小于0.5μm的颗粒占78%以上),反映了缺氧甚至硫化的环境。综合C/S比、有机岩石学与TIMA黄铁矿粒度分布特征,认为该页岩形成于闭塞封闭甚至硫化的沉积水体体系。该研究为油气地质领域的烃源岩(包括页岩)的研究提供了一种新的技术支持。     

潘谢矿区石盒子组煤系页岩有机质特征及其对含气量的影响

潘谢矿区是安徽省淮南煤田重要的深部煤炭生产矿区,其石炭-二叠系煤系地层具有丰富的天然气资源。应用有机碳、热解、显微组分定量、等温吸附等实验分析数据,对潘谢矿区石盒子组煤系页岩有机质特征与含气量进行研究,并利用梯度下降算法建立了含气量与有机碳含量(TOC)和有机质成熟度(Ro)的多元线性模型。结果表明:潘谢矿区石盒子组煤系页岩TOC较高(平均为1.20%),有机质类型为Ⅲ型,成熟度Ro为0.75%~1.12%,处于成熟阶段,页岩含气量较高(平均为1.93 m 3/t)。多元线性模型表明,煤系页岩TOC和Ro的增加会有利于页岩气生成,但Ro对含气量的影响更为明显。     

“进源找油”：论四川盆地非常规陆相大型页岩油气田

源岩油气规模快速发展,是中国能源结构转型的重要战略选项;陆相页岩油和气是中国源岩油气最具潜力的组成类型,是中国陆上未来"进源找油"最重要的突破对象。本文首次研判提出四川盆地侏罗系油和气发展,应尽快由常规构造-裂缝石油、致密灰岩与砂岩油向孔隙型页岩油气转变,重点阐述了大安寨段页岩油气4项新进展:①评价侏罗系4套富有机质页岩总生油量245×10~8t,石油总资源量172×10~8t,还有相当规模的天然气资源,既富油又富气,其中67%的油气资源集中在大安寨段;②大安寨段二亚段是侏罗系页岩油和气的"甜点段",黑色页岩厚度一般20～80m,TOC平均值大于2%,Ⅱ_1～Ⅱ_2型干酪根,R_o主体1.1%～1.4%,处于轻质油—凝析油气窗口,页岩储层孔隙度4%～6%,页理裂缝发育,脆性矿物含量一般在50%以上,压力系数1.2～1.8,滞留烃量多为100～200mg/g·TOC,油质较轻,地层埋深较浅,具备与北美页岩油气媲美的地质工程条件;③优选出页岩油气"甜点区"评价的3项核心参数(R_o、富有机质页岩厚度、埋藏深度),评价出大安寨段二亚段页岩油"甜点区"主要分布在盆地中北部地区,页岩厚度20～50m,面积约2×10~4km~2;④提出了加快页岩油和气以水平井体积压裂为核心的风险勘探和开发试验、加强全层系资源评价、加速准备先导试验技术方案等建议,力争推动侏罗系孔隙型页岩油和气突破发现。四川盆地侏罗系陆相页岩油和气新认识,可能为真正开启侏罗系源岩油气"进源找油"、规模开发新征程提供重要的理论依据。     

油页岩原位开采温度-时间-转化率判识方法及应用

油页岩原位转化开采加热的最终温度、加热时间和最终油气转化率与原位开采的经济成本息息相关。利用Rock-Eval 6型岩石热解分析仪分别获取不同升温速率下的油页岩烃产率-转化率和烃产率-活化能之间的关系,以烃产率为桥梁,建立活化能与转化率的对应关系;在此基础上,依据化学动力学反应原理,将油页岩有机质（干酪根）演化生成油气的过程近似为具一级反应特征的热裂解反应,获取不同转化率条件下温度倒数（1/T）与时间对数（ln t）的关系式,建立油页岩原位转化温度-时间-转化率关系图。以广东茂名盆地油柑窝组油页岩为例,通过上述方法建立了油页岩原位转化开采温度-时间-转化率关系图。由判识关系图可知：加热至350℃开采该区油页岩,转化率达90%需要98 a;加热至200℃开采该区油页岩,在不采取其他措施的情况下即使转化10%也需要147 a。实际情况下,地下油页岩原位受热具有非均质性,加热开采能耗大,通过添加催化剂降低油页岩原位油气转化所需的温度、改善油气产物品质可能是油页岩原位开采技术的一种发展方向。     

油页岩地下原位转化与钻采技术现状及发展趋势

我国油页岩地质资源量巨大,是保证我国能源安全的重要战略资源。油页岩地下原位转化开采是油页岩工业的发展趋势,在系统收集相关资料、数据和调研的基础上,总结了国内外油页岩原位转化技术的发展历程,提出了高效加热技术、储层改造技术和地下空间封闭技术三个油页岩原位转化核心技术,并对这三大核心技术的主要技术特点和发展现状做出了进一步分析。在明确油页岩地下原位转化开采低成本、高产量和低污染的目标基础上,提出了地表井下协同加热-多阶段物理化学复合加热-自生热驱动链式原位裂解的热流体原位复合加热技术、双水平井小井距电磁测距导向技术、多工艺精确储层改造压裂技术、注浆帷幕和气驱止水地下空间封闭技术等油页岩原位转化核心技术的发展方向,以期对我国油页岩地下原位转化开采技术提供借鉴和参考。     

中国陆相油页岩含油率与总有机碳的响应机理

为了建立稳定可靠的利用油页岩总有机碳预测含油率的模型,揭示中国陆相不同成因类型油页岩含油率与总有机碳的内在关系极其重要。通过不同类型盆地油页岩钻井取心测试的关键参数,结合沉积学、有机地球化学、热模拟等学科技术,探讨油页岩含油率与总有机碳的响应机理。结果表明：不同盆地类型与沉积背景下发育的油页岩含油率与总有机碳质量分数均呈现良好的正相关性（R²=0.81~0.97）;中国陆相油页岩的成因类型进一步划分为5种类型,制约着含油率与总有机碳的内在关系;油页岩的升温加热模拟呈现3个失重阶段（温度<150、300~550、600~750℃）,明确了含油率与总有机碳参数的物理意义;相同类型盆地与沉积背景下形成的油页岩具有相近的母质生源组合,从而具有大致相当的再生烃效率。中国陆相油页岩成因类型的细划、含油率与总有机碳物理意义的明确、油页岩再生烃能力的分析,有助于理解中国陆相油页岩含油率与总有机碳的内在响应关系。     

火山活动与海侵影响下的典型湖相页岩有机质保存差异分析

黑色富有机质页岩是页岩油气生成和赋存的主要母体,是强还原环境水体的沉积产物,在其形成过程中,细菌硫酸盐还原作用(BSR)对水体环境影响明显,但BSR强度如何影响有机质的保存尚未得到关注。我国陆相湖盆富有机质泥页岩广泛发育,形成过程中常常伴随有火山活动或者海侵等事件,大量硫酸盐进入湖盆,改变水体的沉积环境,不同环境下BSR对黑色页岩有机质保存的影响明显不同。本次研究选取鄂尔多斯盆地延长组长7段页岩、松辽盆地青山口组和嫩江组页岩作为对象,同时与现代沉积物进行对比。研究表明,TOC与TS之间关系复杂,但细菌硫酸盐还原强度指数(SRI)与TOC呈现幂指数变化,且表现出两阶段变化的特征。当SRI大于1.375时,TOC整体偏低,指示了强硫酸盐还原作用消耗大量有机质;当SRI小于1.375时,TOC明显较高,指示了弱硫酸盐还原作用对有机质消耗相对较少,更有利于有机质保存。火山活动和海侵作用均向水体提供了大量硫酸盐,但对陆相湖盆页岩中有机质的保存影响不同。火山活动影响的长7段页岩SRI普遍小于1.375,BSR对有机质消耗相对弱,页岩TOC高。而受海侵影响的青山口组一段底部和嫩江组一段底部页岩SRI...     

窑街矿区浅层煤系气储层特征及勘探开发关键技术

煤系气勘探开发不仅可以减少资源浪费,而且可以缓解我国能源危机,降低煤矿瓦斯事故,保护大气环境,为实现碳达峰、碳中和目标做出贡献。依托窑街矿区海石湾井田三采区浅层煤系气开发示范工程,分析窑街矿区煤系气储层特征,探讨煤系气勘探开发关键技术。研究表明:井田煤系气主要赋存于侏罗系中统窑街群煤系第四岩组(J₂yj4)的油页岩、油砂岩和第二岩组(J₂yj2)的油A层、煤二层等特厚产层中;油A层、煤二层气含量随着埋深的增加而增大;CO₂浓度较高,且随着埋深增加而减小;煤二层吸附能力较强,油A层更容易解吸;各层渗透率为油砂岩 > 油A层 > 煤二层 > 油页岩;抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比和脆性指数显示各产层改造难易程度由小到大依次为油砂岩、油A层、油页岩、煤二层。油页岩有机质丰度4.06%,干酪根类型Ⅱ₂–Ⅲ型;油A层有机质丰度43.27%,变质程度呈两极分化,腐泥煤镜质体反射率0.48%~0.53%,腐植煤镜质体反射率0.89%~0.97%;煤二层有机质丰度92.87%,其中镜质组体积分数67.90%,惰质组29.10%,壳质组3.50%,变质程度以肥煤为主,含少量气肥煤。与我国大部分欠压地层相比,各产层储层压力正常,产气潜力大;煤系气开发应优选煤二层、油A层和油页岩;多段分簇、限流法射孔工艺和细砂防滤失、投球暂堵、两高一低(高排量、高砂量、低砂比)的压裂工艺适合于该区致密特厚储层改造,挂泵位置低于煤二层射孔段和重力式螺旋气锚排采工艺可减少CO₂的影响,提高排采效率。这些关键技术的应用显著提高了井田示范工程产气效果,单井日产气量超过2 000 m3。      

页岩油地质评价实验测试技术研究进展

页岩油实验测试分析在页岩油地质评价中发挥着重要作用,目前页岩油储层矿物组成、有机质类型、丰度、物性以及岩石脆性等诸多方面的评价参数均需要通过实验测试来获取。本文评述了页岩油储层评价中烃源岩特性、储层储集性、含油性、可动性及可压性等各项实验测试技术研究现状和趋势,重点阐述了各项实验测试技术的目的及方法。页岩油烃源岩特性要综合有机质类型,丰度,成熟度,生物标志化合物,主量、微量和稀土元素等进行全面准确的评价;储集性与页岩矿物组成、孔隙、裂缝等储集空间分布特征密切相关,结合页岩含油饱和度、页岩油黏度、密度等评价页岩含油性和可动性;页岩可压性评价需综合考虑页岩的矿物组成、岩石力学特征参数等因素。同时探讨了页岩油储层地质评价实验测试技术未来发展方向,指出多种方法联合表征页岩油储层储集空间分布特征、不同赋存状态页岩油的分布特征、天然裂缝发育分析等是页岩油储层地质评价技术的关键攻关方向。     

梅河盆地油页岩特征及成因

梅河盆地为古近纪富含油页岩的小型断陷盆地。岩芯观察、薄片鉴定、有机碳、热解和工业分析等测试分析表明,梅河盆地发育高灰分中含油率型油页岩,油页岩中有机质处于未熟状态;黏土矿物以高岭石和伊利石为主,富含石英等稳定组分,U、Mo等元素较为富集,轻重稀土分异程度高。油页岩突变沉积于煤层之上,且上覆深灰色泥岩,表明其形成于半深湖-深湖环境;Sr/Ba比值和伽马蜡烷含量较低、V/(V+Ni)0.5,表明油页岩形成于缺氧的淡水中。油页岩中有机质来源较为复杂,黑色油页岩有机质丰度含量较高,以高等植物来源为主,油页岩产油率(含油率/TOC)较低;褐色油页岩TOC相对较低,有机质以湖泊生物为主,具有较高的产油率。     

断陷和坳陷盆地富有机质泥岩测试参数及研究意义

以松辽盆地和桦甸盆地为例,对盆地中富有机质泥岩进行系统测试。分析表明,富有机质泥岩中含油率和TOC、气体损失率呈明显的正相关; 而与半焦、密度呈负相关; 与全水的相关性不明显。结合相关研究表明,松辽盆地富有机质泥岩中有机质主要来自湖泊自身生产物,沉积速率较慢,且成岩作用相对较强,此盆地油页岩适合低温干馏炼油,因干馏后半焦中残留有机质较少,适合烧砖、制作水泥等。桦甸盆地油页岩有机质为湖泊生物和陆源有机质共同来源,沉积速率相对较快,成岩作用较弱,此盆地油页岩适合低温干馏炼油,干馏后半焦中残留有机质较多,适合发电和烧砖等,损失气体可以回收进行瓦斯发电。     

延安周边地区页岩地球化学特征及页岩油潜力评价

延安周边地区长7泥页岩地层中获得工业油流,使得针对该地区的勘探工作开始审视页岩油目标。基于此,开展了系统化的烃源岩品质评价工作以及页岩油气潜力分析工作,以期为深入的页岩油勘探提供参考。研究表明,研究区页岩有机质丰度整体较高,平均总有机碳含量4.05%;有机质类型主体为Ⅰ型、Ⅱ₁型及Ⅱ₂型;整体进入了生油窗,处于成熟生油的热演化阶段。页岩的物质来源为陆地与湖泊的混合来源,其整体上沉积于弱还原弱氧化环境。三类有机质中,有机质含量越高,则其生烃能力也越强;Ⅰ型有机质的生烃能力最大、Ⅱ₁型有机质次之,Ⅱ₂型有机质相对最小。Ⅰ型有机质、Ⅱ₁型有机质及Ⅱ₂型有机质,页岩油含量即总游离烃量分别为10.30 mg/g、8.99 mg/g、8.14 mg/g。页岩油相态以游离态为主,吸附态相对较少。可动用性方面,页岩油的可动用资源集中于Ⅰ型有机质,Ⅱ₁型有机质可动用较差,Ⅱ₂型有机质可动用性极差。在综合勘探潜力方面,最适于进行页岩油勘探的对象是Ⅰ型有机质,其次为Ⅱ₁型有机质。Ⅱ₂型有机质基本无页岩油勘探潜力。