我国南方不同地区寒武系页岩含气性差异主控因素探讨

中国南方寒武系富有机质页岩具有很大的页岩气资源潜力,但不同地区的勘探效果差异较大。本文分析了近年来我国寒武系页岩含气性研究进展,讨论了寒武系页岩的储层特征、总有机碳(TOC)含量、孔隙度和构造保存条件等因素对页岩含气性的影响。中上扬子地区的寒武系富有机质页岩主要发育在绵阳—长宁裂陷槽、鄂西裂陷槽和湘黔渝深水陆棚—斜坡等沉积相区。寒武系页岩的孔隙度主要分布在1%～6%,孔隙以微孔和介孔占主导,总体以孤立密集发育的海绵状有机孔为主,区别于志留系龙马溪组页岩极为发育的气泡状有机孔。位于裂陷槽环境的寒武系筇竹寺组/水井沱组页岩的有机孔隙发育程度较好(有机质平均面孔率可达20%～50%),且无机孔也对总孔隙度有所贡献;页岩现今含气量为1.5～5.5 m³/t,是理论总生成气量的10%～30%(最大甚至超过50%),反映页岩气保存条件总体较好。而位于深水陆棚—斜坡环境的寒武系牛蹄塘组页岩有机孔发育程度较差(有机质平均面孔率小于20%),页岩现今含气量基本小于1.0 m³/t,不足理论总生成气量的10%,反映页岩气可能发生过大规模散失,页岩气保存条件较差。...     

黔中隆起及周缘下寒武统牛蹄塘组页岩气勘探前景

文章基于黔中隆起及周缘地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩的野外露头,并与周边钻井资料类比,通过野外地质观测、样品显微薄片等多项实验测试,以地层沉积、岩石学、有机地球化学和泥页岩含气性等为重点,对其下寒武统牛蹄塘组页岩气形成的成藏条件与勘探前景进行了分析。结果表明黔中隆起及其周缘地区下寒武统牛蹄塘组主要发育以盆地相—深水陆棚沉积环境控制的富有机质泥页岩,富有机质泥页岩厚度大(80~160 m),有机质丰度高(平均TOC含量3.63%),有机质类型好(Ⅰ-Ⅱ1型),热演化程度高成熟―过成熟(Ro1.55%),石英等脆性矿物含量丰富(平均46%),泥页岩中发育微米至纳米级微孔隙和微裂缝,且有较好的保存条件,有利于页岩气的形成与富集,具有较好的勘探前景。     

雪峰隆起西缘湘张地1井牛蹄塘组页岩含气性特征及控制因素

雪峰隆起周缘是四川盆地外围页岩气勘探的重要区域,下寒武统牛蹄塘组为该区主要的页岩气层位,为深入研究页岩含气性特征,以隆起西缘湘张地1井钻井资料为基础,借助现场含气测试数据,对页岩纵向含气性进行精细描述,并以此探讨牛蹄塘组页岩气分布规律与控制因素.湘张地1井牛蹄塘组页岩气整体呈上低下高、局部富集的分布规律,受有机质含量、矿物组分、孔隙与裂缝、物性、滑脱构造等因素共同控制.下部页岩有机质和脆性矿物含量高、裂缝与孔隙较发育,气体吸附的比表面积主要由有机质孔隙提供,脆性矿物有利于孔缝的形成与保存,裂缝与孔隙的发育有效改善了储层物性,为游离气提供大量储集空间,配合存在的滑脱构造带,使下部总含气量较高,且以游离气为主,占比58%~82%,尤其底部滑脱带内吸附气含量极低,孔缝发育程度对总含气量的影响大于有机质含量,同时,孔缝分布的不均也导致气体在局部较为富集;上部页岩孔缝欠发育,有机质与脆性矿物含量均低于下部,整体含气性较差,吸附气占比略大,主要受有机质含量控制,可作为下部含气段直接有效的盖层.此外,下部页岩岩石力学脆性强、成岩作用晚、热演化程度高、抗压强度与主应力差低,具备较强的可压裂性,有利于后期改造.      

黔北绥页1井牛蹄塘组页岩气地质特征及资源潜力分析

黔北地区位于上扬子地台区,断裂构造发育。该地区下寒武统牛蹄塘组海相沉积发育,以陆棚沉积为主,尤以深水陆棚沉积对页岩气形成有利。目标层位牛蹄塘组绥页1井资料分析的结果表明:牛蹄塘组有利潜质页岩主要位于该组下部,有机质丰度高、成熟度高、微裂隙发育、含气性好,页岩气的保存条件好,牛蹄塘组上段成为保存页岩气的良好盖层。牛蹄塘组页岩气地质特征分析表明,牛蹄塘组页岩气资源潜力较大。     

雪峰古隆起边缘下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏地质特征及有利区预测

雪峰古隆起边缘下寒武统牛蹄塘组页岩具有良好的生烃和储集条件,是重要的页岩气勘探层位,但受多期构造运动改造,页岩气保存条件复杂,页岩气勘探一直未获突破.基于野外地质调查、钻探资料,结合有机地化分析测试等手段,对雪峰古隆起边缘即沅麻盆地及周缘下寒武统牛蹄塘组页岩气地质条件和勘探前景进行综合评价.研究表明:牛蹄塘组沉积于深水陆棚相,页岩有机碳含量TOC值普遍大于2.0%,一般在3.0%~5.0%之间;有机质类型为Ⅰ型;有机质成熟度2.17%~3.38%之间,平均为2.79%;页岩碎屑矿物平均含量77.25%;粘土矿物平均含量22.71%,硅质含量高,脆性较大,易于储层改造.综合地化、储层物性及保存条件等评价指标,提出沅麻盆地草堂凹陷及古隆起北缘凤凰-吉首-张家界一带为牛蹄塘组页岩气勘探有利区带.      

湘西北常页1井下寒武统牛蹄塘组页岩气储层特征

湘西北常页1井为目前国内钻遇海相页岩层段厚度最大的调查井,其下寒武统牛蹄塘组页岩厚度约700m。该套页岩组合以粉砂质页岩、粉砂质页岩夹泥岩、炭质页岩、泥灰岩、钙质页岩、含炭钙质页岩、细晶灰岩、硅质页岩为主,见钙质结核及黄铁矿条带。其底部200m以富有机质炭质页岩为主,石英、长石和黄铁矿总量平均为41.9%,粘土矿物含量平均为27.9%,方解石和白云石含量平均为8.7%,与美国典型页岩储层相似。牛蹄塘组页岩有机碳含量底部为3.9%~17.6%,上部为0.3%~2.1%;平均孔隙度为1.57%,平均渗透率为0.004×10-3μm2。氩离子抛光扫描电镜下页岩微孔隙主要包括矿物晶间(溶)孔、晶间隙、晶内孔,有机质内微孔和微裂缝等。根据比表面-孔径分析,页岩孔喉中值半径最大为6.6nm,平均为5.5nm。综合研究认为牛蹄塘组海相页岩储气能力与孔隙体积、孔隙度、矿物成分、TOC等均有着一定的关系,其中有机碳含量是影响页岩含气量的最主要因素,其次是石英含量、粘土矿物含量、黄铁矿含量、比表面积和BJH总孔体积。利用多元线性回归法,建立了常页1井牛蹄塘组页岩含气量地质模型。     

下扬子地区牛蹄塘组和五峰组—龙马溪组页岩孔隙结构特征的差异性分析

页岩气体主要以游离态和吸附态存在于页岩储层中,页岩的孔隙结构决定着页岩的吸附和渗流特性,页岩孔隙结构特征包括孔隙的大小、体积、比表面积、形状、连通性和空间分布等,这些特征对页岩气的富集具有重要的影响。因此,研究页岩储层的孔隙结构对于页岩的含气性评价和勘探开发具有十分重要的意义。利用场发射扫描电镜对样品进行观察,定性分析孔隙结构特征。利用压汞实验、低温气体(N2、CO2)吸附实验,结合定性与定量表征手段,分析下扬子地区下寒武统牛蹄塘组和上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组2套富有机质页岩孔隙结构特征的差异。从扫描电镜观察结果来看五峰组—龙马溪组页岩内的孔隙主要发育在有机质网络内,有机质孔隙相互连通。根据页岩的N2吸附脱附曲线形态也可以发现五峰组—龙马溪组页岩等温线的滞后环较大,在相对压力为0.4~0.5可以看到拐点,说明对应的孔隙以两端开放的管状孔和平行壁的狭缝状孔为主,孔隙连通性好,有利于气体的渗流。从扫描电镜中观察到牛蹄塘组页岩中的孔隙主要由粒间孔隙和有机质孔隙组成。粒间孔隙相对较大,但数量较少,彼此之间互不连通;有机质孔隙相对较小,呈圆球状,孔隙直径集中在几到几十纳米之间。根据其等温线上滞后环狭小,拐点不明显,说明也页岩中发育有单边封闭的盲孔,孔隙孔道堵塞,形成盲孔。根据压汞实验、低温气体吸附实验的数据可得出牛蹄塘组页岩的总孔体积与总比表面积均大于五峰—龙马溪组页岩。可是分别从微孔、介孔和宏孔来看,牛蹄塘组页岩只有微孔的孔体积与比表面积大于五峰—龙马溪组页岩,而介孔与宏孔范围内的孔体积与比表面积均小于五峰—龙马溪组页岩,说明牛蹄塘组页岩微孔更加发育,空隙间的连通性较差,气体容易保存却难渗流;龙马溪组的孔隙连通性更好,有利于页岩气的开发。     

黔北地区牛蹄塘组页岩气成藏条件及有利区评价

为评估黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩气资源潜力,根据井下岩心和露头岩样的地球化学实验分析结果,对黔北地区牛蹄塘组页岩气成藏条件进行了研究,并评价了该区页岩气成藏的有利区。研究表明:黔北地区牛蹄塘组页岩主要形成于深水陆棚相沉积,页岩埋深适中(<3 000 m),富有机质页岩厚度较大(30~110 m),有机碳含量高(平均TOC>3.0%),有机质类型主要为Ⅰ型,热演化程度高(R_o>2.0%,为过成熟),页岩储层物性为低孔渗,发育大量的微米-纳米级孔裂隙,富含石英等脆性矿物(平均含量>40%),页岩含气量较高(平均1.5 m³/t),具备良好的页岩气成藏条件。在上述基础上,提出东南部的石阡-余庆-施秉一带为黔北地区牛蹄塘组页岩气成藏有利区。     

黔西北下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏条件与有利勘探区预测

以野外露头调查、老井复查和岩心样品测试等为基础,通过现场解吸实验和等温吸附模拟的含气性分析,认为黔西北下寒武统牛蹄塘组岩性主要为深水陆棚黑色碳质页岩和浅水陆棚粉砂质页岩,其中富有机质页岩段为牛蹄塘组底部的碳质页岩。页岩沉积厚度大(大于39m)、分布稳定。有机质类型主要为Ⅰ型干酪根,有机碳含量较高(富有机质页岩段平均大于5%),有机质热演化程度处于高—过成熟阶段;页岩储层中微裂缝、微孔隙发育,具较好的孔隙度(平均5.14%)和渗透率(0.011 4×10-3μm2),含气量大(平均1.3 m3/t),具有良好的气资源潜力。预测金沙—息烽以及仁怀两个地区为页岩气勘探有利区。     

渝东北下寒武统牛蹄塘组页岩微纳米孔隙结构特征

中国南方下寒武统牛蹄塘组页岩是目前页岩气勘探的主要目的层位之一,然而在渝东北地区其勘探效果不尽如人意,原因在于其孔隙结构特征并未清楚.采用聚焦离子束扫描电子显微镜、纳米C和气体吸附实验等方法对渝东北地区下寒武统牛蹄塘组页岩微纳米孔隙结构进行了定量表征.结果表明,牛蹄塘组页岩的微纳米孔隙类型主要为无机质孔隙,包括粒间孔和粒内孔,而N₂吸附滞后环类型属于4型,对应孔隙类型为单边狭缝型孔隙;牛蹄塘组页岩的平均总孔体积为0.0317mL/g,平均总比表面积为34.7m2/g.牛蹄塘组页岩过高的演化程度导致有机质孔隙不发育,进而导致其微纳米孔隙具有较差的连通性;中孔贡献了绝大部分的孔体积,而微孔则贡献了相对较多的比表面积.      

湖南省下寒武统牛蹄塘组页岩孔隙结构特征

选取下寒武统牛蹄塘组作为湖南省页岩气勘探开发的目标层位,通过对典型页岩样品的有机碳含量、有机质成熟度、矿物形态、裂缝形态、孔隙结构特征等进行测试分析,结果表明:1从采集的65块黑色页岩样品的有机碳值分析,有机碳含量普遍较高,最高值达到17.7%。其中湘西北高值区主要在大庸、慈利、桃源和常德县等地,含量在6%~15%;湘南高值区主要分布在衡阳、郴州及江永;湘西、常德部分地区、龙山地区等热演化已达到成熟及过成熟阶段。2牛蹄塘组裂缝发育,孔隙类型有原生孔、外生孔、矿物质孔,矿物质含量高,矿物自形程度高。3牛蹄塘组储层微孔较多,且孔隙体积较大,具有较好的储气性。研究认为:湖南省下寒武统牛蹄塘组页岩储层微孔较多,且孔隙体积较大,具有较好的储气性;孔隙和喉道分布均匀,孔隙分布较均匀,有利于页岩气的排出;页岩吸附能力较强。据此得出牛蹄塘组是湖南省页岩气勘探开发的重点目标层位。     

黔东南地区牛蹄塘组页岩孔隙结构多尺度表征及其对页岩气富集的影响

【研究目的 】研究黔东南地区牛蹄塘组页岩孔隙结构特征及其对页岩气富集的影响,抛开不利因素,为黔东南地区页岩气勘探提供建议。【研究方法 】通过聚焦离子束扫描电镜（FIB-SEM）、场发射扫描电镜（FE-SEM）和氮气吸附等手段,对页岩微纳米孔隙结构进行多尺度表征,并结合研究区牛蹄塘组页岩的生烃及埋藏史,研究构造运动与孔隙结构关系,进而分析对页岩气富集的影响。【研究结果 】牛蹄塘组页岩主要发育毫米级微裂缝、微米级黄铁矿晶间孔以及纳米级有机质孔隙,以墨水瓶状孔隙和平板结构的狭缝孔为主,孔隙结构复杂;结合FIB-SEM三维重构结果,有机质在页岩中占比较高,其孔隙度在0.04%～2.48%,对总孔隙的贡献率介于14%～96%,与有机质共生的黄铁矿晶间孔是沟通裂缝的主要孔隙类型;该地区页岩气赋存状态以欠饱和的吸附气为主,游离气含量偏低。【结论 】牛蹄塘组页岩大量构造裂缝,沟通了有机质孔及黄铁矿晶间孔,改变了原有孔隙结构,致使原位聚集的页岩气沿裂缝逸散,是牛蹄塘组页岩含气量低的关键因素。热演化程度适中、构造保存好的区域是古隆起周缘下一步页岩气勘探的有利方向。     

湖南石门地区下寒武统牛蹄塘组页岩气储层特征及储集条件分析

主要从岩性组合特征、岩石学特征、孔渗特征、比表面积、储集空间及其吸附性能等方面系统分析了湖南石门地区下寒武统牛蹄塘组页岩气储层特征及储集条件。该地区牛蹄塘组页岩脆性矿物质量分数为40. 8%~79. 6%,平均60. 15%,脆性矿物含量丰富;脆性指数分布在0. 41~0. 82,平均0. 61,脆性指数高。页岩有效孔隙度为0. 69%~16. 07%,平均10. 16%,孔隙度中等偏高,且差异较大;渗透率为0. 27×10-6~5. 7×10-6μm2,平均0. 92×10-6μm2(0. 000 92mD),渗透率相对较低。页岩中发育基质晶间孔、粒间孔、溶蚀孔以及有机质纳米孔等,且页岩原生孔隙系统的渗透率相当低,但原生孔隙内表面积大,拥有较多潜在的吸附空间。等温吸附试验结果表明,石门地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩的吸附含气量范围为0~6. 504 8cm3/g,含气量推测值0. 06~3. 32m3/t,具有较好的吸附气性能,具备较好的页岩气资源前景。     

黔北地区牛蹄塘组页岩有机质富集及有机质孔隙发育机制研究

基于上扬子黔北地区下寒武统牛蹄塘组典型钻孔剖面,通过对代表性样品TOC含量、矿物组成、主量元素、微量元素、孔隙特征等测试分析,对黔北地区下寒武统牛蹄塘组页岩有机质特征、沉积环境以及孔隙发育机制开展了系统研究,为黔北地区牛蹄塘组页岩气的勘探提供参考。黔北地区牛蹄塘组中、下段发育富有机质页岩,TOC含量平均值为2.53%,TOC含量大于2.0%的富有机质页岩累积厚度约80 m。对氧化-还原环境敏感参数U/Th、Mo/Al和U/Al的研究表明,富有机质页岩形成于强还原性的沉积环境。牛蹄塘组中段富含黏土矿物的中等TOC含量页岩段较底部贫黏土矿物的高TOC含量页岩段孔体积和孔比表面积更高,有机质孔发育更好,可能与剖面下段排烃效率较高有关。富含黏土矿物的中等TOC含量页岩黏土矿物粒间孔较为发育,为生烃期原油或者运移沥青提供了一定的储集空间,并在更高热演化条件下二次裂解成气产生有机质孔。牛蹄塘组中段中等TOC含量页岩段较底部的高TOC含量页岩段为更有利的页岩气富集层段。     

湘西北下寒武统牛蹄塘组页岩气储集条件研究

为客观评价湘西北地区下寒武统牛蹄塘组页岩气资源勘探潜力,本研究利用X射线衍射仪（XRD）、高倍扫描电镜、扫描探针显微镜等系统研究了其页岩气储集条件。XRD分析结果表明, 泥页岩中脆性矿物含量为53.8%-98.1%, 平均77.9%,脆性矿物含量丰富,其高值区主要分布在张家界柑子坪、三岔及其周边地区。高倍扫描电镜分析结果显示,湘西北下寒武统牛蹄塘组泥页岩中发育残余原生孔隙、有机质微孔隙、不稳定矿物溶蚀孔、矿物层间微裂隙和构造裂缝,其中构造裂缝、有机质微孔隙和不稳定矿物溶蚀孔是页岩基质孔裂隙的主要组成部分。扫描探针显微镜分析结果显示,湘西北下寒武统牛蹄塘组泥页岩中蜂窝状的有机质丰富,主要呈分散状和条带状分布,其内部纳米级孔隙发育。Ultrapore-200A氦孔隙仪测试结果显示,湘西北下寒武统牛蹄塘组泥页岩孔隙度较低,为0.6%～11.7%,平均4.6%,其影响因素主要是构造裂缝,其次是泥页岩有机碳含量和长石含量。ULTRA-PERMTM200渗透率仪测试结果显示,湘西北下寒武统牛蹄塘组泥页岩的渗透率度较低,为 0.002mD~0.06mD,平均0.014mD,其影响因素主要是构造裂缝,其次是矿物层间微裂隙。等温吸附实验结果表明,湘西北下寒武统牛蹄塘组泥页岩具有较好的吸附气性能,其影响因素主要是有机碳含量,其次是粘土矿物含量。     

贵州省主要黑色页岩层页岩气成藏规律及找矿潜力

贵州发育多套黑色页岩层,其中最重要的页岩层为寒武系牛蹄塘组/渣拉沟组、奥陶系五峰组-志留系龙马溪组和石炭系打屋坝组/旧司组,前期实施了多口探井调查其页岩气资源条件,勘查结果显示不同的黑色页岩页岩气富集成藏特征有明显差异。牛蹄塘组/渣拉沟组页岩层在全省分布最广,有机质丰度最高,但热演化程度同样很高,页岩气含量偏低甚至局部地区以氮气为主,受构造破坏影响很大;五峰组—龙马溪组、打屋坝组/旧司组页岩层分布范围和有机质丰度不如牛蹄塘组/渣拉沟组,但生烃演化历程相对要短,热演化程度适中,受构造破坏影响相对较小,页岩气富集受有机质丰度、微观孔隙发育、矿物成分影响明显。三个主要页岩层中,五峰组—龙马溪组和打屋坝组/旧司组页岩气勘查显示较好,资源条件较佳,找矿潜力大,是下一步贵州页岩气勘查开发的重点层位。     

渝东南地区黑色岩系储集层特征及含气性评价

基于野外地质成果和页岩气调查评价资料,笔者对渝东南下寒武统牛蹄塘组黑色岩系进行了研究,并对其中黑色页岩的储集层特征及含气性进行了初步评价。该区牛蹄塘组黑色岩系主要可分为黑色碳质页岩、薄层黑色含粉砂页岩、中薄层黑色含粉砂碳质页岩及黑色薄层硅质岩等4种岩性。研究认为,黑色岩系中泥页岩储集层具有含气量大、有机碳含量高、成熟度高等特点,并且纳米孔隙、微裂隙十分发育,有利于页岩气的勘探开发。研究区东南部为下寒武统牛蹄塘组页岩气开发有利区块。     

湖南省保靖地区下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏条件分析

为评价湖南省保靖地区寒武系牛蹄塘组页岩气勘探潜力,利用野外地质调查及页岩气井勘探成果资料,结合钻井岩芯样品测试结果,研究了保靖地区牛蹄塘组页岩储层发育特征及其分布规律.保靖下寒武统牛蹄塘组发育被动大陆边缘浅海深水碎屑岩陆棚相黑色碳质页岩、深灰色泥岩、深灰色钙质粉砂岩.该页岩层系分布稳定,厚度较大(90 m),有机质丰度较高(1.48%~3.49%),为I型干酪根,成熟度较高(3.90%~4.86%),处于过成熟阶段;脆性矿物含量较高(38.4%~50.5%),具较好的破裂潜力;成岩作用较深,黏土矿物以伊利石和伊蒙混层为主;页岩孔隙度中等(0.50%~4.24%),渗透率极低(0.0005×10-3~0.0146×10-3μm2).储集空间有晶体矿物晶面溶蚀孔、矿物边缘溶蚀孔、有机质溶蚀孔、黄铁矿晶间孔、成岩作用解理缝和构造裂缝.综合分析认为,湖南省保靖地区下寒武统牛蹄塘组具有较好的页岩气成藏地质条件,裂缝发育区可促进页岩气聚集,在保靖县东部昂洞—泽碧一带可以加大勘探力度.     

湖南省安化地区寒武系小烟溪组页岩气成藏条件分析

为查明湖南省安化地区寒武系小烟溪组（Ꞓ1x）页岩气勘探潜力,在对页岩气钻井资料分析基础上,结合野外地质调查、大地电磁测量及样品测试结果,研究了该组页岩分布特征、有机地化指标、岩矿组分、储集空间、含气性及保存条件。结果表明：安化地区寒武系小烟溪组暗色泥页岩的厚度普遍都在100 m以上;页岩有机碳含量高、有机质为I型、热演化程度高;页岩中的脆性矿物含量较高,均为硅质页岩岩相类型,具有溶蚀孔、粒间孔、铸模孔和微裂缝四种微观孔隙类型;钻井页岩岩芯现场解吸气含量较低,但实验条件下吸附气含量明显较高,表明发生过页岩气逸散;区内构造以开阔型褶皱为主,断裂相对不发育,页岩层顶板的封闭性较好,但底板的硅质岩中高角度裂缝较发育,易成为页岩气逸散通道。综合分析认为,研究区寒武系小烟溪组具有较好的页岩气成藏物质条件,但钻井所在位置目的层埋深较浅,底板封堵性较差,不利于页岩气保存;往南靠近向斜核部区域页岩气保存条件会更好,具备一定的勘探潜力。     

湘鄂西地区下寒武统牛蹄塘组页岩气聚集条件及含气性影响因素

以钻井、野外露头测量、实验测试数据为资料依据,通过对湘鄂西地区下寒武统牛蹄塘组页岩有机碳含量、热演化程度、矿物含量、储集特征等的分析,认为牛蹄塘组页岩全区分布,富有机质页岩发育于牛蹄塘组中下部,分布稳定,厚度介于40~150m之间;有机碳含量高,介于2.0%~14.64%之间;热演化程度高,主体大于2.0%以上,综合评价页岩品质好。等温吸附实验表明,牛蹄塘组页岩具有较强的天然气吸附能力。现场解吸实验表明,牛蹄塘组含气量整体偏低且氮气含量高。多期构造运动的改造和大型通天断层的发育是影响牛蹄塘组页岩含气性的主要因素,过高的热演化程度对含气性亦有一定影响。