渝东南地区志留系龙马溪组页岩粘土矿物特征及其地质意义

渝东南地区地处上扬子前陆盆地川中隆起与黔中隆起之间,古生界发育多套厚层黑色页岩,其中下志留统龙马溪组黑色页岩分布极为广泛,为区内重要的烃源岩。根据探井岩心X-射线衍射测试结果,页岩中粘土矿物的组合类型为伊利石、有序的伊/蒙间层和绿泥石,其中伊利石相对含量最多,平均含量为54%,伊/蒙间层次之,平均含量为36%。在纵向上粘土矿物的组合类型没有变化,但随着埋深的增加,伊/蒙间层不断向伊利石进行成岩转化,绿泥石的含量逐渐降低,埋藏加热作用在成岩过程中起主导作用。粘土矿物的组合类型也反映了干旱的古气候和富含钾、镁、铁离子的古水介质特征,盐碱性水介质在成岩过程中起到了重要的控制作用。伊/蒙间层的间层比和镜质体反射率表明龙马溪组黑色页岩已达到晚成岩阶段,有机质演化属于过成熟期。     

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。     

页岩储层成岩作用及其对储层脆性的影响 ——以渝西地区五峰组—龙马溪组深层页岩为例

页岩粒度细小、岩石致密、微观非均质性显著,在成岩作用改造下发育形成页岩气储层,成岩作用的研究可以为优质页岩储层发育机理提供依据.以渝西地区綦江观音桥剖面、南川泉浅1井、南川三泉剖面、大足Z-203井等代表性剖面、钻孔为例,通过X射线衍射、氩离子抛光—场发射扫描电镜、能谱、岩石薄片/光片显微观察、有机地球化学测试、力学特...     

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。     

渝东北地区龙马溪组页岩吸水特性及对其力学性质的影响

页岩中含有一定量的黏土矿物,在与水基压裂液接触后会表现出与泥岩相同的膨胀特性和强度弱化效应,进而引起套管外载增加,在页岩储层压裂过程中套管出现不同程度的变形问题。以渝东北地区龙马溪组页岩为研究对象,开展不同溶液体系下页岩的自吸、膨胀特性物理实验,分析页岩水化对其岩石力学特性的影响。结果表明：页岩吸水量与时间呈对数递增关系,在不同溶液体系中,吸水量大小表现为蒸馏水 > 地层水 > 滑溜水,含有减阻剂浓度小的滑溜水体系更利于减弱页岩的吸水能力;页岩膨胀率与时间呈逐渐增长趋势,黏土矿物含量、围压和溶液体系对页岩膨胀率影响明显,相对于黏土含量,围压对膨胀率影响更加明显,页岩在溶液体系中的膨胀性能表现为蒸馏水 > 地层水 > 滑溜水;页岩的抗压强度和弹性模量都随着水化时间的增加整体呈线性递减规律。研究结果对完井过程套管强度设计具有一定的指导意义。     

伊通盆地岔路河断陷粘土矿物特征及其对储层物性的影响

粘土矿物的类型和含量对储层的物性有着较大的影响。伊通盆地岔路河断陷储层属于中低孔、低渗储层。据粘土矿物X射线衍射分析,结合电镜扫描等资料分析研究,得出了储层的孔隙度、渗透率随粘土矿物的含量、成分、产状的变化关系。研究表明,粘土矿物的绝对含量与孔隙度和渗透率呈现负相关性,且其对渗透率的影响明显要比对孔隙度的影响大。随着伊利石含量的增加,砂岩的渗透率有减小的趋势;而随着高岭石含量的增加,砂岩的渗透率有增大的趋势,孔隙度随粘土矿物相对含量的变化不显著。     

含粉砂质层页岩储层孔隙结构和物性特征:以张家滩陆相页岩为例

鄂尔多斯盆地东南部延长组张家滩页岩储层中发育有大量粉砂质层,全面系统地理清张家滩页岩孔隙结构和物性特征,需要对比研究粉砂质纹层发育页岩、粉砂质层不发育的泥质页岩以及粉砂岩。本文选取了22块页岩样品,通过压汞法、气体吸附法和气测孔渗法等多种测试手段,结合扫描电镜观察,在对组成3种岩石类型的粉砂质层和泥质层孔隙发育类型研究的基础上,分析了3种岩石类型孔隙结构和物性特征的差异,并讨论了造成上述差异的影响因素。结果表明,粉砂质纹层发育页岩和粉砂岩孔径在100 nm以上的中-大孔孔体积较大,具有更好的储集和渗流能力。通过对比粉砂质层和泥质层的组分、沉积结构和成岩作用等的差异可知：粉砂质层中石英、长石等粉砂级刚性碎屑颗粒的富集有利于原始孔隙的形成和在物理压实过程中的保存;有机酸存在造成的酸性成岩环境有利于长石等颗粒发育溶蚀孔隙;液态烃等在颗粒表面形成的薄膜能够有效地抑制石英等胶结作用的发生。与泥质层相比,粉砂质层具有更好的孔隙形成和保存条件,使得粉砂质纹层发育页岩和粉砂岩的孔隙结构和物性特征明显优于泥质页岩。     

页岩气储层浅表样品垂向风化特征——以贵州习水龙马溪组页岩为例

页岩风化作用较为复杂,风化页岩由于有机质和矿物组成等发生改变,在页岩气资源评估过程中不能直接利用地表样品。前人主要利用露头样品关注其对环境的影响,少有从影响页岩气资源评估的角度进行研究。本文以页岩气重要储层下志留龙马溪组黑色页岩为研究对象,采集了贵州省习水骑龙村龙马溪组竖直钻孔样品共5 m,运用主微量元素分析、X射线衍射、总有机碳含量测试、热分析以及扫描电镜等方法,系统研究了该储层浅表样品的垂向风化特征。结果表明,研究区地表0 m处页岩严重风化,0.5~1.5 m范围内中等风化,2~5 m范围内可视为未风化的母岩。因此在页岩气资源初期评估时需要尽可能采集2 m以下新鲜样品。本研究查明了贵州习水龙马溪组页岩垂向风化作用规律,为页岩气早期资源评估野外采样提供了科研依据。     

升温速率对粘土矿物热效应特征的影响——以四川三台钙基膨润土为例

以四川三台钙基膨润土为例,采用热重(TG/DTG)、差示扫描量热(DSC/DDSC)同步热分析技术系统研究升温速率对粘土矿物加热过程中热效应特征的影响。根据实验结果,可将三台钙基膨润土的热分解过程可分为表面吸附水(114.1℃左右)和层间水(约181.9℃)失去,羟基的脱出(约651℃),蒙脱石晶体结构破坏(876.8℃)等3个阶段。证明升温速率对TG,DTG,DSC,DDSC等曲线热效应特征均有显著影响:(1)热失重(TG)是一种相对热失重,其结果与升温速率成反比,升温速率越慢,热失重越逼近绝对值,升温速率越快,热失重率越小。(2)加热温度≤400℃时,DTG,DSC曲线的分辨率与升温速率成反比,低升温速率有利于粘土矿物脱水反应类型的辨别;在400℃~900℃时,DTG,DSC的分辨率与升温速率成正比,提高升温速率有利于粘土矿物脱羟基反应的分辩。(3)加热温度≤400℃时,与TG,DTG,DSC等曲线相比,DDSC曲线中对粘土矿物脱水反应的分辨率最高;在400℃~1 100℃时,升温速率对粘土矿物脱羟、相变反应中DDSC曲线热效应特征的影响较为复杂。     

基于广域电磁法的页岩气有利区预测——以渝东北巫山地区为例

渝东北巫山地区是重要的页岩气勘探远景区,勘探程度较低.本次研究以岩石物理和测井数据为基础,以广域电磁法为手段,开展该区的页岩气有利区评价.通过对地表样品及井孔电阻率测井资料的分析,揭示研究区目的层富有机质页岩层电阻率表现为明显低阻特征,与上覆下伏地层电性差异明显,表明本区分布的上奥陶统五峰—下志留统龙马溪组富有机质页岩具备开展电法勘探工作的物性条件.在对电磁资料处理解释的基础上,查明了重庆巫山地区“隆凹相间”的构造格局,断裂性质主要为逆断层;目的层上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组富有机质泥页岩连续稳定分布,低阻特征明显,埋深范围在800~4 800m之间.综合考虑目的层页岩电阻率、极化率、埋深等因素,预测出页岩气有利区3个,区内富有机质页岩发育,页岩气勘探前景较好.     

Pore Types and Quantitative Evaluation of Pore Volumes in the Longmaxi Formation Shale of Southeast Chongqing,China

The common microscale to nanoscale pore types were introduced and divided into organic and inorganic pores to estimate their contributions to porosity in the Lower Silurian Longmaxi Formation shale of southeast Chongqing. Following the material balance principle, the organic porosity values, which changed with formation subsidence and thermal evolution, were calculated using chemical kinetics methods and corrected via the organic porosity correction coefficient, which was obtained from field emission scanning electron microscopy. Grain density values were determined using the contents and true densities of compositions in the shale samples. The total porosity was calculated based on the grain and bulk densities. The inorganic porosity was determined from the difference between the total porosity and organic porosity at the same depth. The results show that inorganic pores mainly contain microfractures, microchannels, clay intergranular pores, intercrystalline pores and intracrystalline pores in the Lower Silurian Longmaxi Formation shale of southeast Chongqing. Organic pores mainly include organopore and fossil pore. The total porosity, organic porosity and inorganic porosity of organic-rich shale samples can be quantitatively evaluated using this method. The total porosity, organic porosity and inorganic porosity values of the Longmaxi Formation shale samples from the well Py1 in southeast Chongqing lie in 2.75%–6.14%, 0.08%–2.52% and 1.41%–4.92% with average values of 4.34%, 0.95% and 3.39%, respectively. The contributions of the inorganic pores to the total porosity are significantly greater than those of the organic pores.     

川东南石宝矿区龙潭组页岩气(煤层气)潜力分析 ——以SD1井为例

二叠系龙潭组是四川盆地最主要的海陆过渡相页岩气勘探层位。通过钻井岩芯和薄片观察、X射线衍射、扫描电镜、有机地球化学分析、孔渗测试、现场解吸和等温吸附等手段, 以SD1井为例, 对川东南石宝矿区龙潭组烃源岩特征和页岩气潜力进行研究。结果表明: 1)研究区SD1井龙潭组泥页岩累计厚度约47.74 m, 与煤层及粉-细砂岩交互出现, 主要为分流间湾和沼泽微相沉积; 2)泥页岩总体黏土矿物含量高(平均值为49.7%), 富菱铁矿、黄铁矿和锐钛矿, 缺乏长石和其他碳酸盐矿物; 3)有机质主要由镜质组构成, 干酪根δ13C集中分布在–22.8‰ ~ –24.2‰之间, 以Ⅲ型干酪根为主, 有机质丰度高(TOC平均值为7.37%), 处于过成熟生干气阶段, 生烃潜力大; 4)储集空间主要包括微裂缝、有机质孔、溶蚀孔和晶间孔, 孔隙度变化在3.05%~4.35%之间, 平均值为3.79%; 渗透率约为0.486 μD, 远小于0.1 mD, 具超低孔超低渗特征; 5)现场解吸泥页岩含气量为0.61～4.70 m3/t, 平均值为2.16 m3/t, 含气性相对较好, 饱和吸附气含量均大于2.00 m3/t, 显示出良好的吸附性能。综合研究认为, 川东南石宝矿区龙潭组页岩气开发潜力较大, 龙潭组上段中部C14–C17碳质泥岩夹煤层组合和龙潭组中段上部C20–C24碳质泥岩夹煤层组合为主力勘查层段。     

利用方式对东北黑土粘土矿物组成的影响

土地利用方式是影响土壤可持续利用的重要因素。粘土矿物是土壤重要的活泼物质,会受利用方式的影响而发生改变。为了揭示利用方式对土壤粘土矿物的影响,对不同利用方式下的东北黑土进行土壤理化特性及粘粒XRD分析。结果表明:荒地、旱田(大豆)、旱田(玉米)、水田利用的土壤矿物颗粒的风化依次增强,伊利石的含量和结晶度也依次降低。经水田利用后的黑土,粘土矿物的演变过程为:云母→伊利石→蛭石和绿泥石。定量结果表明黑土水田利用会出现蛭石绿泥石化现象。综合说明旱田利用会使土壤结构破坏以及水土流失加剧,而水田利用则能较好的协调土壤理化性质,可较大程度的改良土壤。     

沁水盆地南部煤中矿物赋存特征及其对煤储层物性的影响

煤中矿物可以影响煤储层物性,进而影响煤层气的开发。运用光学显微镜和扫描电镜研究沁水盆地南部煤中矿物的种类、含量和赋存特征。基于煤储层的平衡水等温吸附实验和压汞实验,研究了沁南地区煤中矿物对煤储层吸附性能和孔渗性能的影响。结果表明,柿庄北区块3号和15号煤平均矿物含量分别为10.68%和12.81%,且15号煤硫化物含量较高。扫描电镜下可观察到充填煤储层胞腔孔、粒间孔隙和微裂隙的方解石、黄铁矿、高岭石和石英。孔隙度和渗透率以及兰氏体积和煤中大中孔比例均随灰分产率的增加而减小,表明煤中矿物的存在会降低煤储层的吸附性能和孔渗性能,煤储层中矿物充填主要影响煤的大中孔和裂隙,影响煤层气在割理和裂隙中的渗流,导致孔隙度和渗透率下降,而少量粘土矿物充填微孔可导致煤的吸附性能下降。     

煤系页岩气储层非均质性研究——以宁武盆地太原组和山西组为例

储层非均质性是影响煤系页岩气勘探开发的主要瓶颈之一。以宁武盆地太原组和山西组泥页岩为研究对象,通过钻孔资料、TOC、XRD、扫描电镜、压汞及低温液氮测试,划分泥页岩发育层段,分析煤系页岩TOC、矿物成分、孔隙度、孔容、比表面积参数宏观非均质性及孔隙结构非均质性,探讨宏观—微观非均质性影响因素。研究表明:太原组和山西组泥页岩平均厚度分别为32.77m和67.68m,可划分为5个层段和4种暗色泥页岩类型,黑色页岩具有TOC、孔隙度、水敏性中等,脆性高特点,是最利于开发的优质储层段;微孔主要受黏土矿物含量影响,呈现出正相关关系,在黏土矿物含量较低时,微孔与TOC呈现正相关;煤系泥页岩宏观非均质性主要受沉积和构造影响,微观非均质性受成岩演化影响。研究成果可为优选煤系页岩气优质储层段和压裂工艺提供可靠依据。     

渝东南下志留统龙马溪组页岩有机质孔隙发育特征:基于聚焦离子束氦离子显微镜(FIB-HIM)技术

页岩中的有机质孔隙对烃类气体的赋存至关重要。为了明确渝东南下志留统龙马溪组页岩的有机质孔隙发育特征,使用聚焦离子束氦离子显微镜(FIB-HIM)技术进行观察。FIB-HIM具有极高的分辨率,分辨精度可达到亚纳米级,能够有效识别直径为0~20 nm的孔隙。结果表明:龙马溪组页岩的焦沥青内部发育大量的有机质孔隙,孔隙直径大,连通性好,大量较小直径的孔隙嵌套在直径较大的有机质孔隙中,增加了页岩有机质孔隙系统的比表面积和孔隙连通性,有利于烃类气体在页岩有机质孔隙内的赋存及有效渗流。龙马溪组页岩的固体干酪根内部有机质孔隙的发育特征与焦沥青相比存在较大差别,固体干酪根内部发育的有机质孔隙数量少,孔隙直径小,连通性差,孔隙多呈孤立状存在于固体干酪根内部。     

应用扫描电镜与X射线能谱仪研究黔北黑色页岩储层孔隙及矿物特征

页岩储层研究已经成为页岩气研究的重点,页岩组构特征的特殊性使得页岩储层发育纳米/微米级孔隙。岩石及矿物中的纳米/微米级空隙是黔北黑色页岩的结构组分之一,传统的光学显微镜方法由于分辨率及放大倍数的限制无法对页岩储层的孔隙类型进行观察;核磁共振等仪器虽能准确测试页岩储层的孔隙度,但是无法获得孔隙的形貌及分布特征等信息。本文整合扫描电镜微区分析与X射线谱学分析的优点,运用Hitachi S-4800型场发射扫描电镜与IE250X-Max50牛津能谱仪组合,对黔北黑色页岩储层中矿物的分布、形态特征及矿物的组成元素进行分析测试。分析结果表明,利用场发射扫描电镜发现黑色页岩中发育微裂缝、纳米/微米级粒内溶孔;通过X射线能谱发现黑色页岩矿物主要有伊利石、石英、钠长石,其次为绿泥石、白云母、白云石等。黔北黑色页岩中裂隙直径为0.1~20μm,其中主要分布在1~5μm,均大于甲烷分子直径(0.414 nm),因此可作为天然气的运移通道与储集空间。此外通过X射线能谱仪对黔北黑色页岩中的石英、方解石、白云石、伊利石等脆性矿物进行分析,发现石英的含量(9.1%~78%)较高,伊利石(17.6%~25.5%)等黏土矿物含量较低,所以该页岩具有很高的脆性,易产生裂缝,可为游离气提供运移通道及储集空间,提高页岩气的产能及储量,进而为黔北地区储层评价及预测等提供依据。     

贵州寒武系和石炭系页岩气开采对环境影响分析——以牛蹄塘组和打屋坝组为例

贵州页岩气地质资源量巨大,达到1.048×10~(13)m~3。其中寒武系牛蹄塘组与石炭系打屋坝组是重要储集层位。本文在研究牛蹄塘组页岩与打屋坝组页岩的地层结构、岩性和地球化学特征,以及储层特征的基础上,分析水力压裂方法对地下水含水层的破坏作用,建立了页岩气压裂开采导致地下水含水层、隔水层被破坏引起地下水污染模式,预测了压裂液返排地面可能造成地表环境污染的风险。同时,采取牛蹄塘组和打屋坝组页岩进行浸泡试验,试验结果表明,页岩在浸泡过程中,元素的浓度随着时间、温度的变化而变化,并呈现出一定的规律性,特别是As、Cd、Pb、Se、Co、Ba等元素呈显著浸出,据此分析了水力压裂法在开采页岩气的过程中可能会产生的环境污染问题。     

碎屑岩自生粘土矿物的沉淀作用及其对储层的影响——以川西坳陷上三叠统须家河组砂岩为例

粘土矿物是影响碎屑岩储层物性的重要因素.本文以川西坳陷孝泉-新场-合兴场地区上三叠统须家河组砂岩为例,应用铸体薄片、普通薄片、X射线衍射分析和扫描电镜分析,研究了在成岩过程中自生粘土矿物的沉淀作用及其对储层的影响.结果表明自生绿泥石对储层原生孔隙的保存和次生孔隙的发育有利,自生高岭石的含量反映了次生孔隙的发育程度,而伊利石对储层的影响是负面的.     

A New Fracability Evaluation Approach for Shale Reservoirs Based on Multivariate Analysis: A Case Study in Zhaotong Shale Gas Demonstration Zone in Sichuan,China

Fracability characterizes the effectiveness of hydraulic fracturing. The existing assessment methods cannot reflect the actual value of the effectiveness due to a lack of comprehensive consideration and neglect of the influences of engineering factors. This study aims to solve this problem by implementing geological static data and production dynamic data in multivariate analysis in Zhaotong shale gas demonstration zone. First, the reservoir quality index (RQI) was introduced to evaluate the exploration potential by integrating the geological parameters with gray relational analysis. Moreover, the differences in fracturing fluid types and proppant sizes were considered, and the operating parameters were normalized on the basis of the equivalence principle. Finally, the general reservoir fracability index (GRFI) was proposed based on a dimensioned processing of the various parameters. A case study was conducted to verify the accuracy and feasibility of this new approach. The results demonstrate that (1) the organic carbon and gas content are adjusted to contribute the most to the calculation of the RQI, while the effective porosity contributes the least; (2) the fracturing scale is the main operating parameter determining the fracability, which has the strongest correlation with the effectiveness of fracking; and (3) the GRFI has a positive correlation with shale gas production, and the lower limit of the GRFI of 2,000 corresponds to a daily production of 50,000 m3/d; this value is defined as the threshold value of a stripper well. The GRFI is consistent with the productivity trend of shale gas wells in the research block, which suggests that the new model is accurate and practical for well candidate selection.