川东-武陵构造带下古生界海相页岩构造变形特征及对页岩气保存的影响

川东-武陵构造带下古生界发育的两套海相页岩层系(下寒武统牛蹄塘组和上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组)不仅是区域内重要的滑脱层,也是页岩气勘探开发的重点层位。通过野外详细的构造解析及室内显微观察,从宏观露头—显微尺度分析了页岩的变形特征,认为页岩至少存在两期构造变形:早期顺层向北西或南东的逆冲和晚期的切层断层作用。页岩的变形强度随着与断裂带距离的变化而发生改变,远离断裂带的地区页岩变形主要表现为近直立的微裂隙,属脆性域;靠近断裂带,页岩的变形特征逐渐表现为脆-韧性过渡,开始发育糜棱化构造;在断裂带内部,页岩强烈面理化,发育大量的糜棱化构造,属韧性域。通过氩离子抛光和扫描电镜技术,分析了变形页岩内部的孔隙演化特征,认为随着变形作用从脆性—脆-韧性过渡—韧性的转变,页岩内部的孔隙类型不仅可以发生转换,而且页岩内部孔隙的大小、分布特征也随之改变。在此基础上,进一步讨论了中国南方复杂构造区下古生界页岩变形对页岩气保存的影响,认为顺层剪切滑脱作用会改变页岩内部的孔隙体系,有利于页岩气的富集;切层的伸展或走滑剪切作用不仅会破坏先前形成的油气圈闭,而且会导致油气沿着断裂带从高势区向低势区运移,进而造成油气散失。      

海陆过渡相与海相富有机质页岩储层特征差异

海陆过渡相页岩气逐渐成为非常规油气的接替能源,系统分析海相与海陆过渡相储层特征差异,可为海陆过渡相页岩气勘探开发提供借鉴。选取大吉区块山23亚段底部海陆过渡相、威远区块龙一11小层海相页岩,开展TOC、有机质显微组分、全岩—黏土X衍射、物性、氩离子抛光扫描电镜、氮气吸附、核磁共振等实验,厘清了海相与海陆过渡相页岩储层宏观参数与微观孔隙结构两方面差异。结果显示:与海相页岩储层相比,海陆过渡相页岩储层TOC含量高达10.91%,干酪根类型为Ⅱ₂型,黏土矿物以高岭石为主,孔隙度与含气量略低。微观储层特征方面,海相页岩储层孔隙类型以有机孔为主,孔径分布介于10~50 nm,微裂缝主要为生烃增压缝和成岩缝,而海陆过渡相页岩储层孔隙类型以无机孔为主,孔径分布介于5~20 nm,有机孔多为孤立状不规则孔隙,微裂缝主要为有机质边缘缝和黏土矿物层间缝。在此基础上,初步揭示了海陆过渡相优质页岩储层孔隙发育受控于有机质和黏土矿物类型,阐释了页岩气赋存的优势孔隙类型为黏土矿物粒间孔。借鉴浅层海相页岩气的成功勘探实践经验,仍需加强有机质、矿物组分、孔隙赋气机制之间的三元耦合关系研究,以期为海陆过渡相页岩气的勘探开发提供坚实的理论支撑。     

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。     

页岩储层裂隙渗透率模型和试验研究

页岩储层的裂隙渗透率是评价页岩气开采的重要参数,基于裂隙法向刚度的概念,考虑页岩储层变形过程中裂隙系统和基质系统之间的相互作用以及页岩气解吸引起的体应变,提出了与有效应力相关的页岩储层的渗透率模型。然后分别分析了页岩气藏在单轴应变和常体积条件下的渗透率模型,分析表明,单轴应变和常体积条件下（3个方向的总应变都为0）的裂隙渗透率模型完全一致。采用脉冲衰减渗透率仪测试了煤系页岩的裂隙渗透率,当有效应力从0.7 MPa增加到14.5 MPa时,渗透率从41.81×10-17 m2降到5.43×10-17 m2。为了阐述渗透率模型的有效性,利用煤系页岩的渗透率数据对有效应力-渗透率模型进行拟合。结果表明,当裂隙的法向刚度、张开度和煤系页岩的初始渗透率分别为57 922.5 MPa/m、0.000 17 m和50.15×10-17 m2时,有效应力-渗透率模型和煤系页岩的渗透率拟合程度较好。然后利用现场渗透率数据对该模型进行拟合,结果表明,当裂隙的法向刚度和张开度的关系符合反比例函数时,拟合程度非常好。该渗透率模型适合于单轴应变、常体积和常围压条件,可用于描述页岩气开采过程中页岩储层裂隙渗透率随孔隙压力的变化规律。同时,该渗透率模型和P&M模型以及S&D模型进行了比较,结果表明,该渗透率模型的拟合结果与S&D模型基本一致,但与P&M模型存在一定的差别。     

海相页岩储层微观孔隙体系表征技术及分类方案

页岩储层作为一种非常规油气储集体,对其孔隙体系的研究备受重视。通过充分调研和系统总结国际上关于页岩储层微观孔隙体系的研究现状,综述了孔隙表征技术并指出了存在问题;以客观性和普适性为基础提出了两套分类方案;定性探讨了孔隙演化的一般规律。目前最常见定性观测页岩储层孔隙的方法为高分辨率电子显微镜结合氩离子抛光技术,聚焦离子束扫描电镜系统(FIB-SEM)和纳米CT技术可用于孔隙三维模型重构。高压压汞法结合气体吸附法用于定量分析页岩孔隙结构特征,此外核磁共振也是有效测试手段。分别根据孔隙发育位置与岩石基质关系以及孔隙发育成因与岩石基质关系,将页岩储层孔隙划分为粒间孔、粒内孔、有机质孔和微裂缝以及骨架矿物孔、黏土矿物孔、有机质孔和微裂缝。无机矿物成岩作用与有机质热成熟作用是控制页岩储层孔隙演化的重要因素。     

海相、海陆过渡相页岩矿物组成对页岩孔隙分形特征的影响

贵州地区海相和海陆过渡相富有机质页岩普遍发育,但页岩矿物组成差异大,页岩孔隙结构复杂,为定量研究矿物组成对页岩孔隙结构的影响,以低温氮气吸附和X衍射实验为基础,利用FHH模型计算孔隙分形维数并研究矿物组成对其影响。结果表明,海相页岩的分形维数D1为2.322～2.756,D2为2.756～2.914;海陆过渡相页岩的D1为2.538～2.814,D2为2.751～2.922,说明海相和海陆过渡相页岩的孔隙结构较复杂,海陆过渡相页岩的储集性较好,而海相页岩的储集性能变化较大,影响因素复杂。海相页岩孔隙的D2与有机质丰度呈"先正后负"的关系,与黏土矿物含量、石英含量呈"先负后正"的关系,与黄铁矿含量呈正相关;D1的影响因素复杂,与矿物组成不具有明显的相关性。海陆过渡相页岩孔隙分形维数与有机质丰度、黏土矿物含量、黄铁矿含量呈正相关关系,与石英含量呈负相关。有机质丰度和黏土矿物含量是影响页岩孔隙结构的最主要的因素。     

页岩沉积环境对其油气潜力的影响:以中国和北美对比研究为例

页岩油气是当前全球油气勘探和研究的热点,但其潜力评价一直是难点。该文以中国和北美的四套典型页岩为例,包括北美湖相Green River组、内陆海相Niobrara组、中国环境来评价相龙马溪组和济阳坳陷湖相页岩,发现页岩沉积环境与其油气潜力具有密切关系,因此可通过分析发现这四套页岩的沉积环境都具有页岩沉积环境评价其页岩油气潜力。通过微量元素、生物标志化合物、扫描电镜、X-CT和X射线衍射等方法,发现这四套页岩都具有一定的还原性和较高的生产力,且具有差异性。内陆海相Niobrara组页岩具有弱还原的沉积环境,在四套页岩中有机碳含量较低,呈块状沉积构造,裂缝与微裂缝较少,储集空间相对有限。焦石坝海相龙马溪组页岩为还原的沉积环境,岩石以富含有机质的硅质岩为主,可观察到大量的大孔隙与少量的微裂缝。Green River页岩和济阳坳陷页岩形成于陆相咸化的强还原沉积环境,有机碳含量高,页岩以纹层状结构为主,岩石组成脆性矿物含量高,含有大量的裂缝。可见,具有强还原沉积环境的页岩通常具有较好的勘探前景。     

围压下构造煤的孔隙度和渗透率特征实验研究

利用岩石孔隙度和渗透率测量系统,对不同煤质及不同类型构造煤的孔隙度和渗透率进行测试,结果表明,随围压增加构造煤的孔隙度和渗透率降低;不同煤质和不同类型构造煤有不同的变化规律,并进一步探讨了煤的结构,气体压力,气体成分等因素的作用机理。     

利用小角中子散射表征页岩闭孔结构与演化

随着页岩孔隙网络结构表征更加精细与定量化,页岩中闭孔含量、结构与演化引起了广泛关注.为研究页岩的闭孔特征,通过小角中子散射、氮气吸附、高压压汞和氩离子抛光—场发射扫描电镜等实验手段对四川盆地威201(W201)井中下志留统龙马溪组页岩、上奥陶统五峰组页岩和下寒武统筇竹寺组页岩中的闭孔含量及孔隙结构进行了测定,同时分析了...     

页岩气藏微裂缝表观渗透率动态模型研究

为研究页岩气藏开发过程中介质变形和滑脱效应对微裂缝表观渗透率动态变化的影响规律,分析有效应力和多孔介质结构参数等对气体渗流影响机制,采用光滑平板模型,结合分形及气体微观渗流理论,建立了介质变形和滑脱效应耦合作用下的微裂缝表观渗透率动态模型,并对模型进行可靠性验证和参数敏感性分析。研究表明,页岩气藏降压开采过程中受介质变形和滑脱效应“一负一正”耦合影响,微裂缝表观渗透率呈先减小后增大趋势,且临界压力值约为5 MPa;不同有效应力状态下,由于介质变形和滑脱效应耦合机制的差异性,导致表观渗透率变化规律不同,从微观作用机制角度对实验中不同加载条件下页岩应力敏感性的差异做出了理论解释;微裂缝最大开度越小,表观渗透率曲线“凹槽”越深,同时微裂缝孔隙度及开度分形维数越高、迂曲度分形维数越低,表观渗透率值越大。     

海陆过渡相页岩储层研究现状与展望

中国广泛分布石炭系—二叠系海陆过渡相富有机质页岩,开发利用其中赋存的页岩气对于缓解巨大的能源和环境压力具有重要意义。从沉积环境、地球化学、矿物学、岩石物理学等方面概述了不同区域、不同层位代表性海陆过渡相页岩的关键属性,并与典型海相和陆相页岩进行了对比和总结。结果表明,对于过渡相富有机质页岩,三角洲体系中的沼泽相及障壁-潟湖体系中的潟湖和沼泽相具备更优越的页岩气成藏条件。过渡相页岩与煤层、砂岩层频繁互层,岩相垂向上变化极其复杂,意味着其具有高度的非均质性。同时,TOC含量垂向变化较大,高低值交互出现,平均TOC含量总体高于海相和陆相页岩,表明其巨大的页岩气勘探开发潜力。海陆过渡相页岩有机质类型以Ⅲ型为主,Ⅱ型为辅,腐殖质显微组分约占70%,热演化程度普遍处于成熟—高成熟阶段,少数达到过成熟,总体介于陆相和海相页岩之间。过渡相页岩粘土含量较高,给压裂开发带来了较大的挑战。储集空间以粒间孔和粒内孔为主,有机质中可能普遍存在大量的不可见有机孔,但受有机质类型及成熟度的影响,它们理论上不是过渡相页岩的主要孔隙类型。高的粘土含量可能导致海陆过渡相页岩最低的孔隙度及较低的渗透率。海陆过渡相页岩的甲烷吸附能力分布范围较大,存在甲烷吸附能力较强的页岩,可能是受煤层的影响。目前,海陆过渡相页岩气储层的研究已经取得了很多重要的研究成果,但资源评价方法的不完善、“甜点”识别与预测技术不成熟、优势成藏环境研究不深入及“多气共采”可行性不确定,仍然是当前过渡相页岩气勘探开发面临的主要问题。     

中国二叠系海陆交互相页岩气富集成藏特征及前景分析

我国二叠系海陆交互相富有机质泥页岩层系分布广泛,主要有以山西组、太原组和龙潭组为代表的形成于滨浅海环境的含煤建造型和以孤峰组、大隆组为代表的含硅质建造型。本文通过大量页岩气富集评价参数资料对比和综合评价,得出两种层系富有机质页岩具有“有机质含量高、热演化适中、含气量高、孔隙度高”等特点,可与四川盆地已经开发的志留系龙马溪组海相页岩参数相媲美。按照页岩气形成富集成藏“岩相控碳、成岩控烃、构造控藏”的三大主控因素,综合评价和优选了鄂尔多斯盆地东缘、沁水盆地、南华北盆地、开江-梁平裂陷槽、城口-鄂西裂陷槽、皖江裂陷槽及湘中、川南-黔西等页岩气勘查远景区,期待对我国二叠系海陆交互相页岩气勘查开发提供支持。     

鄂尔多斯盆地陆相页岩微观孔隙类型及对页岩气储渗的影响

为深入研究鄂尔多斯陆相页岩储层微观孔隙特征及成藏地质意义,特选取了延长矿区本溪组、山西组、延长组长7、长9段的页岩钻井岩心进行了氩离子抛光扫描电镜实验、压汞实验、氦气吸脱附实验以及相关的地化等实验,实现了对孔隙特征从电镜下直观观察到吸脱附实验间接定性反映,以及对孔隙结构从宏孔到微孔的定量测试。研究结果表明,鄂尔多斯陆相页岩存在粒间孔、粒内孔、晶间孔、溶蚀孔、有机孔及微裂缝共6种微观孔隙类型。其中粒间孔、粒内孔普遍存在,且以黏土矿物聚合体粒间孔和层间粒内孔最为发育,粒间孔孔径多在微纳米级,粒内孔多在几十个纳米内;晶间孔和溶蚀孔仅少量存在于某些特定矿物中,孔径多为纳米级;有机孔相对不发育,以赋存于黏附结合态有机质中且呈凹坑状、片麻状有机孔为特征,孔径多在20nm以内;微裂缝少量存在,多为脆性矿物裂开缝或大型贯通式裂缝。另外,分析得出黏土矿物集合体粒间孔和层间粒内孔对研究区页岩气的赋存和运移贡献最大且是储层各向异性(渗透性)的主要控制因素,晶间孔及溶蚀孔次之;有机孔因相对不发育,可能贡献较小。同时微裂缝的影响不容忽视,是沟通宏孔与中孔的主要微通道。     

剪切作用对页岩有机质孔发育特征和吸附能力的影响

有机质孔是高成熟页岩储层中吸附气和游离气赋存的主要储集空间类型。中国南方海相页岩地层经历了多期构造改造,滑脱构造广泛发育。为了认识剪切作用对页岩有机质孔微观结构和吸附能力的影响,以张家界三岔地区下寒武统牛蹄塘组页岩为例,通过大量扫描电镜图像观测统计,对比分析了滑脱带页岩、邻近滑脱带页岩和远离滑脱带页岩有机质孔的发育特征,同时对这三类样品进行了甲烷等温吸附测试。研究结果表明,有机质内孔发育在有机质内部,孔径一般＜20 nm;位于有机质与矿物接触边缘的复合孔孔径整体大于有机质内孔,主要发育在滑脱带页岩中包裹有矿物碎片的有机质中。受剪切作用影响,这两类有机质孔均沿一定优势方向发生形变,形态更趋于狭长且定向性增强;同时页岩甲烷吸附能力变差,从滑脱带向远离滑脱带方向这种影响逐渐减弱。剪切作用对页岩储集性能和含气性具有重要控制作用,对认识复杂构造区页岩气保存条件和富集规律具有重要意义。      

四川盆地及周缘下古生界海相页岩气富集高产主控因素——以焦石坝地区五峰组—龙马溪组为例

利用钻井、地震及样品实验数据资料,首先对焦石坝地区五峰组—龙马溪组页岩气的形成条件进行了评价,然后探讨了四川盆地及周缘下古生界海相页岩气富集高产主控因素。研究认为:焦石坝地区五峰组—龙马溪组泥页岩具有厚度大、有机质丰度高、类型好、热演化程度较高、储集物性以及含气性好、以及良好保存条件和可压性等特点;四川盆地及周缘下古生界海相页岩气富集高产主控因素是富有机质泥页岩的发育程度、保存条件、天然裂缝的发育和泥页岩的可压裂性等,因为富有机质泥页岩的发育为页岩气的生成和储集提供了丰富的物质基础,良好的保存条件是页岩气富集的关键,天然裂缝和可压裂性是高产的重要保证。     

基于压汞分形的高变质石煤孔渗特征分析

研究石煤（腐泥煤）的孔渗特征,对于深入了解页岩气的吸附/解吸特征具有重要意义。基于分形几何原理,推导出煤岩不同类型孔隙和毛细管压力曲线的分形几何模型,并将孔隙分形维数分为渗透分维数和扩散分维数分别计算。根据压汞实验数据分析,利用双对数图计算了安康地区石煤孔隙结构的分形维数。研究结果表明：石煤渗透分维数D_s介于2.524~2.917,其与挥发分产率、水分含量、灰分产率和迂曲度呈正相关关系,与变质程度及平均孔径呈负相关关系;扩散分维数D_k介于2.488~2.931,其与变质程度、挥发分产率、水分含量和平均孔径呈正相关关系,与灰分产率和迂曲度呈负相关关系;在物性方面,渗透分维数随孔隙度增大而减小,渗透性的分形表征与扩散分维数呈负相关关系,这说明渗透孔越不均一,煤岩孔隙度就越大,而扩散孔的均一化程度可以为评价石煤储层物性提供重要依据。     

盘石水库坝址页岩的强度和变形特性研究

通过现场原位岩体力学试验,本文讨论了盘石水库坝址页岩的强度和变形特性,并对其影响因素进行了细致的分析,确定了页岩岩体的力学设计参数。