涪陵页岩气田五峰组—龙马溪组页岩气保存条件评价

保存条件是影响页岩气富集高产的关键。综合利用地质、钻井、测井、地震等资料,分析了涪陵页岩气田的盖层和顶底板特征、流体压力特征和构造特征,从宏观和微观两个方面重点对影响页岩气保存的主要指标进行了研究,对涪陵页岩气田保存条件的平面差异性进行定量-半定量的评价。结果表明:研究区发育多套区域盖层,其中以中志留统小河坝组—韩家店组盖层分布最广,封闭能力最佳;页岩气层顶底板条件较好,为典型的"上盖下堵"型;研究区除具有良好的区域盖层和顶底板封闭性能外,还存在一定的泥页岩层的自身封闭作用。根据五峰组—龙马溪组地层变形和断裂发育情况,以石门—金坪断裂带为界把研究区划分为东带和西带,东带地层压力较低,构造变形和断层发育程度均高于西带,整体上西带保存条件好于东带。含气泥页岩所在的中构造层可分为9种主要局部构造样式、5类构造变形,对不同构造变形区块的页岩气保存条件进行了综合评价,构造稳定型的焦石坝箱状背斜、江东斜坡保存条件最好,较稳定型的平桥断背斜次之。     

西昌盆地五峰组—龙马溪组页岩气保存条件研究

保存条件是影响页岩气富集高产的关键因素。本文综合利用地质、钻井等资料,分析了西昌盆地五峰组-龙马溪组的顶底板条件、构造特征、地层压力特征和气体组分,从宏观和微观两个方面对影响页岩气保存的主要指标进行了研究,在此基础上开展了西昌盆地保存条件综合评价。结果表明：盆地各凹陷主要由走滑-冲断带相隔,凹陷内地层缓倾,构造样式表现为宽缓-开阔褶皱,由于受到盆缘断裂冲断作用的影响,盆缘褶皱常表现为紧闭-闭合褶皱,地层近于直立,局部发生倒转;西昌盆地内部构造缩短量较少,缩短率均<20%,指示整个盆地内部构造变形强度较弱;盆地南部布拖区域,龙马溪组页岩可形成典型压力封存箱式地质结构,箱内与箱外存在一定压力系数差,箱内地层压力稳定,保存条件好;综合多期构造作用下的断裂和裂缝发育状况、隆升剥蚀、构造变形条件等因素,在西昌盆地东缘优选出昭觉和布拖两个页岩气有利区。     

川东南地区五峰组—龙马溪组页岩气成藏条件分析

上奥陶统五峰组(O_3w)—下志留统龙马溪组(S_ll)是川东南地区页岩气勘探开发的重要层系。利用钻井、测井、地震及分析化验等资料,明确了川东南地区具有较好的页岩气成藏条件。该区位于深水陆棚有利沉积相带,优质页岩(TOC2.0%)厚度大,介于20~50 m之间,呈北东—南西向展布,有宜宾—泸州和石柱—建南两个厚度中心,有机质丰度高(平均TOC2.0%),热演化程度适中(2.0%Ro3.0%),脆性矿物含量高(平均65.4%),有机质孔发育,以微孔—中孔为主,含气量高(大于2 m~3/t),盆内压力系数普遍高于1.2,保存条件好,页岩埋深普遍在1500~4500 m。综合以上分析,选取优质页岩厚度、页岩埋深及页岩气保存条件3个参数作为核心评价指标,孔隙度、总有机碳含量和含气量作为辅助评价指标,建立了页岩气有利区评价标准,评价出涪陵—武隆—彭水、丁山—松坎、五指山—昭通—长宁及威远—富顺—永川共4个有利区带,为川东南地区五峰组—龙马溪组页岩气下一步勘探指明了方向。     

渝东南盆缘转换带五峰组—龙马溪组页岩压力体系与有机孔发育关系

四川盆地东南部及其盆缘转换带（以下简称渝东南盆缘转换带）是中国常压页岩气勘探的热点地区。为了厘清渝东南地区页岩气富集规律、优选水平井穿层层段及指导多层系立体开发建设,本文基于扫描电镜的图像定量表征技术,结合三轴力学、液氮吸附等实验分析结果,研究了页岩压力体系与有机孔的发育关系。结果表明：渝东南盆缘转换带五峰组—龙马溪组页岩下部①—②小层有机孔孔径小（1~30 nm）,孔隙发育的密集程度高（55.55~808.03个/μm²）;其上部③—⑤小层有机孔孔径变大（30~50 nm）,孔隙发育的密集程度低（47.31~466.42个/μm²）;压力系数与有机孔圆度有明显的正相关性。基于液氮吸附实验的孔隙体积分形维数结果表明,研究区龙马溪组页岩孔隙内流体压力的增加,能够对孔隙进行更好的支撑作用,保证孔隙不会因为上覆地层压力而造成变形,使得孔隙能够得到更好的保存。因此,有机孔发育差异是上覆地层压力和孔隙内流体压力共同造成的结果。对于常压区,上覆地层的压力对孔隙发育有着更为重要的影响;对于超压区,孔隙内流体压力的增加会减缓孔隙的变形和消失。三轴力学实验表明,①小层上部观音桥段的存在使得岩石的抗压强度变大,由此在纵向上形成一种压力隔断,引起了上下压力系数的差异,形成了不同的亚压力体系,从而导致了孔隙发育特征的差异。     

四川盆地西南缘五峰组-龙马溪组页岩气形成条件与有利区优选

利用四川盆地西南缘志留系龙马溪组最新钻井、露头资料及样品分析结果,从富有机质泥页岩区域分布、岩性、有机地球化学特征、储层特征、含气性、地层压力等方面,重点研究四川盆地西南缘龙马溪组页岩气形成条件与有利区优选。研究发现,五峰组-龙马溪组页岩具有有机质含量高(TOC 0.12%~6.49%,平均2.06%)、有效厚度大(普遍大于30m)、热演化程度高(R_o 2.62%~2.80%)、脆性矿物含量高(56%~92%)、孔隙度较高(0.50%~11.36%,平均3.85%)等特征,钻井岩心现场解析气量最大值达3.38 m³/t、埋深适中(浅于3500m),这些条件均有利于页岩气的形成与富集。综合对比研究结果表明,云南云荞、木杆、高桥地区是四川盆地西南缘页岩气勘探的3个有利区。     

川滇黔邻区龙马溪组页岩气富集主控因素与勘探方向

中国的页岩气资源评价必须立足于中国主要陆块的地质条件与构造演化特点之上,对于不同层系、不同地区的页岩气选区评价,也必须抓住关键因素。川滇黔邻区的五峰组-龙马溪组富有机质页岩发育,但保存条件较渝东南地区更为复杂。印支期以来,该区经历了多期次构造应力场转换,断裂、褶皱发育,因此,建立针对性的页岩气选区评价参数体系是该区页岩气勘探走出困局的当务之急。本文在分析该区已有页岩气钻井成效的基础上,立足于扬子海相层系页岩气勘探应是基于保存条件的"连续型甜点区"的选区评价基本思路,结合前人研究成果,系统梳理出一套评价指标体系。该体系涵盖5大因素(区域盖层、直接盖层、底板条件、页岩层自身条件、构造改造强度)、4个等级、17个选区评价参数。另外,根据已有相关钻井数据,总结提出了5个页岩气层评价表征参数(含气量、孔隙度、电阻率、氮气组分含量和压力系数)。根据该指标体系,对川滇黔邻区的主要构造单元进行了梳理分析,优选出5个有利区,提出了各有利区的首选可能突破点。本研究对复杂构造区页岩气有利区带优选具有一定的指导意义。     

顶底板封闭性对四川盆地及周缘五峰组—龙马溪组页岩气差异富集的影响

在对6条野外剖面共6组顶底板样品进行高压压汞分析、排替压力测试及突破压力测试的基础上,开展了四川盆地及周缘五峰组—龙马溪组顶底板封闭性及其对页岩气差异富集的影响的研究。结果表明:①五峰组—龙马溪组顶底板岩性致密,均表现出低孔-低渗的特征。②顶板样品排替压力分布在11.027～16.677 MPa之间,平均为13.637 MPa;底板排替压力大多分布在13.766～13.798 MPa之间。③顶板突破压力为5～33 MPa,不同地区顶板突破压力差异性较明显;底板突破压力在21～42 MPa之间,普遍大于顶板突破压力,具有好的封闭性。④排替压力、突破压力与孔渗均具有良好的负相关性;含气量与顶板微观封闭参数具有良好的正相关性,与底板微观封闭参数具有一定的正相关性。⑤相比于底板,顶板的微观封闭能力更能影响页岩气的垂向散失,不同地区顶板微观封闭能力的差异性导致了页岩气的差异富集。初步建立了研究区下古生界海相页岩气3大类、9项参数的顶底板封闭性评价参数指标体系,可依据其对顶底板封闭性做出较为准确和合理的评价。     

四川盆地西南缘五峰—龙马溪组页岩气资源潜力分析

为深化认识四川盆地西南缘五峰—龙马溪组页岩储层参数特征及其资源潜力,通过地球化学、矿物组分、物性、扫描电镜、比表面-孔径和等温吸附等研究,测试分析结果表明,富有机质泥页岩(TOC1%)厚度一般为54～162 m,优质段(TOC2%)厚度26～70 m,有机碳平均2.99%～3.78%,硅质含量27.96%～37.0%,长石2.87%～4.85%,碳酸盐岩44.2%～54.2%,黏土9.9%～27.80%,具有低硅质、高钙质及普遍含黄铁矿等特点。埋藏环境下页岩孔隙度明显与含气性呈正相关关系,含气性越好,孔隙度越高。主要孔隙类型为有机质孔、黏土矿物晶间孔和黄铁矿晶间孔。孔隙演化可以划分为埋藏阶段有机质孔的形成、气藏破坏阶段有机质孔隙的破坏和表生岩溶3个阶段。Ro为2.38%～3.37%,古地温梯度32.57～37.55℃/km,大地热流值为84.32～97.21 mW/m2,受晚海西期岩浆活动影响,热演化程度、古地温梯度和大地热流值较高相对较高,不同地区差异较大。四川盆地西南缘五峰—龙马溪组页岩沉积相有利、页岩厚度大,各项参数良好,该区五峰—龙马溪组页岩气影响因素为有利岩相组合、较好的保存条件和相对适中的热演化程度(Ro3.0%)。该区页岩气勘探应由"正向构造"向"稳定向斜"进行拓展,其中木杆、高桥、永盛、大谷堆等4个稳定向斜区是下一步页岩气勘探与突破的最有利区。     

川东南—黔北地区龙马溪组沉积环境及对烃源岩的影响

川东南—黔北地区下志留统龙马溪组发育富含有机质泥页岩,是华南地区海相地层中的优质烃源岩之一,且分布广泛,厚度大,是有利的页岩气勘探区。通过研究区30条野外露头剖面和12口钻井的资料分析,结合岩性、元素地球化学、测井地球物理及古生物等相标志研究,对川东南—黔北地区下志留统龙马溪组沉积环境、沉积演化及其对烃源岩的影响进行了研究,在川东南—黔北地区龙马溪组识别出泥质深水陆棚、泥质浅水陆棚、砂泥质浅水陆棚、砂质浅水陆棚、灰泥质浅水陆棚、灰质浅水陆棚、浊流沉积、台地边缘浅滩-生物礁浊流等8种沉积类型,其中泥质深水陆棚是龙马溪组烃源岩形成的主要沉积环境。通过对沉积环境的研究,认为龙马溪组底部缺氧的滞留环境和缓慢的沉积速率是龙马溪组优质烃源岩发育的主要因素。研究为区内页岩气勘探开发提供有力保障。     

四川盆地龙马溪组页岩各向异性影响因素

四川盆地下志留统的龙马溪组黑色页岩是国内页岩气勘探开发的重点区域,但是有关龙马溪页岩各向异性性质的研究还较少。在实验室开展模拟页岩储层压力条件下的超声波速度测试,研究龙马溪组页岩在不同方向的纵、横波速度以及各向异性参数随压力的变化规律。用矿物分析、X射线扫描的方法,分析页岩各向异性的影响因素,指出黏土含量、层理和有机质是引起龙马溪页岩各向异性的主要原因。     

沉积相带对川南龙马溪组页岩气富集的影响

为查明沉积相带对川南龙马溪组页岩气富集的影响,结合地层分布、岩性特征、沉积构造、有机碳含量、矿物组成、储集空间类型等特征,对龙马溪组页岩沉积相类型进行划分,并探讨沉积相带对有效页岩发育的影响,以期为页岩气富集条件评价提供依据。通过研究区6口页岩气井的钻井岩心观察,结合测井响应、实验测试分析,将龙马溪组划分为浅水泥质陆棚亚相、半深水陆棚亚相和深水陆棚亚相3种沉积亚相类型。有机碳含量、有效页岩的发育和分布、矿物组成以及孔隙发育特征是影响页岩气富集的关键因素,而这些因素均受控于沉积相带:沉积水体越深TOC含量越高,距离沉积中心越近TOC含量越高;龙马溪组地层厚度较大,但有效页岩厚度并不大,深水陆棚亚相沉积层段为页岩气富集的有效层段,且有效页岩层向沉积中心方向逐渐增厚;深水陆棚亚相丰富的生物供应为有效页岩带来了更高的有机质含量以及更多的脆性矿物,提高了岩石脆性;龙马溪组页岩中的孔隙类型主要为黏土矿物层间孔与有机质孔,且TOC含量高的沉积相带中有机质孔越发育。综上,深水陆棚亚相页岩具备有机质含量丰富、岩石脆性高、有机质孔发育等特征,是页岩气富集的最有利相带。     

四川盆地志留系龙马溪组页岩与美国Fort Worth盆地石炭系Barnett组页岩地质特征对比

从沉积学、地球化学、生烃演化、构造演化等方面,对美国Fort Worth盆地石炭系Barnett页岩和四川盆地下志留统龙马溪组页岩进行了对比性研究,发现四川盆地志留系,特别是川南志留系页岩气具有较好的勘探前景。2套烃源岩共性与个性共存,具有相似的沉积背景、厚度、有机质类型(Ⅰ~Ⅱ1)和生烃演化史。但是,Barnett页岩TOC值较高(3%~13%)、相对富集脆性矿物、页岩的微孔隙发育;龙马溪组页岩埋藏较深(一般2000~4000m)、相对富集粘土矿物,且具有较高的成熟度(普遍Ro>2%)、较大的隆升幅度和较快的隆升速率(3000m/80Ma)。     

四川盆地志留系龙马溪组页岩与美国Fort Worth盆地石炭系Barnett组页岩地质特征对比

从沉积学、地球化学、生烃演化、构造演化等方面,对美国Fort Worth盆地石炭系Barnett页岩和四川盆地下志留统龙马溪组页岩进行了对比性研究,发现四川盆地志留系,特别是川南志留系页岩气具有较好的勘探前景。2套烃源岩共性与个性共存,具有相似的沉积背景、厚度、有机质类型(Ⅰ~Ⅱ1)和生烃演化史。但是,Barnett页岩TOC值较高(3%~13%)、相对富集脆性矿物、页岩的微孔隙发育;龙马溪组页岩埋藏较深(一般2000~4000m)、相对富集粘土矿物,且具有较高的成熟度(普遍Ro>2%)、较大的隆升幅度和较快的隆升速率(3000m/80Ma)。     

四川盆地威远地区龙马溪组页岩储层特征

基于威远地区龙马溪组的大量测录井和分析测试资料,从泥页岩的地球化学特征、岩石学特征、储层物性特征和含气性特征4个方面对龙马溪组页岩气储层进行研究。结果表明:威远地区龙马溪组有机质丰度较高,平均为2.72%;有机质类型以Ⅰ型为主,成熟度较高,达到热裂解生干气阶段;泥页岩埋藏深度适中,厚度较大,达到页岩气成藏的基本条件;页岩中黏土矿物质量分数适中,脆性矿物质量分数高,平均可达59.6%,具有高脆性、低泊松比和高杨氏模量的特征,满足页岩可压裂性评价指标;储层中广泛发育黏土矿物转化缝、次生溶蚀孔隙和残余粒间原生孔隙等储集空间,受分辨率的限制和未进行离子抛光,故未见到大量的有机质孔隙,孔隙度平均值为6.06%,其中充气孔隙度平均值为2.7%,渗透率受微裂缝的影响较大,分布范围较广;储层含气量高,均大于2 m3/t的标准,最高可达13.016 m3/t,其中游离气占70%~80%。综合研究认为,威远地区龙马溪组页岩为优质页岩气储层段,适合大规模开发。     

四川盆地下古生界筇竹寺组与龙马溪组页岩气勘探优选区预测

四川盆地下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组为盆地内重要的气源岩,在常规气田勘探中发现广泛的油气显示,表明其具有页岩气勘探的良好前景。在页岩气勘探初期,应该先进行优先层段优先区块的深入研究。目前,多名学者对筇竹寺组、龙马溪组的特征和页岩气发育的有利区位做出了预测,但使用方法不完善、不统一,评价指标比较混乱。在系统分析Fort Worth盆地Barnett页岩优选区块特征的基础上,参照美国地质调查局对Barnett页岩的选区原则,结合四川盆地自身的特征,选取页岩层总厚度、TOC、Ro、埋藏深度4个指标确定了2套岩层的页岩气优选区与延展区。研究认为,筇竹寺组有利区与外围延展区均在成都—乐山—资阳—内江为界的区域内部,龙马溪组有利区与外围延展区均在自贡—宜宾一带。     

四川盆地下古生界筇竹寺组与龙马溪组页岩气勘探优选区预测

四川盆地下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组为盆地内重要的气源岩,在常规气田勘探中发现广泛的油气显示,表明其具有页岩气勘探的良好前景。在页岩气勘探初期,应该先进行优先层段优先区块的深入研究。目前,多名学者对筇竹寺组、龙马溪组的特征和页岩气发育的有利区位做出了预测,但使用方法不完善、不统一,评价指标比较混乱。在系统分析Fort Worth盆地Barnett页岩优选区块特征的基础上,参照美国地质调查局对Barnett页岩的选区原则,结合四川盆地自身的特征,选取页岩层总厚度、TOC、Ro、埋藏深度4个指标确定了2套岩层的页岩气优选区与延展区。研究认为,筇竹寺组有利区与外围延展区均在成都—乐山—资阳—内江为界的区域内部,龙马溪组有利区与外围延展区均在自贡—宜宾一带。     

川东南地区龙马溪组页岩孔隙结构全孔径表征及其对含气性的控制

页岩气主要赋存于页岩孔隙中,研究页岩孔隙结构特征是深入认识页岩气富集机理的关键。通过CO2吸附、N2吸附、CH4等温吸附和高压压汞实验,对川东南地区龙马溪组页岩的孔隙结构进行了全孔径表征,并阐明了孔隙结构对页岩含气性的控制作用。页岩的微孔(＜2.0 nm)、中孔(2.0~50.0 nm)和宏孔(＞50.0 nm)都十分发育,且分布特征变化较大。在孔体积方面,中孔提供的孔体积最多,约40.8%,其次是微孔,约34.7%,宏孔的孔体积最少,只提供24.5%。在孔隙比表面积方面,微孔占有绝对优势,约提供76.87%,其次是中孔,约23.05%,宏孔只有0.07%。中孔和微孔提供了页岩中主要的孔体积,控制了游离气的含量。微孔的比表面积与CH4最大吸附量具有很好的正相关关系,且提供了页岩中主要的比表面积,控制了吸附气的含量。宏孔提供的孔体积和比表面积在页岩中不占优势,对吸附气和游离气含量的影响较弱,但可作为页岩气渗流的主要运移通道。因此,明确页岩的微孔、中孔和宏孔的分布特征,尤其是微孔对页岩中吸附气和游离气富集的贡献,对页岩气勘探与开发具有重要指导意义。     

四川盆地东部龙马溪组页岩气成藏地质条件对比分析

为了揭示四川盆地东部页岩气成藏地质规律,指导页岩气勘探部署,选取四川盆地东部焦石坝地区、彭水地区及湖南保靖地区进行页岩气成藏地质条件对比分析。结果表明: 在龙马溪沉积时期,四川盆地东部形成了前陆盆地,沉积了富含有机质的碳质页岩,为页岩气生成提供了物质条件; 前陆盆地沉积中心位于重庆一带,其碳质页岩厚度从中心向周围减薄,碳质页岩中有机质丰度由中心向周边减小,有机质成熟度由中心向周边降低,地层压力由中心向周边减小,生烃时间从西向东逐渐缩短; 渝东焦石坝地区页岩气储集空间以孔隙为主,湖南保靖地区储集空间以裂缝为主; 从西向东,储层中孔隙空间缩小,裂缝发育程度加大; 构造运动对页岩气产生破坏作用,由东向西逐渐减弱。综合分析认为,四川盆地东部从渝东焦石坝地区向湖南保靖地区,页岩气成藏条件逐渐变差,勘探难度增加。     

四川盆地焦石坝地区龙马溪组页岩气不同传输类型的临界孔径与传输能力

页岩气的扩散和渗流是页岩气富集过程中非常重要的地质作用,在地层条件下页岩气以扩散和渗流形式在微—纳米孔隙网络中进行传输。本文以四川盆地焦石坝地区龙马溪组页岩气藏为研究对象,基于克努森数与气体吸附机理,明确了页岩气扩散和渗流的主要类型;进一步结合气体微观分子动力学模拟,明确了剖面上不同页岩气扩散和渗流类型的临界条件;基于达西公式与菲克公式基本物理定义,建立了扩散系数与渗透率的关系,结合焦石坝地区龙马溪组页岩不同孔径下孔隙体积权重,查明了页岩全孔径视测渗透率的分布特征。研究表明,页岩气在地下主要存在三种扩散与两种渗流形式,包括吸附气表面扩散、克努森扩散、菲克扩散、滑脱渗流和达西渗流,现今焦石坝地区5种扩散和渗流类型临界孔径依次为1.2 nm、1.6 nm、25.0 nm、225.0 nm,不同扩散和渗流形式对应的孔隙体积占比依次为15.3%、5.6%、60.7%、6.4%、12.0%;宏孔主要提供了气体渗流空间、微孔与中孔主要提供了气体扩散空间,渗流传输能力约为扩散传输能力的10⁶倍。