基于数字岩心技术的陆相页岩油微观结构特征及主控因素--以松辽盆地白垩系青山口组一段泥页岩为例

数字岩心技术为大庆齐家-古龙地区青山口组一段的页岩油评价提供了可靠的基础数据,助力了松辽陆相盆地页岩油的勘探突破.针对泥页岩储层超低孔、超低渗的物性特征,综合利用微纳米CT、MAPS和QEMSCAN等数字岩心配套实验,对泥页岩储层岩石学特征、岩相类型、孔隙结构等进行了研究.将青山口组一段划分为5种岩相类型,分别为低有机质纹层状黏土质灰岩相、低有机质纹层状长英质灰岩相、中有机质纹层状长英质页岩相、中有机质夹层粉砂岩相、高有机质纹层状硅质页岩相.青山口组一段主要孔隙类型包括粒间孔、粒内孔和有机质孔.岩石相是青山口组一段孔隙、层理缝发育的主控因素.高有机质纹层状硅质页岩相储集空间主要由粒内孔和层理缝所构成,其孔隙-裂缝系统是青山口组一段页岩油甜点开发的重点层段.     

基于半封闭体系热模拟实验页岩全岩与粉末样品的排烃效率与孔隙演化差异对比

与传统基于粉末样品的模拟实验相比,基于页岩全岩样品的模拟实验能更好地保存岩石微观结构及孔隙特征,结果更接近地质实际,但有关全岩与粉末样品的排烃效率与微观孔隙差异尚无系统的研究。本文利用半封闭体系热模拟实验获取延长组7段页岩全岩圆柱与粉末样品的排烃效率,并利用低压气体吸附实验表征孔隙特征。当R_o从0.61%升至1.68%时,粉末样品和圆柱样品的排烃效率差值最高达32.47%,随后降至3.98%,粉末样品孔隙分形维数从2.46增加至2.53,而圆柱样品分形维数总体稳定。圆柱样品宏孔体积比例整体随着温度的升高而上升,而中孔体积比例则逐渐下降。与粉末样品相比,页岩全岩样品保留了岩石结构,能反映烃类运移排出过程,孔隙演化更具规律性。本研究最终建立了页岩圆柱、粉末样品生-排烃过程与孔隙演化模型,为研究地质情况下页岩排烃效率与孔隙演化提供了新的思路。     

页岩基质微观孔隙结构分析新方法

页岩基质孔隙主要包含有机孔隙和无机孔隙,页岩油气在有机孔隙和无机孔隙中的渗流机理不同,对页岩中有机孔隙和无机孔隙的微观结构进行定量表征具有重要意义.首先通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope,简称SEM)实验分别获取具有代表性的页岩无机孔隙和有机孔隙扫描电镜图像,其中,无机孔隙相对较大,其图像的分辨率较低,有机孔隙相对较小,其图像的分辨率较高;然后,通过图像处理和马尔可夫链蒙特卡洛(Markov chain Monte Carlo,简称MCMC)法重构出相应的无机孔隙数字岩心和有机孔隙数字岩心,并提出局部叠加法构建同时包含无机孔隙和有机孔隙的页岩基质孔隙数字岩心;最后对无机孔隙数字岩心、有机孔隙数字岩心和基质孔隙数字岩心的结构特征进行了对比分析.结果表明,局部叠加法构建的页岩基质孔隙数字岩心能够同时描述页岩中的无机孔隙和有机孔隙结构特征,无机孔隙本身连通性较差,有机孔隙本身连通性较好,有机孔隙的局部孔隙度和局部渗透率较高,对页岩中的流体渗流有着重要作用.该方法为页岩中不同的孔隙结构特征描述和油气在纳米尺度孔隙中的传输模拟提供了一个可靠的研究平台.      

抽提前/后成熟页岩对氮气、二氧化碳的吸附特征及其对孔隙研究的意义

选择了成熟度、有机质类型与矿物组成较为接近但有机碳含量(TOC)有明显差异的两个成熟页岩进行了氮气、二氧化碳气体等温吸附分析,并考察了抽提前/后吸附特征的变化,尝试说明影响成熟页岩孔隙发育的主要因素。初步的结果表明,页岩的比表面积主要取决于微孔的发育程度,而孔体积则与大孔的发育程度关系密切;微孔发育程度与页岩的有机碳含量有密切的关系;页岩抽提后对两种气体的吸附量相对于抽提前均显著增加,抽提前/后样品在60°C及110°C干燥等不同前处理方式下获得的氮气等温吸附数据表明,残留沥青对孔隙发育具有明显的制约作用。     

页岩孔隙系统研究实验方法

基于页岩孔隙系统的特殊性,讨论了FESEM-QEMSCAN、FIB-FESEM、NANO-CT、氮气吸附法、小角中子散射等几种页岩孔隙系统研究方法的特点和适用范围。指出场发射扫描电镜以及与之结合的能谱和矿物定量评价系统(FESEM-QEMSCAN)是研究页岩纳米级孔隙类型、大小、形态以及矿物分布的基础手段;聚焦离子束扫描电镜、微纳米CT可刻画页岩孔隙系统在三维空间的展布特征,利用获得的三维数据体进行数值模拟,可进一步计算孔隙度、渗透率等物性参数;氮气吸附法可对小于100nm的极微孔隙的孔径、形态进行求算;小角中子散射则可利用孔隙中存在的气体分子,获得孔隙系统连通性等重要参数。最后从页岩岩石组构的角度,探讨了页岩孔隙控制因素,指出有机质含量与成熟度,黏土矿物类型、含量,碎屑颗粒的含量以及成岩强度是影响页岩孔隙系统的主要因素。     

不同岩相泥页岩数字岩心构建方法研究——以东营凹陷为例

针对泥页岩储层低孔特低渗、结构致密、非均质性强的特点,多采用三维数字岩心来直观显示各组分空间分布和表征微观结构。物理数字岩心虽更真实准确,但往往局限于特定岩石样品物性特征,因此需构建具有一定普适性、受多参数约束的、代表某一类岩性或岩相的简约数字岩心。同时,目前的图像分割方法难以对综合多样品特征、代表某类岩相样品进行组分划分。提出一种基于图像像素点累计分布函数,结合各组分百分含量及灰度序列进行阈值分割的方法,并基于X射线CT扫描成像,综合运用扫描电镜成像及能谱分析等手段,结合东营凹陷不同岩相泥页岩矿物组分及孔隙度特征,构建不同岩相(包括富长英质、长英质、富钙质、钙质和富泥质)泥页岩数字岩心。结果显示,东营凹陷泥页岩储层组分按灰度值由小到大依次为孔裂隙、有机质、黏土矿物、长英质矿物、钙质矿物、铁质矿物;基于不同岩相各组分体积百分含量及灰度分布序列,以CT灰度图像像素点累计分布函数表征不同岩相各组分体积百分含量分布函数,可依次划分各组分阈值,该方法可以实现其他分割方法难以完成的针对某一岩相进行阈值划分;采用先构建单组分数字岩心再嵌套组合的方法可构建具有一定普适性、受矿物组分和孔隙度等参数约束的泥页岩数字岩心。     

潜江凹陷页岩岩相对页岩油储层的控制作用

在岩心观察与岩石薄片鉴定的基础上,结合XRD技术、氩离子抛光扫描电镜、低温氮气吸附实验、高压压汞测试和岩石热解分析,对江汉盆地潜江凹陷潜江组页岩储层的岩石矿物组成、孔渗和孔隙结构、地球化学特征等进行分析.研究表明,潜江凹陷潜江组页岩主要矿物组成为白云石和黏土矿物,主要发育块状灰质泥岩相、纹层状灰质泥岩相、块状云质泥岩相、纹层状云质泥岩相以及块状泥质云岩相和纹层状泥质云岩相.页岩储层主要发育碳酸盐矿物晶间孔和黏土矿物层间孔,孔径主要分布在2～200 nm,孔隙度多低于20%,渗透率主要为0.1×10^-3～100×10^-3μm²,为低孔低渗—特低渗储层.其中黏土矿物有利于页岩储层微孔和介孔的发育,白云石有利于大孔发育,且生物成因的白云石有助于有机碳的富集和滞留烃的赋存.储层整体表现为纹层状页岩比块状页岩具有相对较高的孔径、较好的孔隙连通性和含油性,尤其在纹层状泥质云岩相中,孔隙度介于5%～15%,渗透率处于1×10^-3～10×10^-3μm²,主要孔径为50～2...     

松辽盆地北部白垩系青山口组不同赋存状态页岩油特征

通过对松辽盆地北部青山口组15个湖相页岩样品进行岩石矿物学、有机地球化学和储集空间特征分析,综合运用XRD、热解、分步热解、分步抽提和分步核磁测试等实验方法,以表征青山口组不同赋存状态页岩油含量、组成和分布特征,进一步探讨了滞留烃含量评价、生产潜力以及勘探制约因素与建议。此次研究得到以下认识：① 青山口组矿物组成较为均一,岩性主要为黏土质页岩,但以伊利石为主的黏土矿物特征有利于储层的压裂。有机质分布较为均一,TOC平均值为2. 41%。含油性好,油质轻、饱和烃含量和含油饱和度指数(OSI)高。② 页岩油的赋存状态被定义为在冷抽提和索氏抽提条件下从不同粒度中提取的游离油、游离- 吸附油和吸附油。游离油主要以轻质组分为主,吸附油的重质组分增多,较大孔隙以游离油为主,吸附油绝大部分分布在较小孔隙中。游离油与吸附油化学组成的变化,也揭示了石油排出微运移过程中的组分分馏效应,运移后的石油具有更高的饱和烃+芳烃含量、更小的分子量和更低的Pr/n- C17、Ph/n- C18值,指示更大的流动可能。③ 青山口组油质相对优越,但相对较高的黏土矿物含量是研究层段生产需要关注的制约因素。页岩油微运移后指示更大的生产可能,在该区未来一段时间勘探过程中可以尝试寻找油气运移汇聚区。     

基于压汞法与气体吸附法的页岩孔隙结构特征对比研究

针对中国海相与陆相页岩孔隙结构特征的差异性,选取威远与焦石坝海相页岩及瑶曲陆相页岩为代表,采用薄片分析、压汞及气体吸附试验方法,开展孔隙结构特征与控制性因素分析,提出了孔隙大小命名划分新标准,将 < 2 nm、2~100 nm、0.1~1μm、1~10μm、10~100μm、>100μm分别称为超微孔、微孔、小孔、中孔、大孔、毛细孔6类,其中2~100nm微孔范围,样品孔隙发育程度由高到低依次为2#、5#、1#、6#、4#,10~100μm大孔范围,孔隙发育程度由高到低依次为2#、1#、4#、6#、5#;提出了孔隙分布均匀系数h_u,经判定2#与5#样品与1#、4#、6#样品相比微纳米孔隙更发育,储气能力更强。采用DFT模型将N₂吸附与CO₂吸附结果及压汞实验结果统一起来,获得了纳米孔隙的连续分布规律。     

油页岩试样在循环冻融条件下破裂实验研究

由于油页岩原位破碎研究对于油页岩传热效率的提高具有重要的意义,提出了一种油页岩原位破碎室内研究方法,即循环冻融法。本文主要论述了其实验机理、实验台的设计、实验岩样的制备,实验数据的采集与分析等。此次循环冻融实验主要由工程模拟单孔时循环冻融法研究油页岩试样裂缝扩展情况,根据设计要求完成2组试样的制备以及相关实验台的设计,并采用了超声波检测的手段对完成每一实验阶段油页岩试样进行检测,为油页岩原位破碎研究提供一种可行的实验方案,对油页岩传热效率的研究具有一定的参考意义。     

Effect of Shale Reservoir Characteristics on Shale Oil Movability in the Lower Third Member of the Shahejie Formation,Zhanhua Sag

To reveal the effect of shale reservoir characteristics on the movability of shale oil and its action mechanism in the lower third member of the Shahejie Formation(Es3l), samples with different features were selected and analyzed using N2 adsorption, high-pressure mercury injection capillary pressure(MICP), nuclear magnetic resonance(NMR), high-speed centrifugation, and displacement image techniques. The results show that shale pore structure characteristics control shale oil movability directly. Movable oil saturation has a positive relationship with pore volume for radius > 2 μm, as larger pores often have higher movable oil saturation, indicating that movable oil is present in relatively larger pores. The main reasons for this are as follows. The relatively smaller pores often have oil-wetting properties because of organic matter, which has an unfavorable effect on the flow of oil, while the relatively larger pores are often wetted by water, which is helpful to shale oil movability. The rich surface provided by the relatively smaller pores is beneficial to the adsorption of immovable oil. Meanwhile, the relatively larger pores create significant pore volume for movable oil. Moreover, the larger pores often have good pore connectivity. Pores and fractures are interconnected to form a complex fracture network, which provides a good permeability channel for shale oil flow. The smaller pores are mostly distributed separately;thus, they are not conducive to the flow of shale oil. The mineral composition and fabric macroscopically affect the movability of shale oil. Calcite plays an active role in shale oil movability by increasing the brittleness of shale and is more likely to form micro-cracks under the same stress background. Clay does not utilize shale oil flow because of its large specific surface area and its block effect. The bedding structure increases the large-scale storage space and improves the connectivity of pores at different scales, which is conducive to the movability of shale oil.     

Characteristics and Controlling Factors of Shale Oil Reservoir Spaces in the Bohai Bay Basin

The Cenozoic continental strata of the Bohai Bay Basin are rich in shale oil resources, and they contain various types of reservoir spaces that are controlled by complex factors. Using field emission scanning electron microscopy(FESEM), automatic mineral identification and characterization system(AMICS), CO2 and N2 gas adsorption, and focused ion beam scanning electron microscopy(FIB-SEM), the types of shale reservoir spaces in the Bohai Bay Basin are summarized, the spatial distribution and connectivity of the various types of pores are described in detail, the microscopic pore structures are characterized, and the key geological mechanisms affecting the formation and evolution of the reservoir spaces are determined. Three conclusions can be drawn in the present study. First, the shale reservoir spaces in the Bohai Bay Basin can be divided into three broad categories, including mineral matrix pores, organic matter pores, and micro fractures. Those spaces can be subdivided into seven categories and fourteen sub-categories based on the distribution and formation mechanisms of the pores. Second, the complex pore-throat structures of the shale reservoir can be divided into two types based on the shape of the adsorption hysteresis loop. The pore structures mainly include wedge-shaped, flat slit-shaped, and ink bottle-shaped pores. The mesopores and micropores are the main contributors to pore volume and specific surface area, respectively. The macropores provide a portion of the pore volume, but they do not significantly contribute to the specific surface area. Third, the factors controlling the development of microscopic pores in the shale are complex. The sedimentary environment determines the composition and structure of the shale and provides the material basis for pore development. Diagenesis controls the types and characteristics of the pores. In addition, the thermal evolution of the organic matter is closely related to inorganic diagenesis and drives the formation and evolution of the pores.     

吉林省桦甸油页岩中稀土元素和微量元素的研究

对桦甸油页岩及其灰渣的矿物成分、主量元素、稀土元素和微量元素含量进行测定。结果表明：油页岩中稀土元素含量低于北美页岩(NASC)中的平均含量,REE球粒陨石标准化的分布模式曲线表现为负斜率,(La/Yb)_N的平均值大于1,属于轻稀土富集型;REE北美页岩标准化的分布模式曲线较平缓,（La/Yb）_S的平均值接近于1,轻重稀土分馏不明显。与球粒陨石和北美页岩相比,Eu有较严重的正异常。油页岩中的微量元素与北美页岩和地壳的平均值相比较,Sb、Nb、Cs、Zn、Bi、W等元素具有较高的富集度。油页岩灰渣中稀土元素和微量元素富集度均高于油页岩。     

不同边界条件对油页岩原位转化开采的影响及启示

借助于烃源岩生排烃模拟技术,开展了加热温度、加热速率、恒温时间、水质量分数等不同边界条件对油页岩原位转化开采影响的模拟实验。结果表明:升高转化温度、降低升温速率、延长恒温时间均有利于提高原位转化出油率和改善油品;流体压力过度升高对油品稍有改善,但出油率有所降低,且过高的流体压力(如超过开采层上覆岩层压力)会对地面工程产生破坏影响;高温地层水可能作为催化剂、反应物和溶剂参加反应,促进非共价键的断裂,提高出油率。在此基础上,提出了在干馏转化过程中加入额外的供氢物质或高温水中加入适量的水溶性催化剂提高油页岩原位转化开采出油率的方法。     

松原油页岩地层硬质合金裸孔钻进技术

分析了在松原油页岩地层采用硬质合金裸孔钻进技术成本低、效率高的优越性,提出了松原油页岩地层硬质合金裸孔钻进的具体措施,并通过工程实例取得的较好效果验证所选择的钻进方法的合理性和有效性。     

东营凹陷页岩油储层特征

渤海湾盆地东营凹陷始新统—渐新统沙河街组第三段下亚段(E_(2-3)s~(3-x))和沙河街组第四段上亚段(E_(2-3)s~(4-s))泥页岩分布面积广、累计厚度大、有机质丰度高、有机质类型以Ⅰ型干酪根为主,具有良好的页岩油勘探潜力。泥页岩主要发育层状和纹层状构造,主要矿物组成为粘土矿物、碳酸盐矿物、石英和长石。宏观观察下,泥页岩发育的裂缝主要有成岩裂缝和构造裂缝,孔隙主要为溶蚀孔、结晶孔及生物孔隙。微观观察下,主要发育的孔隙有粒间孔、粒内孔、晶间孔和溶蚀孔等,在不同的有机质丰度、类型及热演化程度下孔隙发育特征差异明显。小角X射线散射能够得到样品介孔(2~50 nm)的分布特征,结合抽提实验,对比处理前后孔隙分布特征表明细介孔(2~10nm)是有效的页岩油储集空间,也是影响孔隙结构复杂化的主要贡献者。核磁共振冷孔计法(NMRC)能测量泥页岩纳米级(2~500 nm)开孔孔隙的分布特征,定量表征孔隙率,弥补其它表征方法的不足。东营凹陷地区泥页岩中广泛发育的纳米级粒间孔是页岩油主要的赋存空间。     

胜利油田页岩油藏钻井液技术

胜利油田相继在罗家等区块部署了页岩油藏水平井,用于页岩油的开发。页岩地层层理和微裂缝发育,钻井过程中极易引起井壁失稳问题。同时,由于水平段较长,也存在着润滑、井眼清洁等难题。针对施工难点和风险,研究制定了页岩油藏钻井液方案,二开采用胺基钻井液体系,三开采用油基钻井液,顺利地完成了钻井施工。就胜利油田页岩油藏钻井液技术进行了介绍和分析,针对应用过程中存在的一些问题进行了探讨,对页岩油藏的勘探开发有一定的启示作用。     

抚顺油页岩开发利用条件分析

对抚顺油页岩样品的容重测定、工业分析、低温干馏、元素分析、发热量测定、灰分成分分析及灰熔点测定,可知油页岩容重为1.4～2.7 t/m³、含油率为1.17%～20.70%、发热量为0.45～11.18 MJ/kg。油页岩的颜色多为浅褐-深褐色,条痕为褐色,颜色越深含油率越高。低温干馏时,温度控制在510℃,焦油率最高。油页岩有机质主要由C、H、O、N元素组成,无机物主要由Si、Al、Fe、Ca、Mg等元素组成,其伴生元素主要为Ti、Zr、Ge和Ga;油页岩灰分主要由SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO和SO₃组成,其中SiO₂的含量最高,Al₂O₃、Fe₂O₃次之。