湘西北牛蹄塘组页岩气形成条件及有利区预测

基于野外露头和剖面资料,应用薄片观察、有机岩石学分析、扫描电镜、压汞、比表面和等温吸附实验等分析
测试成果,研究了湘西北地区下寒武统牛蹄塘组形成条件及其有利区分布情况。研究表明：牛蹄塘组黑色页岩具有沉
积面积广、厚度大、有机碳含量高（平均1.87%）和成熟度较高（大于1.0% 以上）等特点。在储层物性方面,页岩孔隙度
变化差异大（0.2%～25.9%）,平均孔径12.5±3.0 nm,分选性好,有利于含气页岩储层改造后的运移;孔隙结构以微小孔
为主,比表面积大,吸附甲烷能力较强,具有较好的含气潜力;对比美国五大盆地页岩气选区参数,认为永顺-桑植和
慈利-石门一带为页岩气形成有利区带。     

湖南天门山牛蹄塘组底部沉积环境分析

通过实地考察湖南张家界(大庸)天门山一带寒武系牛蹄塘组底部的岩性、结构及化石,并结合地球化学指标来探讨牛蹄塘组底部的沉积环境.牛蹄塘组的岩性自下而上为:磷块岩或硅质岩-磷结核层或砾岩-硅质页岩或泥灰岩-矿层-碳质页岩;含他形结构重晶石的层位与贵州、湖南等地喷流沉积成因重晶石矿床的层位一致.页岩的LaN/CeN比值为1.27,Ce/Ce*比值为0.87,属于大陆边缘的范围;而硅质岩的LaN/CeN是3.19,Ce/Ce*为0.33,则不属于正常大陆边缘的比值范围.硅质岩与页岩的Ua(Ua=Utotal-Th/3)分别为4.53及63.54.牛蹄塘组底部是大陆边缘陆棚到陆架的沉积环境,为一个海侵的过程.其地化环境从富氧到缺氧,期间经历了至少两次的热液活动.     

海相页岩与海陆过渡相页岩吸附气量主控因素及其差异性

以黔北地区下寒武统牛蹄塘组海相页岩和南华北地区下二叠统太原-山西组海陆过渡相页岩为研究对象,分析页岩有机地化、储层、吸附气量特征,进而研究页岩吸附气量影响因素及其差异性。研究结果表明:页岩有机碳含量大于2%,两者均为优质的烃源岩;但有机碳含量相差甚大。牛蹄塘组页岩矿物组成主要为石英,其次为黏土矿物,而太原-山西组页岩以富集黏土矿物为特征。牛蹄塘组页岩比表面积和吸附气量大于太原-山西组页岩;而总孔体积和平均孔径均小于后者。页岩岩石组成与吸附气量之间的关系如下:牛蹄塘组页岩TOC与吸附气量呈正相关关系且TOC是吸附气量的主要影响因素;而太原-山西组页岩TOC与吸附气量之间关系不明显。牛蹄塘组页岩石英与吸附气量呈正相关性,其原因是石英为生物成因,伴随有机质富集;而太原-山西组页岩石英与吸附气量具有负相关性,其原因为TOC和黏土矿物随石英的增加而减少,且TOC、黏土矿物与吸附气量呈正相关关系。牛蹄塘组页岩伊利石和太原-山西组页岩黏土矿物均与吸附气量具有正相关性,原因为黏土矿物吸附有机质且黏土矿物中各组分发育大量孔隙。     

四川盆地及周缘地区牛蹄塘组页岩气概况及前景评价

探讨四川盆地及周缘地区下寒武统牛蹄塘组页岩的基础地质概况,并对牛蹄塘组页岩气前景进行评价。通过野外露头和盆地内的钻井资料分析,结果表明牛蹄塘组页岩除川西有剥蚀外,其他地区都有分布,且黑色页岩段厚度大,主要集中在下段;由川中地区向北、向东和向南3个方向分布,厚度一般在40m以上;有机碳含量高,多数地区有机碳的质量分数>2%;页岩已达成熟晚期—过成熟早期。该套页岩埋藏较深,演化时间长,保存条件复杂,因此勘探开发均有难度。四川盆地的西部、北部和东部,牛蹄塘组页岩埋深超过7km,只能作为页岩气勘探潜力区;勘探最有利的地区是川南地区,其次有利的地区为鄂西渝东地区。     

米仓山-汉南隆起区牛蹄塘组页岩古氧相及其与有机质富集的关系

为了探讨上扬子北缘米仓山-汉南隆起区下寒武统牛蹄塘组页岩形成环境及其与有机质富集的关系,利用大量野外露头页岩样品,进行微量元素、稀土元素、氩离子抛光-场发射扫描电镜、w(总有机碳)等测试分析.牛蹄塘组稀土元素北美页岩标准化配式比较平坦,轻重稀土元素分异程度较小,且稀土元素总量相对较低;亲氧Sr元素强烈亏损, V、U、Mo等元素共同富集;草莓状黄铁矿粒径较窄且集中分布在2.0～6.0μm; w(U)/w(Th)、w(Ni)/w(Co)、w(V)/w(Cr)偏低,多指示次氧-氧化条件.米仓山-汉南隆起区牛蹄塘组页岩在以深水缺氧沉积环境为主,伴随后期短暂次氧-氧化环境中形成保存.牛蹄塘组页岩中U、V、Mo等指示还原条件的元素以及指示海洋古生产力或有机质通量的w(Ba)、w(Ni)、w(Cu)均与w(总有机碳)呈一定正相关性,揭示深水还原条件以及较高的藻类、微生物等古海洋生产力是牛蹄塘组页岩有机质形成、保存、富集的主控因素.     

湘中地区早寒武世牛蹄塘组黑色岩系地球化学特征与有机质富集机理

中国南方扬子板块寒武纪早期广泛发育一套富有机质黑色岩系,为了研究其有机质富集特征及控制因素,对湘中地区AY-1井牛蹄塘组32件岩芯样品总有机碳质量分数w(TOC)、主微量和稀土元素质量分数等地球化学特征参数进行测试。研究结果表明:研究区牛蹄塘组黑色页岩有机质丰度高,与热液相关的Ni和Sb等微量元素富集以及热液指标w(Co)+w(Ni)较高;w(P生物)和w(Ba生物)显示牛蹄塘组生产力在中—高等水平,w(U)/w(Al),w(V)/w(Al),w(Ni)/w(Co),w(V)/w(Cr)和w(U)/w(Th)共同指示水体基本处于缺氧、还原环境;从底部至顶部,页岩受热液作用强度、生产力水平和水体还原性变化均表现为由弱—强—弱的趋势,且与有机质丰度呈现正相关;顶部生产力水平虽然较高且趋于稳定,但沉积时海平面下降使水体还原性减弱,有机质无法良好地保存。强热液活动、高古生产力和强还原环境使牛蹄塘组中部形成高有机碳丰度的页岩层系,成为页岩气勘探的有利层段。     

湘西北地区牛蹄塘组页岩气有利地质条件及成藏区带优选

在对湘西北地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩露头观察和取样分析基础上,对黑色页岩的平面展布、岩性特征、有机质类型、有机碳质量分数、页岩成熟度、储层矿物特征、页岩气储盖特征等参数进行评价。应用地质类比法评价研究区的各地质参数。研究结果表明:区内页岩厚度大,平面分布稳定,有机质类型以Ⅰ和Ⅱ1型为主,有机碳质量分数高,成熟度高,脆性矿物丰富,储盖条件较好;研究区与沃斯堡盆地Barnett页岩较相似;评价区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩的评价参数的地质风险得分为0.052,下寒武统牛蹄塘组页岩气地质资源量为(2.54~3.38)×1012 m3;温塘—大庸—慈利一带为页岩气勘探目标区,花垣—保靖—永顺及龙山茨岩塘一带为勘探有利区,桑植—石门复向斜南翼为勘探远景区。     

大洋缺氧事件及其等时陆相沉积与烃源岩发育

大洋缺氧事件（OAE）是了解地球系统的关键事件之一,与其基本等时的陆相沉积是对海相体系内OAE 研究
必不可少的补充。目前关于OAE 的研究范围越来越宽泛,已经开始了对与OAE 同步的陆相沉积研究和探索;研究内
容越来越细化,重视不同类型有机质的地球化学特征研究;研究精度越来越高,进入高分辨率和密集样品分析阶段。
但OAE 特征及其驱动机制存在争议;基本等时的海-陆黑色泥页岩事件之间的是否存在成因联系还不十分清楚,特
别是置于精确年代学格架下的海-陆精细对比研究几乎没有。此外,与OAE 相关的黑色泥页岩及其等时的陆相黑色
泥页岩均是重要的烃源岩,而目前关于OAE 对烃源岩的影响及石油地质意义研究较少。中国东南沿海地区的下白垩
统可望提供一个良好研究实例,其陆相-过渡相黑色泥页岩形成于113± 3 Ma 到109±2 Ma,时间上与OAE 吻合;碳
同位素负漂特征与OAE 相似,可全球对比。     

海相页岩优势储集相划分—以重庆周缘下志留统龙马溪组和下寒武统牛蹄塘组页岩为例

页岩岩相划分在中国南方海相页岩气的勘探开发过程中曾得到广泛研究,但由于在岩相划分过程中未考虑控制页岩有机质孔隙发育的热演化程度这一关键参数,从目前针对演化程度过高的海相页岩气的开发成果来看并不理想,因此页岩岩相划分并不适用于演化程度过高的海相页岩。提出基于页岩有机碳含量、储层热演化程度及有机质孔隙有效赋存空间组合的优势储集相概念及划分。页岩优势储集相是指储层的热演化程度、有机碳含量与有机质孔隙的组合。此次研究以重庆周缘下志留统龙马溪组和下寒武统牛蹄塘组页岩为研究对象,选取岩心样品进行有机碳含量测试、等效镜质体反射率测定及聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)等实验,明确龙马溪组和牛蹄塘组页岩的总有机碳(TOC)含量、镜质体反射率(Ro)及不同岩相页岩内有机质孔隙发育等特征。结果表明:龙马溪组页岩的富泥硅质页岩和硅质页岩均发育大量有机质孔隙,而同样岩相的牛蹄塘组页岩样品均不发育有机质孔隙。页岩中的有机质孔隙发育受控于储层的热演化程度,与页岩的岩相特征并无关系。优势储集相划分结果表明:研究区龙马溪组页岩属于适宜演化富有机质储集相(RC-1),由于热演化程度适宜,TOC含量高,储层内部发育大量有机质孔隙,使烃类气体得到有效赋存;而牛蹄塘组页岩属于过演化富有机质储集相,虽然TOC含量高,但热演化程度过高,导致储层内部有机质孔隙大量消失,烃类气体无法有效赋存。页岩优势储集相概念的提出与划分可进一步为南方高—过成熟度海相页岩气的高效勘探开发提供更准确的参数指标。     

赣东北地区下寒武统荷塘组页岩储层特征

通过显微薄片、扫描电镜及X 射线衍射等对赣东北下寒武统荷塘组44 块黑色泥页岩进行了实验分析,从
地球化学特征、岩石学特征、物性与储集空间特征等方面对泥页岩储层特征进行了研究。研究结果表明：研究区荷
塘组泥页岩厚22.1～735.0 m,单层厚度可达19.59～125.16 m;有机质含量在3.32%～11.40%,平均为5.75%;成熟度为
2.35%～4.90%,总体偏高,属于过成熟阶段;矿物成分主要以石英、黏土矿物、方解石、黄铁矿和白铁矿为主,脆性矿物
含量为18.95%～51.84%,平均含量为40.97%;微孔裂隙发育,形态多样。赣东北荷塘组与北美典型商业性页岩气产区
相比具有差异,主要表现在荷塘组页岩的有效厚度较大、TOC 含量和吸附气比例较高,其不利条件主要表现为埋藏较
深、成熟度过高等方面。     

中美页岩气储层条件对比

北美页岩气开发已获得了巨大成功,而中国页岩气开发还处于起步阶段,对比分析中美页岩气储层条件,指
导中国页岩气高效开发意义重大。从页岩气的成藏条件、储层特征和储层评价因素３个方面进行了详细对比分析,
结果认为：中国成藏条件更复杂,储层埋藏深、温度高、热成熟度高、厚度低;中国页岩矿物组成更复杂,黏土矿物以
伊/蒙混层和伊利石居多,以微粒运移性的黏土矿物为主;石英含量更高,脆性指数更大,更有利于压裂改造;中国储层
评价因素更复杂,要从有机碳含量、有机质成熟度、干酪根类型、储层有效厚度和岩石学特征等多个方面进行评价。总
之,从储层条件的角度对比情况来看,中国（尤其是四川盆地）页岩气藏已具备规模化开发条件。     

新场气田须二气藏单井气水层识别模型研究

川西新场气田须二气藏为典型的低渗致密碎屑岩气藏,由于地质条件复杂,储层非均质性严重,气水分布十分复
杂,束缚水含量较高,气层、气水同层电阻率界限模糊不清,测井解释往往造成很大误判。针对这一难点,应用基于粒子群
算法（PSO）的核主成分分析与支持向量机（KPCA–SVM）模型进行气水层识别。模型先通过核主成分分析（KPCA）进行
非线性属性变量提取,再将提取的属性变量作为支持向量机（SVM）的输入变量,在识别过程中利用粒子群算法（PSO）寻
优,最终实现气水层识别。将模型应用于新场气田须二气藏气水层识别,识别结果符合研究区的实际情况。     

页岩气藏压裂水平井五区复合模型产能分析

水平井结合水力压裂技术已经成为高效开发页岩气藏的有效手段。为此,建立并求解了综合考虑页岩气解
吸、扩散和渗流特征的页岩气藏压裂水平井五区复合渗流模型,获得了Laplace 空间的产量解析解。运用Stehfest 数值
反演技术得到了实空间的无因次产量,绘制并分析了无因次产能递减曲线。研究结果表明：产能递减曲线可划分为6
个流动阶段;窜流系数主要影响解吸扩散及以后的流动阶段;导流能力主要影响早期裂缝线性流动阶段;压裂区宽度
越大,产能越大;压裂区渗透率主要对中后期的产能曲线产生影响,渗透率越大,压裂之后形成的缝网与天然微裂缝沟
通的越好,产能越大。研究结果可为页岩气藏分段压裂水平井产能递减分析提供科学依据。     

中国油页岩原位开采可行性初探

中国油页岩资源量为11 602×108 t,其中埋藏深度在500～1 500 m 的油页岩资源量为6 813×108 t,原位开采技
术是开发该部分资源的有效手段。中国油页岩原位开采技术处于实验阶段,通过对油页岩热分解、热破裂规律、渗透
变化规律等方面的研究,初步探索了油页岩原位开采的可行性。油页岩热分解过程可以分为3 个阶段：干燥脱水、热
解生油、无机矿物质的分解。在这3 个阶段中,由于油页岩内部物理化学反应的程度不同,导致孔隙和裂缝发生了不
同程度的变化,变化最大的是热解生油阶段。利用非稳态数学模型研究了油页岩电加热原位开采的温度场分布,表明
加热5 a 后可以对页岩油进行开采,产油时间至少可以维持2 a。     

牛蹄塘与陡山沱组页岩孔隙发育差异性与主控因素分析——以鄂西某井为例

鄂西地区是长江中下游地区页岩气勘探开发的重点区域,其中震旦系、寒武系等层系均获页岩气流,因此,对其储层微观孔隙结构特征及其影响因素进行研究具有十分重要的意义。通过对研究区页岩样品进行FE-SEM观察、TOC含量测定、全岩及粘土X-衍射分析及其岩石物性等的分析,明确了研究区储层孔渗特征及储集空间类型、有机质丰度及成熟度、矿物组成等。研究表明,牛蹄塘组页岩核磁总孔隙度及渗透率均大于陡山沱组页岩,陡山沱组页岩有机质孔隙发育较好且发育更多白云石晶间孔,部分层段发育方解石溶蚀晶锥及溶蚀坑洞;TOC含量及有机质热演化程度与有机质孔隙呈现负相关关系;矿物组分中,石英及长石含量与核磁总孔隙度呈现正相关关系,而白云石含量与其呈现负相关关系,黏土矿物与核磁总孔隙度的相关性并不明显;此外,核磁总孔隙度与深度呈负相关关系,表现在随深度的加深,核磁孔隙度总体呈波动下降趋势。分析认为：矿物组分、有机质丰度及热演化程度、埋藏深度是影响页岩储集能力的重要因素,有机质的富集有利于页岩气的生成与吸附,脆性矿物的存在提高了储层的脆性,有利于储层的增产改造;埋藏深度影响储集空间的保存条件优劣。     

湘西北下寒武统牛蹄塘组页岩气藏条件及其勘探潜力分析

利用野外露头地质剖面、有机地球化学分析数据等资料研究了湘西北下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏条件及其勘探潜力.研究结果表明,湘西北下寒武统发育的海相泥页岩分布面积广、厚度大、有机碳含量高、有机质类型好,已达高-过成熟阶段,具有良好的页岩气形成条件.黑色泥页岩厚度分布明显受沉积相带控制,从深水陆棚相至斜坡相,黑色泥页岩厚度逐渐减薄.生储盖分析结果表明,桑植-石门复向斜一带具有优越的页岩气成藏条件,页岩气勘探开发前景良好.古丈复背斜一带虽然经历了多期构造活动与改造,上覆地层剥蚀严重,但页岩气自生自储自盖特征和吸附性能,同样可能让其页岩气具有良好的勘探开发前景.     

页岩储层纳米孔隙流动模拟研究

页岩气作为一种重要的非常规天然气资源已受到普遍关注,但页岩储层主要发育纳米孔隙,而针对页岩气在
纳米孔喉中运移的研究还相对滞后,这严重制约了页岩气藏的高效开发。针对纳米尺度孔隙,考虑页岩气的吸附解
吸及吸附相表面扩散,自由气的黏性流、滑脱效应及Knudsen 扩散等运移机制,建立了页岩气单相流动数学模型,并开
展了流动模拟研究。模拟结果表明：对于以纳米孔隙为主的页岩基质,甲烷在孔隙壁面的附着及表面扩散、气体滑脱
及Knudsen 扩散等均将影响气体流动,造成表观渗透率显著高于Darcy 渗透率,且孔喉越细小,压力越低,表观渗透率
与Darcy 渗透率相差越大。通过分析各运移机制对页岩气流动的影响,有助于深入了解页岩气运移产出过程,从而指
导页岩气藏的有效、高效开发。