四川盆地涪陵地区海相页岩天然裂缝特征及对页岩气的影响

不同类型裂缝对页岩气富集和保存的影响不同,因而在页岩气储层天然裂缝研究时,需要进行分类评价和预测。利用野外露头、岩心、薄片和FMI成像测井资料,对四川盆地涪陵地区五峰组-龙马溪组海相页岩天然裂缝的成因类型、发育特征、主控因素及不同类型天然裂缝对页岩气富集与保存的影响进行了探讨。涪陵地区五峰组-龙马溪组页岩天然裂缝在地质成因上分为构造裂缝、成岩裂缝及异常高压裂缝3种类型,其中构造裂缝包括层内张开裂缝、穿层剪切裂缝及顺层剪切裂缝;成岩裂缝包括页理缝和收缩裂缝。研究区以构造裂缝和页理缝为主,构造裂缝的发育程度受构造、岩石力学层厚度及脆性矿物含量等因素的控制;页理缝主要受页理发育程度、脆性矿物含量、异常流体压力、有机质含量及其热演化程度的控制。不同成因类型的天然裂缝对页岩气影响明显不同,其中层内张开裂缝和页理缝在页岩层内发育,裂缝规模小,为页岩气富集提供良好的储集空间;穿层剪切裂缝和顺层剪切裂缝发育规模大,主要影响页岩气的保存条件;收缩裂缝和异常高压裂缝的发育程度低,有效性差,对页岩气的影响较小。     

四川盆地及其周缘五峰组-龙马溪组页岩气的晚期逸散

为了探讨四川盆地及其周缘五峰组-龙马溪组页岩气晚期逸散方式和强度,应用典型井页岩气层埋藏史、构造特征、压力系数、含气量和页岩岩心物性分析资料,通过页岩气晚期逸散时间和特征分析以及模式构建,指出页岩气晚期逸散的时间为页岩气层晚期持续抬升的整个阶段,从盆缘到盆内五峰组-龙马溪组页岩气晚期逸散开始的时间从早白垩世演变为晚白垩世。页岩储层基质孔隙以纳米级为主、渗透率属纳达西级（平均为0.000 215×10^-3 μm²）、渗透率应力敏感性强（岩心有效覆压从3.5 MPa升高到40 MPa,渗透率降低了两个数量级）。在断裂不发育的页岩气层深埋区,页岩气的逸散为浓度差驱动的微弱扩散。晚期构造作用导致页岩储层抬升或发育开启断裂,随着地应力的释放,页岩储层渗透率增大,且水平渗透率远大于垂直渗透率（地表全直径岩心水平渗透率平均为0.567 8×10^-3 μm²、垂直渗透率平均为0.153 9×10^-3 μm²）。剥蚀露头区附近或浅埋藏带以及开启断裂附近页岩气逸散强烈,且沿层方向逸散强度远大于垂直层面方向。从深埋区到浅埋区再到露头区,以及逐渐靠近开启断裂,随着地应力、页岩渗透率、烃浓度的变化,页岩气沿层方向逸散方式表现为从微弱扩散到较强扩散再到强烈扩散或渗流的渐变特征,且逸散强度有序渐次增大。     

页岩中黄铁矿类型及其对页岩气富集的影响——以四川盆地及其周缘五峰组—龙马溪组页岩为例

黄铁矿是页岩中普遍存在的矿物之一,对其类型、成因及其对页岩气富集的影响的研究还处在探索阶段。以四川盆地及其周缘上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩为研究对象,通过薄片观察、扫描电镜等手段,识别出草莓状、纹层状、结核状、自形以及他形等黄铁矿类型,五峰组-龙马溪组页岩中的黄铁矿主要形成于同生沉积阶段和早成岩阶段。草莓状黄铁矿主要形成于同生沉积阶段,指示还原环境,有利于有机质富集和保存,其含量与总有机碳呈正相关关系,其发育层段常富含有机质。草莓状黄铁矿与生物成因石英、陆源碎屑石英一起形成刚性颗粒支撑格架,对原始粒间孔隙的保存具有重要作用,有利于油气充注、滞留以及有机质孔的发育。研究区五峰组-龙马溪组底部黑色页岩草莓状黄铁矿非常发育,显示其不仅具有良好的有机质富集的物质基础,也有利于页岩优质储层的形成,草莓状黄铁矿含量可以作为页岩气甜点段判识的依据。     

四川盆地海相页岩气富集条件及勘探开发有利区

历经十余年探索实践,四川盆地海相页岩气勘探取得了一系列进展,锁定五峰组—龙马溪组为最有利产层,提出了一批页岩气富集高产理论,形成了集地质评价、开发优化、优快钻井、体积压裂、工厂化作业、清洁开发等为一体的勘探开发技术,探明了万亿立方米级储量的页岩气大气田。时值中国页岩气勘探发展的重要节点,回顾四川盆地海相页岩气勘探开发历程、梳理五峰组—龙马溪组页岩气在地质条件与富集规律上的成果认识、展望四川盆地海相页岩气勘探的重点接替领域,对推进盆地海相页岩气的勘探开发有积极意义。(1)四川盆地海相页岩气勘探开发经历了4个阶段：评层选区找目标阶段;浅层至中—深层先导试验阶段;浅层至中—深层示范区建设阶段;浅层至中—深层上产、深层评价、常压页岩气评价、立体开发评价、超深层和新层系探索阶段。(2)四川盆地五峰组—龙马溪组的沉积条件优越,深水陆棚相高有机质含量页岩呈连续稳定分布;页岩气主要赋存在有机孔隙中,页岩储层在纵向上集中发育,连续厚度大;川南地区和川东南涪陵区块的构造相对简单,气源持续补给、远离古/今剥蚀区和大型断裂逸散区是页岩气富集保存的有利区;目前,五峰组—龙马溪组的页岩气资源量为33.19×10<...     

四川盆地及其周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气“源-盖控藏”富集

根据页岩气地质理论研究进展和勘探发现,基于"源-盖控烃"论分析了四川盆地及其周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气富集的主控因素。1"源控"主要表现在优质页岩厚度、面积、有机碳含量等物质基础参数控制了页岩的生烃能力和储集能力,上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组一段下部页岩(WF2—LM4笔石页岩段)具有沉积速率低、有机质类型好、有机碳含量高和生烃能力强等特点,具备良好的页岩气发育生烃物质基础;浮游藻类来源的成烃生物有利于大量生烃和有机质孔大量发育,且高有机碳含量保证了发育大量有机质孔并形成三维连通的有机质孔孔隙网络,为天然气提供良好的赋存空间和渗流通道。2"盖控"的盖层包括直接盖层和间接盖层,直接盖层指龙马溪组一段中上部(LM5笔石页岩段及其以上)页岩对五峰组和龙马溪组一段下部页岩(WF2—LM4笔石页岩段)的封闭;中下三叠统膏盐岩、泥岩间接盖层(区域盖层)保证了一定的压力封闭,使得其下的五峰组和龙马溪组页岩气能有效富集,形成高压富集的页岩气藏(焦石坝、富顺—永川、长宁等地区);在中下三叠统缺失的地区,先存的高压封闭体系被破坏,页岩气保存失去有效性,形成低压—常压富集的页岩气藏(渝东南彭水、云南昭通等地区)。源-盖空间匹配关系的数量(静态匹配)和质量(动态匹配)控制着页岩气富集位置和富集程度。四川盆地及其周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组一段下部页岩(WF2—LM4笔石页岩段)发育厚度大,中下三叠统膏盐岩、泥岩盖层发育,主成藏期在J3—K1以新的地区,是四川盆地及其周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气富集的有利地区。     

四川盆地及周缘下寒武统页岩气成藏主控因素与勘探方向

运用最新的页岩气勘探理论及模拟实验结果,对四川盆地及周缘地区下寒武统页岩气成藏基本地质条件及主控因素进行了研究。该区下寒武统暗色泥页岩发育,可划分为"被动陆缘型"和"拉张槽型"2种类型。前者具有品质好、厚度巨大、分布范围广等特点,页岩气成藏物质基础条件优越,但底板条件差,构造变形强烈,页岩气保存条件受到挑战;后者达到了基本烃源岩标准,虽单层厚度薄,但具有纵向发育层段多、顶底板条件良好、构造变形弱等特点。高演化程度影响了暗色泥页岩的含气性,不利于页岩气富集成藏;顶底板条件是页岩气气藏早期形成的前提;构造条件是页岩气藏后期得以保存的关键。勘探有利区为盆内绵阳—乐至—隆昌—长宁地区及周缘城口—巫溪、鄂西宜恩—鹤峰、湘西花垣—张家界、贵州镇远等地区。     

四川盆地及其周缘五峰组-龙马溪组页岩裂缝发育特征及其控储意义

利用岩心、测井、扫描电镜和相关样品物性分析等手段,探讨了四川盆地周缘五峰组-龙马溪组页岩裂缝类型、发育特征、分布规律及其对页岩气富集与保存的影响。结果表明:(1)页岩裂缝发育受沉积、成岩、构造与压力演化等因素共同影响。低角度滑脱缝与层理缝充填程度低,对储层孔隙度和渗透率均有贡献;高角度裂缝和水平层间缝通常被充填,裂缝有效性较低。低角度裂缝对高角度裂缝穿层性的调节对页岩气的富集与保存具有重要意义。(2)页岩微裂缝以非构造成因为主,上部低有机质高粘土层段层理缝与大尺度层间微裂缝发育程度低,小尺度粘土粒间孔缝发育,宜采用"密切割"和"高砂比"等储层改造工艺技术以提高缝网控制储量。底部硅质页岩层理缝、层间微裂缝和刚性矿物粒缘缝发育程度高,裂缝力学性质薄弱,它们与密集发育的低角度及小尺度高角度裂缝共生形成了有利的天然缝网系统。(3)中-浅埋深下层理缝和层间微裂缝渗透率显著高于基质,利于储层改造与页岩气的渗流。深层条件下裂缝与基质渗透率均较低且大致相当,储层渗流能力与压裂改造效果是影响深层页岩气高效开发的重要因素。     

四川盆地及周缘奥陶系-志留系深层页岩气富集特征与勘探方向

基于高温高压条件下页岩物性、三轴应力和甲烷等温吸附等针对性实验,对四川盆地及其周缘奥陶系五峰组—志留系龙马溪组深层页岩气富集特征进行研究。结果表明：(1)深层页岩孔隙度和水平渗透率比中浅层页岩出现较大程度的降低,含气结构以游离气为主。(2)深层页岩偏应力和轴向应变等参数增大,导致破裂难度增加。(3)受构造位置和形态、裂缝特征和流体活动期次等控制,深层页岩气保存条件更复杂。(4)为实现深层页岩气经济开发,深化地质认识是基础,探索针对性压裂改造工程工艺是关键。(5)Metabolograptus persculptus带—Parakidograptus acuminatus带（LM1—LM3笔石带）硅质页岩、含灰硅质页岩是深层页岩气富集高产层段和水平井穿行的有利靶窗,厚度超过10 m的焦石坝、武隆、长宁和泸州等地区是深层页岩气最有利富集区。研究指出深层页岩气勘探应优先在宽缓构造且埋深小于5 000 m、LM1—LM3笔石带页岩厚度大于10 m的“深水深层型”页岩气区进行勘探开发部署,开发工程应增加开发井水平段长度,并采用密切割、强加砂、双暂堵等工艺,以最大程度地改造深部页岩储集层。     

深层页岩气有效开发中的地质问题——以四川盆地及其周缘五峰组—龙马溪组为例

深层页岩气是中国页岩气勘探开发的主要接替领域。四川盆地及其周缘五峰组—龙马溪组深层页岩气具有高温、高压、高地应力的地质条件,深层覆压的增加使储层的孔隙度降低15%～20%、渗透率降低90%～95%,页岩中裂隙对渗透性的贡献显著下降。不同地区五峰组—龙马溪组深层页岩含气量有一定差异,但总体上与已投入开发的中—浅层页岩差别不大,含气量主要受原始沉积条件和后期保存条件联合控制。深层页岩所经历的构造抬升剥蚀较少,保存条件相对较好。深层页岩地层温度较高,地应力较大且应力差值高,页岩塑性增强,导致裂缝起裂及延伸困难,且裂缝闭合压力高,支撑剂破碎和嵌入影响压裂支撑缝宽,裂缝导流能力递减快,长期导流能力难以维持。WF2—LM4笔石带硅质页岩生物成因石英含量高、抗压实作用强,有利于有效储层的形成和保存,由于脆性大,天然裂缝更发育,页岩气"甜窗"的底限可能超过5 km,是深层页岩气最优开发层段。深层页岩气的富集程度主要与先天沉积成岩条件的优越程度、埋藏及生-排烃历史以及后期构造抬升与变形的差异性有关。优选出具有高脆性、高孔渗性、高压力系数、高含气量等特性的深层页岩分布区,建立与深层页岩相适应的体积压裂改造...     

四川盆地及其周缘下寒武统页岩气聚集条件

在对重庆市秀山县溶溪和四川省南江县小两等15处下寒武统黑色页岩的露头观察和取样分析基础上,研究了四川盆地及其周缘下寒武统黑色页岩的沉积相、分布、有机质类型及含量、成熟度、孔隙度和含气量等页岩气聚集条件。与美国主要产气页岩相比,这些页岩具有厚度大、有机碳含量高、成熟度高和含气量高等特点,具备页岩气藏发育的良好地质条件。四川盆地及其周缘下寒武统页岩气藏最有利发育区位于川南-黔北-黔中、鄂西-渝东和川东北地区,并分析了各有利区的泥岩、页岩具体指标。根据实测含气量,采用体积法计算研究区下寒武统页岩气资源量为（3.3~11.4）×10¹² m³,中值为7.4×10¹² m³。     

川南及邻区龙马溪组黑色岩系成岩作用

为了厘清成岩作用对页岩气储层的影响,以川南及邻区下志留统龙马溪组黑色岩系为主要研究对象,通过偏光显微镜、背散射和X-射线衍射分析等手段,对其成岩作用进行了研究,结合有机质的镜质体反射率(R_o)、岩石热解、伊利石结晶度等分析,划分出成岩阶段,明确了成岩演化特征。在埋藏成岩过程中,页岩气地层经历了无机和有机成岩作用的共同改造,无机作用主要为压实作用、胶结作用、溶蚀作用和交代作用,有机成岩为有机质的生烃演化作用,二者密不可分、相互影响。成岩演化已达到晚成岩阶段,主要经历了4个阶段:1快速压实阶段;2弱溶蚀-压实阶段;3弱溶蚀、胶结阶段;4弱胶结、交代阶段。受成岩作用的影响,孔隙演化可分为早期原生孔隙大量、快速丧失阶段和中晚期次生微孔隙、微裂缝形成阶段。中成岩A期的弱溶蚀、胶结阶段中的黏土矿物转化和有机质生烃的协同作用是页岩气储层发育的主要原因。     

常压页岩气形成机制、分布规律及勘探前景——以四川盆地及其周缘五峰组-龙马溪组为例

常压页岩气藏的压力系数和含气量较低,地层能量较弱,具有中-低丰度、中-低品位、资源总量大和储量规模大等特征。中国南方常压页岩气藏分布广泛,具有良好的地质背景与富集条件,但其类型、形成机制和富集规律不明。基于页岩气勘探开发实践和地质解剖,探讨了四川盆地及其周缘五峰组-龙马溪组常压页岩气藏的类型、形成机制、分布特征和富集规律,提出了常压页岩气藏勘探开发的前景与技术对策。研究认为,常压页岩气藏主要包括优质页岩缺失/减薄型、早期逸散型、断裂破坏型和残留向斜型4种类型。常压页岩气藏的分布与富集明显受构造作用控制。通过对常压页岩气藏的类型、特征和形成机制等综合分析,认为残留向斜型常压页岩气藏为目前最有利的勘探开发类型。地质评价中应聚焦在靠近盆地、抬升时间晚、残留向斜面积大、远离深-大断裂且裂缝封闭时间早的地区开展研究,优选靠近向斜核部、构造稳定、相对高压力系数和埋深适中的区域开展页岩气勘探开发。技术对策上,建议钻井上采用低泥浆密度钻井液,压裂上采取少段多簇、大排量、中等液量和高砂量,以此来实现经济有效的体积改造。该研究成果将为常压页岩气的地质评价和勘探实践提供参考。     

四川盆地外围常压页岩气勘探开发进展与攻关方向

首先简要介绍了美国常压页岩气的基本地质情况和生产特征,以及造成页岩气常压或低压的原因,再以四川盆地外围武隆、彭水、道真等残留向斜上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气藏的勘探开发为例,通过对比,指出美国常压、低压页岩气藏与四川盆地外围常压页岩气的最大差别有3点：一是美国页岩气藏的厚层富有机质页岩连续分布面积大;二是绝大多数有机质热演化程度不高、吸附气含量高,多采用直井生产;三是页岩沉积后期经历的构造运动期次少、强度低。采用超轻支撑剂的氮气泡沫水平井压裂在美国Big Sandy地区Ohio低压页岩气开发中取得了成功。通过对3个残留向斜勘探开发进展的分析,提出改造期次、强度、埋深、分布面积等是盆外残留向斜保存条件差异的主要因素,也是导致地层压力系数和产量差异的主要原因;基于此,提出了下步盆地外围常压页岩气勘探开发与技术攻关建议。     

四川盆地页岩气富集控制因素及类型

四川盆地页岩气具有多领域、多层系、多类型的特点。有利的沉积相、成熟度和保存条件是四川盆地页岩气富集的关键因素。海相深水陆棚优质页岩具有源、储、可压一体页岩气的富集条件,为最有利的沉积相类型。湖相碳酸盐湖坡风暴滩沉积的页岩与灰岩互层组合,具有源、储、可压近配页岩气富集条件,有利于微裂缝的发育,具有较好储渗性。适中的成熟度（2%～3%）生气高峰阶段,饱和气有机孔隙最发育,页岩的储集性最好。在埋藏条件下,页岩气的赋存总体上随着埋深增加,吸附气缓慢下降,而游离气则较快增加,超压区有利于游离气保存。在此研究基础上,将四川盆地页岩气划分为3个层系5种类型。其中,下志留统盆内缘超压和盆内超高压深水陆棚厚层页岩气型最有利于页岩气富集。依据各层系有利的沉积相带,适中演化程度（镜质体反射率1.3%～3.5%）,压力系数大于1.2,埋深小于4 500 m分布区,预测出不同层系的页岩气有利区。     

页岩气富集高产主控因素分析——以四川盆地涪陵地区五峰组-龙马溪组一段页岩为例

以四川盆地涪陵地区五峰组-龙马溪组海相页岩为研究对象,综合岩心观察、地化分析、测井和地震资料,分别从页岩气富集和高产两方面开展主控因素系统分析,明确有机碳含量、微-纳米尺度孔隙和保存条件是页岩气富集主控因素。其中有机碳含量不仅是评价页岩原生品质的重要参数,同时影响微-纳米尺度孔隙发育特征,而保存条件是页岩气富集的重要基础保障。页岩气高产受脆性矿物含量、埋深、构造形态和裂缝因素影响,其中脆性矿物含量越高,页岩可压性越好;页岩埋深及构造形态对于地应力影响较大,从而影响页岩储层的压裂改造效果;裂缝的发育导致压裂过程中压力的定向性泄压,无法形成有效复杂缝网。