牛蹄塘组页岩气储层有机质微生物来源的证据

针对牛蹄塘组页岩气储层中有机质来源的问题,从微体古生物化石和有机地球化学两方面开展了研究。采
用环境扫描电镜–能谱系统（ESEM – XEDS）对岩芯中的微生物化石形态和化学组成进行了研究;此外,还采用气相色
谱–质谱法（GC – MS）对岩芯抽提物进行了检测。结果表明,牛蹄塘组页岩中发现的微生物化石C 和N 元素含量较
高（大于30%）,从外部形态大致可将其分为3 类：同心环状结构,表面光滑的球体以及细胞壁开口的球体。岩芯抽提
物检测结果表明,牛蹄塘组页岩nC12 ∼ nC32 的正构烷烃均有检出,且具有低碳数（主峰碳nC16）偶碳优势;此外,抽提
物中还检出了含量较高的类异戊二烯烃,包括,姥鲛烷、植烷和角鲨烯。这些微生物化石的发现和有机地球化学组成
特征为晚震旦-早寒武世扬子浅海微生物的繁盛和牛蹄塘组烃源物质的微生物起源提供了有力的证据。     

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。     

复杂地质条件区页岩气聚集差异性及其意义：以湘西北古生界为例

针对湘西北地区寒武系牛蹄塘组和奥陶系五峰组—志留系龙马溪组富有机质海相页岩勘探效果巨大差异,比较复杂地质条件区聚集特征,分析差异性原因,指出未来勘探方向。研究结果表明:1)牛蹄塘组页岩有机质质量分数w(TOC)及厚度异常高,明显比五峰组—龙马溪组的高;2)牛蹄塘组以热水沉积作用下的硅质页岩为主,黏土矿物以伊利石为主,而五峰组—龙马溪组以生物作用下的硅质页岩和硅质岩为主,黏土矿物主要为伊/蒙混层;3)牛蹄塘组储层中孔(孔径为2～50 nm)和小孔(孔径2 nm)更加发育,吸附能力比五峰组—龙马溪组的强;4)牛蹄塘组热演化程度高,主要生气期与燕山—喜山期构造运动时期相一致;5)牛蹄塘组含气量低,甲烷体积分数低,残余气体积分数超过65%;而五峰组—龙马溪组含气性较好,甲烷体积分数超过90%,解吸气体积分数超过50%。产生这种差异性的原因在于:不同的沉积环境影响页岩品质,尤其是w(TOC)及厚度;牛蹄塘组顶底板条件较差,影响页岩气保存;燕山—喜山期断裂与滑脱双重作用导致牛蹄塘组含气性较差。复杂地质条件区页岩气聚集的关键因素为:沉积条件控制页岩气聚集的物质基础,保存条件控制页岩气富集程度。未来牛蹄塘组勘探应该重视寻找"外源供给型"气藏,五峰组—龙马溪组应重视残留向斜内滑脱作用形成的"甜点区"。     

湘西北下寒武统牛蹄塘组页岩气藏形成条件与资源潜力

在野外地质露头观察和样品测试数据综合分析的基础上,对湘西北地区下寒武统牛蹄塘组暗色泥页岩的区域分布、有机质丰度、有机质类型、成熟度以及储层特征等页岩气藏形成条件进行研究。研究结果表明:研究区下寒武统牛蹄塘组页岩具有区域分布广、厚度大、埋藏深度适中,有机质丰度高、热演化程度高、脆性矿物丰富、物性良好、储渗空间发育等特点,具备页岩气聚集成藏的有利地质条件。认为吉首—花垣—龙山一带和桑植石门复向斜南翼斜坡带是研究区牛蹄塘组页岩气发育最有利区;采用体积法对研究区下寒武统牛蹄塘组页岩气资源储量进行估算,资源储量区间值为(0.5~2.1)×1012 m3,中值为1.3×1012 m3。     

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。     

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。     

页岩气储层含气性影响因素分析—以湘西下寒武统牛蹄塘组为例

页岩气藏属于一种自生自储的非常规天然气藏,在进行页岩储层评价时,应重点考虑其含气性。根据湘西地区下寒武统牛蹄塘组页岩样品现场含气量测试数据及等温吸附试验结果,从含气量入手,针对有机碳含量、热成熟度、黏土矿物含量和石英含量等方面讨论页岩储层含气性影响因素。研究发现,含气量与有机碳含量呈良好的正相关关系,气体的吸附能力随热成熟度的增高有逐渐增大的趋势,同时含气量与黏土矿物含量呈一定的正相关关系,与石英含量呈一定的负相关关系。     

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。     

中上扬子地区下古生界海相页岩气储层特征及勘探潜力

中上扬子地区下古生界海相地层中发育多套富有机质泥(页)岩,成为中国南方页岩气勘探开发的重点地区。作者在对油气藏成因类型进行划分的基础上,认为该类泥(页)岩油气藏属于源岩油气藏的一种。按照控制源岩型气藏分布的主要地质参数,分析了中上扬子地区下寒武统筇竹寺组/牛蹄塘组和下志留统龙马溪组2套富有机质页岩储层的有机碳含量、有机碳质量分数>2%的页岩层厚度及Ro分布特征。通过分析认为这2套地层有机质丰度高、热演化程度高、分布广泛,具备页岩气赋存的基本地质条件。根据这2套页岩气储层分布特征,确定筇竹寺组/牛蹄塘组泥(页)岩气藏有利勘探区块在川南、鄂西和黔北地区;龙马溪组泥(页)岩气藏勘探有利区块分布在川南-滇北区块、川东-鄂西区块和川北区块。     

湘西北牛蹄塘组页岩气储层岩矿特征及意义

基于页岩矿物组成特征分析是页岩气储层评价的基础,也是影响页岩气成藏的关键因素,以湘西北下寒武统牛蹄塘组页岩为研究对象,在岩心观察的基础上,应用薄片鉴定、XRD、场发射扫描电镜和低温液氮等温吸附实验系统分析牛蹄塘组页岩的矿物组成特征及其意义。研究结果表明:湘西北牛蹄塘组页岩矿物组分复杂,具有"两低一高(石英质量分数高(41.40%~60.81%)、黏土矿物质量分数低(21.43%~26.40%)和碳酸盐矿物质量分数低(3.28%~16.10%)"的特点,此外,样品中还普遍含有方解石、斜长石、白云石、黄铁矿及钾长石等矿物;与国内外不同地区的页岩相比,湘西北下寒武统牛蹄塘组页岩脆性矿物种类丰富、质量分数高、脆性指数大,有利于储层的压裂改造;黏土矿物的组合类型反映了牛蹄塘组沉积时总体处于干冷气候条件下静水、缺氧的沉积环境,有利于页岩中有机质的富集和保存;在沉积及成岩埋藏过程中水介质偏碱性,盐度较高,富含K+,Fe2+和Mg2+;已经历晚成岩阶段B—C亚期,有机质演化属于高成熟—过成熟阶段;与矿物成分有关的储层孔隙主要是纳米级黏土矿物粒间孔、黄铁矿晶间孔以及微米级微裂缝,BJH总孔体积和BET比表面积经总有机碳归一化处理后,黏土矿物质量分数与BET比表面积呈正线性关系,表明黏土矿物质量分数对页岩的吸附性能有一定控制作用。     

蜀南地区五峰-龙马溪组页岩微观孔隙结构及分形特征

南方上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组海相页岩是中国页岩气主力开发层位,页岩微观孔隙结构特征的研究对于页岩含气性和开发储量的评价有重要意义。采用场发射扫描电镜和低温氮气吸附实验方法对蜀南地区长宁区块五峰-龙马溪组页岩微观孔隙结构进行了定性评价和定量表征。实验结果表明,蜀南地区五峰-龙马溪组页岩以有机质孔隙为主,局部可见粒间孔和粒内孔发育。氮气吸附回滞环属于H4型,对应纳米级孔隙类型为狭缝型;五峰-龙马溪组页岩平均比表面积17.35 m~2/g,平均孔体积16.70 mm~3/g,平均孔径9.82 nm;页岩纳米级孔隙表面具有分形特征,分形维数平均值为2.681;有机碳含量的增加使得纳米级孔隙数量增多,页岩分形维数增大,孔隙表面粗糙程度增大,页岩比表面积增大,页岩吸附能力增强。     

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。     

高成熟富有机质页岩吸附特征及影响因素

吸附气作为页岩气的一种重要的赋存状态,主要存在于黏土矿物及有机质颗粒的表面或孔隙内,泥页岩的吸附特征对含气量起到至关重要的作用。本次研究通过有机碳含量测试、热成熟度测试、X射线衍射、低温氮吸附及甲烷等温吸附等分析化验手段,对皖南地区下寒武统荷塘组页岩的有机地化特征、岩石学特征、孔隙结构及吸附特征进行了研究,并进一步探讨了吸附性能的控制因素及机理。结果发现:(1)研究区页岩处于过成熟阶段,R_O为2.83%~3.91%;有机质含量较高,TOC含量主要分布于1.97 wt%~7.32 wt%,平均为4.58 wt%。(2)孔隙类型以中孔占主导,宏孔和微孔含量较低。(3)样品的吸附能力差异较大,吸附量分布在0.47~8.63 m3/t,平均为5.21 m~3/t。(4)吸附能力受有机质含量、热演化程度、孔隙结构及黏土矿物含量等因素共同控制,吸附量随TOC含量、R_O及比表面积的增加而增大,随平均孔径及黏土矿物含量的增加而降低。     

四川盆地海相富有机质页岩孔隙特征及赋存状态特征

本文利用低温液氮吸附实验和扫描电子显微镜,基于分子动力学研究了龙马溪组页岩的孔隙特征和甲烷生成特征。根据低温液氮吸附的BET模型,龙马溪组页岩的比表面积为4.32-29.50 m² / g,平均为13.78 m² / g。计算得出的页岩总孔隙体积为6.12-30.47cm³ / g,平均孔径分布范围为3.83-4.52nm,平均孔径为4.06nm。页岩气的吸附和生成也很容易与人工压裂产生的裂缝形成有效的连通。输送通道相对平滑,气体渗透条件良好,这有助于页岩气的开发。孔类型主要包括微裂纹,粒内孔和粒间孔。龙马溪组页岩储层中甲烷的吸附特性表明,随着孔径的变化,甲烷的吸附势能由正向负变化,并逐渐趋近于零。零点表示没有甲烷分子吸附在孔壁上。爆发从吸附变为自由。     

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。     

页岩气藏压裂水平井渗流数值模型的建立

水力压裂后的页岩气藏水平井渗流区域内储层呈现复杂的裂缝网络形态,考虑解吸–吸附机理的单井渗流数
值模型的建立对单井产能影响因素分析具有较强的理论价值和现实意义,基于Warren-Root 双重介质模型思想,建立
了考虑解吸–吸附的基质渗流数学模型和裂缝渗流数学模型,并进行了差分离散方法的设计及渗流方程的IMPES 方
法线性化处理,最后实现了通过Gauss-Seidel 迭代编程模拟。现场应用中,在页岩储层水平井压裂时的微地震结果基
础上构建了地质模型,所建立的数值模型可分析压力、吸附气量、渗透率、地层物性等多个参数特征对生产的影响,并
与页岩气产出规律相符,因此该简便模型可有效指导现场的工程设计及动态分析。     

页岩纳米孔隙表面分形特征及其影响因素

明确页岩纳米孔隙表面分形特征有助于深化对页岩吸附机理与吸附模型的认识。以五峰组/龙马溪组、延长组页岩为研究对象,基于氮气吸附法孔隙结构参数,计算了页岩纳米孔隙表面分形维数,并与泥岩、致密砂岩分形维数对比,揭示了有机质、黏土矿物等对孔隙表面分形特征的影响。研究表明,五峰组/龙马溪组页岩纳米孔隙表面分维值为2.7~2.9,延长组页岩为2.3~2.7,其分维值取决于10 nm以下孔隙累计表面积大小;页岩分维值与有机质成熟演化阶段正相关,而与有机质含量关系复杂;有机质孔与黏土矿物晶间孔表面均具有明显的分形特征,该孔隙发育是页岩具有表面分形特征的根本性原因,但前者的分维值显著大于后者。有机质与黏土矿物表面呈现高度粗糙性,严重偏离光滑平整特性,因此,甲烷在页岩纳米孔内的吸附属于典型的非均匀固体上的吸附。     

盐津--珙县地区五峰组--龙马溪组页岩气富集成藏条件

利用野外观察及实验数据资料,对盐津-珙县地区五峰组-龙马溪组页岩气形成条件进行分析,并探讨其富集成藏的主控因素.研究结果表明盐津-珙县地区五峰组-龙马溪组下部黑色页岩是深水陆棚沉积产物,该区页岩气“甜点段”五峰组—段—四段和龙马溪组一段—五段发育完整,有机碳质量分数在2.7%~6.0%之间,主要为中高-高有机碳含量,富有机质黑色页岩厚度分布在30~50 m.在高含气层位,纳米级有机质孔和黄铁矿晶间孔大量发育,平均孔隙度为2.28%~3.48%,为吸附气和游离气提供良好的储集空间.研究区内构造强度较弱,通天断层少,具有良好的顶底板条件,压力系数平均大于1.0,因而保存条件良好.分析表明,高有机碳含量、纳米级孔隙发育、高脆性矿物含量、高压力系数是盐津-珙县地区页岩气富集成藏的主控因素.     

川东南盆缘复杂构造区龙马溪组页岩孔隙结构及分形特征

川东南盆缘复杂构造区龙马溪组页岩总有机碳(total organic carbon, TOC)含量高、热演化成熟度高,但构造条件复杂,其微观孔隙结构特征及分形特征相关研究较少且与四川盆内页岩存在差异,亟需进一步深入研究。为更好地表征页岩孔隙结构非均质性及其对页岩气富集的影响,综合运用核磁共振、高压压汞及扫描电镜等技术,定量表征复杂构造区页岩微观孔隙结构特征。基于分形理论,利用高压压汞、核磁共振方法获得不同尺度孔隙的分形维数,并探讨分形维数与孔喉结构参数、TOC含量、矿物组分含量的关系及其地质意义。结果表明：川东南盆缘复杂构造区页岩主要发育有机孔、粒间孔和微裂缝。孔隙结构具有多重分形特征,不同尺度孔喉分形维数存在差异,大孔喉复杂程度高于小孔喉,孔隙总分形维数为2.470 2～2.819 1,均值为2.625 6,反映复杂构造区页岩发育更为复杂的孔隙结构,为页岩气提供大量吸附点位,对页岩气聚集具有积极作用。TOC含量和石英含量等因素的共同影响,造成研究区页岩的强非均质性和复杂的孔隙结构特征。与四川盆内页岩相比,研究区页岩孔径分布较广、分形维数偏低。综合分析页岩孔隙结构及分形特征可为昭通示范...