北美页岩油气研究进展及对中国陆相页岩油气勘探的思考

北美在海相页岩油气的勘探开发中已获得巨大成功,研究表明,页岩油和页岩气形成条件和赋存状态虽然具有较多的共性,但也存在一定差异。共性为二者均呈"连续型"分布于沉积盆地的斜坡和中心带,具有工业开采价值的页岩油气均产自有机质丰度高、脆性矿物含量高、存在异常高压的页岩地层。两者的差异性表现在页岩气的产生具有多源性和多阶性,即页岩气既可来自Ⅰ-Ⅱ型有机质,也可来自Ⅲ型有机质,但页岩油主要来自Ⅰ-Ⅱ型有机质;页岩气可形成于有机质成熟作用的任何阶段,但页岩油是有机质处于成熟阶段的产物。由于页岩油和页岩气分子直径和结构的差异导致两者在页岩中的赋存状态和开采机制存在一定差别。勘探实践表明,中国陆相盆地存在着丰富的页岩油气资源,如何利用这些资源,有针对性地研究其勘探开发技术,是我国页岩油气勘探开发面临的重要问题。     

黔东南地区牛蹄塘组页岩孔隙结构多尺度表征及其对页岩气富集的影响

【研究目的 】研究黔东南地区牛蹄塘组页岩孔隙结构特征及其对页岩气富集的影响,抛开不利因素,为黔东南地区页岩气勘探提供建议。【研究方法 】通过聚焦离子束扫描电镜（FIB-SEM）、场发射扫描电镜（FE-SEM）和氮气吸附等手段,对页岩微纳米孔隙结构进行多尺度表征,并结合研究区牛蹄塘组页岩的生烃及埋藏史,研究构造运动与孔隙结构关系,进而分析对页岩气富集的影响。【研究结果 】牛蹄塘组页岩主要发育毫米级微裂缝、微米级黄铁矿晶间孔以及纳米级有机质孔隙,以墨水瓶状孔隙和平板结构的狭缝孔为主,孔隙结构复杂;结合FIB-SEM三维重构结果,有机质在页岩中占比较高,其孔隙度在0.04%～2.48%,对总孔隙的贡献率介于14%～96%,与有机质共生的黄铁矿晶间孔是沟通裂缝的主要孔隙类型;该地区页岩气赋存状态以欠饱和的吸附气为主,游离气含量偏低。【结论 】牛蹄塘组页岩大量构造裂缝,沟通了有机质孔及黄铁矿晶间孔,改变了原有孔隙结构,致使原位聚集的页岩气沿裂缝逸散,是牛蹄塘组页岩含气量低的关键因素。热演化程度适中、构造保存好的区域是古隆起周缘下一步页岩气勘探的有利方向。     

页岩孔隙结构研究进展及下扬子古生界页岩孔隙特征

天然气可以吸附或以游离态赋存在富有机质泥页岩及其夹层中,使页岩成为一种重要的非常规储集体。页岩的微米—纳米级孔隙是页岩气富集的重要场所,常规孔隙研究手段难以适用,目前,国际上尚没有关于页岩孔隙类型的统一分类方案。因此,页岩的孔隙结构特征成为页岩气勘探开发中的关键问题。总结近年来页岩孔隙结构的主要研究手段和分类,并初步分析了浙西—皖南下扬子地区古生界页岩的孔隙特征。     

龙马溪组页岩不同显微形态有机质成因及其勘探潜力探讨

有机质是页岩中最重要的组分,有机孔更是页岩气重要的储集空间,以扫描电镜为主流的微观分析检测技术成为页岩研究的重要手段,目前对有机质的综合研究正逐步成为页岩气勘探开发研究的重要内容。本次研究选取四川盆地及其外围龙马溪组富有机质页岩,采用氩离子抛光非镀膜样品,利用低电压近距离工作状态,对样品进行了高分辨率场发射扫描电镜检测,观察、总结了有机质显微形态,并依据其内部结构及组成特征对其生烃及储集能力进行了探讨。检测结果揭示:龙马溪组富有机质页岩中有机质主要有三种显微形态,分别是结构型沉积有机质、分异型交生有机质和填隙型运移有机质。结构型沉积有机质形成于沉积及早期成岩演化阶段,保留了部分生物结构特征或沉积定向构造;分异型交生有机质与黏土矿物交互生长并经历演化分异作用,形成了类似于岩浆岩中的“花岗结构”;而填隙型运移有机质形成于晚成岩有机质高演化阶段,为液态烃充填于自生矿物晶间,其周边矿物具有自形特征。龙马溪组页岩以填隙型运移有机质和分异型交生有机质为主,二者都发育丰富的有机质孔隙(孔径10~300nm),是龙马溪组页岩优质的生气母质,并具有优质的储集性能。研究结果为我国海相龙马溪组页岩气生成理论及勘探开发评价提供了较深层次的微观信息。     

陆相页岩气形成条件及勘探开发潜力 ——以川东涪陵北地区侏罗系东岳庙段为例

陆相泥页岩是页岩气勘探开发的重要接替领域。利用四川盆地涪陵北地区最新钻井(FY10井)资料及大量样品的分析测试结果,从页岩矿物组成、有机地球化学特征、储集特征、含气性等方面研究了侏罗系自流井组东岳庙段页岩气形成条件与勘探潜力。研究结果表明:研究区东岳庙段一亚段优质页岩厚度大于20 m,有机质含量较高(TOC为1.31%～4.04%,平均值大于1.5%),有机质类型以Ⅱ型为主,有机质已进入高成熟演化阶段;页岩中无机矿物孔与有机质孔均较发育,平均孔隙度大于4%,储集性能好;岩心浸水实验显示气泡密集、持续性好,页岩气形成与富集条件好;东岳庙段整体埋藏深度适中,页岩中发育大量灰质介壳纹层,有利于增强压裂改造效果,因此具备良好的页岩气勘探开发潜力。     

含煤地层煤与页岩储层纳米级孔隙结构精细对比

煤系中煤层气与页岩气均以游离、吸附为主的赋存方式叠置成藏于煤与页岩储层中,二者赋存富集机理与其纳米级孔隙结构密切相关。借助高压压汞实验、氩离子抛光-扫描电镜实验等手段对沁水盆地太原组煤及页岩储层孔隙特征开展研究,并运用分形法对纳米级孔隙特征进行定量评价,从孔隙孔径分布特征、孔隙分形特征、孔隙成因类型等角度进行沁水盆地太原组煤层与页岩孔隙特征的对比。研究表明,沁水盆地太原组页岩与煤储层孔隙均以纳米级孔隙发育占主体,同时孔径分布差异明显,且煤储层孔隙孔容及比表面积远大于页岩储层;页岩储层小孔及微孔中半封闭孔较多,连通性较差;从孔隙分形数据上来看,页岩与煤储层中小于25nm的孔隙在形态、空间复杂程度方面差异较大,而大于25nm的孔隙却相近。煤与页岩储层纳米孔隙结构主要受沉积及成岩作用共同控制。该研究成果对本区页岩气与煤层气勘探开发具有指导意义。     

煤系页岩气储层研究进展

煤系页岩气是煤系非常规天然气的重要类型。储层研究可为煤系页岩气开发提供理论基础。基于国内外文献调研分析,从煤系页岩分布与地化特征、储层特征与含气性、煤系页岩气赋存状态、富集影响因素、有利储层优选方面,阐述了煤系页岩气储层研究进展。研究表明:煤系页岩单层厚度薄,累计厚度大,有机质类型以Ⅲ型为主,储层矿物中黏土矿物含量相对较高,含气量具备商业开发所需条件。煤系页岩气赋存状态本质上取决于储层孔隙结构,页岩气在微孔中主要以吸附态的形式存在,而在中孔和宏孔中游离态是其主要存在形式。煤系页岩气富集主要受到有机质特征、储层矿物组成、储层结构特征、岩性组合的影响。有机质含量高有利于页岩气赋存;黏土矿物具有较强的吸附能力,多发育微孔和中孔,有利于页岩气富集;储层孔隙度的增加有利于页岩气富集;煤系页岩与煤层互层时,存在压力封闭和煤层气充注,利于富集。煤系页岩气有利储层优选为:TOC含量>2%,R o>0.7%,孔隙度>2%,脆性矿物含量>30%,黏土矿物含量<50%,含气量>1 m 3/t,煤系页岩有效厚度定为>30m、埋深>1000m,同时应考虑气藏封闭性及构造稳定性。     

涪陵焦石坝地区页岩气赋存特征定量表征及其主控因素

为解决页岩气开发过程中,单井实测含气量与测试产量存在明显矛盾的问题,系统开展了测井解释含气量和实测含气量的对比研究,认为在焦石坝地区使用测井解释含气量来代替实测含气量是可行的.在详细对比有机质丰度、有机质成熟度、孔隙结构、地层温度和压力等对页岩含气量影响的基础上,明确孔隙结构是控制页岩气赋存特征的主要因素.对涪陵焦石坝地区而言,由于纵向有机质丰度差异而带来的孔径和孔隙度等孔隙结构的不同是导致上、下部气层赋存状态变化的主要原因.对中国南方海相页岩开发选区评价而言,在今后的开发选区过程中,应更加注重开展页岩孔隙结构对赋存状态的影响研究.      

高丰度低演化程度湖相页岩储层特征——以柴达木盆地北缘中侏罗统为例

页岩储层特征对于页岩气的赋存状态、含气量和后期开发均具有重要意义。湖相页岩多处于生油窗阶段,其储层特征与海相页岩区别较大。以柴达木盆地北缘中侏罗统页岩为研究对象,利用岩芯观察、有机地球化学分析、XRD矿物成分分析、低温氮气吸附、FE-SEM以及甲烷等温吸附等手段分析页岩储层的岩石类型、地化、矿物组成、孔隙结构和含气性特征。结果表明,与海相页岩相比,柴达木盆地北缘中侏罗统页岩具有"两高两低两种类型"的特点,即有机碳含量高、黏土矿物含量高,热演化程度低、脆性矿物含量低,有机质类型以Ⅱ、Ⅲ型为主。较低的热演化程度导致样品有机质孔隙发育较少;有机酸的溶蚀作用及矿物的转化作用是次生孔隙形成的主要因素。与海相页岩不同的是,高丰度低演化程度导致该演化阶段以产液态烃为主,且样品中可溶有机质含量较高,它对于样品的孔隙结构和甲烷赋存状态都有影响,表现为随比表面积增大,样品等温吸附实验结果呈现下降的趋势。对于高丰度低演化程度湖相页岩储层特征的研究,不仅为柴达木盆地北缘中侏罗统页岩气的勘探开发提供地质依据,同时也完善了页岩气地质理论。     

上扬子地区下寒武统页岩有机质孔隙类型及发育特征

为揭示古老层系过成熟页岩有机质孔隙的发育特征,以上扬子地区下寒武统页岩为例,采用岩石薄片、有机岩石学、有机地球化学、氩离子抛光-扫描电镜等多种技术方法,重点从有机质组成及有机质的赋存方式的角度,开展了有机质孔隙类型的识别,分析了各类孔隙的发育特征及形成机制。研究结果表明:下寒武统页岩主要发育3种有机质孔隙类型:固体沥青内有机质孔隙、有机质-无机矿物复合体内有机质孔隙及莓状黄铁矿集合体内有机质孔隙;页岩固体沥青内有机质孔隙普遍较发育,但孔径小(30 nm),页岩中天然气大量散失是导致有机质孔隙坍塌萎缩变小的主要原因;有机黏土复合体和莓状黄铁矿集合体形成的稳定抗压结构,有利于有机质孔隙及页岩气的保存。     

湖南省桑植地区下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏条件分析

桑植地区发育了牛蹄塘组海相黑色页岩,前人对该区古生界下寒武统页岩气成藏条件研究相对较少。在文献调研的基础上,结合野外实地勘查和试验分析,对桑植下寒武统牛蹄塘组页岩储层地质要素和成藏条件进行研究,以期为该区页岩气下一步勘探开发提供借鉴与参考。结果表明: 沉积环境方面,桑植牛蹄塘组页岩沉积相类型为陆棚相和斜坡相,埋深条件好,厚度大; 有机地化特征方面,有机质丰度在2%以上,干酪根类型主要为Ⅱ₁型,少见Ⅰ型,有机质成熟度3.5%,为较好烃源岩; 有机质演化与黏土矿物成岩阶段有较好的对应关系,其成岩矿物转化阶段与有机质生油、生气门限基本一致,源岩处于大量生成干气和裂解气阶段; 储集条件方面,孔隙度为9%,发育了原生孔、次生孔、矿物质孔及天然裂缝、构造裂缝,为页岩气富集提供了空间; 脆性矿物含量高,易造缝造储。整体而言,牛蹄塘组页岩为优质页岩,页岩气的成藏条件为较好—好,其勘探、开发潜力较大。     

雪峰隆起西缘湘张地1井牛蹄塘组页岩含气性特征及控制因素

雪峰隆起周缘是四川盆地外围页岩气勘探的重要区域,下寒武统牛蹄塘组为该区主要的页岩气层位,为深入研究页岩含气性特征,以隆起西缘湘张地1井钻井资料为基础,借助现场含气测试数据,对页岩纵向含气性进行精细描述,并以此探讨牛蹄塘组页岩气分布规律与控制因素.湘张地1井牛蹄塘组页岩气整体呈上低下高、局部富集的分布规律,受有机质含量、矿物组分、孔隙与裂缝、物性、滑脱构造等因素共同控制.下部页岩有机质和脆性矿物含量高、裂缝与孔隙较发育,气体吸附的比表面积主要由有机质孔隙提供,脆性矿物有利于孔缝的形成与保存,裂缝与孔隙的发育有效改善了储层物性,为游离气提供大量储集空间,配合存在的滑脱构造带,使下部总含气量较高,且以游离气为主,占比58%~82%,尤其底部滑脱带内吸附气含量极低,孔缝发育程度对总含气量的影响大于有机质含量,同时,孔缝分布的不均也导致气体在局部较为富集;上部页岩孔缝欠发育,有机质与脆性矿物含量均低于下部,整体含气性较差,吸附气占比略大,主要受有机质含量控制,可作为下部含气段直接有效的盖层.此外,下部页岩岩石力学脆性强、成岩作用晚、热演化程度高、抗压强度与主应力差低,具备较强的可压裂性,有利于后期改造.      

页岩裂缝发育主控因素及其对含气性的影响

依据国内外页岩气大量资料和测试数据,对影响页岩裂缝发育的岩性和矿物组成、有机碳含量、岩石力学性质、异常高压等非构造因素和构造因素进行了定性或半定量分析,初步探讨了页岩裂缝发育与含气量之间关系。结果表明:页岩中石英、长石和碳酸盐岩含量高,岩石的泊松比低、杨氏模量高,脆性大,容易在外力作用下形成天然裂缝和诱导裂缝,其发育程度一般与页岩中脆性矿物的含量呈正相关关系。高有机碳含量或异常高压页岩裂缝发育。裂缝发育程度与有机碳含量关系可以划分为4类。页岩裂缝发育程度与总含气量和游离气量呈正相关关系,页岩裂缝越发育,其含气量越大,产气量也越高。裂缝对页岩气藏的形成具有双重作用,一是裂缝可以作为天然气和地层水的有效储集空间和快速运移通道,有利于页岩层系中游离态天然气体积的增加和吸附态天然气的解吸,裂缝密度越大,走向越分散,产气量越高;二是裂缝规模过大,可能导致天然气散失。北美地区页岩裂缝发育带内的页岩气勘探成功率高,产气量高,中国四川盆地下古生界海相富有机质脆性页岩层中天然气有良好显示或高产气井均与裂缝发育密切相关。     

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674987111000892

Shale with high quartz,feldspar and carbonate,will have low Poisson’s ratio,high Young’s modulus and high brittleness.As a result,the shale is conducive to produce natural and induced fractures under external forces.In general,there is a good correlation between fracture development in shale and the volume of brittle minerals present.Shale with high TOC or abnormally high pressure has well-developed fractures.Shale fracture development also shows a positive correlation with total gas accumulation and free gas volume,i.e.,the better shale fractures are developed,the greater the gas accumulation and therefore the higher the gas production.Fractures provide migration conduits and accumulation spaces for natural gas and formation water,which are favorable for the volumetric increase of free natural gas.Wider fractures in shale result in gas loss.In North America,there is a high success ratio of shale gas exploration and high gas production from high-angle fracture zones in shale.Good natural gas shows or low yield producers in the Lower Paleozoic marine organic matter-rich rocks in the Sichuan Basin are closely related to the degree of fracture development in brittle shales.     

页岩气实验测试技术现状与研究进展

页岩气是一种潜力巨大的非常规资源,已经在北美地区得到成功开发,成为全球油气勘探的一个新领域.目前对页岩气的储量评估和产气能力评价研究主要集中在页岩气藏的岩性成分、成因来源、赋存形式、成藏特征、成藏条件、页岩含气量等方面.而开展这些研究的基础是首先要准确测定页岩有机地球化学,岩石学以及含气量等相关参数,因此页岩实验测试技术是页岩气勘探开发研究的关键技术之一.通过对页岩进行分析检测可以得到总有机碳含量、成熟度、孔隙度、渗透率及含气量等重要参数,这些参数的获得对页岩气成藏研究和勘探开发具有重要意义.因此尽快梳理页岩实验测试技术,建立页岩特征参数常规分析测试方法体系和页岩测试专用实验室显得十分重要.本文在调研国内外文献的基础上,围绕页岩有机地球化学特征、页岩岩石学相关参数和页岩含气量测定,对页岩的有机质丰度、干酪根类型、有机质生油、生气关键指标等地球化学特征分析,页岩矿物组成、孔隙度和渗透率测定等储层表征技术,以及页岩含气量测试技术进行了概述.大量文献资料表明:加强页岩总有机碳含量、干酪根类型、页岩有机质成熟度、页岩孔隙度和渗透率、页岩含气量等参数的研究对页岩气的开发利用具有重要作用.     

利用油气微生物勘探技术寻找页岩气有利目标区

利用油气微生物勘探技术,可以开展预测含油气区、油气前景分级评价、油气成藏主控因素分析等。近几年来该技术在中国12个区块应用效果良好。页岩气是一种非常规的天然气。控制页岩气富集的因素较多,如有机碳含量、有机质类型、热演化程度、页岩的孔隙与裂缝、埋深、压力等。在页岩气勘探中,原生页岩气藏较高的异常压力、气藏的隐蔽特性、页岩的孔隙与微裂缝愈发育气藏富集程度愈高等这些有利的页岩气成藏特点,均为油气微生物勘探技术充分发挥其独特优势提供了得天独厚的条件,可以更有效地反映页岩气的富集规律,进而圈定页岩气有利目标区,大大提高页岩气的勘探成功率,降低页岩气的勘探风险。     

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。     

四川盆地龙马溪组页岩微裂缝发育的“甜点”效应与机制

系统认识和明确页岩“甜点”层段中有机质和脆性矿物促进微裂缝发育的效应和机制,对于提高水力压裂效率,促进页岩气增产稳产具有重要的工程实践意义。本文系统调研了国内外页岩中有机质和脆性矿物控制下的裂缝发育机理等的研究成果,结合数值模拟,对四川盆地龙马溪组页岩“甜点”层段中微裂缝发育的效应和机制进行了全面剖析和探究。研究结果表明：四川盆地龙马溪组页岩特殊的沉积背景为裂缝的发育提供了良好的物质基础。其中有机质的不同成熟度阶段、空间分布和形状、丰度和有机孔隙都在不同程度上控制着微裂缝的形成和发育。脆性矿物在岩石破坏过程中能量的高效转化和良好的脆性响应机制,促进了裂缝的复杂化。少量裂缝的发育还受控于有机质和脆性矿物接触的力学边界、有机酸的溶蚀以及脆性矿物的嵌入等相关效应与机制,进一步突显了裂缝成因的复杂化。由此,建议未来关于页岩储层的脆性评价工作向多元组分的精细化方向发展,同时注重微米—纳米尺度下有机质和脆性矿物力学性质的表征,对于促进并深化页岩破裂机理的认识具有一定的研究价值。     

富有机质泥页岩微纳米孔隙系统演化特征及模式研究新进展

富有机质泥页岩孔隙系统演化特征及其模式的研究有助于完善页岩油气微纳米储层地质理论,进一步揭示页岩油气富集成藏机理,并促进页岩油气综合地质评价与勘探开发.通过综述富有机质泥页岩孔隙系统特征及发育演化影响因素,简述了泥页岩复杂孔隙系统研究发展历程,分析了自然成熟序列泥页岩和模拟序列泥页岩孔隙系统演化特征,总结了国内外富有机...