川南下志留统龙马溪组页岩岩相表征

页岩岩相表征是页岩气地质评价和选层、选区的基础性研究工作。本文以露头和钻井资料为基础,依据岩矿、薄片、地化和测井资料,建立了海相页岩岩相划分方法,对川南上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组主要岩相进行了精细表征,并形成4点认识：(1)应用岩石矿物三端员法+沉积微相划分页岩岩相类型及其组合,是开展海相页岩岩相表征的有效方法;(2)川南五峰组龙马溪组页岩发育6种岩相类型和3种典型岩相组合,其中硅质页岩和钙质硅质混合页岩是(半)深水环境的特有岩相,黏土质页岩和黏土质钙质混合页岩是半深水浅水环境的主要岩相,黏土质硅质混合页岩是浅水深水环境下的共有岩相;(3)随着水体由深变浅和水动力条件逐渐增强以及陆源物质输入量增大,不同成因岩相组合的页岩矿物成分、基质组构、古生物和有机质富集程度、测井响应等基本特征均发生重大变化;(4)受海平面变化控制,主力产层为深水陆棚沉积的硅质页岩、钙质硅质混合页岩和黏土质硅质混合页岩组合,产层顶板为半深水浅水陆棚沉积的黏土质页岩、黏土质硅质混合页岩和黏土质钙质混合页岩组合;前者因富含硅质和有机质,具有良好的脆性和物性,是形成页岩气产层的优质岩相;后者因富含黏土和贫有机质,脆性和渗透性差,是形成页岩气藏区域封盖层的优质岩相;两者自下而上构成良好的自封自储型储盖组合。     

川南地区龙潭组页岩气成藏条件及有利区分析

基于钻井、岩心样品等分析资料,对川南地区上二叠统龙潭组页岩气成藏条件进行了系统分析,认为该区上二叠统龙潭组页岩主要形成于海陆过渡沉积相,页岩厚度较大(20~120m),富含有机质,有机质丰度高(TOC为0.85%~35.7%,平均7.51%),有机质类型主要为Ⅲ型,热演化程度达高一过成熟(Ro为1.95%~2.4%,平均2.22%),利于干气生成;页岩富含脆性矿物和黏土,微米级孔隙比较发育,利于吸附气赋存。与成功勘探开发页岩气的北美页岩相比,川南地区龙潭组页岩有利于干气的生成及赋存,综合分析提出了泸州—自贡—宜宾、女基井—潼南—高科井2个区块为页岩气富集有利区。     

陆相页岩微观孔隙结构及分形特征——以徐家围子断陷沙河子组为例

为揭示陆相页岩微观孔隙结构特征,应用低温氮气吸附-解吸实验,结合扫描电镜分析、有机碳测定及X射线衍射等手段,分析页岩有机质和矿物组成,厘清孔隙结构和分形特征,并探究其影响因素。结果表明:沙河子组陆相页岩矿物组成以黏土矿物、石英和长石为主。储集空间类型主要为黏土矿物粒内孔、长石溶蚀孔和颗粒边缘孔,有机孔隙不发育。氮吸附曲线主要呈现为Ⅳ类吸附曲线,发育H2和H3两类迟滞回线,其中H3型比表面积较低,平均孔径较大,宏孔含量较高。页岩孔体积主要由介孔和宏孔贡献,比表面积主要由介孔贡献。孔径分布呈现双峰态,左峰约为2.7 nm,右峰分布在20~70 nm。页岩发育两段分形特征,分形维数显示H3型页岩孔隙结构非均质性及复杂性较弱。孔隙结构主要受矿物组成控制,与TOC无明显相关性,微孔含量与比表面积越高,宏孔含量与平均孔径越高,页岩孔隙结构越复杂,越不利于页岩气的运移及产出。陆相页岩因沉积环境控制下赋存的腐殖型有机质,从本质上影响了其孔隙空间、孔隙结构及页岩气富集特征,与海相页岩区别显著。      

柴达木盆地西部地区古近系下干柴沟组咸化湖相泥页岩储集层特征

中国已获得湖相页岩气勘探开发的重要突破,但对于咸化湖盆环境泥页岩储集层特征的研究较少。作者对柴达木盆地西部地区古近系下干柴沟组湖相泥页岩储集层开展有机地化、岩矿组成、储集层孔隙结构等特征的研究。(1)研究区泥页岩有机质丰度在0.12％～1.35％之间,具有强烈的非均质性,有机质类型以Ⅱ型为主,氯仿沥青“A”含量较高。(2)泥页岩中碳酸盐岩矿物含量最高,平均27.8％,黏土矿物和石英含量次之,有38.2％的样品检测出硬石膏,反映典型的咸化环境特征。(3)扫描电镜观察有机质孔隙发育较少,形状不规则且孔径较大,粒(晶)间孔隙直径多以微米级为主,微裂缝宽多小于1μm;低温气体吸附测试显示,中孔提供了主要的孔比表面积和孔隙体积,氯仿沥青“A”的存在对样品孔隙结构产生影响。(4)研究区泥页岩储集层中黏土矿物含量低而脆性矿物含量高,与北美页岩气产层及四川盆地龙马溪组页岩储集层岩矿特征类似,易于产生裂缝,有利于页岩气的后期开采。     

四川盆地东部下古生界页岩储集空间特征及其对含气性的影响

四川盆地东部下古生界海相页岩是一套有利的页岩气储层,通过野外泥页岩剖面及井下岩芯观察、电镜扫描、常规物性及微孔隙结构测试、等温吸附实验等技术方法,对页岩气储层空间特征进行了研究分析,发现下古生界页岩的孔隙可分为三大类六小类,裂缝可分为两大类五小类,具有颗粒细小、致密、大孔发育少、微孔发育多、具有一定孔隙度、渗透率小、喉道细、连通性差的特征。页岩总孔体积主体是由孔径小于200nm的微孔隙提供的,纳米级孔隙和微裂缝是页岩主要的储集空间,页岩有机质孔对于孔隙度具有一定贡献,是富有机质页岩的主要微孔隙类型。页岩的微孔隙结构决定了页岩气的赋存状态和流动方式,孔缝发育程度在一定程度上决定了页岩的含气性及其渗透性能,但大型或巨型裂缝的发育,将给页岩气的有效保存带来破坏。有机质(干酪根和沥青质)和黏土颗粒内的微孔隙表面是吸附态页岩气赋存的主要空间,但有机质孔提供了大部分具吸附性的孔比表面,是控制页岩吸附性能的主要因素,而黏土矿物的作用是次要的。     

页岩气储层研究新进展

随着页岩储层研究的不断深入,取得了一系列重要进展和认识,主要体现在对页岩储层孔隙空间类型、储层物性控制因素以及页岩气预测与评价3方面。主要的认识有:①页岩储层中的纳米孔隙及微裂缝是重要的储集空间;②矿物组成是影响储层储集性能及产能的重要因素,黏土矿物含量是影响页岩气吸附性及孔隙大小的主要因素,而脆性矿物可以有效改善储层物性并提高压裂的成功率;③有机质含量和热成熟度是影响页岩储层有机质纳米孔隙发育的关键因素;④基于页岩岩性精细划分,可以根据页岩储层岩性及岩相层段预测有利层段;⑤提出了利用层序地层学的方法对页岩储层进行研究的理念。这些成果和认识推动了页岩气储层研究的步伐,但仍存在许多科学难题尚未解决。     

柴北缘盆地YQ-1井中侏罗统石门沟组泥页岩纳米孔隙特征及影响因素

柴达木北缘(柴北缘)盆地侏罗纪是典型的陆相湖沼盆地,是目前具有页岩气潜力的盆地之一。本文运用氮气吸附、有机碳含量、有机质成熟度、全岩X衍射分析等方法,对柴北缘鱼卡地区YQ - 1井中侏罗统石门沟组泥页岩的纳米孔隙特征及控制因素进行研究。结果表明,石门沟组泥页岩纳米孔隙结构复杂,根据吸附回线及孔径分布特征可划分为两类,第一类以一端不透气性孔和开放性平行板状狭缝孔为主,孔径主要集中在3～5 nm范围内,呈单峰状分布;第二类则以一端不透气性孔和开放性倾斜板狭缝孔为主,孔径主要分布在3～5 nm和8～14 nm范围内,呈双峰状分布。孔径小于50 nm的微孔和介孔是比表面积和孔体积的主要贡献者;黏土矿物含量与微孔、介孔、总孔体积呈正相关;在较低的成熟度制约下,泥页岩有机质孔隙基本不发育,有机质丰度较高的石门沟组上段H9泥页岩TOC含量与微孔、介孔、总孔体积呈负相关性,有机质丰度较差的下段H8泥页岩TOC含量与孔体积相关性则不甚明显;孔隙结构及孔径分布受沉积环境水动力条件影响;黏土矿物是石门沟组泥页岩纳米孔隙的主要提供者,是孔隙发育的主控因素,TOC含量与沉积环境也会对泥页岩孔隙发育产生一定影响。     

渝东五峰组-龙马溪组页岩矿物成分与孔隙特征分析

页岩的矿物成分和孔隙特征对页岩气成藏和开采具有重要意义。四川盆地渝东石柱县打风坳地区五峰组-龙马溪组富有机质页岩广泛发育,应用X射线衍射技术对其矿物成分特征进行研究,发现五峰组-龙马溪组页岩矿物成分包含石英、长石、方解石、白云石、黄铁矿、伊利石、伊/蒙混层和绿泥石。脆性矿物含量(50%)和黏土矿物组合特征表明五峰组-龙马溪组是宜于页岩气形成与开采的有利层位。应用氩离子抛光-扫描电镜方法对页岩微纳孔隙特征展开研究,发现无机孔、微裂缝和有机孔3种孔隙类型。无机孔主要包括粒间孔、黄铁矿晶间孔、黏土矿物层间孔和溶蚀孔,孔径数百纳米至数微米;微裂缝包括构造裂缝和解理缝,缝长集中于3~10μm,缝宽数百纳米。有机孔主要发育在有机质内部,呈片麻状或蜂窝状,孔径30~200 nm,连通性较好。总体而言,五峰组页岩中最主要的孔隙类型是溶蚀孔,龙马溪组页岩中主要发育粒间孔和有机孔。     

沁水盆地榆社-武乡区块煤系页岩气储层特征评价

通过对沁水盆地榆社-武乡区块石炭-二叠系山西组-太原组富有机质泥页岩展布特征、地球化学特征以及储层特征进行分析认为,研究区富有机质泥页岩十分发育,连续性较好。TOC含量集中分布于1.5%~2.5%,干酪根以III型为主,热演化程度为高成熟—过成熟阶段,为好-优质的烃源岩。泥页岩矿物成分以黏土矿物和石英为主,黏土矿物主要为高岭石和伊蒙混层。页岩孔隙类型以黏土矿物粒间孔和有机质孔最为发育。泥页岩具有良好的吸附性能,页岩比表面积和孔隙体积有很好的正相关关系,表明研究区页岩具有较好的储集性能。优选的山西组-太原组页岩气有利区分布于研究区的北部及中部偏南一带,有利区内泥页岩累计厚度均在50m以上,TOC含量大于2%,构造较为简单,埋深适中,有利于页岩气的勘探与开发。     

基于统计学方法的页岩孔容预测

页岩气储集空间与储层矿物特征关系密切,以四川盆地东缘龙马溪组页岩为研究对象,利用矿物组成、微量元素、地球化学等测试结果,结合低温氮气吸附法和高分辨率成像技术,采用多元统计分析方法,建立了页岩孔容预测方程,并分析孔隙分布特征和影响因素。结果表明,龙马溪组中部和底部页岩组分含量差异较大,生物成因的自生石英发育是龙马溪组底部石英含量高的主要原因;页岩纳米级孔隙以2~5 nm为主,对孔容贡献率介于64.2%~70.1%;建立的页岩组分含量与孔容的预测模型高度显著。脆性矿物孔、黏土矿物片间孔及其粒内孔是富黏土矿物页岩的主要孔隙类型,孔隙呈微缝状,小于2 nm孔隙不发育;有机质含量是富有机质页岩孔容大小的主控因素,有机质孔的面孔率介于8.8%~12.5%;有机质含量及成熟度是小于2 nm微孔发育的主控因素,大于50 nm孔隙的发育则受控于黏土矿物、石英及长石含量。      

四川盆地龙马溪组页岩有机质的纳米孔隙

在南方下古生界海相页岩有机显微组分及其赋存状态研究的基础上,以场发射扫描电镜二维图像所展示的有机质纳米孔隙形貌特征为主要依据,将四川盆地龙马溪组页岩有机质纳米孔隙的成因类型划分为沥青球粒孔、气孔、铸模孔。分别论述了这3种纳米孔隙的成因、形貌、大小、演化、连通性、相互关系及其在页岩储层中的作用。研究表明,龙马溪组页岩的显微组分主要是沥青质体,气孔和沥青球粒孔均发育于沥青质体内部,形成于有机质降解和热演化过程,是页岩气生成、吸附和聚集的有力佐证与优先空间。龙马溪组底部富有机质页岩中,各种有机质纳米孔隙发育程度高,直接体现了强的生气和聚气作用。      

四川盆地龙马溪组页岩气储层石英类型与特征

为了解页岩气储层石英类型和特征,以四川盆地龙马溪组页岩为研究对象,对样品进行了薄片观察、氩离子抛光-场发射环境扫描电镜观察、能谱分析、X-射线衍射分析、有机碳含量测试。结果表明,龙马溪组页岩石英含量在23%~83%之间,平均值为52%。根据成因,可分为5类:陆源碎屑石英、生物骨骼相关石英、沉积期-成岩早期混合石英、成岩期自生石英和裂缝中石英脉。石英含量与有机碳含量成正相关,其中有机石英在还原环境下能更好地指示有机质的发育情况。有机石英是指保留有软体并演化成干酪根的生物骨骼石英、交代生物骨架石英和与沥青伴生石英。与沥青伴生石英堆积在页岩原生孔隙中,降低了储层的孔隙度,但在一定程度上抑制了后期成岩作用,为沥青的充注保留了空间,且石英与沥青之间发育的缝隙与有机孔一起形成连通的孔隙网络。     

页岩纹层结构分类与储集性能差异 ——以四川盆地龙马溪组页岩为例

纹层结构研究对页岩系统储层有效性评价具有重要意义。以四川盆地海相志留系龙马溪组页岩为例,综合利用成像测井、光学显微镜、场发射扫描电镜、孔隙度测定、氮气吸附及含气量测试等方法,明确了龙马溪组不同尺度纹层结构特征,评价了不同纹层结构储集性能的差异。龙马溪组发育水平等厚纹层结构—中粗纹层组合、水平—小型波状纹层结构—中粗纹层组合、水平不等厚纹层结构—薄纹层组合及块状无纹层组合;纹层成分主要为包括石英、碳酸盐、有机质与黏土矿物的三类组合,碳酸盐纹层的有机质孔隙和无机质孔隙相对发育;纹层状页岩与块状泥岩在孔隙类型、孔隙体积、有机质丰度及含气量等方面具有明显差异。总体来看,中粗纹层组合页岩储层性质优于薄纹层组合页岩优于块状泥岩,是龙马溪组优先勘探的目标。下一步研究应重点加强纹层结构形成的水动力学背景、对有机质富集及储层可改造性等方面的影响。相关认识可为深化四川盆地龙马溪组有利储层优选与评价提供重要的参考和技术支持。     

上扬子西南缘下志留统细粒沉积岩有机质富集机理研究——以盐津牛寨剖面为例

利用化学元素行为特征的差异性,以总有机碳（TOC）、主量元素和微量元素的含量或比值判别四川盆地西南缘盐津牛寨剖面下志留统龙马溪组细粒沉积岩形成时的初级生产力、氧化还原条件、陆源供应的输入和盆地水体滞留程度等环境特征,并对比川南沉降中心（长宁剖面）和南川非沉降中心（南川剖面）龙马溪组的古环境参数,综合探讨了早志留世上扬子海滞留海盆细粒沉积岩有机质富集的差异性。结果表明,盐津牛寨地区下志留统细粒沉积岩以黑色—灰黑色碳质页岩、页岩和泥岩为主,富有机质主要集中在龙马溪组下段,TOC平均含量为2.73%;Ba_bio显示盆地西南缘龙马溪组早期具有较高的生产力;Ni/Co、V/（V+Ni）,U/Th和V/Cr揭示龙马溪组从底部缺氧环境逐步过渡到顶部的氧化环境;TiO₂、Al₂O₃、Zr表明龙马溪组下段陆源碎屑供应量明显增加;Mo/TOC值和U-Mo协变模式图均说明四川盆地西南缘在早志留世水体呈中等滞留环境。与长宁剖面和南川剖面对比分析,发现盆地西南缘TOC与氧化还原条件呈现显著的正向相关关系;与盆地水体的滞留程度呈现微弱的正向相关关系;与陆源碎屑物质的注入和初级生产力无明显相关性,表明缺氧还原的沉积环境是影响该地区龙马溪组黑色页岩有机质富集的主要因素。     

沉积相带对川南龙马溪组页岩气富集的影响

为查明沉积相带对川南龙马溪组页岩气富集的影响,结合地层分布、岩性特征、沉积构造、有机碳含量、矿物组成、储集空间类型等特征,对龙马溪组页岩沉积相类型进行划分,并探讨沉积相带对有效页岩发育的影响,以期为页岩气富集条件评价提供依据。通过研究区6口页岩气井的钻井岩心观察,结合测井响应、实验测试分析,将龙马溪组划分为浅水泥质陆棚亚相、半深水陆棚亚相和深水陆棚亚相3种沉积亚相类型。有机碳含量、有效页岩的发育和分布、矿物组成以及孔隙发育特征是影响页岩气富集的关键因素,而这些因素均受控于沉积相带:沉积水体越深TOC含量越高,距离沉积中心越近TOC含量越高;龙马溪组地层厚度较大,但有效页岩厚度并不大,深水陆棚亚相沉积层段为页岩气富集的有效层段,且有效页岩层向沉积中心方向逐渐增厚;深水陆棚亚相丰富的生物供应为有效页岩带来了更高的有机质含量以及更多的脆性矿物,提高了岩石脆性;龙马溪组页岩中的孔隙类型主要为黏土矿物层间孔与有机质孔,且TOC含量高的沉积相带中有机质孔越发育。综上,深水陆棚亚相页岩具备有机质含量丰富、岩石脆性高、有机质孔发育等特征,是页岩气富集的最有利相带。     

页岩储层成岩作用及其对储层脆性的影响 ——以渝西地区五峰组—龙马溪组深层页岩为例

页岩粒度细小、岩石致密、微观非均质性显著,在成岩作用改造下发育形成页岩气储层,成岩作用的研究可以为优质页岩储层发育机理提供依据。以渝西地区綦江观音桥剖面、南川泉浅1井、南川三泉剖面、大足Z-203井等代表性剖面、钻孔为例,通过X射线衍射、氩离子抛光—场发射扫描电镜、能谱、岩石薄片/光片显微观察、有机地球化学测试、力学特征测试等手段,对储层成岩作用及其对储层力学脆性的影响展开系统研究。结果表明,研究区五峰组—龙马溪组页岩物质组分、岩石结构、力学性质存在层段性差异,成岩作用阶段介于晚成岩作用阶段至极低级变质作用阶段之间;储层主要成岩作用类型可以划分为压实作用等物理性成岩作用、矿物溶蚀作用等矿物相关化学性成岩作用和有机质生烃作用等有机质相关化学性成岩作用三类。研究区五峰组—龙马溪组底部存在部分脆性矿物高于80%的超高脆性矿物含量层段,碳质—硅质富层理页岩在特殊储层成岩作用的影响下形成大量自生微晶石英,构成以微晶石英+赋孔有机质为主的显微物相组合,兼具良好的力学脆性与储集能力,而其他层段缺乏持续演化不断形成微晶石英的物质基础。储层成岩作用发生的物质基础、岩石结构、类型、作用强度在层段间的差异,是储层脆性矿物与力学性质差异的关键影响因素,应纳入储层评价与优质储层机理研究的关注范畴。     

页岩孔隙空间的形成与演化及孔隙对含气性的影响

虽然页岩气的勘探已经在北美以及中国取得了突破,但是对页岩中孔隙空间的形成与发育仍然存在较大的争议,页岩中是否存在有效的孔隙,这些孔隙与气体的赋存有何联系都需要解答。本文对不同地区、不同岩石类型以及不同热成熟度的页岩进行微观分析,对比前人的研究,同时结合四川盆地龙马溪组页岩的实际分析数据,将页岩划分为富有机质页岩和含粉砂质泥页岩。富有机质页岩中有机质纳米孔是主要的孔隙类型,同时也是气体聚集与吸附的主要空间,有机质孔隙度与有机质含量、热成熟度密切相关;含粉砂质泥页岩中以粒间、粒内溶蚀孔为主,由于有机质含量较少,因而受热成熟影响很小。对页岩的孔隙形成机理分析发现,富有机质页岩孔隙度与有机质含量呈正相关,特别是与初始有机碳含量密切相关,因此恢复初始有机碳的含量是评价页岩含气量与含气性的关键。在热演化程度较低时（Ro < 0.6%）,页岩中有机质孔隙不发育,页岩几乎不含气;随着热演化程度升高（Ro = 0.8%）,页岩微孔隙发育,此时页岩以吸附气为主;随着热演化程度增大（Ro > 1.2%）,微孔逐渐向中孔和宏观孔转化,总的比表面积减小,页岩中游离气含量开始增加,吸附气含量减少。     

川南地区下古生界页岩气储层矿物组成与脆性特征研究

应用X射线衍射(XRD)分析技术,对川南地区下古生界下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组两套海相页岩气储层岩心样品进行了矿物组成与脆性特征研究。结果表明,川南地区筇竹寺组和龙马溪组海相页岩具有差异的矿物组成和含量特征。筇竹寺组页岩中,石英含量最高(28.4%~42.8%,平均35.7%),黏土矿物含量次之(25%~35.3%,平均28.7%),碳酸盐矿物含量较低(1.4%~21.7%,平均11.2%)。龙马溪组页岩中,黏土矿物和碳酸盐矿物含量高,前者为13.4%~66.1%(平均34.7%),后者为14.6%~80.0%(平均35.9%),石英含量相对较低(5.2%~41.4%,平均21.0%)。另外,这些页岩中还含有少量黄铁矿、长石、白云石等其他矿物。总的来说,该区下古生界海相页岩的矿物组成特征与北美海相页岩比较相似。川南地区筇竹寺组和龙马溪组页岩中脆性矿物丰富、含量高,前者为55.6%~73.9%(平均64.1%),后者为26.9%~86.6%(平均62.5%),整体上具有良好的脆性和可压性,有利于该区海相页岩气的压裂改造。     

四川盆地下古生界黑色页岩纳米孔隙形态的影响因素及其地质意义

以场发射扫描电镜与Pores and Cracks Analysis System （PCAS） 图像处理软件为主要研究手段,以形状系数为孔隙形态表征参数,并选取低压N2吸附等为辅助研究手段,对四川盆地及周缘地区的典型钻井A-D 井龙马溪组及筇竹寺组黑色页岩中纳米孔隙的形态特征进行定量研究。研究发现黑色页岩纳米孔隙形态受孔隙类型（赋存位置）、有机质显微组分、地层埋藏深度、热成熟度及孔隙尺寸等因素综合控制。具体体现在：（1） 有机质孔、粒间孔和粒内孔所占比例、孔径分布与孔隙形态具有明显差异,反映这三类孔隙的演化受成岩作用的影响不同。（2） 固体沥青纳米孔隙比其他显微组分中的纳米孔隙更加规则。（3） 与埋藏深度密切相关的压实作用很可能会在垂向上压缩孔隙,一方面令孔径缩小,另一方面让孔隙形态往狭长–裂缝形发展。（4） 有机质孔形态随热成熟度升高总体上会变得更加规则,但这种趋势可能会被孔隙间的合并及压实作用等破坏。（5） 面积更小的孔隙形态往往比面积更大的孔隙更规则。初步研究显示固体沥青纳米孔隙形态代表着高过成熟页岩气储层中主体储集空间所处压力环境,但固体沥青纳米孔隙形态随孔隙压力的演化模式及利用固体沥青纳米孔隙形态表征其所在层系异常高压维持状况及页岩气保存状况的可能性尚需进一步研究。