中国石化页岩气“十三五”发展成果与展望

“十三五”期间,中国石化以大力提升油气勘探开发力度、保障国家能源安全为己任,按照“加快开发志留系、攻关突破新类型、积极准备新区新层系”发展思路,加强勘探开发一体化、地质工程一体化,加大关键技术攻关,高效开发了北美以外最大的页岩气田——涪陵页岩气田,探明了中国首个深层页岩气田——威荣页岩气田,实现了中国首个常压页岩气田规模商业发现,落实了深层、常压5个千亿方资源规模新阵地,侏罗系陆相页岩油气、二叠系海相页岩气以及中扬子新区新层系勘探取得新发现。页岩气地质理论认识不断深化,深层页岩气富集机理、常压页岩气富集规律研究取得新认识,创新形成了海相页岩气提高采收率技术、3 800 m深层页岩气开发技术和常压页岩气低成本技术体系,助推页岩气储、产量快速增长,实现页岩气跨越式发展,持续引领中国页岩气发展。未来页岩气攻关方向将以四川盆地及周缘深层、常压、新区新层系为重点领域,加强不同类型页岩气富集机理、开发基础理论研究和关键技术攻关,在“十四五”期间形成涪陵万亿方规模大气田,深层、常压、新区新层系战略领域取得新突破,实现多类型页岩气商业发现和储、产量规模增长。     

四川盆地上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩储层特征与演化机制

依据矿物岩石学、有机地球化学、储集空间、物性及含气性等特征,系统分析并探讨了上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩储层特征、演化机制及其对页岩气勘探开发的影响,提出"生物硅钙控格架、协同演化促生孔、压力演化控保存"的页岩储层演化机制.研究结果表明:①岩相、有机孔载体类型及其赋存方式对有机孔的发育具有重要控制作用,硅质页岩...     

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。     

页岩气储层表征评价技术进展与思考

油气勘探理论与技术的进步使非常规油气勘探开发不断取得新的突破。复杂的微-纳米级孔隙体系与特殊的流体赋存方式是页岩有别于常规储层的显著特征,并对储层表征评价内容、方法与技术手段的针对性、准确性和适用性提出了更高要求。在充分调研国内外页岩气储层表征评价技术的基础上,重点介绍了页岩气储层岩相划分与预测、矿物组分、孔隙结构、可压裂性及多尺度/手段联合方法等储层表征评价技术进展。同时,提出未来发展趋势应聚焦于以下几个方面：①精度与针对性的进一步提高;②多技术、多尺度深度融合;③原地/原位条件储层评价;④储层动态监测评价;⑤大数据油气储层评价。最后,针对中国页岩气地质条件与勘探开发现状,提出未来页岩气储层表征技术与研究发展方向应重点聚焦于以下4个方面：①细粒沉积特征;②储层时空演化特征;③可压裂性评价;④储层评价技术的融合、引进与创新。     

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。     

鄂尔多斯盆地石炭系-二叠系煤系非常规天然气勘探开发进展与攻关方向

随着非常规天然气甜点评价、水平井分段压裂及多层立体开发等技术的发展,非常规天然气勘探开发对象逐渐由单一型向复合型转变,海-陆过渡相复合型煤系非常规气共探合采有望成为中国页岩油气后的“新非常规革命”。石炭系-二叠系是鄂尔多斯盆地重要的烃源岩层系,非常规天然气资源潜力巨大,但尚处在勘探开发初级阶段。基于“十三五”勘探进展和攻关认识,总结出鄂尔多斯盆地石炭系-二叠系具有“两源、三高、三气”的非常规天然气地质特征。石炭系-二叠系发育多种岩性/岩性组合类型,其中富煤岩性组合和富有机质页岩岩性组合（“两源”）是勘探潜力比较大的主体类型,烃源岩有机显微组分以镜质组为主,储集空间以有机孔和微裂缝为主,具有高有机碳含量、高热演化程度和高含气量的“三高”特点;气体赋存状态深、浅层分异明显,浅层煤层以吸附气为主,深层煤层存在游离气,形成了煤层气、页岩气、致密砂岩气“三气”共存的多种组合类型。聚焦煤系储层致密、甜点识别难度大、应力大等挑战,初步形成了“长水平段、大排量、大液量、大砂量”钻完井工艺,有效支撑了深层煤系非常规天然气勘探突破。“十四五”期间将进一步加强煤系烃源岩及岩性组合综合研究,建立地质-工程甜点综合评价理论与技术,形成立体勘探开发与工程配套技术,助力鄂尔多斯盆地非常规天然气高质量发展。     

深层页岩含气量评价及其差异变化——以四川盆地威荣、永川页岩气田为例

近年来我国页岩气勘探开发逐渐走向深层,但对高温高压条件下页岩吸附特征、游离气的赋存特征还不清楚,制约了深层页岩气大规模开发。以四川盆地威荣、永川地区深层页岩为研究对象,对不同有机碳含量和孔隙度的样品开展了高温高压(135 ℃、80 MPa)等温吸附实验和孔隙度实验,计算了页岩吸附气量、游离气量和总含气量的理论值,并与实际值进行对比。研究表明:①页岩吸附气含量随着压力增大逐渐增加,当压力大于40 MPa后,吸附气量增加趋于平缓,最大可达4.46 cm3/g。②页岩理论含气量随着地层压力的增加而增加,当地层压力达到80 MPa时总含气量达到最大,此时理论最大值为11.3 cm3/g;计算的游离气含量为6.8 cm3/g,吸附气含量为4.5 cm3/g,分别约占总含气量的60%和40%;游离气/吸附气比例随深度增加逐渐增加。③基于现场解吸实验,实测威页11-1井总含气量最大值为5.95 cm3/g,最小值为3.29 cm3/g,平均为4.52 cm3/g,对比理论含气量10.3 cm3/g,表明有近50%的气体在抬升过程中散失,同时一定程度上也说明了深层页岩气保存条件的复杂性,建议加强对保存条件的研究。      

页岩有机孔研究现状和展望

有机孔是页岩气储层的主要储集空间,也是页岩气储层区别于常规油气储层的重要孔隙类型。目前对有机孔的类型和特征、发育载体及其影响因素等的认识还存在较大争议。系统回顾国内外页岩有机孔的研究现状,调研分析有机孔发育特征及其控制因素,展望有机孔的攻关研究方向,研究认为,页岩的有机质类型是控制有机孔发育的根本因素,矿物类型与组成、成岩作用以及由脆性矿物形成的刚性格架是有机孔形成并保持的重要保障,热演化程度和地层压力对有机孔的发育和保持具有重要的影响。建议加强有机质类型(成烃生物)、不同有机质类型的生烃和排烃模式、矿物类型及其成岩作用(刚性格架形成时间)、页岩生-排烃与矿物成岩作用之间的有机—无机协同演化机制研究,探讨有利的页岩有机孔类型及其发育模式,加强页岩不同尺度储集空间定量表征、有机孔连通性及其影响因素等研究。未来需进一步关注深层—超深层页岩有机孔的发育特征及其保存机制研究。     

温压耦合作用下四川盆地深层龙马溪组页岩孔渗和岩石力学特征

为了研究温压耦合变化对深层页岩孔隙度、渗透率和岩石力学特征的影响,选择四川盆地威荣和永川地区下志留统龙马溪组深层页岩岩心样品,设计开展温压条件的上限为120℃、70 MPa的孔渗实验和三轴压缩岩石力学—声波一体化实验。研究结果表明：(1)微观上的孔渗变化与宏观上的岩石变形相互约束,均呈现先快后缓的变化特征,最大温压实验条件下孔隙度降低34%～71%、渗透率降低85%～97%。随着温压的升高,深层页岩经历了以有机质孔、黏土矿物孔被压缩和微裂缝受压闭合的塑性变形和脆性矿物孔、岩石骨架颗粒本体被压缩的弹性变形;(2)与常温高围压实验对比,高温对孔渗应力敏感的影响显著。高温通过增加岩石塑性,加剧高围压对孔隙的压缩,同时引发岩石骨架颗粒间产生热应力,页岩层理易重新开启或沿层理等软弱面产生新缝,使得页岩渗透率随温度和围压升高而降低的程度减弱;(3)与常温三轴力学实验对比,深层页岩在高温高压耦合作用下,抗压强度和峰值应变量显著增加,抗压强度最高达435 MPa、峰值应变超过2%,说明高温增加了岩石塑性,不利于页岩的破裂和裂缝扩展;(4)岩相和矿物组分对深层页岩孔渗和岩石力学特征具有重要影响。不同岩性...     

微细多孔结构内两相驱替试验研究

利用等离子体干法刻蚀硅片制作微细尺度多孔结构模型,采用倒置荧光共聚焦显微镜作为跟踪观测手段,去离子水为润湿相,十二烷为非润湿相构成多组分两相流体。试验研究微细多孔结构内两相驱替规律,发现液桥、锥状液滴、液膜等存在于多孔介质表面的多种形式。试验结果表明:十二烷驱替去离子水的排驱过程中,随着毛细数的增大,十二烷的饱和度逐渐增大。去离子水倾向于以液桥的形式稳定地占据尺寸较小的孔喉部位,十二烷倾向于占据尺寸较大的孔身部位。去离子水驱替十二烷的吸吮过程中,优势通道多集中在微观模型的边壁区域,更容易形成优势通道达到突破状态,从而很快地达到稳定的两相相态分布,十二烷以圆锥状的形式附着在多孔结构圆柱表面,说明圆锥状液滴的存在与初始的饱和相态有关。