湖北宜昌地区鄂阳页2井牛蹄塘组和陡山沱组页岩气随钻碳同位素特征及勘探意义

为了深入分析页岩气的甜点特征,针对鄂阳页2井所钻遇的牛蹄塘组和陡山沱组两套古老页岩层系,在井场随钻连续取样,并测量泥浆气碳同位素值以及岩屑罐顶气碳同位素随时间序列的变化特征。基于高密度连续碳同位素数据,结合气体组分、地层岩性、储层物性特征分析页岩气的成因及富集规律;基于岩屑释放气碳同位素分馏特征,结合页岩纳米孔隙发育程度分析页岩气地质甜点要素。研究结果显示：甲烷和乙烷倒转特征及湿度特征表明牛蹄塘组页岩可能具有较好的页岩气勘探潜力;泥浆气甲烷碳同位素值随地层垂深上的变化与生油窗时期液态烃类的残留有关,牛蹄塘组页岩底部同位素值偏轻揭示其液态烃类残留量大,资源潜力高;陡山沱组页岩气组分偏干、碳同位素值偏重的特征可能与其生烃母质以及生、排烃演化史有关;岩屑释放气同位素分馏特征与页岩纳米孔喉体系的发育程度有关,纳米孔喉体系发育程度作为页岩气甜点的判断指标应是一条可行的研究思路。这种基于现场的、连续的、动态的碳同位素分析方法为页岩气成因及富集规律分析、地质甜点区判识提供了更多有价值的参考。     

鄂西宜昌地区秭地1井陡山沱组古沉积环境演化特征

陡山沱组为鄂西地区重要的页岩气勘探目的层之一,针对该地层古环境研究较为薄弱的现状,通过采集岩心样品进行TOC、主量元素和微量元素测试,分析了鄂西宜昌地区陡山沱组古环境演化规律,明确了陡山沱组页岩气富集有利层段。研究表明：陡一段和陡三段为贫有机质地层,陡二段和陡四段为富有机质地层,其中,陡二段显著富集Ca、Mg、P、Ba、Sr、Zn、U、Mo、Cu,陡四段显著富集Ca、Si、P、Mo、U、Ba、V。陡一段和陡三段气候干燥,盐度较高,主要为氧化环境,古生产力较低;陡二段为温湿与干热气候交替,盐度较高,氧化与贫氧频繁交替;陡四段为温湿气候,盐度较低,为缺氧环境。陡山沱组古水动力较弱,沉积于强滞留盆地,陡二段和陡四段古生产力较高。有利区块位于宜昌市以西的深水台间盆地,陡二段中部为页岩气富集有利层段,其中,TOC>2.00%的富有机质地层厚度超过20 m,沉积于贫氧—缺氧环境,古生产力相对最高,为陡山沱组页岩气勘探地质“甜点”。研究成果可为鄂西地区陡山沱组页岩气勘探提供地球化学依据。     

湘西—黔东地区牛蹄塘组页岩气勘探前景

目前湘黔地区已被列入中国页岩气勘探开发的重点地区。通过野外地质调查、钻测井资料分析和样品实验测试等手段,对湘黔地区下寒武统牛蹄塘组富有机质页岩分布特征、有机地球化学特征、储层特征及含气潜力等进行了研究,并探讨了其页岩气勘探前景。研究表明,牛蹄塘组富有机质页岩为浅水—深水陆棚沉积,厚度为40~150 m;有机碳含量较高,最高达17.01%;有机质热演化程度较高,等效镜质体反射率为2.0%~3.5%,处于高成熟—过成熟演化阶段;矿物成分主要以石英和黏土矿物为主,含有少量的钾长石、斜长石、方解石及黄铁矿等。资料井钻探及等温吸附实验表明,该地区富有机质页岩具有一定的含气潜力,并认为该区多期次构造活动可能对页岩气的保存条件有一定影响。结合美国Barnett页岩气选区标准,综合脆性矿物含量、构造及地形等因素,初步优选了松桃—铜仁、秀山—吉首、龙山—永顺、桑植和常德5个有利区块。     

中国南方海相地层牛蹄塘组页岩气“甜点段”识别和优选

为了探索中国南方海相地层牛蹄塘组原始储层中页岩气赋存状态,笔者采用了液氮低温吸附/脱附实验和甲烷等温吸附实验等手段,分别表征了页岩对吸附气和游离气的储集能力;同时结合典型井的含气性特点,研究页岩气的赋存机理,识别和优选出了研究区储层的"甜点段"。结果表明,牛蹄塘组发育1～2层富有机质页岩(有机碳含量TOC>2.0%),岩性以黑色硅质页岩为主;储层微观主要发育有机质孔(两端开口的圆柱孔),粘土矿物层间孔(四面开口的狭窄平板孔)以及粒间孔和晶间孔(四面开口的锥形平板孔),而最重要的孔隙类型是有机质孔。牛蹄塘组含气性普遍较差,但慈页1井残余气体积分数高达69.7%。理论计算和现场实验结果均表明,牛蹄塘组页岩储层赋存甲烷特征变化随TOC发生改变,由于有机质孔的孔径较小(一般仅为几十纳米以下),导致原始储层中赋存吸附气能力较强,而赋存游离气能力较弱。随着有机质质量分数的增加,岩石的弹性模量逐渐降低,但泊松比却逐渐增加。牛蹄塘组"甜点段"具有"甜"和"脆"的特点,即厚度为20～40 m,TOC含量为4%～8%,石英质量分数超过40%,粘土矿物质量分数30%～40%,碳酸盐岩质量分数低于20%...     

沅麻盆地牛蹄塘组页岩气勘探前景分析

对雪峰隆起周缘野外露头下寒武统牛蹄塘组暗色泥页岩特征和保存条件深入研究表明,雪峰隆起沅麻地区早古生代是一个统一的被动大陆边缘,早寒武世牛蹄塘期为陆棚相-盆地相沉积环境,是下寒武统暗色泥页岩的有利相带。牛蹄塘组暗色泥页岩有机碳含量普遍较高,脆性矿物含量高;基质孔隙、微裂缝发育,吸附能力强,同时具有良好的顶底板条件,埋深条件适中,深凹陷部断层不发育,保存条件良好。研究认为,沅麻盆地草堂凹陷和辰溪凹陷牛蹄塘组具有优越的页岩气形成地质条件,是南方下寒武统页岩气勘探开发又一重要地区。     

雪峰山西侧埃迪卡拉系陡山沱组页岩气成藏体系评价

页岩气是一个很有潜力的非常规油气勘探新领域,资源丰富,属于“持续式”聚集的非常规天然气。目前我国还没有大规模开展页岩气的资源评价。对雪峰山西侧地区埃迪卡拉系陡山沱组碳质页岩的厚度、总有机碳含量、有机质类型、成熟度、裂缝、孔隙度、渗透率、矿物组成、深度及烃源岩生烃强度等页岩气藏因素进行了研究分析。结合陡山沱组地层对比以及岩相古地理特征,利用页岩气“甜点”的评价体系,指出雪峰山西侧地区埃迪卡拉系陡山沱组页岩气的有利勘探区为桑植—石门复向斜及宜都鹤峰背斜区,可以作为雪峰山西侧地区页岩气的战略突破区。     

鄂西黄陵背斜南翼震旦系陡山沱组有利目标区页岩气资源潜力评价

随着鄂西黄陵背斜南翼震旦系陡山沱组全球最古老页岩气的首次发现,该层系暗色页岩的含气性已获得证实。通过宜昌-秭归地区黄陵背斜南翼秭地1井岩心现场含气量解析和岩矿分析,获得了黄陵背斜南翼震旦系陡山沱组暗色页岩含气量和密度数据;通过区域地震资料处理解释和秭地1井、秭地2井钻井标定层位,获得了有利区含气页岩厚度及分布,明确了含气页岩的体积;通过概率体积法对该区陡山沱组页岩气资源量进行计算,其范围为（845.78~3 029.08）×10⁸ m³,中值资源量为1 947.27×10⁸ m³,证明该层系具有良好的页岩气资源潜力,可作为鄂西地区下一步页岩气勘探的重点区域。     

黔南下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏条件及勘探前景分析

黔南下寒武统牛蹄塘组平面上整体表现为北西-南东向沉积环境逐渐变深,页岩气有利沉积相为深水陆棚-深水盆地。通过地表剖面及调查井采样测试分析,认为黔南下寒武统牛蹄塘组具有Ⅰ型干酪根特征,有机碳含量高,热演化程度高,且渗透率极低,微裂缝发育,具有形成页岩气藏的基本地质条件。通过有利区评价参数分析,进一步优选出三个页岩气勘探有利区,即麻江-英平有利区,福泉有利区,谷硐有利区。     

黔北地区牛蹄塘组高-过成熟页岩气富氮特征及机理探讨

黔北是我国页岩气勘探开发试点地区之一,区内页岩气组分及成因尚不清楚。基于黔北地区普遍发育循环型地热系统这一典型地质特征,紧密结合区内牛蹄塘组页岩气富含氮气问题,通过页岩气组分及同位素特征、温泉及其伴生气地球化学特征,讨论了页岩气成因、富氮气机理及富集条件。结果表明：黔北地区牛蹄塘组富氮页岩气中氮气主要来自大气,烃类气体及二氧化碳来自有机质热裂解作用,是有机质过成熟阶段的产物;循环型地热系统是导致页岩气富含氮气的主因,造成页岩气与温泉伴生气发生组分交换,使得储层中剩余页岩气甲烷δ¹³C₁值明显低于有机质热裂解成因甲烷;断层、循环型地热系统、底板岩性是影响黔北地区牛蹄塘组页岩气保存条件的关键因素。通过气体组分、同位素特征,结合地质环境,尝试寻找评价页岩气保存条件的有效方法,有助于完善页岩气成因理论,能为黔北地区牛蹄塘组页岩气勘探方案部署提供理论参考。     

湘西北常页1井下寒武统牛蹄塘组页岩气聚集条件及含气特征

为评价湘西北地区下寒武统牛蹄塘组页岩气聚集条件及含气性,优选并实施钻探了湖南省第一口以牛蹄塘组为目的层段的页岩气参数井--常页1井,累计揭示了牛蹄塘组黑色页岩层系真厚度674.5 m,是目前中国单井钻遇的最大厚度黑色页岩层系。通过岩心样品有机地球化学、岩石矿物学、储层物性等实验分析,认为常页1井牛蹄塘组黑色页岩具有机碳含量高（平均为3.9%）、成熟度适中（等效R_o平均为2.6%）、脆性矿物含量高（石英含量平均为50.1%）、黏土矿物含量低（平均为32.4%）、低孔低渗（孔隙度、渗透率平均分别为1.7%、1.32×10^-3mD）、中小孔及裂缝发育的特征,具有良好的页岩气聚集条件。岩心现场解析实验和等温吸附实验都显示出常页1井具有良好的含气性,且整体上含气量随深度的增大而增加,其中井段1 100~1 250 m的黑色页岩段平均有机碳含量高达10.1%,现场解析总含气量为0.5~2.1 m³/t,等温吸附含气量为3.7~6.4 m³/t,是该井页岩气发育最有利的深度,显示出以常页1井为代表的湘西北牛蹄塘组具有良好的页岩气勘探开发潜力,鉴于其沉积厚度巨大,应优先对牛蹄塘组中下部黑色页岩进行勘探开发。     

鄂西下寒武统牛蹄塘组页岩特征及页岩气富集主控因素

综合大量野外露头、钻井、气测录井、地震、岩石矿物学分析、有机地球化学以及现场解吸等数据,对鄂西宜昌—秭归地区下寒武统牛蹄塘组黑色含气页岩特征、岩石物性、矿物成分、孔隙结构和含气性等地质特征进行了系统研究,并对页岩气富集主控因素进行了初步探讨。鄂西宜昌—秭归地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩主要以深水陆棚沉积为主,TOC含量平均值约3.2%,有机质处于过成熟阶段,矿物成分富含碳酸盐矿物,石英次之。页岩有机质孔隙和微裂缝发育,现场解吸及气测录井均显示含气性较好,且页岩单层有效厚度和总厚度越大,页岩含气性越好。     

鄂西宜昌地区下古生界五峰组-龙马溪组页岩气储层发育特征与勘探潜力

近年来,鄂西宜昌地区上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩气勘探取得了一系列重要发现和突破。为进一步明确该区五峰组-龙马溪组页岩气勘探潜力,文章在前人研究的基础上,利用钻井及野外露头资料,结合地震、测井和分析测试数据,对宜昌地区五峰组-龙马溪组页岩气储层发育特征、优质储层分布及勘探潜力等进行了深入研究。结果表明,宜昌地区五峰组-龙马溪组下部黑色富有机质页岩储层岩石类型丰富,普遍具有高硅(石英平均含量>50%)、高碳(TOC平均为2.47%)、高成熟度(R_o普遍大于2%)、低孔(普遍低于5%)和特低渗(平均为0.19×10^-3μm²)特征,储层含气性较好,平均含气量超过2.0 m³/t。优质储层主要集中在五峰组和龙马溪组黑色页岩下部,对应于凯迪阶WF2-WF3笔石带和鲁丹阶LM2-LM3笔石带,厚度约11 m,与四川焦石坝和长宁地区相比,该区优质储层厚度偏薄。最后通过保存条件和经济性评价分析,认为鄂西宜昌东部斜坡区五峰组-龙马溪组页岩气保存条件相对较好,埋藏较浅,地质资源量超过1 200×10     

黔北地区下寒武统黑色页岩沉积特征及页岩气意义

以沉积学、层序地层学、石油天然气地质学为理论基础,以野外实测剖面分析、地化元素分析、薄片观察等为手段,采用"点—线—面"三位一体的方法,对黔北地区沉积特征进行分析。黔北地区下寒武统牛蹄塘组沉积环境为浅海沉积,主要沉积体系类型有浅水陆棚和深水陆棚。古地貌整体为西北高、东南低的特点,物源区主要来自研究区西北部,少量来自西南部。下寒武统黑色页岩普遍发育,厚度在工区东南部最大,可达200 m。宏观上的黑色页岩广泛发育、厚度大、颜色深,微观上富含有机质且硅质质量分数较高。结合宏观、微观2方面,认为工区东南部为页岩气勘探重点区域。     

中国南方下寒武统牛蹄塘组页岩气高效勘探开发储层地质参数

近年来对中国南方下寒武统牛蹄塘组页岩气进行了大规模勘探开发,但效果并不理想,只有四川盆地井研-犍为及湖北宜昌地区钻井见商业气流。为了明确四川盆地周缘牛蹄塘组页岩气勘探开发失利原因并为后续高效勘探开发提供储层地质参数指标,在此次研究中,采用有机碳热解分析、等效镜质体反射率测定及聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB-SEM）等实验方法并以四川盆地周缘渝东北地区下寒武统牛蹄塘组页岩储层为例进行分析。结果表明：渝东北地区牛蹄塘组页岩样品的TOC平均含量达3.1%;等效镜质体反射率分布范围在3.0%~4.0%,热演化程度已达到过成熟-变质期阶段。由于热演化程度过高导致研究区下寒武统牛蹄塘组页岩样品有机质孔隙不发育,发育以粒间孔隙和粒内孔隙为主要类型的微纳米孔隙。热演化程度控制了页岩中的干酪根及滞留液态烃的持续生气,同时又控制着页岩有机质孔隙的发育。四川盆地周缘渝东北地区牛蹄塘组页岩的有机质孔隙演化和生烃演化未达到最佳匹配,在页岩有机质孔隙大量发育时期,由于地层未及时抬升,导致储层热演化程度进一步加强,有机质孔隙数量急剧减少,页岩气在生成后失去有机质孔隙这一有效赋存空间而散失。针对中国南方下寒武统牛蹄塘组页岩气的高效勘探开发应寻找热演化程度适中（2.0% < R_o < 3.0%）,地层古埋藏较浅的页岩发育区,即寻找发育有古隆起或古潜山的页岩分布区。     

中扬子宜昌地区下寒武统水井沱组页岩现场解吸气特征及地质意义

中扬子宜昌地区下寒武统水井沱组页岩具有良好的气体显示，是四川盆地外页岩气新的勘探区。通过对2口页岩气探井共64块水井沱组页岩的含气性现场解吸，测定了解吸气含量、气体组分、解吸气碳和氢稳定同位素组成，分析了解吸气组分变化、解吸过程中气态烃和二氧化碳同位素的变化，同时探讨了页岩气赋存状态、气体稳定同位素倒转特点及其地质意义。研究结果表明：水井沱组页岩现场解吸气含量为0.32~5.48 m³/t，连续含气量大于2 m³/t的地层厚44.05 m，含气性与TOC有很强的正相关性；解吸气甲烷含量为81.90%~95.48%，乙烷含量为0.78%~3.95%，含微量丙烷，为典型的干气；非烃气体中氮气含量稍高，平均约为6.7%，二氧化碳含量低于1%，不含H₂S；吸附气占50%~60%，游离气占40%~50%。解吸早期吸附性弱的CH₄和N₂先脱附出来，吸附性强的C₂H₆和CO₂后脱附出来，至解吸结束仍有相当量的C₂H₆和CO₂未脱附出来。解吸过程中碳、氢同位素均发生变化，δ¹³C_CH4变化范围为-39.92 ‰~-25.86 ‰，δ¹³C_C2H₆为-41.57 ‰~-39.34 ‰，δ¹³C_C3H₈为-40.89 ‰~-35.46 ‰，δ¹³C_CO2为-23.42 ‰~-19.23 ‰；δD_CH4为-136.90 ‰~-128.00 ‰，δD_C2H₆为-160.45 ‰~-155.30 ‰；由于同位素的质量分馏效应，解吸过程中残留的甲烷碳同位素增大了5.15 ‰~13.33 ‰，甲烷氢同位素增大1.64 ‰~8.90 ‰，乙烷碳、氢同位素和二氧化碳的碳同位素基本不变。气体碳同位素分馏还受页岩物性的影响，大的孔隙体积引起更显著的甲烷碳同位素分馏效果，同时还引起乙烷体积含量的差异。利用解吸半量体积所取气样的同位素值代表全部气体的平均值，δ¹³C_CH4平均值为-33.19 ‰，δ¹³C_C2H₆平均值为-40.04 ‰，δ¹³C_C3H₈平均值为-39.07 ‰，页岩气表现出δ¹³C_CH4 > δ¹³C_C2H₆且δ¹³C_C3H₈ > δ¹³C_C2H₆、δD_CH4 > δD_C2H₆的同位素"倒序"特征。与威远地区下寒武统筇竹寺组类似，宜昌地区水井沱组页岩气同样处于气态烃同位素反转阶段的早期，具有多源复合热成因气的特点。