基于热模拟实验的富有机质泥页岩孔隙演化研究进展

富有机质泥页岩是非常规油气领域重要的研究对象,揭示其孔隙演化特征对于研究页岩油气赋存机理具有重要意义,并为页岩油气资源评价以及勘探开发提供参数。热模拟实验结合扫描电镜,气体吸附和高压压汞等实验技术手段可应用于泥页岩孔隙演化的研究。相比于开放体系和封闭体系,半封闭半开放实验体系的设计是更接近地下真实地质过程,其更适用于孔隙演化的研究。富有机质泥页岩孔隙演化是有机质和矿物在高温高压及流体等多因素长时间共同作用的结果,基于热模拟实验条件下总结归纳了富有机质泥页岩孔隙演化特征(有机孔和无机孔两个方面)、孔隙演化主要控制因素(有机质生烃作用,矿物转化和压实作用)以及孔隙演化模型。尽管热模拟实验实现了对同一泥页岩样品全孔隙演化阶段的研究,但孔隙演化的研究还不够系统,问题在于:泥页岩样品在热模拟实验高温高压条件下易碎裂,导致样品制备上的困难;热模拟实验温压条件很难模拟地下真实成岩和生烃的过程;热模拟实验成本较高导致其不能大量开展,因此得到的样品和孔隙相关参数的数据也不够充足。如何系统地研究富有机质泥页岩孔隙演化也正是未来需要关注和研究的重点。     

南堡凹陷古近系泥页岩孔隙结构特征

对南堡凹陷古近系泥页岩采用岩石热解、X衍射矿物分析、扫描电镜观察、氮气吸附测试等实验方法,探讨主要目的层段泥页岩孔隙结构特征。结果表明,南堡凹陷古近系泥页岩具有低孔致密的储层特征,部分样品具有较高的脆性矿物含量,有利于形成裂缝网络;微观孔隙类型主要包括有机质孔隙、粒间孔、粒内孔和微裂缝;微孔和中孔提供了绝大部分比表面积与孔体积,是气体吸附和存储的主要场所;泥页岩孔隙结构主要有细颈长体的墨水瓶孔型、四面开放的平行板型,其中以有利于气体吸附存储的墨水瓶型为主;有机碳含量是控制南堡凹陷古近系泥页岩中纳米级孔隙体积及其比表面积的主要内在因素;石英含量与孔体积有较好的正相关性;脆性矿物对于孔隙有积极的建设作用;有机碳含量是影响页岩吸附气体能力的主要因素。     

阿尔金山前中下侏罗统泥页岩元素地球化学特征及其地质含义

柴达木盆地西部阿尔金山前中下侏罗统暗色泥页岩地层发育,依据对月牙山剖面的野外地质调查,结合野外样品元素地化资料分析,对该区中下侏罗统泥页岩的沉积特征及环境进行了较为详细的研究。其结果表明:阿尔金山前月牙山泥页岩发育,主要为湖相沉积;沉积环境主要为还原环境;水体较深;有机质类型以Ⅱ2型为主,烃源岩处于生排烃高峰期,具备一定的生烃能力,为中等烃源岩。本研究内容对于今后有利勘探区的划分具有指示重要作用。     

福建闽西南翠屏山组泥页岩的地球化学特征

通过福建闽西南地区翠屏山组钻孔样品的地球化学分析,从有机碳含量、有机质类型、热成熟度三方面讨论了闽西南翠屏山组泥页岩的地球化学特征及生烃潜力。分析结果表明,福建闽西南翠屏山组泥页岩储层有低有机质、高演化的特征,有机质类型为Ⅲ型。分析认为,翠屏山组泥页岩储层生烃物质基础较差,热演化程度过高,产气潜力不理想。     

四川盆地长宁示范区地质条件对页岩有机质的影响

以四川盆地长宁示范区志留系龙马溪组泥页岩层段为研究对象,在单井岩心观察、有机地球化学特征、地球物理测井和古生物标志等分析的基础上,根据该地区构造特征和沉积环境演化特征这两个方面,分析长宁示范区地质条件对其页岩段有机质的影响。结果表明:川东南地区虽经多期次构造运动,但总体构造格局未受明显破坏,页岩保存完好,为龙马溪组页岩展布广泛、厚度大、有机质保存提供环境保障。本区龙马溪组富含有机质,泥页岩累积厚度大,有机质类型以I型腐泥型为主,是川东南地区海相地层中的优质烃源岩,研究区的沉积环境和构造地质条件为龙马溪组页岩有机质富集保存提供了有利条件,龙马溪组的浅海陆棚闭塞缺氧的沉积环境和缓慢的沉积速率是其优质烃源岩发育主要影响因素。证明区域地质条件对泥页岩层段有机质含量、类型、成熟度、页岩有效厚度、保存条件具有重要意义。     

富有机质泥页岩有机质孔隙研究进展

泥页岩有机质孔隙是页岩气储层的主要孔隙类型,是页岩气的富集关键因素之一。近年来对有机质孔隙成因、控制因素及页岩气储层的储渗性能研究取得了较大的进展,研究表明:有机质孔隙的成因包括干酪根生烃形成的孔隙与沥青裂解形成的孔隙2种类型。根据有机质孔隙大小,可分为大孔、中孔(介孔)与微孔。页岩气以吸附态赋存在微孔、介孔中,以游离态保存在大孔中。吸附态主要发生在孔径10nm的孔隙中,大孔中游离态烃以非达西渗流方式流动。有机质的成熟度处于0.9%~3.6%、腐泥组与镜质组显微组分、有机碳质量分数2.0%是有机质孔隙发育的有利条件;压实程度较高、较高的流体压力、脆性矿物含量高的泥页岩是有机质孔隙保存的有利条件。     

马朗凹陷芦草沟组页岩油储层成岩演化与溶蚀孔隙形成机制

通过场发射环境扫描电子显微镜、X射线衍射等试验手段,对三塘湖盆地马朗凹陷芦草沟组页岩油储层成岩演化特征与溶蚀孔隙形成机制进行研究。结果表明:二叠系芦草沟组泥页岩为低孔、特低渗储层,主要经历了压实、胶结、交代以及溶解等成岩作用;有机质热演化与无机矿物成岩演化在时空上相对应,有机质生烃高峰、孔隙度高值区、伊利石含量高值区在同一深度出现;生烃过程形成的酸性流体溶解不稳定矿物,形成溶蚀孔隙,同时为伊利石化提供K+;矿物溶蚀孔和有机质残留孔是页岩油重要的储集空间,伊利石化可加速钾长石溶解,并造成矿物的体积收缩,对储集空间的形成具有明显促进作用;泥页岩中溶蚀孔隙的形成与有机质生烃、油气初次运移同步。     

基于热模拟实验探讨湘鄂西地区黑色页岩孔隙结构演化

利用湘鄂西地区低成熟度龙马溪组富有机质页岩制备不同热演化梯度的热模拟样品,分别进行低温N_2吸附等实验定量表征其孔隙结构,分析在有机质生烃过程中,页岩孔隙结构的变化规律,并将模拟样品与自然样品的实验结果进行对比分析,研究有机质成熟度对页岩孔隙结构的影响。结果表明:区内以发育有机质内孔隙为主的黑色页岩的热演化过程分为3个阶段:①有机质内部孔隙遭受压实和破坏作用(2%Ro3%),能够进行热解生烃的有机质消耗殆尽,部分生烃产物未能从页岩孔隙中及时排出,造成部分孔隙被堵塞;②有机质内部孔隙广泛发育阶段(3%Ro4%),有机质热解生烃导致微孔和介孔孔隙数量增多,页岩孔隙结构的非均质性增强,分形维数不断增大;③有机质热解消耗殆尽阶段(Ro4%),页岩中有机质逐渐被热解消耗殆尽,内部生烃作用残余的较小孔隙孔径增大,孔隙结构趋于简单。在有机碳含量较高的页岩中,甲烷分子的吸附空间主要由有机质生烃作用形成的孔隙提供,随着热成熟度不断提高,有机质热解生烃导致其自身含量减少,从而不利于甲烷分子的吸附。     

贵州地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩地质特征及其油气资源意义

贵州地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩发育广泛,并受该区早寒武世岩相古地理类型的控制,主要发育在中、东部地区的页岩盆地相地区中,少部分发育在页岩盆地相和碎屑岩台地相的过渡相中,极少发育在西部的碎屑岩台地相中.研究区牛蹄塘组黑色页岩沉积环境为缺氧还原性沉积环境,有机质母源主要为水生低等菌藻类生物,并混有少部分陆源高等植物.研究区牛蹄塘组黑色页岩具有有机质丰度高、母质类型好、有机质转化为烃类能力强的特征,显示出较大的生烃潜力和油气资源意义.但其高演化阶段作为成油的烃源岩意义不明显,作为成页岩气的源岩则前景乐观.     

鄂尔多斯盆地南部延长组烃源岩分布及其地球化学特征

为了研究鄂尔多斯盆地南部延长组烃源岩尤其是主力烃源岩的分布及其地球化学特征,系统采集了研究区具有代表性的样品,对其开展各项地球化学实验,并结合相关测井资料进行综合分析.结果表明:烃源岩厚度及有机质丰度分布受沉积环境的影响较大,靠近盆地中央的深湖—半深湖相的泥页岩发育、有机质丰度较高,盆地的边缘相带泥页岩发育程度低、有机质丰度低.长7烃源岩有机质类型以I-Ⅱ_1型为主,生油潜力大,为研究区主力烃源岩;长8,长9烃源岩有机质类型以Ⅱ_1型为了主,生油潜力中等,为次要烃源岩;长4+5和长6烃源岩有机质类型以Ⅱ_2-Ⅲ型为主,生油潜力相对较小,为较差的烃源岩.     

页岩有机孔成因演化及影响因素探讨

有机孔作为页岩孔隙系统的重要组成部分,形成于页岩生烃演化过程中,是页岩气生成、扩散和聚集留下的痕迹,也是页岩储层生气、储气能力的体现。在系统调研文献的基础上,结合已有的地质资料,首先,探讨了有机孔的成因,认为有机孔是有机质在生气膨胀力足够强时突破有机质表面大规模发育形成,属于生气膨胀力成因。其次,讨论了有机孔发育的影响因素。结果表明,有机孔发育除受TOC、R_o、有机质类型及显微组分等有机质地化属性影响外,还受有机质塑性特征、有机质赋存形式、次生沥青、压实作用及地层压力系数等的影响,变质阶段有机质的强烈压实变形不利于有机孔的保存,有机质黏附于矿物表面则有助于有机孔的后期保存,而地层压力系数与有机孔的发育具有较好的对应性。最后,以R_o作为主要划分指标,将有机孔的演化过程划分为未-低熟、成熟、高-过成熟及变质4个阶段,有机孔大量形成于高-过成熟阶段。     

川南地区下古生界海相页岩微观储集空间类型

为探明不同成因的孔隙对页岩气储集的贡献,基于多种分析测试手段,对川南地区下古生界海相页岩微孔类型与分布、孔隙定量表征进行研究,并探讨页岩中微观储集空间的成因及影响因素。结果表明:下古生界页岩微观储集空间分为矿物基质孔、有机孔和微裂缝3大类,并可进一步细分为9种类型;龙马溪组页岩主要发育有机质孔和黏土矿物层间孔,五峰组页岩主要发育有机质孔和溶蚀孔、缝,九老洞组页岩有机质孔极少,多见溶蚀孔、缝;下古生界3套页岩孔隙类型与分布特征的差异与矿物组成、有机质丰度和成岩演化作用有关;龙马溪组底部页岩微孔发育,比表面积大,为页岩气的吸附提供大量储集空间,是有利的页岩储层发育段。     

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。     

海相页岩优势储集相划分—以重庆周缘下志留统龙马溪组和下寒武统牛蹄塘组页岩为例

页岩岩相划分在中国南方海相页岩气的勘探开发过程中曾得到广泛研究,但由于在岩相划分过程中未考虑控制页岩有机质孔隙发育的热演化程度这一关键参数,从目前针对演化程度过高的海相页岩气的开发成果来看并不理想,因此页岩岩相划分并不适用于演化程度过高的海相页岩。提出基于页岩有机碳含量、储层热演化程度及有机质孔隙有效赋存空间组合的优势储集相概念及划分。页岩优势储集相是指储层的热演化程度、有机碳含量与有机质孔隙的组合。此次研究以重庆周缘下志留统龙马溪组和下寒武统牛蹄塘组页岩为研究对象,选取岩心样品进行有机碳含量测试、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,明确龙马溪组和牛蹄塘组页岩的总有机碳(TOC)含量、镜质体反射率(Ro)及不同岩相页岩内有机质孔隙发育等特征。结果表明:龙马溪组页岩的富泥硅质页岩和硅质页岩均发育大量有机质孔隙,而同样岩相的牛蹄塘组页岩样品均不发育有机质孔隙。页岩中的有机质孔隙发育受控于储层的热演化程度,与页岩的岩相特征并无关系。优势储集相划分结果表明:研究区龙马溪组页岩属于适宜演化富有机质储集相(RC-1),由于热演化程度适宜,TOC含量高,储层内部发育大量有机质孔隙,使烃类气体得到有效赋存;而牛蹄塘组页岩属于过演化富有机质储集相,虽然TOC含量高,但热演化程度过高,导致储层内部有机质孔隙大量消失,烃类气体无法有效赋存。页岩优势储集相概念的提出与划分可进一步为南方高—过成熟度海相页岩气的高效勘探开发提供更准确的参数指标。     

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...     

松辽盆地北部陆相泥页岩孔隙特征及其对页岩油赋存的影响

综合应用气体吸附、高压压汞和扫描电镜方法对松辽盆地白垩系陆相泥页岩内部微观孔隙特征进行刻画,进而结合岩石热解、全岩矿物分析等实验手段对泥页岩孔隙发育的控制因素及其对含油性的影响进行分析。结果表明:研究区泥页岩孔隙类型以片状黏土矿物的层间微孔隙为主,裂缝发育程度不高,孔隙级别以微孔和介孔为主,泥页岩孔隙发育总体受控于埋深和次生孔隙发育情况,有机孔隙对页岩油储层不具有重要意义;油源充足的情况下,泥页岩含油性明显受控于孔隙度,其中直径大于20 nm孔隙是页岩油的主要赋存空间,在进行页岩油勘探开发时应着力寻找较大孔隙发育的甜点区;龙虎泡阶地南部与齐家-古龙凹陷交界处青山口组含砂岩或砂质薄夹层的泥页岩层系中泥岩次生孔隙发育,含油性高,易于压裂,是松辽盆地北部页岩油勘探开发的首选区域。     

下扬子皖南地区下寒武统大陈岭组页岩特征及其沉积环境

下扬子皖南地区下寒武统大陈岭组发育富有机质页岩,前期对该套页岩的关注和研究较为薄弱。为探索大陈岭组页岩特征及其沉积环境,以该区页岩气探井WY1井为研究对象,基于岩心、测井资料,通过全岩X射线衍射、氩离子抛光扫描电镜、有机地球化学、元素地球化学等测试手段,重点分析页岩岩石矿物组成特征、有机地球化学特征、孔隙特征,讨论其沉积环境。结果表明：大陈岭组页岩矿物组成以石英、黏土矿物为主,为生物成因硅质页岩,过量硅含量为33.77%～61.79%,占总硅质含量的46%～75%;页岩有机质丰度高,TOC分布在2.27%～7.42%之间,平均值为4.06%,等效镜质体反射率（Ro,eqv）为3.37％～5.53％,均处于过成熟演化阶段,有机质严重碳化,测井电阻率普遍低于1 ?·m;发育无机孔隙、有机质孔隙和微裂缝3种孔隙空间类型,有机质孔隙较发育,但主要为孔径10～20 nm的小孔,有效孔隙度平均为1.25%;大陈岭组形成于深海至滞流浅海,自下而上水体滞留程度增强,整体处于贫氧—厌氧的古水体环境,沉积期气候温暖湿润,古生物繁盛,古生产力较高,生物Ba含量为1 738.15～5 687.74 ug/g,平均值为3 309.63 ug/g,沉积环境有利于有机质的富集保存;皖南地区大陈岭组富有机质页岩发育,具备页岩气形成的基本条件,深化过热演化程度页岩气富集主控因素研究,评价优选保存条件较好的稳定区,有望实现勘探新突破。     

海相页岩有利储集条件分析-以四川盆地长宁区块龙马溪组为例

四川盆地长宁示范区志留系龙马溪组泥页岩层段是川东南地区重要的烃源岩和页岩气重点勘探层位。为综合评价其有利储层发育特性及影响因素,在单井岩心观察、矿物组分分析、有机地球化学特征和地球物理测井等分析的基础上,根据该地区沉积环境演化特征,比较分析龙马溪组龙一段和龙二段的的沉积环境、岩相组合、矿物组分、孔隙空间、储层压力等特性对储层发育的影响。研究表明:研究区龙一段和龙二段由于沉积环境不同导致其地层发育、岩性组合、矿物组分、孔隙空间及有机质富集程度上具有很强的差异性。与龙一段相比,龙二段具有成岩作用强、热演化程度高、游离气含量大等特性;并且主要发育有机孔储集空间。对研究区页岩气储集最有贡献的主要是有机质含量,其与孔隙度和含气量成正相关性。证明页岩的不同沉积环境发育不同岩相组合、矿物组分、有机质含量,其共同影响页岩储层储集性能;并且可根据其组合特性综合预测海相页岩气有利储层。