龙马溪组硬脆性页岩水化实验研究

硬脆性页岩水化对页岩气开发井壁稳定有重要的影响,为此,对龙马溪组硬脆性页岩进行水化实验研究,包 括矿物组成、微观结构、水化应力、自吸吸水率及岩芯浸泡等方面实验研究,探讨分析了硬脆性页岩水化过程与机理。 研究结果表明,页岩黏土矿物以伊利石为主,黏土矿物呈片状且定向排列,层理和微裂纹发育,为水化提供作用空间 和流动通道;页岩水化应力和自吸吸水率随浸泡时间增加而先上升后趋于稳定,页岩组构对上升速率或幅度有重要影 响;浸泡过程中,岩样表面主要形成平行层里面的裂缝,随着浸泡时间增加,岩样保持完整性或水化剥落成碎块,页岩 组构和胶结程度对页岩水化程度有重要影响;页岩水化是物理化学作用和力学作用相互耦合结果,前者使岩石断裂韧 性下降,后者使I 型裂纹应力强度因子增大,当应力强度因子大于岩石断裂韧性时,裂纹将扩展或增宽,逐渐形成宏观 裂纹,可进一步扩展成裂缝。     

渝东南下志留统龙马溪组页岩矿物成分及脆性特征实验研究

水力压裂作业已被公认为实现页岩气工业开采的关键技术,压裂方案的设计离不开地层脆性特征分析。本文选取了渝东南龙马溪组露头页岩,从脆性角度对其压裂可行性进行了实验研究。结果显示：该区域页岩具有层理发育,致密、低孔、低渗等特点,具有储层改造的必要性;从矿物组分结果来看,龙马溪组页岩石英、碳酸盐等脆性矿物含量高,在49%-65%范围变化,平均含量为57%,粘土矿物含量低,同时不含强水化膨胀性的高岭土和蒙脱石;在此基础上,利用矿物成分及动态弹性参数计算得到的页岩脆性系数在49%-77%范围变化,平均值在57%以上,显示该地层脆性较好;与北美成功开采的储层数据对比,渝东南龙马溪组地层更适合压裂作业。根据北美页岩压裂实践经验,建议本区块页岩压裂设计中考虑到岩石脆性,选择液体用量多、支撑剂浓度低、支撑剂用量少的压裂液。     

四川盆地长宁地区龙马溪组上、下段页岩储层差异研究

以四川盆地宜宾长宁地区露头页岩为研究对象,综合利用矿物组成测试、有机碳含量测试、阳离子交换容量测试、低压氮气吸附测试、分形理论等方法,对比分析龙马溪组页岩上段和下段的矿物组成分布、有机碳含量分布及孔隙结构的差异,并讨论这种差异对龙马溪组页岩储层特征的影响。研究结果表明,四川盆地长宁地区龙马溪组页岩上段和下段的矿物组成主要以石英和黏土矿物为主,其中上段石英含量低于下段石英含量,上段黏土矿物含量高于下段黏土矿物含量,下段有机碳含量高于上段有机碳含量;相比龙马溪组页岩上段,龙马溪组页岩下段有较低的黏土矿物含量和较高的石英含量,使其水化膨胀能力较低及其有较高的脆性特征;相比龙马溪组页岩上段,龙马溪组页岩下段富含更多的有机质,使其比表面积和总孔容较高,分形维数较大,孔隙结构复杂,吸附气体能力强。     

川南长宁地区龙马溪组页岩裂缝发育特征

四川盆地南部下志留统龙马溪组黑色页岩广泛发育,通过对川南长宁地区龙马溪组页岩的系统观察、分析,发现该地区龙马溪组裂缝非常发育,并且多为中-高角度缝,裂缝的展布规律在不同的构造部位差别较大,同一地点的不同层段裂缝的发育特征也有所不同。根据川南地区区域构造背景、构造应力场及长宁构造几何学特征初步分析,控制长宁地区裂缝发育的主要因素为多期复合、联合的构造应力场和构造部位,岩石中脆性矿物的含量也是影响因素之一。长宁地区龙马溪组页岩裂缝发育特征的研究对于日后该地区页岩气的勘探开发具有借鉴意义。     

龙马溪组页岩应力敏感性实验评价

X射线衍射和全应力-应变结果表明龙马溪组页岩具有明显的硬脆性特征,破裂前曲线均呈现明显的线弹性变形。在5 MPa和10 MPa围压下,平行层理方向与垂直层理方向岩芯力学性质表现明显不同,平行层理方向的微裂缝由于受到张力作用而导致页岩突然破裂而完全失去承载能力;当围压达到20 MPa时,由于层理微裂缝的闭合,页岩的力学性质表现相似。氮气脉冲压力延迟测试结果表明:平行层理方向取芯页岩的应力敏感性更强,当有效应力增至10 MPa时,垂直层理方向岩芯渗透率下降1~2个数量级,而平行于页岩层理方向岩芯渗透率下降2~3个数量级;方解石充填的天然裂缝可提高岩芯整体渗透率2~3个数量级,且闭合型页岩天然裂缝应力敏感性强于张开型天然裂缝岩芯。     

涪陵焦石坝地区五峰组—龙马溪组页岩古氧相研究

焦石坝五峰组—龙马溪组页岩下段与龙马溪组页岩上段两类页岩层开发效果迥异,为了探索其产生差异的根本原因,以地球化学特征分析为依据,结合晚奥陶世—早志留世的沉积学和古生态学资料,研究了焦石坝五峰组—龙马溪组页岩古氧相。五峰组—龙马溪组页岩下段地层Fe、Mn含量低,U含量高,w(U)/w(Th)0.75,Uau(即自生U质量分数)大于5×10-6,生物化石和沉积纹层保存完好,表现为典型的贫氧-厌氧沉积环境,有利于生物遗体的富集和保存,有机质含量高;随深度增加,龙马溪组页岩上段地层Fe、Mn含量逐渐降低,U、S含量增高,沉积水体还原性逐渐增强,S含量与TOC含量呈明显的正相关关系,地层上部为典型的富氧沉积环境,生物遗体难以保存,有机碳含量低,地层下部为贫氧—富氧过渡性沉积环境,TOC含量较高,具有一定的勘探潜力。古氧化-还原环境的差异是导致两类页岩品质差异的根本原因。     

川东南地区龙马溪组页岩笔石与沉积环境关系的探讨

通过总结研究川东南龙马溪组富笔石页岩沉积环境与笔石种类、结构、分布、分带特征来探讨页岩笔石与沉积环境的关系,进而分析笔石的页岩气地质意义。研究区龙马溪组划分8个笔石带,早期(G.persculptus-Pr.leei)主要发育局限的深水陆棚,晚期(D.triangulatus-M.sedgwicki)以较强水动力及开放性、富氧的浅水陆棚为主;笔石呈厚约10μm的薄细条状并发育微纳米级孔隙,高笔石丰度带与富有机质页岩层段对应良好;沉积环境影响笔石有机质赋存并控制其在层理面的叠加分布,富笔石纹层丰富的层间缝可以为储层提供渗流通道及一定储集空间。笔石、富笔石水平层理、笔石有机质、笔石沉积环境的进一步研究,将为龙马溪组优质页岩储层发育机理、成藏富集机理及页岩气勘探开发等提供科学依据。     

长宁地区富有机质页岩脆性及与裂缝发育关系

页岩的脆性控制着裂缝的形成和演化,对页岩气层的体积改造和页岩气的增产极为关键。以川南长宁地区龙马溪组页岩为例,通过岩石矿物、地球化学和岩石力学等实验对龙一₁亚段的矿物组分、有机地球化学、孔隙-裂缝结构以及力学性质进行测试,分析不同脆性矿物、有机质以及埋深的页岩脆性特征及其与裂缝发育的关系。结果表明,龙一₁亚段脆性最高者为富有机质硅质页岩岩相,石英、长石和黄铁矿等脆性矿物的总含量大于50%,它们能够调节岩石断块的剪切滑移,所积累的能量大于完成岩石整体剪切破坏过程所需的能量;有机质及其在成熟过程中所产生的有机孔隙与微裂缝可促进裂缝的拓展、贯通以及连接,有机碳含量越高,裂缝系统越发育;随着埋深增加,页岩的脆性下降,岩石破裂模式由复杂的劈裂型向单一的剪切型转变;龙一₁¹、龙一₁²小层脆性矿物和有机碳含量最高,脆性指数分别达到了61.31%和60.70%,为压裂甜点层段。     

龙马溪组岩相类型及其对孔隙特征的影响因素

以川南黔北地区下志留统龙马溪组下段页岩储层为研究对象,以全岩矿物分析为手段,结合岩芯薄片观察,划分出4种页岩岩相,其中,黏土质页岩岩相和混合页岩岩相是本研究区发育的主要岩相.基于扫描电镜、有机碳含量和低温氮气吸附实验,系统地分析了两种主要岩相孔隙结构特征.结果表明,黏土质页岩岩相储层中较大孔隙以细颈瓶状、开放型孔隙和半...     

四川盆地及其周缘五峰组—龙马溪组黑色页岩特征

从源岩到储层的思路,探讨了四川盆地及其周缘上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组沉积特征、储层特征及含气性特征。通过对野外露头样品进行地球化学分析、矿物学分析和等温吸附实验,表明五峰组-龙马溪组:①下段黑色页岩段沉积环境为深水陆棚;②岩性有硅质岩、黑色页岩、粉砂岩、生物灰岩及斑脱岩等5种;③下段黑色页岩段有效页岩厚度达到50m,TOC质量分数平均值为3.81%,成熟度平均值为1.62%,脆性矿物中石英的质量分数平均值为54.94%,从底到顶石英含量与TOC含量成正相关;④微孔可分为粒间孔、粒内孔、有机质孔及微裂缝4类,最具油气意义的是有机质孔和黏土片间孔;⑤吸附量Langmuir体积参数介于1.52～3.01cm3/g之间,均值为2.33cm3/g,黑色页岩中的有机质微孔是控制含气量的主要因素。     

中上扬子区志留系龙马溪组页岩气勘探区优选

将中上扬子区志留系龙马溪组页岩与具有相似构造沉积背景的Fort Worth盆地Bar-nett页岩进行对比研究,揭示龙马溪组页岩与Barnett页岩的相似性和变形的差异性。结果表明,龙马溪组页岩与Barnett页岩具有相似的沉积背景、岩性组合和隆升演化模式,但龙马溪组页岩经历了多期构造变形的改造和叠加,不同构造单元的变形强度存在明显的差异,形成了不同的断裂组合及各种不同类型、不同规模的裂缝,构造变形很大程度上制约了中上扬子区龙马溪组页岩气的成藏和破坏。根据龙马溪组页岩现今的残存厚度,结合构造变形的强度,提出川南和川东鄂西页岩发育带均为有利的页岩气勘探潜力区带,但川南页岩发育带优于川东鄂西页岩发育带。两个有利勘探区带内变形相对较弱、远离断裂带和原生裂缝不甚发育区是页岩气富集成藏的有利区域,应为页岩气藏勘探的首选目标区。     

四川盆地下志留统龙马溪组页岩气勘探前景

利用野外露头、岩心、薄片及相关测试分析对四川盆地南部龙马溪组页岩气勘探前景分析。页岩厚度可达700m,有机碳丰度为0.15%～8.75%、生烃潜力大;页岩裂缝较发育,为页岩气提供了充足的储集空间。页岩其本身具有较强的抗破坏能力,是良好的盖层。四川盆地南部龙马溪组页岩层与美国成功开采的页岩气盆地的成藏条件相似,展示了该套页岩层具有良好的勘探潜力。     

渝东北地区龙马溪组页岩储层微观孔隙结构特征

为了系统描述渝东北地区下志留统龙马溪组海相页岩的微观孔隙结构,应用氩离子抛光聚焦离子束扫描电镜(FIB-SEM)、低温N2吸附及高压压汞实验定性和定量测试WX-1井岩心样品的孔喉形态、连通性、比表面积及孔径分布.通过对比分析不同实验测试的孔径分布,实现对页岩样品从微孔到宏孔的精细描述,并探讨了影响孔隙发育的控制因素.研究结果表明,龙马溪组页岩储层主要发育有机质孔、黏土矿物层间孔、黄铁矿晶间孔、颗粒边缘溶蚀孔及微裂缝等5种孔隙类型.受到后期压实作用的影响,有机质孔隙发育具有微观非均质性.纳米孔隙类型复杂、形态多样,主要为开放透气性孔,但存在细颈状墨水瓶孔及少量一端封闭的不透气性孔等影响页岩气的渗流;孔径分布具有“双峰”特点,纳米孔主要孔径为2～10 nm、30～90 nm,即直径＜100 nm的孔隙提供了大部分总孔体积,为页岩储层主要发育的孔隙类型.孔隙发育受多种因素的控制,直径≤50 nm微孔、中孔的发育与有机质有关,有机碳含量与微孔、中孔的孔体积呈正相关性;直径＞50 nm宏孔的发育与黏土矿物含量有关,随着黏土矿物含量的增加,宏孔的体积、比表面积也随之增大.     

中国南方页岩气牛蹄塘组与龙马溪组成藏条件对比研究——以渝东南地区为例

下寒武统牛蹄塘组与下志留统龙马溪组页岩是我国南方下古生界发育的两套富有机质黑色页岩,由于其分布面积广、厚度大、有机质丰度高的特点而成为页岩气勘探的重点层位。涪陵礁石坝页岩气田的发现标志着龙马溪组页岩气已取得了重大突破,但是牛蹄塘组页岩气至今还未取得实质性的突破。通过对渝东南两套富有机质黑色页岩的沉积环境、厚度、埋深、有机质丰度、类型、成熟度、岩矿特征,孔渗物性等方面的对比分析,发现两套页岩的差别主要体现在三个方面——孔渗物性、伊/蒙混层黏土矿物(I/S)的相对含量和热成熟度,其中成熟度的高低起着决定性的作用。在漫长的地质历史过程中,过高的热演化程度已严重影响了牛蹄塘组的微观孔隙结构和成岩作用,出现孔隙体积和比表面积均明显小于龙马溪组页岩的情况,不利于页岩气的吸附富集,从而导致了牛蹄塘组页岩的富气程度不如龙马溪组的结果。     

川东南五峰组-龙马溪组页岩气目标评价及水平井设计技术

川东南地区五峰组-龙马溪组具有良好的页岩气勘探开发潜力,利用实验、地震、测井、钻井及压裂等资料,以页岩气甜点目标评价为主线,开展地质-物探、地质-工程一体化研究,结合勘探开发实践,明确了地质综合评价、甜点目标评价体系及水平井地质-工程一体化设计等目标评价技术系列。甜点目标评价体系是以“三因素控气”地质认识为指导,建立甜点目标评价体系和标准,优选有利目标。水平井地质-工程一体化设计技术是通过优化水平井部署和压裂设计,穿好层、压好缝,提高单井产量。通过目标评价技术集成及应用,形成固定做法、固化成熟技术,高效指导川东南地区五峰组-龙马溪组页岩气勘探开发。     

四川盆地龙马溪组页岩中碳酸盐矿物形成机制

碳酸盐胶结物是四川盆地龙马溪组页岩中重要的自身矿物,但对其形成机制目前尚无深入研究。以四川盆地龙马溪组A井和B井为研究对象,综合应用全岩X射线衍射测试、扫描电镜分析了页岩中自身碳酸盐矿物的类型,并利用分成分碳氧同位素对其形成机制进行了研究。结果表明:四川盆地龙马溪组页岩中碳酸盐矿物沉积水介质主要为陆相淡水。A井的方解石δ~(13)C平均值为-1. 14‰,δ~(18)O平均值为-12. 63‰,B井的方解石δ~(13)C平均值为-2. 40‰,δ~(18)O平均值为-12. 84‰,氧同位素表明两口井方解石均主要形成于早成岩B期,碳主要来源于有机质脱羧反应; A井白云石δ~(13)C平均值为-1. 84‰,δ~(18)O平均值为-7. 56‰,其形成主要与早成岩阶段硫酸盐还原作用密切相关; B井白云石的δ~(13)C平均值为-4. 48‰,δ~(18)O平均值为-11. 12‰,主要与中成岩A期有机质脱羧反应密切相关,铁白云石主要形成于晚成岩阶段;黏土矿物转化提供了研究区碳酸盐矿物沉淀所需要的钙离子、镁离子及铁离子。该研究成果对进一步分析四川盆地龙马溪组页岩成岩演化具有重要指导意义。     

川南地区龙马溪组页岩孔隙结构的分形特征

分形维数是多孔介质不规则程度的度量。对川南下志留统龙马溪组页岩的氮气吸附法测量结果分析,采用基于FHH模型的分形维数计算模型,得到龙马溪组页岩孔隙的分形维数。川南龙马溪组页岩具有明显的分形特征及较大的分形维数,分形维数变化范围在2.600 5~2.648,平均为2.625 2。页岩分形维数与页岩比表面积和孔容呈正相关,且页岩中的微孔对页岩分形维数有重要影响。有机质、石英和黏土矿物对页岩分形维数影响较大,长石和碳酸盐对页岩分形维数影响较小;页岩分形维数与有机碳含量和石英含量呈正相关,而与黏土矿物含量呈负相关,其中黏土矿物中伊利石和绿泥石对页岩孔隙结构影响不同。页岩分形维数越大,页岩孔隙结构越复杂或孔隙表面越粗糙,页岩的吸附气体能力越强,但页岩气的解吸、扩散及渗流变得越困难。