松辽盆地三肇凹陷葡萄花油层油气成藏主控因素及成藏模式.pdf

页岩气勘探方向已由中深层页岩向深层页岩逐渐转变但中深层、深层页岩孔隙结构特征差异不清控制因素不明制约了对深层页岩气成储成藏机理的认识 为此基于场发射扫描电镜、高压压汞、氮气吸附实验及有机地球化学参数对川南长宁、丁山地区的龙马溪组中深层、深层页岩的地质特征、岩石特征和孔隙结构等进行对比研究 研究表明:川南地区中深层和深层页岩样品的碳酸盐岩矿物和石英含量差异较大黏土矿物含量均较高长宁地区中深层页岩有机质均匀发育但孔隙较小溶蚀孔与粒间孔较发育而丁山地区深层页岩原生粒间孔与有机质孔较为发育且有机质孔隙较大长宁地区中深层页岩的孔体积与比表面积主要由微孔贡献而丁山地区深层页岩的孔体积与比表面积主要由中孔和宏孔贡献沉积环境不同造成矿物组分的差异是导致 套页岩孔隙结构差异的主要因素之一 研究成果对深化深层页岩成储机制具有重要意义关键词:中深层、深层页岩孔隙结构特征差异化控制因素龙马溪组川南地区中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.():.().:第 期白立勋等:川南地区龙马溪组中深层与深层页岩孔隙结构对比研究 .:引 言随着对非常规油气勘探力度的不断加大页岩气在世界能源中的地位不断提高世界各国对页岩储层开展的研究不断深入 中国的油气资源按深度可划分为 个级别其中中深层的深度为 深层的深度为 川南长宁地区中深层页岩有机碳含量高、生烃量大是页岩气勘探的重点区块 该地区富有机质页岩厚度大主要发育微中孔隙和微裂缝孔隙结构复杂且微裂缝连通较好 随着页岩气勘探开发的不断推进深层页岩气受到了越来越广泛的关注龙马溪组深层页岩微孔不发育孔隙度和渗透率较小且吸附量较低 与长宁地区中深层页岩相比丁山地区龙马溪组深层页岩有机质孔更为发育且脆性矿物含量高但溶蚀孔欠发育 然而有关丁山地区深层页岩的研究较少页岩孔隙结构特征不明深层页岩与中深层页岩的孔隙结构差异性对比研究不足制约了对深层页岩气储层成储机制的深入认识 因此该研究通过多种实验手段对长宁地区中深层页岩和丁山地区深层页岩开展对比研究探讨 套页岩孔隙结构差异及主要控制因素研究成果对深层页岩气勘探开发具有重要意义 地质概况四川盆地位于中国西南部属于扬子地台的一部分多个断裂和褶皱带将其围成一个大型沉积盆地 川南地区主要包括川东高陡构造区和川南低陡构造区等地区长宁、丁山地区位于川南地区 个地区的构造环境极为复杂且有所差异(图)沉积早期的缺氧环境和幅度较小的构造运动导致川南地区龙马溪组沉积了一套分布广泛且保存良好的深色页岩 长宁地区中深层页岩所在的环境属于半滞留缺氧环境古气候整体为温暖湿润而丁山地区受加里东运动的影响发生冰川融化和坳陷海侵深层页岩所在的环境属于缺氧闭塞的深水陆棚环境 总之川南长宁地区和丁山地区页岩沉积时期的古生物种类丰富 套页岩主要为深色页岩厚度大且有机质丰度高页岩气资源丰厚是页岩气勘探的有利区域?CSi?/?CCSiSiCCCSiSi?图 川南地区龙马溪组页岩样品采集位置图及岩性柱状图(据文献)()特 种 油 气 藏第 卷 岩石学特征相关研究表明:川南地区龙马溪组页岩样品的 为 平均为 (表)其中长宁地区中深层页岩 平均为 丁山地区深层页岩 平均为 个地区页岩样品的 平均值均超过了 有机质含量较高均属于富有机质页岩受川南地区构造运动的影响长宁地区中深层页岩和丁山地区深层页岩的矿物组成均较为复杂各种矿物含量见表 中深层页岩样品以碳酸盐矿物为主含量为 而深层页岩样品以石英为主含量为 沉积后期由于陆源碎屑的大量输入川南地区中深层和深层页岩样品的黏土矿物含量均比较高含量分别为 和 而辉石、菱铁矿和硬石膏含量均比较低仅部分样品检测到含有少量成分中深层、深层页岩样品碳酸盐矿物和石英含量差异较大这种差异主要是由构造运动造成沉积环境不同所导致 中深层页岩的碳酸盐矿物含量高于深层页岩(平均含量为)而石英含量(平均含量为 )低于深层页岩表 中深层、深层页岩矿物含量与孔隙结构参数 样品编号孔隙度/矿物含量/黏土矿物黄铁矿石英碳酸盐岩斜长石白云石方解石分形维数岩相 钙质页岩 钙质页岩 黏土质页岩 混合质页岩 混合质页岩 硅质页岩 硅质页岩 硅质页岩 硅质页岩 硅质页岩 孔隙结构特征 场发射扫描电镜利用场发射扫描电镜()观察中深层、深层页岩样品的孔隙形貌和矿物的形态、大小、分布等特征对 组页岩孔隙结构的成像结果进行对比分析并结合 软件定量分析中深层、深层页岩孔隙形貌差异长宁地区中深层页岩样品主要发育粒间孔、有机质孔和溶蚀孔其中粒间孔主要分布在黏土矿物中多呈狭缝形连通性较好(图)中深层页岩样品有机质孔隙均匀发育以纳米级孔隙为主面孔率为 平均孔径为 孔隙主要形态为蜂窝状或不规则形状(图)长宁地区龙马溪组页岩样品受到明显的溶蚀作用溶蚀孔缝十分发育(图)溶蚀孔隙多呈不规则状以微米级孔隙为主溶蚀缝多呈狭长型 此外可见少量粒内孔(图)丁山地区深层页岩样品主要发育有机质孔、原始堆积空隙、粒间孔和溶蚀孔 有机质孔隙的面孔率大于 平均孔径为 主要形态为abcd?a?,?71.9nm,MD-3,2337m b?,?14.6%,?39.5nm,MD-1,2313m c?，MD-4,2345m d?,?76.0nm,MD-3,2337m图 长宁地区龙马溪组中深层页岩孔隙类型扫描电镜分析 圆形和椭圆形整体呈现蜂窝状孔隙连通性较好(图)部分深层页岩中含有原始堆积孔隙(图)以微米级孔隙为主 粒间孔主要分布在方解石和石英等脆性矿物中连通性较好(图)此外 第 期白立勋等:川南地区龙马溪组中深层与深层页岩孔隙结构对比研究 abcd?a?,?20.0%,DS-2,3713m b?,?9.6%,?173.0nm,DS-1,3710m c?,?98.0nm,DS-3,3720m d?,?0.4m,DS-2,3713m图 丁山地区龙马溪组深层页岩孔隙类型扫描电镜分析 深层页岩样品观察到少量发育的溶蚀孔隙多呈现椭圆状或不规则状(图)长宁地区中深层页岩样品有机质孔孔径较小粒内孔和溶蚀孔相对更加发育而丁山地区深层页岩孔隙孔径较大原生粒间孔与有机质孔更为发育有机质孔以中孔和宏孔为主 高压压汞实验高压压汞实验仪器最大工作压力为 孔径测量范围为 页岩样品为 的立方体 由进汞与退汞曲线可以看出(图)长宁地区中深层页岩在低压范围内()进汞量较低存在“墨水瓶”孔隙阻碍汞分子进入当施加压力大于 后进汞饱和度快速图 川南地区中深层、深层页岩进汞与退汞曲线 增加说明其发育大量微孔中深层页岩样品整体退汞效率较低“墨水瓶”孔隙较多连通性较差丁山地区深层页岩样品在低压范围内()进汞速率较快说明其相比中深层页岩发育更多大孔隙丁山地区深层页岩整体退汞效率较好说明孔隙连通性较好 低温氮气吸附实验中深层、深层页岩样品的吸附曲线均具有反“”特征(图、)氮气吸附脱附回滞环对比 模型分类中深层页岩属于 偏 型发育狭缝型孔隙存在部分“墨水瓶”孔隙深层页岩样品属于 型发育类似由层状结构产生的狭缝型孔中深层页岩的氮气吸附等温线的滞后环相对较大在相对压力为 时可以看到拐点说明对应的孔隙以两端开放的管状孔为主 而深层页岩的滞后环较小说明页岩中发育有单边封闭的盲孔盲孔主要是由有机质和石英等矿物经过溶蚀作用形成的 随着相对压力的增加氮气吸附量呈指数型增加在接近终点时仍然有上升的趋势表明中深层、深层页岩中都存在一定的宏孔 与中深层页岩样品相比深层页岩在相对压力为 阶段上升速率更快而初始阶段上升较慢表明深层与中深层页岩样品相比其宏孔更为发育微孔欠发育 川南地区中深层、深层页岩孔体积增量随孔径的分布对比见图、中深层页岩孔径主要为 孔体积增量随孔径的变化曲线呈单峰型对应的孔径为 反映了中深层页岩微孔发育有利于存储吸附气体 而深层页岩孔体积随孔径的变化曲线呈双峰型左峰值较低对应孔径为 右峰值对应孔径为 表明龙马溪组深层页岩中孔和宏孔发育 特 种 油 气 藏第 卷图 川南地区中深层、深层页岩氮气吸附特征曲线 页岩全孔径联合表征利用氮气吸附法与高压压汞法联合表征来对比中深层、深层页岩的全孔径分布该研究将页岩孔径小于 的微中孔采用氮气吸附实验数据孔径大于 的宏孔采用高压压汞实验数据长宁地区中深层页岩孔体积增量随孔径变化分布图呈单峰(图)对应的孔径范围为 说明长宁地区中深层页岩微孔较为发育丁山地区深层页岩孔体积在孔径范围为 间增量较大(图)表明丁山地区深层页岩的中孔和宏孔更为发育图 川南地区中深层、深层页岩孔径分布(氮气吸附与高压压汞联合表征)()根据页岩全孔径联合表征计算得到页岩样品孔体积为 /平均为 /第 期白立勋等:川南地区龙马溪组中深层与深层页岩孔隙结构对比研究 其中中深层页岩样品平均孔体积为 /深层页岩样品平均孔体积为 /深层页岩孔体积大于中深层页岩样品表明深层页岩孔隙结构更为发育 页岩孔隙分形维数计算此次研究基于()模型的分形维数理论计算方法根据页岩样品氮气吸附的实验数据得到关系曲线(图)再根据斜率得到页岩样品的分形维数(表)图 中 为当压力为 时样品吸附气体的体积()为饱和蒸汽压()与(/)作图所得到的斜率为 分形维数()由图 可知:中深层页岩样品相关性较为显著相关系数为 而深层页岩样品线性相关性非常显著相关系数均大于 中深层页岩样品分形维数为 平均为 深层页岩样品分形维数为 平均为 表明中深层页岩与深层页岩有一定的相似性但中深层页岩分形维数较深层页岩的更大反图 中深层、深层页岩样品的 和(/)的关系曲线 (/)映了中深层页岩孔隙结构的复杂程度更高 主控因素影响页岩孔隙发育的因素较多此次研究主要涉及、石英、黏土矿物和碳酸盐矿物与页岩孔隙的关系(图)由图 可以看出中深层页岩孔隙与有机碳含量呈负相关深层页岩孔隙与有机碳含量呈正相关但相关性均较差 中深层页岩与深层页岩孔隙与石英含量均呈正相关但深层页岩的相关性更显著(图)原因可能是深层页岩中的石英主要源于生物成因一系列的生物沉积形成了海相页岩中的岩石并对孔隙结构产生影响深层页岩中石英含量增加使页岩中微孔隙数量增多对页岩的表面积和孔容贡献较大造成页岩孔隙结构复杂进而导致页岩分形维数增大(图)中深层页岩孔隙与黏土矿物含量呈弱正相关而深层页岩孔隙与黏土矿物含量呈显著的负相关(图)可能是由于深层页岩中黏土矿物含量的增加造成深层页岩致密且使页岩中微孔隙数量减小导致页岩分形维数减小 中深层、深层页岩孔隙与碳酸盐含量均呈负相关但深层页岩与碳酸盐含量的相关性显著(图)表明深层页岩中碳酸盐含量增加胶结物增多使页岩中孔隙数量减少进而影响比表面积和孔体积导致页岩分形维数减小(图)页岩中黏土矿物含量增多在一定程度上促进了长宁中深层页岩微孔裂隙的发育却造成丁山深层页岩致密碳酸盐矿物的胶结作用使长宁中深层页岩与丁山深层页岩有机质孔均减少影响孔隙结构特征深层页岩气勘探在沉积环境为缺氧的深水陆棚地区有很大潜力该环境下古生物众多加上缺氧的条件保证了后期有机质页岩的大面积形成此外对脆性矿物尤其是石英含量高的深层页岩应加强成储机制研究脆性大为后期构造形成裂缝打下基础裂缝在一定条件下可以使深层页岩的中孔和宏孔显著增大且可以提高页岩的连通性为油气藏的聚集提供空间 后期页岩气保存过程中溶蚀 特 种 油 气 藏第 卷图 页岩孔隙与、石英含量的关系 孔应重点关注 川南地区的龙马溪组页岩是目前深层页岩气的勘探重地丁山地区深层页岩孔隙发育且连通性好是深层页岩气勘探的有利地区 该地区页岩气资源量初步评价为 丁页 井页岩气日产高达 /丁页 井获得工业页岩气流这些成果也初步证实了丁山地区为深层页岩气高产富集带 结 论()长宁中深层页岩和丁山深层页岩均发育粒间孔、有机质孔、溶蚀孔及少量微裂缝 长宁中深图 页岩孔隙和黏土矿物含量、碳酸盐矿物含量的关系 层页岩有机质孔发育不均匀且孔隙较小溶蚀孔和粒间孔较发育 而丁山深层页岩原生粒间孔和有机质孔较为发育且有机质孔隙较大 丁山深层页岩样品的石英含量较高而长宁中深层页岩样品碳酸盐矿物含量高且孔隙系统较为复杂()因埋藏深度与沉积环境的不同 套页岩的孔隙结构也存在较大的差异 长宁中深层页岩只有在微孔范围内的孔体积与比表面积大于丁山深层页岩而中孔与宏孔范围内的孔体积与比表面积均小于丁山深层页岩丁山深层页岩孔隙结构更 第 期白立勋等:川南地区龙马溪组中深层与深层页岩孔隙结构对比研究 为发育()长宁中深层页岩与丁山深层页岩孔隙结构的差异主要是由沉积环境不同造成成岩作用及矿物组分的差异所致 其中石英含量的增多使丁山深层页岩孔体积和比表面积变大而黏土矿物增多会在一定程度上促进长宁中深层页岩微孔裂隙的发育造成丁山深层页岩致密碳酸盐矿物的胶结作用使长宁中深层页岩与丁山深层页岩有机质孔均减少参考文献:邹才能董大忠王社教等 中国页岩气形成机理、地质特征及资源潜力 石油勘探与开发():():贾承造郑民张永峰 中国非常规油气资源与勘探开发前景 石油勘探与开发():():王香增张建锋郝世彦 延安地区陆相页岩气勘探开发关键技术 非常规油气():():刘安 王强 陈孝红 等 中扬子北缘冲断构造带的古流体记录及其对页岩气保存意义 以保地 井为例 石油实验地质 ():():王志伟赵永刚阴钰毅等.页岩气“甜点”地震预测研究.石油地质与工程():“”():王鹏威刘忠宝李雄等 川东红星地区上二叠统吴家坪组页岩发育特征及其页岩气富集意义 石油与天然气地质():():贾连超刘鹏飞袁丹等 注 提高页岩吸附气采收率实验:以鄂尔多斯盆地延长组长 页岩气为例 大庆石油地质与开发():():葛勋郭彤楼马永生等 四川盆地东南缘林滩场地区上奥陶统五峰组龙马溪组页岩气储层“甜点”预测 石油与天然气地质():():叶成林刘应忠杨家伟 西加盆地 页岩气开发对川南页岩气勘探开发的几点启示 大庆石油地质与开发():():张茂林张娴杨龙等 考虑吸附滞后的页岩气藏流动物质平衡方程 长江大学学报(自然科学版)():()():石昕戴金星赵文智 深层油气藏勘探前景分析 中国石油勘探():():罗健戴鸿鸣邵隆坎等 四川盆地下古生界页岩气资源前景预测 岩性油气藏():():曾靖珂潘仁芳金晓凡等 页岩储层非均质性分析 以四川长宁地区下志留统龙马溪组为例 断块油气田():():陈居凯朱炎铭崔兆帮等 川南龙马溪组页岩孔隙结构综合表征及其分形特征 岩性油气藏():特 种 油 气 藏第 卷 ():何治亮聂海宽胡东风等 深层页岩气有效开发中的地质问题 以四川盆地及其周缘五峰组龙马溪组为例石油学报():():石学文周尚文田冲等 川南地区海相深层页岩气吸附特征及控制因素 天然气地球科学():():邹晓艳李贤庆王元等 川南地区五峰组龙马溪组深层页岩储层特征和含气性 天然气地球科学():():江强朱传庆邱楠生等 川南地区热史及下寒武统筇竹寺组页岩热演化特征 天然气地球科学():():卢畅陈雷杨扬等 页岩地球化学特征及沉积环境分析 以川南长宁地区五峰组龙马溪组为例 断块油气田():():():温康闫建平钟光海等 川南长宁地区五峰组龙马溪组页岩气评价新方法 岩性油气藏():():冯子齐刘丹黄士鹏等 四川盆地长宁地区志留系页岩气碳同位素组成 石油勘探与开发():():.:高之业范毓鹏胡钦红等 川南地区龙马溪组页岩有机质孔隙差异化发育特征及其对储集空间的影响 石油科学通报():():():吴伟刘惟庆唐玄等 川西坳陷富有机质页岩孔隙特征 中国石油大学学报(自然科学版)():()():.:杨剑 黔北地区下寒武统黑色岩系形成环境与地球化学研究 西安:长安大学 :编辑 林树龙