中国海陆相页岩微纳米孔隙类型对比—以上扬子地区龙马溪组和牛蹄塘组及鄂尔多斯盆地延长组页岩为例

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1、引言

前人的大量研究结果表明:页岩中发育的有机质孔隙能够为甲烷气体的赋存和渗流提供有效的场所,即页岩中的有机质孔隙对甲烷等烃类气体的赋存及储层孔隙系统的连通性起着决定性的作用。如Milliken等研究了页岩中不同类型的微纳米孔隙对赋存甲烷的贡献,研究结果表明,页岩中的有机质孔对甲烷等烃类气体的赋存贡献最大,同时页岩储层的热演化程度控制着有机质孔隙的发育[6]。Jiao 等和 Wang等基于FIB-SEM图像处理和分形几何原理对上扬子地区龙马溪组页岩的微纳米孔隙进行了定量表征,认为有机质孔相对于无机质孔隙能够提供较大的储集空间和连通性[7-9]

中国南方上扬子地区重庆周边针对下志留统龙马溪组和下寒武统牛蹄塘组两套海相页岩气已经进行了卓有成效的勘探与开发。但两套页岩的产气效果却存在较大差别,其中龙马溪组页岩产气量大,稳产时间长;牛蹄塘组页岩产气量小,产量递减时间短;同时,中石油在鄂尔多斯盆地针对延长组陆相页岩气同样进行了勘探开发,但页岩气产量较小,稳产持续时间也短。页岩内部发育不同类型的微纳米孔隙会导致页岩具有不同的赋存甲烷等烃类气体的能力,同时又直接决定了页岩具有不同的孔隙连通性,较好的孔隙连通性能够使页岩气在储层中形成良好的渗流,使烃类气体稳产时间长,产量高,进而形成工业产能[10-13]。从页岩储层的角度来分析,三套页岩气产量差别较大的原因可能是与发育的主要微纳米孔隙类型不同有关[14-18]

图1 中国南方扬子地台重庆地区位置及龙马溪组和牛蹄塘组页岩井位分布图

2、区域地质概况

鄂尔多斯盆地位于中国华北地台西部,中生代以来成为克拉通地台基底上发育的典型陆相盆地,是中国重要的含油气盆地之一,盆地内部构造相对简单(图1)。盆地在晚古生代—中三叠世时期处于海陆交替相沉积环境到陆相沉积环境的转变过程。晚三叠世延长组沉积早期,鄂尔多斯盆地周边地壳发生相对抬升运动形成鄂尔多斯湖盆,沉积背景转变为陆相,此时延长组沉积期湖盆发育达到鼎盛。延长组是鄂尔多斯盆地中最早发育的一套以河流—湖泊相为特征的陆源碎屑岩系,也是鄂尔多斯盆地主要的油气勘探开发目的层系[18-20]。延长组陆相页岩发育于湖相淡水—微咸水、半深湖—深湖相的沉积环境,富含有机质纹层、草莓状黄铁矿及超微化石,有机质丰富,岩性类型主要深灰色泥岩、黑色泥岩、页岩和油页岩为主。本论文研究区位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡东南部,页岩样品来自于中生界三叠系延长组长7段,为一套深湖—半深湖沉积的泥页岩。

重庆地区位于中国南方上扬子板块中,属于上扬子台内坳陷构造单元,其大部分在四川盆地内部,其东南部和东北部位于四川盆地边缘(图1)。早寒武世初期上扬子地区整体下沉,总体上早期为深水陆棚沉积,后期逐渐向浅水陆棚及潮坪沉积演化,在深水陆棚沉积期形成分布范围广、厚度较大的黑色海相页岩。研究区内主要发育下寒武统牛蹄塘组和下志留统龙马溪组两套富有机质黑色页岩层段。目前重庆地区已经大力开展针对下志留统龙马溪组页岩气和下寒武统牛蹄塘组页岩气的勘探开发,并取得了一定的勘探开发成果,其中焦石坝—涪陵页岩气田已成为国家页岩气成功勘探开发的示范区,但下寒武统的牛蹄塘组页岩气的勘探开发还未取得较大成果。

3、储层特征和微纳米孔隙类型

通过介绍有机碳含量、热演化程度和矿物组成展开描述储层特征,之后介绍延长组和页岩孔隙演化模式。

4、结论

(1)延长组页岩样品的有机质局部发育孔隙,有机质孔隙数量较少且孔隙直径较小,有机质内部多发育微裂缝,页岩样品黏土矿物内部发育大量的粒间孔隙。

(2)龙马溪组页岩样品内部发育大量的有机质孔隙,大量较小直径的孔隙嵌套在直径较大的有机质孔隙中,增加有机质孔隙的比表面积和孔隙连通性,有利于烃类气体在有机质孔隙内部的赋存及有效渗流。牛蹄塘组页岩样品内部发育数量相对最多的是粒间孔隙,不发育有机质孔隙。

(3)页岩有机质孔隙的发育主要受控于热演化程度。过低的热演化程度(0.5%<Ro<1.5%)无法形成大量的有机质孔隙及烃类气源供给;过高的热演化程度(3.0%<Ro<4.0%)则会导致页岩有机质孔隙消失,烃类气体失去有效赋存空间;适宜的热演化程度(1.5%<Ro<3.0%)对于页岩发育大量的有机质孔隙至关重要。

(4)针对中国南方海相页岩气的高效勘探开发,应寻找热演化程度适中的页岩层位。

 

 

 

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