中美典型海相富有机质页岩微纳米孔隙类型对比

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1、内容概述

以美国巴内特页岩和中国南方下志留统龙马溪组页岩和下寒武统牛蹄塘组页岩为对象进行对比研究,重点剖析三套页岩的微纳米孔隙类型。结果表明:美国巴内特页岩的微纳米孔隙类型主要为有机质孔隙和粒间孔隙,而龙马溪组页岩内部主要发育大量的有机质孔隙。牛蹄塘组页岩内部的有机质孔隙数量极少,但其内部主要发育粒间孔隙和粒内孔隙。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的连通性起着决定性的作用。储层热演化程度对中国南方海相页岩有机质孔隙的发育有着直接的控制作用,龙马溪组页岩储层热演化程度适中,导致有机质孔隙大量发育,有利于页岩气在储层中的富集与形成有效渗流。牛蹄塘组页岩样品由于演化程度过高,导致有机质中的孔隙数量急剧减少,页岩的储集及渗流能力急剧降低,进而导致该地区页岩勘探开发潜力丧失。

美国从1821 年第1 口页岩气井商业开发至今已有近200 年的历史,目前进入快速发展时期,产量达到2000×108 m3。自2012 年初开始,产量已经维持在了一个较稳定的水平。页岩气产量已经从2000年占美国天然气总产量的2%,增长至2012 年天然气总产量的近40%;同期的美国天然气总产量则增长了25%。中国页岩气开发目前正处在初级阶段,但发展前景较好。其中,中国石化重庆涪陵区块2017年页岩气产量达到70.00×108m3。美国页岩气的成功开发给我们带来了先进的技术和经验,但中国页岩地质特征与美国有所不同,条件更复杂,有海相、海陆过渡相及陆相3种页岩类型。通过借鉴北美的成功经验,中国实现了页岩气勘探的突破,证实了中国海相富含有机质的黑色页岩具有较好的页岩气开发利用前景,其中以南方下志留统龙马溪组和牛蹄塘组海相页岩气最为有潜力。

页岩是黏土岩的一种,是由黏土物质经压实、脱水、重结晶作用后形成的,具有页状或薄片状层里。页岩储层的矿物组成除常见的黏土矿物(伊利石、蒙脱石、高岭石)外,还混杂有石英、长石、云母、方解石、白云石、黄铁矿、磷灰石等矿物。页岩气是一种产自极低孔渗、富有机质页岩储集系统中的非常规天然气,以游离气和吸附气为主赋存、原位饱和富集于页岩储集系统的微纳米级孔—缝、矿物颗粒表面,具有自生自储、无明显气水界面、大面积连续成藏、低孔、低渗等特征,一般无自然产能,必须通过压裂才能形成工业生产能力,初期产量较高、递减快,后期稳产且生产时间长。根据估算,认为一般页岩气井生产寿命为30~50a,其中美国沃斯堡盆地的巴内特页岩气田开采寿命可达80~100 a,开采潜力巨大。

页岩气主要赋存在页岩储层中的微纳米孔隙,不同类型的微纳米孔隙赋存气体的能力有所差别。本文以美国巴内特页岩、中国南方下志留统龙马溪组和下寒武统牛蹄塘组页岩为例,通过对比三套页岩中的微纳米孔隙类型,以明确中国南方海相页岩气的勘探开发方向。

2、行文思路

介绍了美国巴内特海相页岩孔隙类型和中国南方典型海相富有机质页岩孔隙类型。得出结论:

(1)美国巴内特页岩主要发育有机质孔隙和粒间孔隙,龙马溪组页岩主要发育大量有机质孔隙,牛蹄塘组页岩有机质孔隙极少发育,同时龙马溪组和牛蹄塘组页岩均发育粒间孔隙和粒内孔隙,两套页岩的矿物基质孔隙发育特征相似。

(2)有机质孔隙贡献了页岩孔隙系统的有效赋存空间和连通性,龙马溪组由于发育大量有机质孔隙,页岩具有较好的赋存能力和孔隙连通性。牛蹄塘组页岩由于缺乏大量的有机质孔隙,导致页岩具有极差的烃类赋存能力和孔隙连通性。

(3)储层热演化程度对页岩有机质孔隙的发育起着关键的控制作用。美国巴内特页岩热成熟度较低,有机质孔隙直径较小,龙马溪组页岩储层热演化程度相对适中,导致有机质孔隙大量发育,有机质孔隙直径较大,有利于页岩气在储层中的富集与形成有效渗流。牛蹄塘组页岩由于演化程度过高,导致有机质中的孔隙数量急剧减少,页岩内部失去了烃类气体的有效赋存及渗流场所。中国南方龙马溪组海相页岩具有相对较大的勘探开发潜力,寻找热演化程度适中的牛蹄塘组页岩层位是有潜力的。

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