陆相页岩层系岩心中气态烃井场测定技术初步应用及展望

陆相页岩层系的流体分析是页岩油甜点评价的重要基础,针对岩心样品中气态烃易于散失的特性和页岩油钻井现场的需求,研发了井场岩心气态烃快速采集测定装置及方法,探讨了基于岩心气态烃分析和热解含油性分析资料快速计算视气油比和估算游离油损失的方法。研究表明,该装置适用于全直径岩心和块状样品的气态烃检测,既可以实现全直径岩心在常温、常压下逸散气态烃的采集测定,也可以测定块状岩心样品的气态烃总量,气态烃检测相对误差10%,测试结果可以转换为单位质量岩样气态烃含量。全直径岩心逸散气分析可实现岩心气态烃的非破坏式采集和测定,反映了页岩层系垂向上含油气性及其非均质性的变化特征。视气油比可反映页岩层系含油气性和可流动性的趋势,视气油比越大,代表相应页岩层系页岩油可流动性越好。利用视气油比可估算岩心经历降压降温脱气过程中游离烃的损失量,在建立岩心降温降压脱气过程的热解游离烃损失恢复方法中具有较大应用潜力。岩心气态烃井场测定技术丰富了适用于井场的岩心流体分析实验技术手段和方法,为陆相页岩层系流体评价及甜点确定提供数据支撑。

北美典型页岩气藏岩石学特征、沉积环境和沉积模式及启示

北美典型页岩气藏赋存的泥页岩主要为细颗粒沉积,呈暗色或黑色薄层状或块状产出。页岩气储层无机矿物成分中硅质含量较高,含有黄铁矿、磷酸盐矿物(磷灰石)、钙质和黏土矿物。具有相对高有机质质量分数,代表了富有机质的缺氧的沉积环境。不含或者含较少的陆源碎屑输入。有机质类型以Ⅰ和Ⅱ型干酪根较为常见。生物化石碎片在页岩层中比较常见,化石碎屑的类型多样化。重点剖析了福特沃斯盆地Barnett页岩的沉积发育模式,福特沃斯盆地是一狭长的前陆盆地,主要沉积区离物源区较远,Barnett页岩沉积于较深的静水缺氧环境,沉积速度缓慢(饥饿性沉积),最终形成富含有机质的Barnett页岩。常见生物化石碎片,但缺少生物扰动遗迹,推测盆地中大部分的生物化石为外部输入的结果。上升流作用致使磷酸盐矿物(磷灰石)发育。北美典型页岩气藏的岩石学特征、沉积环境和福特沃斯盆地Barnett页岩沉积发育模式可以用来指导我国页岩气勘探,黔南坳陷下寒武统黑色高碳质页岩系、二叠系吴家坪组和四川广元—绵竹地区下寒武统泥页岩具有和北美典型页岩气藏可类比的岩石学特征、沉积环境和沉积模式,可作为页岩气勘探的优选区域。

北美典型克拉通盆地页岩气成藏特征、模式及启示

北美含页岩气克拉通盆地主要以密执安盆地、伊利诺斯盆地和德拉华盆地为代表。对上述盆地的岩性特征、有机质类型、生气方式、埋深、热成熟度、吸附气含量、裂缝对页岩气成藏的作用进行了探讨,梳理了北美克拉通盆地页岩气的两种成藏模式,分别以密执安盆地Antrim页岩气成藏模式(A型模式)和德拉华盆地Barnett页岩气成藏模式(B型模式)为代表。A型模式主要特征为:从盆地周缘较浅至较深部位赋存着具有生物成因和热成因的"二元"成因结构的天然气,依次从生物气过渡到混合气,最后为热成因气。B型模式主要特征为:页岩气生气方式为热成因天然气"原地"生成聚集,在不同成熟度的区域,产出不同热成因类型的天然气。结合我国克拉通盆地油气地质特征认为,德拉华盆地Barnett页岩气成藏模式(B型模式)对我国页岩气勘探更有意义,密执安盆地Antrim页岩气成藏模式(A型模式)对我国页岩气勘探的意义不能忽视。

页岩气成藏条件及我国黔南坳陷页岩气勘探前景浅析

页岩气具有自身的成藏机理,需要特殊的地质条件,其成藏主要受控于页泥岩厚度、面积、总有机碳含量、有机质成熟度、矿物岩石成分、压力和温度等因素。将页岩气评价总结为生气能力、储集气能力和易开采性3个方面。黔南坳陷页泥岩自下而上主要集中在震旦系陡山沱组、下寒武统、中寒武统、上泥盆统和二叠系。通过地球化学分析,认为该地区具有页岩气成藏的基本条件,其中下寒武统(∈1)黑色高碳质页岩系和二叠系吴家坪组(P2w)页泥岩分布面积广泛,厚度大,有机质含量和热演化程度高,并且含有较多的硅质成分,是最为有利的勘探层位。

南方海相深层页岩气储集空间差异化发育及保持机理探讨

我国南方海相深层(主体埋深大于3500 m)页岩气具备良好的地质条件,资源潜力巨大,但由于埋深大,研究程度低,不同位置的水平井之间产能差异比较明显,勘探开发面临诸多挑战。在调研国内外深层页岩气现状及发展动态的基础上,重点梳理我国南方海相深层页岩气储集空间差异化发育、石英等刚性矿物抗压保孔和储层流体超压保孔等研究进展和存在问题。就川东南上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组深层页岩气而言,储集空间差异化发育及其是否有效保持是控制含气量、产能和单井EUR的主要原因之一,但差异化发育特征及保持机理并不明确,储层近深层原位条件下的差异化响应过程及机理仍需要深入研究;石英等刚性矿物在抗压保孔过程中具有重要的作用,但关于“石英抗压保孔”对不同储集空间类型的差异化作用仍不十分明确;“储层流体超压”作用对于深层页岩气储集空间保持具有重要的意义,但对“储层流体超压”究竟如何作用于深层页岩储集空间了解甚微。解决上述问题的关键在于研究典型富有机质页岩处于近深层原位状态下(多重应力加载和高温)不同类型储集空间类型差异化发育、响应及保持特征和作用机理。

彭水及邻区五峰——龙马溪组成烃生物特征及意义

通过全岩光片有机显微组分和扫描电镜观察,对彭水及邻区典型取心井上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组黑色页岩成烃生物系统进行镜下观察、分类和研究。结果表明,彭水及邻区五峰—龙马溪组页岩主要成烃生物类型有藻类体(浮游藻、疑源类、底栖藻等)、动物碎屑(笔石、放射虫、几丁虫和有孔虫)和细菌等。其中五峰—龙马溪组富有机质页岩(TOC≥2.0%)主要成烃生物类型有浮游藻、疑源类、细菌、笔石等,富有机质页岩段成烃生物具有较高的丰度和分异度。成烃生物不仅仅是油气的主要来源,而且其经过复杂热演化作用后生成的有机孔还是页岩气赋存的主要载体。因此,在五峰—龙马溪组富有机质页岩段,存在较好的源储耦合关系,是最佳的地质甜点层。

深层页岩气源储耦合机理研究——以川南地区X井为例

以中国石化川南地区五峰组—龙马溪组典型取心井X井为例,基于岩心观察、地化分析、X衍射、物性测试、氩离子抛光—扫描电镜、生烃模拟等多种测试手段,运用“源储耦合”研究思路,分析了取心段作为“源”的属性和作为“储”的属性特征,并探讨“源储耦合”特征。研究表明,川南地区五峰组—龙马溪组底部页岩干酪根类型为腐泥型,富含有机质,处于高—过成熟演化阶段,以生成干气为主;基质孔隙度平均为6.5%,其中以无机孔为主,无机孔隙类型主要以粒间孔、黏土矿物孔、长石蚀变孔、黄铁矿晶间孔为主;地层温压条件下平均吸附气含量为0.9 m3/t;渗透率平均为0.38×10-3μm2,属于超低渗透储层。整体而言,X井在五峰—龙马溪组底部“源”优质,生气量大,现今滞留气量仅为生气量的54.8%;在储集空间类型方面,以无机孔为主,同时,有机孔大量发育,在赋存方式上以游离气为主;富有机质页岩段发育的纹层增加了储层的渗透性,同时,生物成因的硅质矿物增加了储层的脆性,易于压裂造缝。因此,五峰—龙马溪组底部富有机质页岩段整体为最佳的“源储耦合”层段,是页岩气勘探开发的主要层段和水平井轨迹的关键目标层。

国外页岩气研究热点——基于可视化文献分析软件RefViz的研究

根据检索到的地球科学世界电子期刊(GSW)数据库与页岩气相关性靠前的80篇文献,基于可视化、自动化和专业化文献分析软件RefViz的干预分析和相关文献研究,认为页岩气研究的热点主要有页岩气成藏、页岩气资源量评价和页岩的沉积研究等方面,本文也尝试应用RefViz对热点间的关系进行了初步分析。

超塑技术及其在模具中的应用

一、超塑性现象及实际意义 1.原 理 超塑性是金属在特定条件下即一定的组织状态和温度变形速度条件下,具有异乎寻常高的塑性、异常小的变形抗力。利用这一现象可以用低功率设备一次成形出高精度零件。对于常规难变形材料小批量生产时,采用超塑成形是十分有利的。

四川盆地及邻区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组底部笔石带及沉积特征

根据四川盆地五峰组—龙马溪组主要页岩气井和典型剖面的资料,分析了不同笔石带页岩的沉积环境、厚度等特征,明确了五峰组下部WF2—WF3笔石页岩段(奥陶纪凯迪阶晚期447.62~445.16 Ma)、五峰组观音桥层WF4灰岩/泥质灰岩/灰质泥页岩段(奥陶纪赫南特阶早期445.16~444.43 Ma)和龙马溪组底部LM1—LM4笔石页岩段(奥陶纪赫南特阶晚期444.43~443.83 Ma和志留纪鲁丹阶早中期443.83~441.57 Ma)3个层段的沉积环境、岩性和厚度特征,分析了页岩平面展布特征。研究表明:1五峰组下部WF2—WF3笔石页岩段沉积期,研究区主体上受广西运动的影响较小,沉积环境为广海深水环境,主要沉积了黑色页岩,沉积中心发育在黔东北—川东北和川南2个区域,沉积中心最大厚度为4~6 m。2五峰组观音桥层WF4笔石页岩段沉积期,受全球海平面下降和广西运动增强的影响,研究区沉积环境发生重大变化,川中古隆起、黔中古隆起和江南—雪峰古隆起进一步扩大,沉积盆地面积减小,沉积环境变为以浅海碳酸盐生屑滩沉积为主,少量深水沉积环境为辅(仅分布在川东—川东北地区的石柱—涪陵—巫溪一带和川南地区的长宁—永川一带),浅水沉积物以富含赫南特贝的灰岩、泥质灰岩等沉积为主,深水沉积物主体为含赫南特贝的灰质泥岩、页岩沉积。3龙马溪组底部LM1—LM4笔石页岩段沉积期,受全球海平面上升和广西运动的控制沉积范围比观音桥层沉积期大,主体为滞留的深水沉积环境,沉积了厚度较大的LM1—LM4笔石页岩段黑色页岩,最大厚度超过20 m。进一步分析了川中古隆起、黔中古隆起及江南雪峰古隆起对黑色页岩的控制作用,探讨了自流井水下高地/隆起、华蓥山水下高地、丁山水下高地和湘鄂西水下高地/隆起对黑色页岩沉积与保存的控制作用。

页岩气保存机制探讨

常规天然气与页岩气在储集空间上的本质差别就是孔径或孔隙结构的差异。根据四川盆地涪陵焦石坝地区页岩埋藏史、含气量、生产数据及解吸气同位素分馏这4方面资料,指出页岩气是以单个或多个有机质碎片所形成的连通孔隙网络为单元被保存在页岩中,毛管压力与静水压力是页岩气孔隙压力的保存机制,因此页岩的富气程度不受构造形态或圈闭的控制。构造活动对页岩气保存条件的破坏主要决定于构造升降对静水压力破坏及地质应力对页岩页理面的破坏程度,水平挤压条件下层理面张开所引起的毛管封闭能力下降,导致页岩气散失。而断层往往是应力释放区域,使页理面不会受到进一步的破坏,相反可能对下盘起到保护作用,成为页岩气的有利勘探目标。根据毛管力原理可进一步估算页岩气的可采收率,从而为勘探开发提供指导。

塔河地区奥陶系油田水分布与运动学特征研究

塔河油田是我国最大的陆上整装碳酸盐岩油田,其油田水分布与运动特征反映了油气运移规律。该区奥陶系油田水现今总体矿化度高,南北向存在从低到高再到低的3个矿化带,各带内平面分割性强,纵向层间差异大。塔河油田奥陶系的流体经历了多期次活动,奥陶系储层共捕获了4～5期盐水包裹体,其均一温度范围集中在60～80℃,90～105℃,110～140℃和145～170℃,盐度集中在0.5%～4%、5%～10%、10%～13%、14%～18%、>18%,反映出奥陶系储层曾经历过了4～5期热流体活动,对照埋藏史与油气运移史,高盐度流体活动与油气运移具有良好的匹配关系,油田水化学指标(油田水变质系数、碳酸盐岩平衡系数等)反映出塔河油区现今保存条件良好。井剖面包裹体纵向温度、盐度纵向不规则变化表明流体的活动以侧向运移为主。流体势分析说明运移方向不仅包括塔河东、南面是烃源岩方向,而且具有高流体势的西面也可能是油气来源方向。

四川盆地下侏罗统陆相页岩气源储特征及耦合评价

四川盆地陆相页岩气勘探前景良好,目前已在川东北地区下侏罗统获得良好页岩气显示和工业气流。与海相页岩相比,陆相页岩具有相变快、岩相组合类型多(夹层发育)、有机质丰度低和源储配置关系复杂等特点。运用“源储耦合”研究思路,利用宏观微观结合的储层表征技术对下侏罗统自流井组大安寨段页岩的烃源特征、储集特征及其耦合关系开展了分析与评价。结果表明:(1)岩相组合特征。大安寨段为一套以暗色页岩与介壳灰岩不等厚互层为主的浅湖半深湖沉积,主要发育4种岩相与3种厚度组合,主要包括高碳黏土质页岩夹薄层(<1 m)介壳灰岩、中碳黏土质/含粉砂质页岩夹薄中层(<3 m)介壳灰岩、低中碳粉砂质页岩夹中厚层介壳灰岩及少量粉细砂岩;其中页岩为源岩和主要储层,介壳灰岩为次要储层和隔夹层,致密砂岩物性较差,主要为隔夹层。(2)烃源与储集特征。川东北地区页岩厚度介于30~40 m,TOC含量普遍介于1.0%~2.0%;有机质类型以Ⅱ2型和Ⅲ型为主;页岩储集空间包括有机孔、无机孔与宏微观裂缝,页岩中黏土矿物粒缘孔和晶间孔最为发育,有机孔次之,微裂缝发育程度与连通性较好;介壳灰岩夹层以粒间孔、粒内孔、微裂缝为主要储集空间。(3)揭示了大安寨段页岩层系的源储耦合机理。宏观上,TOC含量和孔隙度均随灰质含量的增加而降低,页岩的源储耦合条件优于夹层,以黏土质页岩为最优;微观上,页岩内部存在有机质与有机孔的源储一体耦合、原始有机质与无机孔和微裂缝之间为纳米至微米级距离的迁移耦合,页岩与夹层间为毫米至厘米级距离的迁移耦合,夹层内部则有赖于相邻页岩中有机质与夹层中无机孔和微裂缝的厘米至米级距离的运移耦合。(4)分别针对页岩层和夹层源储耦合特征建立了相应的源储耦合评价参数,对研究区2口典型钻井开展评价并优选了水平井靶窗。

彭水地区五峰—龙马溪组页岩热演化史及生烃史研究——以PY1井为例

利用盆地模拟软件BasinMod 1－D，选用古地温梯度法，采用镜质体反射率正演法厘定彭水地区各时期构造剥蚀量及古地温梯度。结果表明，该区自晚古生代以来古热流经历了低—高—低的变化过程，其古地温梯度具有相同特征；志留纪—中二叠世古地温梯度平均值约为2．5～3．0℃／hm；晚二叠—早白垩世古地温梯度平均值约为3．0～3．5℃／hm；早白垩世末期以来，古地温梯度平均值介于2．0～2．5℃／hm；加里东期、印支期构造抬升剥蚀量不足500 m，燕山、喜马拉雅运动构造抬升剥蚀量可达4300 m。成烃史研究表明，彭水地区五峰—龙马溪组页岩早泥盆世进入生油门限，在晚二叠—晚三叠世进入生油高峰，在早侏罗世进入生气期，中侏罗世进入过成熟生干气阶段。后期燕山、喜马拉雅运动，致使地层抬升、剥蚀，研究区页岩气保存条件将成为下一步勘探的研究重点。

建南气田飞三段储层成岩作用研究

以建43井为例,研究了建南气田三叠系飞三段储层的成岩作用及特点,其中白云岩化作用、溶蚀作用和构造破裂作用对储层贡献较大。其成岩序列为藻粘结、泥晶化→一世代胶结→大气淡水溶蚀→二世代粒状胶结→新生变形→压实压溶→白云岩化→早期张裂缝及充填→构造挤压作用→埋藏溶蚀Ⅰ→进油→白云石、萤石充填、石英充填交代→油演化为沥青→埋藏溶蚀Ⅱ→晚期张裂缝→进气;主要经历了海底(潮间)环境、大气淡水环境、浅埋藏和深埋藏环境。白云石晶体、二世代粒状胶结物、萤石被溶蚀、压性裂缝发育以及孔隙无明显变形是埋藏溶蚀的主要识别标志。

页岩热模拟过程中液态烃含量变化及对物性的影响

页岩热模拟演化过程中,液态烃含量及赋存状态的变化是深入研究页岩孔隙演化和储层表征的重要内容。对川西北广元上寺剖面低成熟大隆组页岩进行半封闭体系热模拟实验,并对原岩及热模拟样品进行氩离子抛光扫描电镜观察、热模拟样品及其萃取液态烃后的样品开展低温氮气吸附实验。结果表明,低成熟大隆组页岩中有机孔不发育,随着热模拟温度的增加,有机孔开始发育、数量增多、孔径变大,比表面积和微孔体积显著增加且与热模拟温度具有较好的线性正相关性,但中、大孔体积随热模拟温度增加并未表现出明显的变化规律;TOC减少量与比表面积和孔隙体积之间具有较好的正相关性,说明有机质转化为油气过程中微孔数量显著增加。扫描电镜揭示液态烃主要赋存在页岩的晶间孔及已生成的有机孔内;随着热模拟温度增加,液态烃呈现先显著增加后急剧降低的现象,在热模拟温度为325℃和340℃时,液态烃具有最高含量,在热模拟温度450℃以后,液态烃的含量可忽略不计。萃取液态烃后,样品的氮气吸附能力普遍增强;热模拟样品的孔隙呈单峰型分布,孔峰分布在14.36~23.56 nm,而萃取样品的孔峰向更小的孔隙移动,分布在12.05~22 nm。萃取后样品的比表面积、微孔和中孔体积比热模拟样品显著增加,且比表面积和微孔体积与热模拟温度之间的相关性变好,反映了液态烃主要赋存在泥页岩的微孔及部分中孔内。

孔隙度测定误差及其控制方法研究

随着油气勘探领域的扩大,孔隙度测试样品的岩性及形态呈现多样化的发展趋势。在生产与科研实践中发现,相同的样品不同实验室孔隙度测定结果存在差异,给孔隙度资料的应用带来了困扰,孔隙度测定面临着新的挑战。从影响孔隙度测定结果的岩样总体积和骨架体积2个关键参数入手,分析了其测试误差对孔隙度测定结果的影响,发现测试相对误差为0.5%,1.0%,1.5%时,造成的孔隙度绝对误差分别为0.5,0.9,1.4,二者的测试误差对孔隙度测定精度的影响程度相近,应该予以有效控制;分析了岩样骨架体积和总体积测试误差控制现状,认为岩样骨架体积测试依托较为成熟的方法和装置,测试误差能够得到有效控制。总体积测试技术发展滞后,测定过程中关键参数获取受随机的人为因素影响,导致不同操作人员及不同实验室测定结果存在差异。探讨了有效控制孔隙度测定误差的方法,介绍了基于流体变密度测定原理的岩石样品总体积测定系统。该系统对样品的岩性和形态没有限制性要求,实现了岩样总体积测定的自动化;可以减少人为因素对测试的影响,岩样总体积测定平均相对误差0.5%,能够将孔隙度测定绝对误差控制在0.5左右,可用来缩小不同实验室测定结果差异。

一种泥页岩脆裂性质表征方法及其地质意义

提出了一种泥页岩脆裂性质的表征方法——脆裂指数法,介绍了脆裂指数的测定流程和步骤。这种方法操作简便、对样品的大小、外形无特殊要求,对于泥页岩样品测试具有普遍意义。实验数据表明,泥页岩脆裂指数与孔隙度、比表面积大小呈正相关关系。从测定流程、方法、实验数据以及文献分析来看,泥页岩脆裂指数具有表征孔隙发育程度及其内部结构,尤其是微孔隙、微裂隙的潜在应用价值。初步探讨了脆裂指数在表征泥页岩内部结构性质以及气体解吸行为研究等方面的应用前景。

低成熟海相黑色页岩生烃特征的热模拟实验

页岩气是黑色富有机质页岩生烃演化完成后滞留在页岩中的烃类气体,为了查明海相黑色页岩生排烃过程中产物的变化规律及影响因素,揭示海相富有机质页岩的生烃潜力,采用地层孔隙热压生烃模拟仪对四川盆地广元地区上寺剖面大隆组黑色页岩进行热压模拟实验。结果表明:①黑色页岩具有极高的生烃潜力,最高产烃量达452.43 mg/gTOC(总有机碳),其中气态烃总产率195.45 mL/gTOC,液态烃最高产率为377.8 mg/gTOC;②油的产率随热模拟温度升高表现为先升后降的特征,生油演化成峰型尖锐的单峰特征,生油高峰在360℃,甲烷随成熟度升高而增加,而重烃气C2-5则表现为先升后降的特征,甲烷主要由油裂解形成,其次是干酪根热解和重烃气裂解;③气态烷烃呈现δ^(13)C1<δ^(13)C2<δ^(13)C3<δ^(13)C4,且随热模拟温度增加,气态烃的碳同位素值均表现为逐渐富集13C,说明了热模拟过程中只发生了碳同位素的动力学分馏。基于本次热模拟产物产率随热成熟度变化特征,建立了黑色富有机质页岩的生烃模式,分为两个主要阶段:热催化生油气阶段和热裂解生湿气阶段,特别是在很高热模拟温度下仍未进入生干气阶段,表明在过成熟阶段黑色页岩仍具有一定的生烃潜力。研究结果对拓展高过成熟页岩气勘探领域具有较好的参考意义。

岩心分段密封及逸散轻烃采集测定技术与初步应用

含油气岩心轻烃逸散具有普遍性,岩心出筒后轻烃收集及其逸散差异性的表征技术和方法尚有提升空间。以专利"一种岩心分段式密封装置及其使用方法(2013101681829)"技术为核心,研究设计了岩心分段密封装置及轻烃采集测定方法。装置具有筒状结构,内置数个环状密封圈,能够将置入其中的岩心进行非破坏式的分段密封,形成数个互不连通的密闭空间以存储岩心逸散的轻烃;装置配套了气体采样泵、便携式甲烷检测仪以及气相色谱仪等辅助设备,用于对不同密闭空间中的轻烃进行采样以及逸散轻烃浓度和组分测定,建立了密闭空间中逸散轻烃浓度转换为逸散量的方法。初步实验应用表明,利用该装置及方法能够获取岩心出筒后逸散的轻烃,进而表征岩心轴向不同部位轻烃逸散量及其组分的差异性,结合岩性及物性等资料,为页岩油气层系非均质性评价及其主控因素研究提供依据。