深层页岩纳米孔隙中气水微观动用机理

深层页岩气已成为我国天然气产量增长最现实的领域之一。已有研究结果证实深层页岩纳米孔隙发育,但页岩储层在高温高压含水条件下气水的动用复杂程度加剧。传统页岩岩心尺度的解吸和驱替实验成本高、周期长,难以解析纳米孔隙中气水在深层储层条件下的微观动用机理。为此,基于分子模拟方法,在考虑气水质量扩散传递的基础上,提出了1套页岩气水动用模拟方法,并模拟了深层页岩双重介质复合纳米孔隙中的甲烷和水分在2种不同模式下的动用机理,并量化了甲烷吸附气、溶解气和自由气,揭示了孔隙水和甲烷不同赋存状态的微观动用机理。研究结果表明:①页岩中伊利石对甲烷的亲和性强于干酪根,伊利石亲水性远大于干酪根;②2种动用模式下,伊利石中赋存的水分基本不发生动用,干酪根表面水分团簇可发生动用;③双重介质复合纳米孔隙中,甲烷的自由气动用率最大,溶解气和吸附气动用率较低,是后期页岩气储量挖潜的重要潜在资源。结论认为,深层页岩纳米孔隙中气水的微观动用理论研究对深层页岩气可采储量评估、产能评价和提高采收率等方面具有重要理论意义。

鄂尔多斯盆地庆城油田延长组页岩层系层序地层与沉积相特征

鄂尔多斯盆地三叠系延长组页岩层系蕴藏着丰富的油气资源,但其层序格架及沉积相展布存在较大的争议,从而影响着页岩油气的精细勘探与开发。以庆城油田西233区块为例,应用岩心、测井及最新的三维地震资料重构了层序地层格架及沉积相分布。研究表明,在延长组原长81—长32砂组内,地层向湖盆中心呈进积叠置样式,可分为2个长期基准面旋回和10个中期基准面旋回。在每个中期旋回内,向盆地方向的古地貌依次为浅水带、斜坡带和盆底带。浅水带主要发育三角洲;斜坡带发育重力流水道,顺斜坡呈窄条带状分布;在盆底带近端发育重力流朵叶体沉积,砂体夹于泥页岩中,而盆底带远端主要为深湖页岩夹滑塌体沉积。原长7油层组页岩层系为1套穿时地层,由多个中期旋回的斜坡带下部、盆底带湖底扇砂体和半深湖—深湖泥岩组成。这一研究不仅对鄂尔多斯盆地夹层型页岩油的有效开发(开发区优选及水平井部署)具有重要的指导作用,亦对拗陷湖盆层序与沉积演化理论的发展具有一定的促进作用。

沁水盆地榆社—武乡区块二叠系煤系页岩储层地质建模及“甜点”预测

沁水盆地煤系页岩气资源丰富,但勘探开发处于初期阶段。基于钻井、测井和地震解释资料,结合有机地球化学与储层物性实验测试数据,通过三维地质建模技术,建立了沁水盆地榆社—武乡区块二叠系山西组底部—太原组上部煤系页岩地质模型,并预测了煤系页岩气“甜点”区。研究结果表明:(1)沁水盆地榆社—武乡区块石炭系—二叠系煤系地层模型反映了煤系页岩储层的发育主要受控于构造活动,呈“东浅西深、整体连续”的分布格局。(2)基于序贯指示法建立沉积相模型,指示研究区在太原期—山西期由海陆过渡相转变为近海陆相沉积环境,为稳定优质页岩储层的形成提供了有利的沉积环境。(3)通过相控属性建模实现了储层参数空间分布模拟和精细表征,泥地比、孔隙度、含气量、总有机碳含量和镜质体反射率的平均值分别为0.57,10.02%,1.21 m^(3)/t,2.18%,2.45%,揭示了研究区煤系页岩较好的储集能力、含气性、有机质丰度和资源潜力,脆性指数模型指示出页岩压裂后的有利区带。(4)在精细三维地质建模的基础上,将三维网格单元赋值积分,计算研究区二叠系煤系页岩气地质资源量为1 344.98×10^(8)m^(3),运用层次分析法和模糊评价法预测页岩气“甜点”区,Ⅰ类“甜点”区为地质与工程双重甜点,分布于研究区东北部、中部和西北部局部区域。

四川盆地二叠系龙潭组页岩气储层特征与勘探潜力

通过宏观野外实测、岩芯观察以及微观薄片鉴定、氩离子抛光扫描电镜观察(SEM)等技术手段,对四川盆地上二叠系龙潭组页岩气的储层特征进行了系统分析。龙潭期主要沉积环境从南向北依次发育:河流三角洲、滨岸沼泽、潮坪、混积陆棚与碳酸盐岩台地相。富有机质泥页岩主要发育在滨岸沼泽与深水陆棚相区,川北深水陆棚相页岩具有“四高一低”的特征:高含气量(>5 m^(3)/t)、高TOC(>4%)、高孔隙度(>6%)与低黏土矿物(<38%),是未来勘探的重点区。

中国石化深层、常压页岩气勘探开发进展与展望

近十几年以来,随着页岩气勘探开发理论技术水平的提高,我国实现了南方上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组海相页岩气商业化开发,并向深层、复杂构造区和新层系拓展。为进一步推动页岩气高效勘探开发,系统梳理了中国石化页岩气勘探开发新进展,并对国内页岩气发展趋势进行分析。研究结果表明:①高质量建成涪陵页岩气国家级示范区,创新形成了海相页岩气立体开发关键技术体系;②实现南川东胜、白马区块常压页岩气规模效益开发,构建了背斜型、单斜型、反向逆断层遮挡型、残留向斜型四种页岩气聚散模式,形成精细分区,差异化开发新模式,初步建成常压页岩气开发低成本技术体系;③初步落实川东南盆缘深层万亿方规模阵地,创新形成海相深层页岩气“超压富气”模式,初步形成4000~4500 m深层页岩气压裂技术体系;④相继在元坝、普光侏罗系,红星、普光二叠系、井研—犍为寒武系取得重大突破;⑤未来实现页岩气大突破和大发展离不开勘探开发理论技术的创新攻关,必须坚持勘探开发一体化、地质工程一体化、技术经济一体化,需要充分认识深层、常压、新层系页岩气地质特征的复杂性,还需要政策扶持等。

深层—超深层天然气勘探研究进展与展望

从全球油气勘探发展趋势来看,深层—超深层天然气勘探已经成为化石能源勘探未来的主战场。不仅常规碳酸盐岩和碎屑岩领域,非常规的页岩气和煤层气等领域也进入深层—超深层勘探阶段。前期,我国在深层天然气勘探中形成了一批具有开创性的理论和技术,指导了很多具有战略意义的商业发现,提升了我国能源的保障能力。但同时在面向更深层的勘探目标时,还面临着新的地质、工程等方面的挑战,还有很多世界级难题需要攻关。本文系统回顾了近年来,我国在深层—超深层碳酸盐岩、碎屑岩、页岩气、煤层气等领域勘探中取得的成就,重点总结了深层—超深层不同领域天然气成藏条件与主控因素的研究进展,从资源评价、储层发育与保持机理、油气成藏与富集规律、地球物理和工程技术等方面,提出了深层—超深层天然气勘探面临的主要问题与发展建议,以期能为加快我国深层—超深层天然气勘探提供参考。

川东南页岩气井岩溶浅表层安全高效钻井技术

四川盆地川东南构造带东胜背斜北部浅表地层岩溶发育,溶洞层级多,破碎带厚,尤其是嘉陵江组2段以上地层钻井液失返、井壁破碎带掉块严重,井下故障频发,多口井废弃。为了提高页岩气井的钻井效益,采取了优化井身结构、分井段优化钻具组合、分阶段优选钻井液,以及使用“组合法”注水泥固化破碎带井壁等技术措施,形成了川东南页岩气井岩溶浅表层安全高效钻井技术。该技术在东胜背斜北部区块10口井进行了现场应用,降低了浅表层井段发生井下故障的概率,提高了岩溶浅表层的钻井时效,浅表层成井率达到100%,机械钻速提高25.0%,钻井周期缩短63.2%。川东南页岩气井岩溶浅表层安全高效钻井技术为该区块高效开发提供了技术支撑。

河南鹿邑深部大口径页岩气调查井钻探施工技术研究

大口径页岩气调查井鹿页1井部署在南华北盆地鹿邑凹陷区,设计井深3360.00m,完钻井深3506.50m。钻探目的是查明地层层序,探索上古生界页岩发育特征及含气性,兼探致密砂岩气和煤层含气性。介绍了鹿页1井的钻探施工情况,针对区域内地层复杂,构造发育,山西组及上石盒子组泥岩层段较多,施工中易出现坍塌、掉块等孔内复杂情况,以及目的层垂深大,泥岩、煤、砂岩互层,取心难度大等技术难题,优配了ZJ40石油钻机,研究并实践了PDC钻头+螺杆+MWD无线随钻高效复合钻井技术、复杂地层高密度、高黏度钻井液体系和深孔PDC筒式取心钻头+川8-3取心筒绳索取心技术,建成了1口可供地层含气性测试的合格井,为该区同类钻井工程提供了有益借鉴。获取了岩心等实物资料,查明了该井区地层结构,太原组、山西组、下石盒子组钻遇51层油气显示,为南华北盆地鹿邑凹陷页岩气资源评价奠定了基础。

“进源找油”:致密油主要类型及地质工程一体化进展

致密油是国内"进源找油"的主要对象,地质工程一体化是实现中国致密油规模效益发展的必由之路。文章提到的致密油,等同于页岩层系石油,是指依靠水平井体积压裂等现有技术可以实现规模效益开发的陆相非常规石油资源,致密油"进源找油"包括找出"甜点区"和采出"甜点体"两个内涵,根据页岩层系储层岩性、源储组合差异,将中国陆上致密油划分为"碎屑岩、混积岩—沉凝灰岩、碳酸盐岩"3种主要类型。致密油地质工程一体化,就是以"甜点区(段)"评价识别为基础,以"甜点体"高产稳产为目标,以"逆向思维设计、正向作业施工"为工作指南,坚持地质设计与工程实践一体化组织管理,做好"甜点区(段)"评价刻画和"人工油藏"制造开发两篇文章,最终把蓝图设计转化为工程作业、转化为效益产量的系统工业过程。以松辽盆地扶余油层碎屑岩、柴西南扎哈泉碎屑岩、吉木萨尔凹陷芦草沟组混积岩、马朗凹陷条湖组沉凝灰岩、柴西南英西地区下干柴沟组碳酸盐岩、川中北大安寨段页岩等不同类型致密油为例,分类型阐述了中国石油探区研究区致密油地质工程一体化在地质评价预测、工程关键技术和主要管理举措等3个方面的研究进展,"十三五"前3年新增三级储量9.97×108t,新建产能225×104t,取得了油气发现和产能建设"双丰收"。最后初步提出依托致密油地质工程一体化发展,加强多层系立体"人工油藏"开发、建立不同类型小区块"参考模板"、高度关注页岩层系源岩油气等建议。

湘中地区海相页岩气资源潜力评价方法及参数选取

页岩气作为新兴的重要非常规天然气资源,常规的油气评价体系已不能准确地评价其资源潜力。该文旨在探索海相页岩气资源潜力评价方法体系。以湘中地区下石炭统大塘阶测水段海相页岩层系为例,重点阐述非常规页岩气资源潜力体积法评价所涉及的参数选取原则,通过离散型参数条件概率分析其期望值,逐个选取评价参数。获得了大塘阶测水段页岩层系在条件概率分别为5%、25%、50%、75%、95%时的面积、厚度、总孔隙度、游离含气饱和度、吸附含气量、有机碳含量等11个参数值。初步估算了大塘阶测水段页岩气资源潜力。

下扬子地区古生界页岩气地质条件与勘探前景

通过对下扬子地区海相古生界暗色泥页岩发育的构造背景、沉积环境、空间展布、地球化学参数等的分析,认为下扬子地区海相古生界暗色泥页岩具备了页岩气富集的基本条件,提出了2套重点目的层,即下寒武统荷塘组和上二叠统龙潭组,并针对这2套泥页岩发育的层位分别提出了有利勘探区。同时认为,后期改造相对较弱的地区应该是页岩气勘探开发的主战场。

陆相盆地含煤、油页岩和蒸发盐地层单元沉积演化

陆相盆地地层单元在沉积过程中往往呈现一定的规律性,主要显示为地层单元的沉积相(岩相)组合、沉积建造、地层叠加样式和古生物群的渐进演化,对应着煤、油页岩和蒸发盐等经济矿产的潜在沉积。利用含煤、油页岩和蒸发盐特征性地层单元区分辽宁抚顺盆地、河南桐柏盆地和美国绿河盆地充填演化过程中不同地层单元的差异和潜在经济矿产的沉积,并且这些地层单元的沉积演化受气候和构造的联合控制。气候和构造控制了进入盆地中沉积物与水体供给速率以及盆地潜在可容纳空间的变化,造成盆地充填在过补偿、平衡补偿和欠补偿状态之间演化,引起地层单元岩性组合、沉积建造和古生物群的改变,能够合理解释煤、油页岩和蒸发盐的沉积。此外,不同类型盆地中气候和构造条件的差异也可能引起煤、油页岩或者蒸发盐的缺失。

松辽盆地外围新区、新层系——油气基础地质调查进展与认识

以"开辟新区、探索新层系"为目的,基于野外地质调查、非震物探剖面测量、地质井钻探等油气基础地质调查,阐述了松辽盆地外围大面积火山岩覆盖区龙江、突泉、扎鲁特、林西、乌兰盖等油气新区的发育状况及中、下侏罗统和上二叠统等主要生烃层系的发育;认为突泉盆地中、下侏罗统泥岩厚度大、有机质丰度高、热演化处于成熟—高成熟阶段,盆地生、储、盖系列完整,有望成为松辽盆地外围侏罗统油气、新层系勘探突破的远景盆地。依据暗色泥页岩分布范围、沉积厚度和有机地球化学特征,论述了研究区晚二叠世林西组的页岩气资源前景。松辽盆地西缘地区的中、下侏罗统和上二叠统将成为油气新区、新层系调查研究的重要方向。

湘中拗陷海相页岩层系岩相古地理特征

湘中拗陷是一个以下古生界浅变质岩系为基底发展起来的晚古生代沉积拗陷区,发育有机质丰度高的海相页岩层系,具有形成页岩气藏的基本地质条件。以现代沉积学和层序地层学理论为指导,结合湘中拗陷区域构造背景,分析页岩层系沉积环境,恢复页岩层系的岩相古地理,确定富有机质页岩层系发育层段。湘中拗陷的泥页岩主要发育于下石炭统及中上泥盆统和上二叠统,分布在海侵体系域上部和高水位体系域下部,平面上多与凹槽台地相的发育和分布有关。最有利于泥页岩发育的主要沉积相带是台地海盆相和滨海(海湾)沼泽相。

页岩气测井地层评价的方法与进展

页岩气测井地层评价主要围绕3个方面展开:①页岩气地层的岩性和储集参数评价,包括孔隙度、饱和度、渗透率等;②页岩的生烃潜力评价,主要包括干酪根的识别与类型划分、有机质含量、热成熟度等一系列指标的定性或定量解释;③岩石力学参数和裂缝发育指标的评价。特别是在资源调查和勘探的初期,如何从烃源岩中寻找最有利的页岩气藏富集,是地球物理测井的首要任务。近几年,国外在页岩气测井评价方面的工作主要体现在对ECS测井和高分辨率成像测井的应用。另外有研究表明,感应测井与岩石介电常数有关的X分量负异常与干酪根的存在及其类型之间有一定的相关性。

湘中、湘东南拗陷泥页岩层系岩相古地理特征

综合运用现代沉积学及地层学理论,结合湘中拗陷和湘东南拗陷构造演化背景,分析中泥盆统至上二叠统泥页岩层系沉积环境,恢复湘中、湘东南拗陷泥页岩层系岩相古地理,指示泥页岩发育的有利区带。研究结果表明,台盆相与滨海沼泽相是湘中、湘东南拗陷最有利于泥页岩沉积的相带。湘中拗陷内重要的泥页岩层系棋梓桥组、佘田桥组主要沉积于台地海盆中,分布于海侵体系域上部与高水位体系域下部,沉积中心位于涟源凹陷和邵阳凹陷中部的凹槽台地相区。湘东南拗陷内重要的泥页岩层龙潭组、大隆组则主要形成于滨海沼泽环境中,分布于海退体系域,沉积中心位于桂阳-耒阳一线。

松辽盆地古龙页岩有机层序地层划分及影响因素

松辽盆地青山口组深湖—半深湖相细粒沉积是古龙页岩的有利发育层,但存在岩性识别难、层序对比难等技术问题。为了准确识别湖相区细粒沉积层序界面,建立松辽盆地青山口组层序地层格架,利用地化参数指标总有机碳、游离烃含量分布曲线,结合岩心特征、古盐度、古水深及生物化石等多参数指标的综合分析,建立了青山口组有机层序地层格架。研究表明:青山口组共发育2个一级有机层序界面、2个二级有机层序界面和5个三级有机层序界面,一级有机层序受到异整合面影响,岩性、测井曲线、地化指标和元素组合参数均呈现明显的台阶式突变,二级有机层序和三级有机层序受到有机质丰度、沉积环境及古水深的影响,有机质丰度、游离烃及环境参数等指标亦呈现旋回性变化;沉积环境控制了有机层序的分布,页岩总有机碳、游离烃含量与沉积环境参数具有很好的相关性,气候条件、水体盐度、水体深度、沉积还原环境等因素控制有机质的富集。古龙页岩有机地层层序的厘定,为该区页岩地层准确划分和对比建立了一种有效的技术方法,可在三级有机地层层序尺度上进行地层对比和描述,对于古龙页岩油勘探和开发具有理论指导意义和实际应用价值。

新疆乌苏泥火山地球化学特征及其泥浆源

泥火山是地质流体活动的结果,喷发需具备泥浆源、泥浆运移通道和水补给3个条件。对乌苏泥火山8个喷口泥浆进行岩石地球化学分析,轻稀土元素富集,重稀土元素亏损,轻、重稀土元素平均比值为6.81,泥浆中富集大离子亲石元素Ba、Rb等,高场强元素Nb、Ta强烈亏损,Th弱亏损,(La/Yb)_N值为5.47,Ce/La值为2.22,球粒陨石标准异常值δEu显示中等负异常(0.760~0.805);Sr/Ba值为0.33~1.01(平均值0.60),表明源岩为陆相沉积且古盐度较低,Ce/La(2.22)、Ce_(anom)(-0.007)、V/(V+Ni)(0.78)值均指示源岩形成于还原环境。稀土、微量元素分析及地层对比分析表明,乌苏泥火山源岩来自于下侏罗统八道湾组、三工河组,为河流沼泽相-半深湖相含煤地层代表的弱还原-还原沉积环境,源岩的最大埋藏深度为7~8km。泥火山源岩的研究为指示油页岩、烃类物质的位置提供了证据。

鄂尔多斯盆地黄陵北部延安组页岩气勘探潜力分析

鄂尔多斯盆地中南部发育有侏罗系延安组第二段和第三段陆相暗色厚层泥岩层系，矿物成分以石英、黏土为主，石英43%～56%，黏土矿物29%～33%。总有机碳（TOC）1.63%～3.89%，有机质成熟度Ro为0.59%～0.60%，含气量（CH4）0.25～0.85 m3/t，等温吸附实验表明延安组泥岩的甲烷吸附能力与总有机碳含量呈正相关关系。泥岩处于生物成因气阶段，具备页岩气形成的基本地质条件，并可对比美国密歇根盆地Antrim页岩和伊利诺斯盆地的New Albany页岩的地质条件。为查清黄陵北部侏罗系延安组页岩气的勘探潜力，通过分析勘查和化验测试资料，对其页岩气勘探潜力进一步评价认为：黄陵北部延安组泥岩分布范围和厚度较大，已进入生物成因气和热催化生气的中间阶段，有机质丰度较高，具备形成页岩气的成藏条件，页岩气潜力巨大。

煤系泥岩和煤岩生成原油的地球化学特征

阳霞煤成油系统位于塔里木盆地库车坳陷东部。据碳同位素特征判断，该系统中的提尔根油气田和依奇克里克油气田的原油都是煤系地层的产物。但它们的生物标志物特征有明显差异：提尔根煤成油与煤系泥岩十分相似，依奇克里克煤成油则与煤岩相似。根据对该系统中、下侏罗统煤系地层烃源岩及其原油地球化学特征的研究，首次将源于煤系泥岩的原油与源于煤岩的原油区别开来。肯定了煤系泥岩和煤岩都具有生烃能力，一定类型的煤岩（富氢贫氧煤）能够形成商业性油气藏。图２表１参２（梁大新摘）