滇黔北地区五峰组—龙马溪组页岩气富集条件及有利区预测

滇黔北地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组海相页岩具有较好的页岩气资源前景,但目前对于其复杂地质条件下的页岩气成藏富集规律仍不明确。为此,基于最新的钻井资料,结合野外露头剖面观察和样品测试结果,对该区五峰组—龙马溪组的沉积环境,优质页岩的分布与埋深、有机地球化学指标、储集性参数、含气性等页岩气富集条件进行了系统分析,预测了优质页岩有利区带并评价其勘探潜力。结果表明:(1)该区五峰组—龙马溪组为浅水陆棚—深水陆棚沉积,沉积环境控制了优质页岩的厚度与分布,地史沉积格局和后期构造运动改造控制了底界埋深——底界埋深介于0~4 000 m,优质页岩沉积厚度介于0~60 m;(2)该区优质页岩有机碳含量高(1.0%~4.0%),热演化程度高(过成熟),有机质类型稳定(腐泥型—偏腐泥混合型),生烃强度高(1.0×10~8~4.0×10~8m^3/km^2),生烃潜力较大;(3)优质页岩脆性矿物含量较高,破裂潜力较好,储层储集空间类型多、微裂缝发育;(4)区内局部保存条件较好,具备页岩气成藏的良好地质条件。结论认为:盐津西、筠连南、威信—叙永—古蔺、习水东等4个区域五峰组—龙马溪组页岩气成藏条件优越,具备良好的页岩气勘探潜力,为该区最有利的页岩气勘探区带。

滇黔北地区地层压实恢复及沉积速率反演

为了恢复滇黔北地区地层压实过程并进行沉积速率反演,将优化模型与传统方法相结合,建立了滇黔北地区分层声波时差和孔隙度随深度变化的模型,而后基于岩石骨架不变原理对该区地层进行分层回剥,获得了上奥陶统五峰组至第四系较完整的地层原始沉积厚度和各组地层分段沉积速率,并探讨了页岩地层沉积速率与有机质丰度的关系。结果表明:滇黔北地区地层沉积速率总体较低,早期沉积速率升高并达到峰值,随着地层年代由老变新,沉积速率骤降而后再缓慢升高,随后再次降低直至该区沉积速率的最低值,其中志留系龙马溪组和罗惹坪组2套主要页岩地层的沉积速率分别为77.97 m/Ma和113.47 m/Ma;陆棚环境下较缓慢的沉积速率有助于提高页岩有机质丰度。研究成果可为该区地层埋藏演化史研究和页岩气勘探开发提供一定的参考。

燕山运动对页岩气保存条件的控制作用——以滇黔北地区太阳—海坝区块龙马溪组页岩气为例

滇黔北地区昭通国家级页岩气示范区太阳—海坝地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组发育优质页岩气储层,现已进行规模开采,但对页岩气保存条件尚未进行系统性分析。为了落实该区页岩气开发潜力、明确有利勘探区带,基于地震资料,结合区域地质认识,对区内构造演化、断裂期次、地层变形特征及其对龙马溪组页岩气保存条件的影响进行了研究。研究结果表明:(1)太阳—海坝地区受多期构造运动作用,其中燕山期两幕构造运动对构造形态及断裂发育影响最大,形成北东、近南北、北西三组走向断裂,对龙马溪组页岩气的保存条件有着不同程度的影响;(2)燕山早期为北西方向应力作用,形成北东走向逆断层及近南北走向走滑断层,其中北东走向逆断层上盘地层较破碎,页岩气保存条件变差,断层下盘地层完整,保存条件较好,近南北走向走滑断层多断至地表,早期对保存条件具有一定破坏作用;(3)燕山晚期为北东东方向应力作用,形成北西走向逆断层,与早期形成的逆断层相似,保存条件断层下盘比上盘更好,同时早期形成的走滑断层走向与本期应力方向垂直,断层闭合,对页岩气保存条件影响变小。结论认为,燕山运动控制了该区整体构造形态及主要断裂空间展布、不同性质的断裂及断层上下盘地层的完整性,对页岩气保存条件的影响存在着较大的差异。

滇黔北地区筇竹寺组高演化页岩气储层微观孔隙特征及其控制因素

页岩气钻探资料表明,滇黔北地区下寒武统筇竹寺组页岩储层富气状况明显不如下志留统龙马溪组页岩,由此严重影响其勘探部署决策,查明其原因是当务之急。为此,以页岩气钻井岩心为基础,采用环境扫描电镜、原子力显微镜、比表面积测量、低温液氮吸附等试验手段,分析了筇竹寺组页岩储层的微观孔隙类型、结构特征等。结果表明:①筇竹寺组页岩储层呈现出极为发育的以纳米级为主的微观孔隙结构特征,发育黏土矿物层间孔、有机质孔、晶间孔、矿物铸模孔、次生溶蚀孔等多类型的基质孔隙,具有比表面积小和面孔率大的特点;②TOC、干酪根类型、黏土矿物和Ro是控制筇竹寺组微观孔隙结构的主要因素,以Ro的影响最为明显,且在页岩达到过成熟状态后,其比表面积和孔体积随着Ro的增大而急剧减小。结论认为:已处于过成熟中后期的该区筇竹寺组页岩层,长期的地质作用过程和过高热演化程度严重制约了其微观孔隙发育,呈现微孔隙骤减和比表面积、孔体积明显较小的情形,不利于页岩气的吸附储集,由此导致该区筇竹寺组页岩气富集程度不如龙马溪组的结果。

页岩微观孔隙模型构建——以滇黔北地区志留系龙马溪组页岩为例

基于扫描电镜、低温氮气吸附实验分析,对滇黔北地区志留系龙马溪组页岩孔隙类型与孔隙结构进行分析,并开展分子模型搭建,利用数理统计理论将模型验证问题转变为数学问题进行求证。通过镜下分析发现页岩孔隙类型以黏土矿物层间孔和有机质孔为主,氮气吸附实验指示孔隙以似片状颗粒组成的槽状孔与微孔为主要类型,二者具有良好的一致性。利用伊利石分子模型与石墨烯分子模型对页岩进行分子模型搭建并基于分形理论与分形Frenkel-Halsey-Hill公式,提出Modified Frenkel-Halsey-Hill公式的模型验证方法。通过对分形维数、置换率、分形修正系数的求取与数学计算,验证模型基本可靠。模型验证方法的提出为页岩储集层定量化研究提供了理论依据。

滇黔北地区龙马溪组有机质石墨化特征及成因

有机质石墨化是高—过成熟页岩气勘探面临的主要地质风险之一。在对滇黔北地区下志留统龙马溪组页岩气甩开勘探过程中,部分地区的页岩气探井、评价井钻探效果不理想,被认为与上述原因有关,但目前对该区龙马溪组页岩有机质石墨化的程度及其地质成因尚不明确。为了给该区页岩气战略选区提供依据,通过分析该区龙马溪组富有机质页岩岩心观察、测井解释及储层特征等资料,研究了有机质石墨化的特征,进而预测了黑色页岩有机质石墨化分布的范围。研究结果表明:(1)该区龙马溪组富有机质页岩石墨化程度与总有机碳含量、电阻率值呈负相关,漏斗型、低平直线型、钟形电阻率曲线分别与强、弱、未石墨化页岩相对应,岩心碳化明显、染手、气测无明显异常可作为强石墨化页岩的判定依据;(2)该区有机质石墨化主要受地下岩浆活动的影响,深层热液流体沿断裂向上运移导致有机质因温度过高而石墨化,进而导致页岩气储层的物性变差、含气量降低,石墨化区有效孔隙度平均值在2%以下;(3)石墨化区主要沿深大断裂分布。结论认为,加强对于该区西部、西南部基底断裂的识别、刻画工作,是优化区内页岩气井井位部署、降低勘探风险的重要途径。

页岩岩相划分及含气性评价--以滇黔北地区五峰组-龙马溪组为例

针对滇黔北地区页岩岩相划分及含气性评价的研究较少,文中基于岩心分析化验资料,开展该地区五峰组—龙马溪组海相页岩岩相研究。结果表明:滇黔北地区五峰组—龙马溪组岩相划分为富碳硅质页岩、贫碳硅质页岩、富碳钙质页岩、贫碳钙质页岩、贫碳黏土质页岩、富碳钙质硅质页岩、富碳黏土质硅质页岩、贫碳黏土质硅质页岩及富碳黏土质钙质页岩等9种岩相,其中富碳钙质硅质页岩、富碳硅质页岩、富碳钙质页岩岩相为研究区优质岩相;通过低温氮气吸附实验、页岩气现场解析试验和甲烷等温吸附实验,分析了9种页岩岩相的孔隙结构特征和含气性。研究结果可为页岩气富集区预测提供岩相学支撑,有利于滇黔北地区海相页岩气的下步勘探。

滇黔北地区龙马溪组富有机质页岩储层纳米级孔隙结构特征

针对页岩储层复杂的孔隙结构,运用低温氮气吸附实验,优选非定域密度泛函(NLDFT)计算方法,对吸附数据进行处理,实现对富有机质页岩样品纳米级孔隙微孔和介孔的连续测量。实验结果表明:滇黔北地区龙马溪组下部富有机质页岩既发育微孔,也发育介孔,页岩纳米级孔隙呈狭缝型和墨水瓶状,平均比表面积为14.24 m^2/g,平均孔体积为12.99 mm^3/g,微孔提供了绝大多数的比表面积;有机碳含量是影响滇黔北地区龙马溪组富有机质页岩纳米级孔隙发育的主控因素,黏土矿物含量的增大降低了页岩的比表面积。

滇黔北地区筇竹寺组元素地球化学特征及古环境意义

南方下志留统龙马溪组页岩气已实现规模效益开发,下寒武统筇竹寺组为滇黔北地区潜在的页岩气接替层系。筇竹寺组页岩元素地球化学特征及形成的古环境研究,对于筇竹寺组页岩气评层选区具有一定的指导作用。通过A井筇竹寺组有机碳、主微量元素和稀土元素的系统测试,结合测井资料,按层段分析A井黑色页岩相关元素地球化学参数的变化特征,探讨黑色页岩形成的古环境和沉积模式。结果表明滇黔北探区筇竹寺组相关主、微量元素富集程度与总有机碳含量(TOC)相关;氧化还原敏感参数比值显示筇竹寺组沉积期水体整体由缺氧到贫氧再向氧化环境过渡,与Mo/TOC图解和U_(EF)-Mo_(EF)协变图所表征的水体滞留程度基本一致;滇黔北地区筇竹寺组沉积期处于被动大陆边缘,筇一段受热液作用影响,筇一段相对筇二段和筇三段古生产力较高;筇一段沉积期水体强滞留性形成的缺氧古环境是有机质有效富集保存的关键,筇一段是滇黔北地区筇竹寺组页岩气勘探有利的层段。

沉积环境对页岩孔隙的控制作用——以滇黔北地区五峰组—龙马溪组下段为例

基于元素地球化学示踪、扫描电镜和低温氮气吸附实验,对滇黔北地区五峰组下段、观音桥段和龙马溪组下段3个层位沉积环境和孔隙特征进行分析,并进一步探讨不同沉积环境对页岩孔隙的控制作用。V/(V+Ni)、V/Cr、Ni/Co、U/Th、生源Ba含量、Mn/Fe、Sr/Ba指标指示:五峰组下段和龙马溪组下段沉积期处于厌氧条件、古生产力较高、古水深较深;观音桥段沉积期处于富氧环境、古生产力较低、古水深较浅。扫描电镜分析发现:五峰组下段和龙马溪组下段孔隙类型以黏土矿物层间孔和有机质孔为主,观音桥段孔隙类型以原生粒间孔和粒间溶孔为主。低温氮气吸附实验指示:五峰组下段和龙马溪组下段孔隙比表面积较大,孔体积和平均孔径较小,几何形态主要为槽状孔和微孔;观音桥段孔隙比表面积较小,孔体积和平均孔径较大,几何形态主要为墨水瓶孔。五峰组下段和龙马溪组下段沉积期厌氧环境和较高的生产力为有机质孔的发育提供了有利条件,而伊利石和伊/蒙混层的层状结构是黏土矿物层间孔发育的主要因素。观音桥段矿物颗粒的大小混杂堆积和后期的溶蚀改造分别形成了原生粒间孔和粒间溶孔,同时也是二者与墨水瓶孔具有良好对应关系的原因。

滇黔北下古生界海相页岩气藏赋存条件评价

页岩气区域地质调查和钻探成果表明,滇黔北坳陷属于改造残留型构造坳陷,海相下志留统龙马溪组和下寒武统牛蹄塘组黑色页岩发育,单层厚度达50m以上。评价区页岩的厚度、埋深、TOC、含气性、力学性质、物性和矿物成分等评价参数与北美已商业开发页岩气田的具有一定相似性,具备形成页岩气藏的有利地质条件,是现实的页岩气勘探开发重要目的层系。下古生界海相页岩受晚期构造活动影响强,有机质热演化程度高,通天断层、区域盖层剥蚀、大气淡水冲刷等严重影响其含气性,但页岩的含气性随保存条件变好和TOC丰度增大而明显增加。影响页岩气藏赋存的关键因素是页岩厚度、TOC含量、页岩气储层空间和保存条件。提出该区页岩气有利勘探区带综合评价优选时,需要综合考虑"定性与定量相结合"的六个原则条件,保存条件应成为页岩气地质综合选区的重要因素。优选出彝良—筠连—叙永区域为龙马溪组和牛蹄塘组页岩气目的层叠合的有利勘探区带,赫章—镇雄区域为牛蹄塘组页岩气目的层的有利勘探区带。