四川盆地复兴地区侏罗系纹层型页岩油气富集主控因素

四川盆地复兴地区侏罗系发育多套富有机质页岩,多口井试获高产工业油气流。明确不同页岩岩相沉积储层特征及富集主控因素对勘探部署具有重要意义。基于岩心精细描述、实验分析及钻井勘探实践,开展了陆相地层细粒沉积岩岩相划分与对比、储层精细表征、油气藏类型及富集高产主控因素解剖,形成了以下几点认识:(1)复兴地区侏罗系发育自流井组东岳庙段一亚段、凉高山组二段下亚段两套半深湖相优质页岩,具有多层叠置、中等有机碳含量、纹层发育、源储一体及高气油比特征;两套目的层页岩岩性复杂,为此,建立了基于“颜色—有机碳含量—沉积结构—矿物成分”四元岩相划分方案,明确了灰黑色高碳粉砂纹层型黏土页岩为凉二段下亚段有利岩相,灰黑色高碳介屑纹层、粉砂介屑纹层型黏土页岩为东一亚段有利岩相,3种有利岩相在研究区横向分布稳定。(2)灰黑色高碳粉砂纹层、介屑纹层、粉砂介屑纹层型黏土页岩具有“多孔共生、大孔大喉、孔缝一体”的储集特征,储集物性好、渗透率高,利于页岩油气在孔—缝储集体系中高效储集流动。(3)东一亚段为凝析气藏,凉二段下亚段为挥发性油藏。(4)明确了陆相页岩油气富集主控因素:中高生烃潜力、强滞留率为纹层型页岩油气富集提供物质基础;良好的成烃—成岩—成储—成藏配置关系利于油气聚集成藏;微裂缝发育及合适的热演化程度利于烃类富集及流动;大型宽缓向斜及高压—超压条件利于烃类持续保存。

页岩纹层结构对水力裂缝扩展规律的影响

根据鄂尔多斯盆地延科1井陆相页岩岩心特征,制备了岩性相似的混凝土样品。利用正交实验法四因素三水平设计原理,并采用真三轴水力压裂实验系统进行实验,以模拟水平主应力差、射孔套管与纹层的夹角、纹层厚度和间距对水力裂缝扩展规律的控制作用。结果表明:当水平主应力差较小时,试样的主破裂面为平行于纹层走向的面,一级裂缝走向的模式为:穿过纹层—在纹层层面处发生较大偏转—沿着纹层层面扩展—发生较大偏转—穿过纹层;当水平主应力差较大时,试样的主破裂面为垂直于纹层走向的面,一级裂缝走向的模式为:穿过纹层—发生较大偏转—穿过纹层。水平主应力差越小,裂缝偏转的角度越大,压裂效果越好;射孔套管与纹层的夹角越小,致裂性越好;页岩纹层的厚度适中时,分支裂缝多,压裂效果较好;凝灰岩纹层的厚度较小时,压裂效果好。水力压裂效果对水平主应力差最敏感,射孔套管与纹层的夹角次之。

基于点矩阵技术的纹层页岩微观力学性质研究

页岩是一种非均质多相复合体,具有多尺度特征的力学性质,组成成分高度非均质性.本文将来自渤海湾盆地湖相纹层页岩的4个岩样进行了大量压痕实验(一种点矩阵技术),得到其力学性能的空间分布,揭示了渤海湾盆地湖相纹层页岩的微观力学性质,证实了测试微尺度窗口中纹层页岩强烈的非均质性.然后,通过高斯混合建模解卷积(GMM)进行分析,将每个样品基于压痕数据聚类分成了3个独立簇(物理相),三个不同物理相和相应的百分比通过反卷积从网络压痕数据得到.最后,利用Mori-Tanaka,Dilute以及Self-consistent方法得到样品弹性均质化后的性质,将纳米压痕的数据升级到宏观尺度.结果表明,在所研究的样品中,Self-consistent求得的等效弹性模量和解卷积的结果最接近.均质化以及解卷积方法得到的样品杨氏模量范围在17.73–33.55 GPa,证明了纳米压痕技术在研究纹层页岩地层地质力学特性方面的适用性.

孔喉微观润湿性对页岩油赋存的控制作用——以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组纹层状页岩为例

针对页岩不同类型储集空间中孔喉微观润湿性对其控制作用仍不明确的问题,以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组页岩油储集层为例,综合运用扫描电镜、多阶热解、储集层定量荧光、核磁共振等分析方法,开展纹层状页岩储集空间特征及孔喉微观润湿性对页岩油赋存控制作用的研究。结果表明:芦草沟组主要发育“富火山物质+陆源长英质”纹层状页岩和“富火山物质+碳酸盐”纹层状页岩,其中“富火山物质+陆源长英质”纹层状页岩发育长石溶蚀孔隙和粒间孔隙,孔喉周缘矿物组分主要为长英质矿物组分,呈亲水性特征,主要控制游离态页岩油。“富火山物质+碳酸盐”纹层状页岩发育碳酸盐晶间孔和有机质孔隙,孔喉周缘矿物组分主要呈亲油性特征,控制吸附态页岩油。孔喉周缘主要为油润湿碳酸盐组分时,利于原油的聚集,但使得游离态的油含量比例下降。芦草沟组页岩游离油主要赋存于“富火山物质+陆源长英质”纹层组合的陆源长英质纹层中,成熟度较高、油质较轻。

纹层型页岩油储层裂缝扩展机理及工艺对策

针对纹层型页岩油储层纵向非均质性强,水力裂缝起裂与扩展机理不明的问题,采用离散元裂缝模拟和水力压裂物模实验相结合的方法,研究了垂向地应力差、压裂液黏度、泵注流程以及射孔簇间距等因素对纹层型陆相页岩油储层裂缝扩展形态的影响规律。结果表明:层间弱结构面的脱黏滑移是造成纹层型页岩油储层缝高纵向扩展停滞的重要原因,垂向主应力差越小,层理面越易被激活,缝高增长受到抑制;采用高黏度和低黏度压裂液交替泵注有利于实现水力裂缝的纵横向均衡扩展,实现储层的三维立体开发;减小射孔簇间距、增加射孔簇数可显著提高水力裂缝面积,增大油藏泄流面积。该研究结果对于实现纹层型页岩油储层纵向上的深穿透改造,提高单井产量具有重要的指导意义。

黄骅坳陷纹层型页岩油富集与提产提效关键技术

渤海湾盆地黄骅坳陷具有形成纹层型页岩油的有利条件,其古近系发育孔二段、沙三段和沙一段3套湖相纹层状页岩,叠合面积约为2400km^(2),累计最大厚度超过1200m,计算纹层型页岩油资源量是常规油资源量的1.2倍,勘探开发潜力巨大,但如何实现效益开发仍面临一系列难题。基于5口井701m页岩岩心开展的52项22640块次的分析联测,结合116口直井测井、录井资料,提出断陷盆地纹层型页岩油富集,平面主要分布于前(扇)三角洲—半深湖亚相,纵向主要形成于中等热演化阶段并以滞留油形式富集于基准面上升/下降(T/R)旋回转换带,建立了3类8因素的页岩油有利区与富集层的定量评价标准,有效指导了纹层型页岩油“甜点”评价优选;通过37口页岩油水平井不同开发方案、不同类型压裂方式、不同排采工艺等现场试验,提出水平井井距300m、水平段段长2000m为效益最优水平井布井方式,单点密切割缝网体积压裂可大幅提升单井产量和最终采收量(EUR),优化形成了小油嘴控压降水、大油嘴提液防堵、中油嘴稳定自喷、小泵深抽长期生产的“四步法”排采方式,实现了页岩油的高产稳产。以纹层型页岩油富集认识和关键提产提效技术为指导,实现了单井首年最高累计产油超1×104t、EUR超3.5×104t,达到了油价50美元/bbl下的效益开发,展现了我国东部断陷盆地页岩油的良好发展前景。

页岩纹层的测井评价方法研究:以川南五峰组-龙马溪组为例

纹层制约着页岩储层的品质和压裂效果,而传统纹层研究依靠的是地质资料,充分挖掘测井数据中蕴含的页岩纹层信息可以为钻孔页岩纹层评价提供新的思路和方法。依托四川盆地南部五峰组-龙马溪组页岩的取心钻孔,基于岩心、全直径岩心CT、大尺寸薄片、全岩衍射和有机碳含量厘定的纹层组构特征,通过地质刻度测井,从元素扫描、电成像、阵列声波、常规和核磁共振测井中提取表征页岩纹层不同属性的测井信息,阐述页岩纹层测井评价的方法体系。研究指出目的层主要发育了富硅质弱纹层、富硅质纹层、富钙质纹层和富黏土纹层4种纹层类型。元素扫描测井用于确定纹层矿物组分和有机碳含量。电成像、阵列声波各向异性指数和常规测井用于评价纹层密度或发育程度。电成像指示纹层厚度,而核磁共振侧重分析纹层的孔隙结构变化。测井分辨率和响应的多解性虽然制约着页岩纹层的测井解释精度,但基于岩石物理属性出发的各类测井方法是页岩纹层以及纹层组评价的有益补充。

中国陆相富有机质页岩沉积速率研究及其页岩油勘探意义

页岩的有机质丰度和纹层类型是页岩油勘探研究的重点内容。中国陆相富有机质页岩层系的沉积相变复杂且非均质性强,沉积速率的准确判识面临许多挑战。中国典型陆相盆地富有机质页岩的沉积速率多在5 cm/kyr以上,咸化湖盆富有机质页岩层系沉积速率最高可达40 cm/kyr。高精度年代学框架结合旋回地层学统计调谐可以追踪沉积速率随地层深度的变化,而页岩的相对沉积速率可以通过稀土元素配分模式、晶体粒径分布理论和星际尘埃特征元素丰度等方法判识。不同类型或不同时代的地层序列沉积速率比较,需要考虑地层完整性和差异压实等干扰因素。沉积速率是页岩有机质富集的重要影响因素,其对有机质稀释的临界值通常低于5 cm/kyr。水动力条件和水体盐度影响碎屑颗粒的絮凝作用,不同类型细粒沉积物的沉积速率差异有利于纹层结构的形成。页岩沉积速率研究需要融合包括地质年代学、岩石学、旋回地层学、地球化学和沉积物理模拟在内的先进理论和方法,以深入了解页岩沉积演化机理。揭示陆相页岩沉积速率与页岩油富集之间的内在联系,对页岩油勘探具有一定的指导意义。

陆相纹层型页岩油储集空间特征及其控制因素——以松辽盆地长岭凹陷青山口组页岩为例

松辽盆地陆相页岩油勘探前景广阔,但目前关于长岭凹陷白垩系青山口组纹层型页岩油储层微观孔隙结构特征的认识相对薄弱。基于薄片鉴定、TOC、岩石热解和XRD分析,结合场发射扫描电镜、低温氮气吸附及高压压汞等测试手段,对青山口组页岩进行岩相划分,系统分析页岩储集空间分布规律,明确优势岩相和孔隙结构的控制因素。依据“有机质丰度—矿物组成”标准,将页岩样品划分为低TOC混合质页岩(M—L)、中TOC硅质页岩(S—M)、中TOC混合质页岩(M—M)、中TOC黏土质页岩(C—M)、高TOC硅质页岩(S—H)、高TOC混合质页岩(M—H)及高TOC黏土质页岩(C—H) 7种岩相。其中,C—H岩相生烃潜力好,储集空间发育,以狭缝状黏土矿物晶间孔、粒间孔和微裂缝为主,孔隙结构参数优,是研究区储层的优势岩相。青山口组页岩储集空间分布受控于纹层特征、TOC含量和矿物组成等因素,长英质纹层能够有效缓解上覆岩石压实作用,有机酸扩溶作用和超压裂缝的形成改善了宏孔体积占比,而黏土矿物晶间孔和微裂缝提供了主要的比表面积和孔体积。

济阳坳陷富碳酸盐页岩纹层结构的差异性及其对储层品质的影响——以东营凹陷沙河街组页岩为例

济阳坳陷页岩油资源量大,多洼陷、多口水平井的峰值产油量超过100 t/d,初步实现了页岩油革命的良好开端。济阳坳陷页岩具有咸化富碳酸盐组分的特征,且页岩层系中广泛发育特色的纹层结构。纹层结构是页岩岩相划分的重要依据,可为页岩储集特征的分析提供基础信息。页岩纹层结构的差异是造成页岩孔隙结构差异,进而影响储层品质的重要因素。通过开展岩心精细描述、全岩X射线衍射分析、岩石薄片鉴定、场发射扫描电镜分析、核磁共振实验等,明确了济阳坳陷富碳酸盐页岩纹层的发育类型及特征。(1)纹层特征控制页岩的孔隙类型和孔径分布。灰质纹层发育中孔—大孔,是页岩连通孔隙的主要载体,也是页岩主要的有效储集单元,且随着方解石重结晶程度增加,晶间缝更发育,孔隙连通性越好;泥质纹层以发育中孔—小孔为主,孔隙连通性差,但富集有机质,是主要的生油单元。(2)层理缝是济阳坳陷页岩重要的基质微缝类型,在高有机质连续亮晶灰质纹层页岩和低沉积速率、较高演化程度、高频互层的连续隐晶灰质纹层页岩中普遍发育。(3)薄互层的灰质-泥质“层偶”结构是济阳坳陷富碳酸盐页岩的优质纹层结构,纹层的密度和横向连续性越好,多尺度、多类型孔缝网络越发育,储层品质越好。纹层结构在储层中起到了“高速通道”的作用。富有机质连续纹层页岩是济阳坳陷页岩油的优选开发对象,这一研究认识为现阶段页岩油“甜点”和黄金靶体开发目标的优选提供了地质理论基础。

中国中西部大型湖盆沉积体系域研究进展及页岩油气勘探

中国陆相大型湖盆碎屑岩—碳酸盐岩沉积区分布广泛,含油气盆地内新发现了多个油气田,特别是近年来在致密油/页岩油勘探方面获得了突破。根据沉积体系域演化和可容纳空间演变解释层序地层单元,建立层序演化模式,预测油气储集体,适合于研究有成因联系的异旋回地层序列。深水体系的沉积层序体系域研究进展表现为引入强制海退(湖退)的概念,从经典的层序地层学格架三分体系域发展为四分体系域和二分体系域,不同尺度的相对整合序列和体系域分布与命名具有紧密联系。强制海(湖)退条件下形成的下降期体系域(FSST)和强制海(湖)退楔体系域(FRW)有内涵细节上的差异。采用A-P-D(加积-进积-降积)准层序叠加分析方法,分析体系域格架下薄层细粒沉积砂体的沉积搬运机理,提高了体系域识别和油气储集体预测的准确度。柴达木盆地古近系和四川盆地侏罗系研究实例表明,湖侵体系域随湖平面上升,浅湖和半深湖范围扩大,沉积中心地区发育三角洲前缘薄层砂体和深水浊积扇及多旋回泥页岩—泥灰岩组合,有利于页岩油气储集体的发育,成为“甜点”勘探目标区。展望未来,与页岩油气勘探有关的沉积层序体系域领域研究在以下几个方面将取得重要进展:(1)咸化湖盆深水沉积体系的高频旋回体系域研究;(2)与页岩型和混积型页岩油类型相关的湖侵体系域混积体系研究;(3)体系域级别的层序—古地理研究;(4)体系域格架下的源-汇系统及其古湖泊分布特征研究;(5)湖泊古水深、古气候和古环境的地球化学指标分析;(6)富有机质页岩发育的微纳米级孔—缝体系储集能力研究;(7)煤系环境纯湖相泥岩和沼泽相(湖沼或河沼)泥岩对规模天然气生烃贡献率的沉积基础研究。

鄂尔多斯盆地延长组湖相页岩纹层发育特征及储集意义

湖相页岩中的纹层发育段具有相对较好的储集性能,纹层的发育程度可能对陆相页岩气产能具有重要影响。文章通过偏光显微镜、扫面电镜和微区矿物定量分析等可重复性实验手段,对鄂尔多斯盆地延长组页岩纹层段岩石进行了研究。研究表明:延长组页岩纹层为机械沉积作用成因,在偏光镜下暗层与亮层相间分布;暗层主要成分是石英和黏土矿物,亮层主要成分是石英、长石等碎屑矿物;亮层碎屑颗粒边缘溶蚀,在颗粒间形成了晶体形态特征明显的黏土矿物,石英颗粒较大。亮层孔隙多分布在碎屑颗粒边缘,孔隙少,但连通性好;暗层中的黏土矿物没有很好的晶体形态,石英颗粒细小,暗层孔隙多分布在黏土矿物颗粒之间,分布密集,但连通性差。

鄂尔多斯盆地延长组长7_(3)亚段纹层型页岩油储层孔隙结构特征与影响因素

以鄂尔多斯盆地延长组长7_(3)亚段纹层型页岩油储层为研究对象,综合运用TOC分析、岩石热解分析、X射线衍射分析、偏光和荧光显微镜观察、场发射扫描电镜观察和低压氮气吸附分析,对纹层型页岩的岩相类型、孔隙微观定性特征和定量结构参数,以及孔隙结构的主控因素进行了系统研究。根据沉积、地球化学和矿物组成特征和差异,长7_(3)亚段可划分出凝灰质—有机质纹层页岩、黏土质—有机质纹层页岩和长英质—黏土质纹层页岩3种岩相类型,孔隙主体分别以有机质生烃增压缝、黏土矿物—长英质晶间粒间复合孔以及长英质粒间孔缝系统为主。样品中介孔最为发育,“凝灰质—有机质”“黏土质—有机质”“长英质—黏土质”的孔隙体积和比表面积依次增加,孔隙网络非均质性和孔隙表面粗糙程度则分别呈逐渐减弱和增强的趋势。有机质孔隙整体发育有限,以有机质—黄铁矿—黏土矿物复合孔为主,是微孔的主要组成部分,与石英刚性颗粒相关的原生粒间孔缝系统是介孔和宏孔的主要组成部分,也是整个孔隙网络的主体,长石溶蚀孔发育局限,对于孔隙网络贡献较小。

黄骅坳陷古近系细粒沉积区勘探开发认识技术迭代与页岩油增储上产成效

渤海湾盆地黄骅坳陷纹层型页岩油资源量为32.6×10^(8)t,是常规油资源量的1.2倍,勘探开发潜力巨大,但规模效益开发动用仍面临高产甜点层优选、复杂断块长水平段优快钻完井、均匀高效压裂改造、高效开采等多方面难题。为此,持续深化陆相纹层型页岩油"中源-高储-优保"富集条件认识,针对复杂断块陆相页岩油效益甜点评价和箱体优选、井网部署、优快钻完井、压裂改造和排采制度等方面进行了系统攻关,提出了"中高匹配"的页岩油富集规律及模式,总结形成可复制推广的多甜点"W"型立体开发布井、密切割高强度前置二氧化碳增能高效压裂、"焖井置换+高压钻塞+控压生产"高效排采等开发主体技术。迭代技术应用在沧东5号平台效益开发试验中取得了良好效果,5口试验井测试单井峰值日产量为39.6~122.3 t,截至2024年6月28日已连续自喷生产545~574 d,累积产油量为8.9×10^(4)t,建成中国首个10万吨级纹层型页岩油效益开发示范平台;进一步推广主体开发技术,歧口凹陷沙河街组三段首个先导试验平台(6号)建成投产,3口井已连续自喷生产222~225 d,累积产油量为1.64×10^(4)t。