页岩气储层测井评价方法研究

为了建立适用于页岩气评价的测井解释体系,对比分析了页岩气测井与常规测井的差异,选取国外页岩气勘探实例,说明了测井组合在识别含气页岩层上的应用,根据页岩气勘探需求,对页岩气储层测井评价方法进行探讨。结果表明:常规测井组合能够满足页岩气层的识别要求;传统测井与特殊测井系列组合可用于求取孔隙度、含气量等储集参数,还可用于估算总有碳含量(TOC)、成熟度指数等关键指标;一些特殊测井技术多用于裂缝的识别与岩石力学参数评价。常规测井与特殊测井各有优势,加强对常规测井与特殊测井结合应用的研究应是未来探索方向。

中国南方海相页岩气与华北煤系页岩气储层特征差异分析

我国海相页岩气的勘探开发已经取得了一定的进展,相比之下,煤系页岩气研究成果较少。本文以贵州凤冈区的海相页岩和沁水盆地的煤系页岩为例,通过干酪根类型、总有机碳含量、矿物组成和孔隙结构等四方面进行储层特性对比,分析海相页岩气储层和煤系页岩气储层差异,查明不同沉积环境下页岩气储层特点,为煤系页岩气的进一步勘探开发奠定基础。研究结果表明两者既有相似又有所区别:海相页岩和煤系页岩干酪根类型存在明显差异,前者以Ⅰ型、Ⅱ型干酪根为主,后者主要为Ⅲ型干酪根;海相页岩总有机碳含量和脆性矿物含量较煤系页岩高;两者均发育有机质孔,且以中孔(2~50nm)为主,低温氮气吸附曲线都为Ⅳ型,但海相页岩孔隙比表面积较高。加之煤系页岩单层厚度薄,连续性差,对煤系页岩气的勘探开发不能完全照搬海相页岩气的开发模式,可以考虑与煤层气、致密砂岩气一起勘探开发,提高资源利用率,实现经济开采。

湘西北下古生界海相页岩储层特征与含气性分析

基于野外地质和钻井资料,结合相关实验测试结果,对湘西北地区下古生界海相页岩储层特征进行了深入研究,并探讨了页岩甲烷含气性及影响因素。结果表明：牛蹄塘组黑色页岩以深水陆棚-斜坡相沉积为主,厚度范围为50~250m;龙马溪组为闭塞海湾沉积,底部黑色页岩发育。两组页岩有机质类型均属于Ⅰ型,有机碳含量平均为3.57%和1.16%,热演化程度较高,平均达2.61%和2.08%。受沉积环境和成岩作用影响,两组页岩均具有高石英、低黏土、少量碳酸盐矿物的组成特征。页岩储集空间可划分为3大类：矿物基质孔、有机质孔、微裂缝。受有机质和黏土矿物等因素影响,页岩内部孔隙结构参数各不同,但主体上孔径小于50nm的微孔和中孔提供了大部分比表面积和孔体积,为气体存储主要场所。牛蹄塘组页岩甲烷最大吸附量平均为1.98cm3/g;龙马溪组页岩甲烷最大吸附量较低,为1.16cm3/g。其中有机质与黏土矿物对页岩甲烷吸附量均有一定的贡献,而过高的成熟度和含水量可导致页岩吸附能力下降。

鄂尔多斯盆地东缘海陆过渡相页岩气储层孔隙特征及影响因素

为了研究鄂尔多斯盆地石炭—二叠系海陆过渡相页岩气储层孔隙特征，选取页4井、页1井和DT803井海陆过渡相泥页岩样品进行了扫描电镜、低温液氮吸附实验以及相关的地球化学实验，分析了海陆过渡相页岩气储层的孔隙类型、特征及其影响因素。实验结果表明：研究区页岩孔隙以粒间孔和有机质孔最为发育；页岩孔形态以狭窄的平行板状为主，孔隙微观孔径分布范围为1~60nm，主孔径分布介于1~6nm和40~60nm，介孔为孔体积和比表面积的主要贡献者，但微孔对比表面积的贡献不容忽视；有机碳和黏土矿物含量是海陆过渡相页岩孔隙发育的主要影响因素，脆性矿物对孔隙发育影响不明显。

富有机质页岩中主要黏土矿物吸附甲烷特性

为了研究富有机质页岩中黏土矿物对页岩气赋存的贡献,针对采自湘西北下古生界地层的富有机质页岩样品和购自国际黏土矿物协会的伊利石、蒙脱石、高岭石等标准黏土矿物样品,开展了不同条件下的甲烷等温吸附实验以及其他相关的测试分析。实验结果显示:在压力20MPa、温度为60℃条件下,蒙脱石的甲烷吸附量最高(4.02cm3/g),高岭石、伊利石和伊蒙混层也具有较大的吸附量(分别为3.48,3.46,3.10cm3/g),绿泥石的吸附量最小(0.88cm3/g)。黏土矿物对甲烷吸附量的大小主要受控于其有效表面积,不同种类黏土矿物内部吸附水对其甲烷分子有效吸附表面积会产生不同影响;同时对比不同温度下(30,60,90℃)伊利石的等温吸附实验结果发现,随着温度的升高甲烷吸附量呈递减的趋势;温度的升高会造成伊利石内部吸附水含量的变化,影响其对甲烷分子的束缚能力。根据等温吸附实验结果计算得到黏土矿物对两个黑色页岩样品的甲烷吸附贡献率分别为44.12%和16.74%。

基于CCUS的深部煤层煤层气采收及CO_2封存效果

针对我国深部煤层气资源丰富,但因经济和技术条件有限,很难对其进行常规开采的问题,提出了CO2捕获、利用与封存(CCUS)技术,采用该技术不但可提高深部不可采煤层中CH4的采收率,而且可将CO2有效地封存在深部煤层中,从而达到减排的目的。研究发现:煤阶、煤层压力、煤层渗透率、注入时间、注入气体的组分等都会对生产井中CH4的采收率产生影响,储层的盖层、埋深、构造发育情况、地震活动情况以及地下水条件等会对CO2的封存产生一定的影响。因此,在实施CCUS技术前,要对选区进行合理的评价,以提高项目实施的可行性。

柿庄南区块煤层气高产井排采制度分析

为了研究排采制度对柿庄南区块煤层气井产气量的影响,通过对柿庄南区块4口高产井排采曲线进行对比分析,探索总结了高产井排采曲线的共同特征,优选出了适合柿庄南区块的排采制度。结果表明:高产井的排采曲线呈现阶梯状变化规律特征。产气后井底流压的变化分为4个阶段,即:缓慢下降阶段、逐级降压阶段、迅速下降阶段和稳定阶段;缓慢降压阶段为排采初期排水降压阶段到不稳定产气阶段的过渡阶段;逐级降压阶段储层压力逐渐下降,压降漏斗稳定向远端延伸;在迅速下降阶段,出现了井间干扰使得压降漏斗相互叠加并向深处扩展,产气量陡增;稳定阶段,是井底流压下降到一个较低水平并保持长期稳定,气体稳定解吸,产气量稳定在一个较高水平。迅速下降阶段之前稳定套压,之后缓慢释放套压,有利于储层防护。井底流压见气前平缓下降,见气后阶梯状变化的排采制度有利于柿庄南区块排采井的高产。

沁水盆地南部山西组煤储层产出水氢氧同位素特征

水化学成分及特征对煤层气开发有重要指导意义。为研究沁水盆地南部柿庄南煤层气开发区块3号主采煤层的地下水径流与水化学特征,从该区采集了煤层气井排出水样,进行主要离子浓度及氢氧同位素测定,分析离子浓度与氢氧同位素的展布特征。同位素组成研究结果显示,3号煤层产出水均来自大气降水补给,表现出^(18)O与D漂移的特点。研究区由东向西δD和δ^(18)O值呈增大趋势,和Na^+、K^+、Cl~–等离子浓度呈现出一定的正相关性,并与研究区由东向西水文径流区(氧化环境)到滞流区(还原环境)的过渡特征相符合,说明δD和δ^(18)O值也可以作为判断煤层水径流条件与煤层气开发有利区的参考指标。

沁水盆地南部山西组煤储层产出水的化学特征

为研究沁水盆地南部柿庄南煤层气开发区块山西组3号主采煤层的地下水径流与水化学特征,从该区采集了煤层气井排出水样,对主要离子浓度进行测定,并分析离子浓度展布特征。研究结果表明:研究区水质类型以Na-HCO_3-Cl或Na-HCO_3型为主;由东向西呈现出水文径流区(氧化环境)到滞流区(还原环境)的过渡特征,受控于矿物溶解反应,KDS、Na^+、K^+、Cl^-、Ca^(2+)、Mg^(2+)、HCO_3^-等离子浓度由东向西逐渐增加,SO_4^(2-)由于脱硫酸效应呈相反变化趋势,高产井多分布于高矿化度、高离子浓度的区域,离子浓度与矿化度指示了研究区的地下水径流特征,可以作为判断煤储层水动力条件与开发有利区的参考因素。

沁水盆地柿庄南区块煤储层水力压裂缝数值分析

为解决煤储层压裂后的裂缝展布规律无法直接观测的问题,以牛顿流体PKN模型为依据,通过分析柿庄南区块压裂施工工艺及煤储层力学特征,结合支撑剂在牛顿力学中的沉降理论,开展填砂裂缝的数值计算,进行煤储层压裂缝几何特征与支撑剂分布预测。研究表明:随着裂缝长度的延伸,流体压降导致裂缝宽度逐渐降低直至闭合,活性水压裂液不能将支撑剂带入裂缝远端,施工过程中支撑剂迅速沉降并堆积在裂缝近端,其携砂长度远小于造缝长度。建议适当增加压裂液携砂能力,降低支撑剂粒度与重度,可增加裂缝的支撑长度,提高压裂效果。

鄂尔多斯盆地东缘兴县地区山西组高分辨率层序地层与聚煤规律

运用沉积学和高分辨率层序地层学理论与方法，基于岩心、录井、测井等资料的综合分析，对兴县地区山西组进行了基准面旋回研究，识别出1个中期旋回（MSC1）和5个短期旋回（SSC1～SSC5），建立了山西组高分辨率层序地层格架，并在格架范围内划分了煤系发育的沉积体系和微相。研究表明，区内山西组为河控三角洲沉积体系，沉积微相以泥炭沼泽、（水下）分流河道和（水下）分流间湾为主，煤层主要形成于三角洲平原或者三角洲前缘（水下）分流间湾淤积变浅的泥炭沼泽环境。基准面旋回对聚煤演化及煤层的空间分布起着重要的控制作用，总体上煤层主要形成于中期基准面旋回上升半旋回的中上部和下降半旋回的底部，而前者之上发育的短期基准面上升半旋回的顶部，即最大可容空间附近更易形成厚煤层。

腐泥煤的孔隙结构及分形特征

为了研究腐泥煤的孔隙结构特征,基于低温液氮吸附和压汞试验,应用孔隙分形理论探讨了腐泥煤的孔隙结构及分形特征。结果表明：腐泥煤具有3种不同的孔径分布,类型Ⅰ微孔和中孔含量较高,以4 nm孔隙最为发育;类型Ⅱ微孔和小孔较发育,峰值孔径为2、4、30 nm;类型Ⅲ孔隙整体发育较差;腐泥煤孔隙具有分形特征,由压汞试验数据得到的孔隙体积综合分形维数为317~390,由低温液氮试验数据得到的孔隙比表面积分形维数为259~293。孔隙体积综合分形维数与孔隙总体积呈正相关关系,随着综合分形维数的增大,微小孔比例上升,中孔和大孔比例减少;孔隙比表面积分形维数与孔隙度有微弱的正相关关系,与灰分呈负相关关系,变质作用对腐泥煤的孔隙结构起到了均一化的作用。

鄂尔多斯盆地东缘隰县地区煤层顶底板元素地球化学特征

系统地采集了鄂尔多斯盆地东缘隰县地区晚古生代太原组和山西组煤层顶底板的岩芯样品,通过高分辨率电感耦合等离子质谱等技术分析其常微量元素,探讨煤层顶底板形成时的环境特征。研究表明,研究区煤层顶底板以高SiO_2,Al_3O_2含量和稀土元素富集为特点,为海陆过渡相沉积;氧化敏感度指标Ni/Co,V/Cr,U/Th多处于氧化条件范围内。就层组而言,山西组沉积环境与太原组沉积环境具有一定的差异性,这体现在太原组元素变化范围较大,变化较复杂,与其沉积环境较为动荡相符。稀土元素表现为轻稀土相对富集的右倾模式,铕负异常明显。通过在(La/Yb)N-ΣREY图上投点发现,物源多以混合岩为主,山西组煤层顶底板物源种类简单,主要为花岗岩、花岗岩和碱性玄武岩的混合岩,而太原组物源丰富,包括钙质泥岩,花岗岩与碱性玄武岩的混合岩,大陆拉斑玄武岩与沉积岩的混合岩、碱性玄武岩、沉积岩和花岗岩的混合岩。研究认为山西组和太原组物源上具有一定的继承性,物源区均为北部的阴山古陆。但是源岩存在一定的区别,山西组源岩为元古界花岗岩与碱性玄武岩;太原组源岩为元古界复杂变沉积-火山岩系。

沁水盆地中东部海陆过渡相页岩孔隙结构及分形特征

为研究海陆过渡相页岩的孔隙结构及分形特征,对采自沁水盆地的12块样品进行了低温氮气吸附、扫描电镜、X-射线衍射和有机质含量等系列分析测试。结果表明,研究区页岩黏土矿物最为富集,石英含量次之,有机质含量平均为2.98%,干酪根类型以Ⅲ型为主。中孔是研究区页岩的主体孔隙,对孔隙体积和比表面积贡献最大。研究区页岩孔隙具有明显的分形特征,利用FHH模型计算得到2种分形维数(D1、D2)。黏土矿物含量与D1、D2具有较好的正相关性,有机质含量与分形维数无明显相关关系。D1和D2具有一定的正相关性,可以共同定量表征页岩孔隙结构的复杂程度和孔隙表面的粗糙程度。分形维数D1、D2越大,页岩孔隙体积和比表面积越大,越有利于气体的富集,但是D2越大孔隙结构越趋于复杂,不利于气体的渗流。分形维数D1越大而D2适中的页岩储集能力较强,且有利于页岩气的开发。