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页岩气及其研究方法-张金川_图文

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页岩 及其 研究 方法 金川 图文
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页岩气及其研究方法张金川中国地质大学(北京)二○一二年八月贵州省页岩气资源调查评价内容提要 页岩气 实验测试技术 野外分析技术 井位优选技术 测井评价技术天然气吸附状态游离状态溶解状态深盆气 常规气油溶气水溶气页岩气煤层气水合物页岩气:主体上以吸附和游离状态赋存于泥、页岩地层层系中的天然气聚集。007页岩气的聚集至少存在两种机理(A)游离相态的天然气聚集 ,其中天然气的分布受控于页岩中孔隙空间的发育,受控于其中裂缝的分布。(B)吸附作用机理 ,页岩气的赋存聚集机理在吸附作用特征上与煤层气具有相似之处,即受控于页岩颗粒表面物质的吸附作用。in ②①页岩 裂 缝 带北省吉首市默荣镇寒武系页岩贵州省沿河县县城志留系页岩辽宁省抚顺市青西县侏罗系页岩重庆市秀山县溶溪镇震旦系页岩产气页岩特点一般> 2%,最好在 上一般> Ⅲ 型 )或 ( Ⅰ 型 )厚度: 一般> 10脆性矿物含量高、微裂缝发育,其中石英、长石等矿物含量大于 30%~ 40%产气区: 盆地中心区、斜坡区,即优质烃源岩发育区产液特点: 部分页岩产轻质油,生物成因页岩气可产水深度储集气源有机质类型及含量有机质成熟度页岩规模分布孔隙比表面裂缝环境温度 10 15 20有机碳含量 /%吸附含气量/ 511 . 522 . 533 . 544 . 550 1 2 3 4 5 6 7 8 9P ( M P a )V(m3/t)储层对比项目 页岩储层 常规砂岩储层生气能力 有 无岩石成分 矿物颗粒、有机质 矿物颗粒比表面积 大 小孔隙度 基质孔隙度 1%一般大于 12%孔隙大小 微孔 附 +游离 游离含气性 吸附含气量高 含气饱和度变化较大运聚特点 原地自生自储 运移成藏天然或人工裂隙 开发必要条件 开发非必要条件勘探目标 有效页岩 圈闭页岩油内涵美国地质调查局 (2011):in in to 可采条件: %; ,易破碎、制样难度大 岩石学分析测试内容 测试类别 参考测试项目岩石学分析矿物学分析(微观结构)岩石制片薄片鉴定扫描电镜分析岩石结构特征测定泥页岩样品电子探针分析力 芯描述 地球化学分析测试内容 测试类别 参考测试项目地球化学分析有机地球化学源岩地球化学有机碳含量( 机成熟度或镜质体反射率 (酪根显微组分及类型岩石热解、热模拟油气地球化学天然气组分分析同位素分析微量油分析无机化学定年 页岩粘土矿物 页岩含水率测定页岩水阴阳离子及微量元素分析岩石成分分析泥页岩中碳酸盐岩含量页岩元素化学分析 致密岩石专项分析测试内容 参考测试项目致密岩石专项分析脉冲式岩石孔隙度、渗透率测试(氩离子抛光)扫描电镜比表面测定放射性测定 含气性 分析测试内容 参考测试项目含气性分析现场解吸等温吸附实验含气量测定岩 结合扫描电镜、薄片岩相鉴定和 可定量观察微孔隙结构,确定孔隙度,分析矿物成分。背散射扫描电镜结合能谱仪, 对暗区元素全分析,检测出有机质元素的存在,确定有机质的存在形式和分布。脉冲式岩石渗透率测试常规渗透率测试 瞬时脉冲渗透率恒定高压 瞬时超高压100岩渗透率低,用常规方法难以准确测定切萨皮克公司 :速度快,仅需 10分钟,精度可达 10附气 溶解气+ +吸附气 : 是指吸附在干酪根和粘土颗粒表面的天然气 ;游离气 : 主要指储存在天然裂缝和粒间孔隙中的天然气 ;溶解气 : 是指溶解在页岩有机质、液态烃和沥青等物质中的天然气含气量分析页岩含气量=损失气 解吸气 残余气+ +=1970 b. 1992 c. 1981 现场解吸实测法传统解吸设备特点• 能够较好的满足煤层气解吸、收集及测定的基本要求• 无法满足页岩气测量精确要求• 体积大煤层气测定方法 ( 解吸法 ) 77去导管化、提高精度• 可在同一罐中连续完成损失气恢复数据测试、解吸气测定及残余气测定• 结构紧凑,体积小,适合于多种测试条件页岩吸附气含量测量仪发明专利( 2010201470938 )总含气量 =损失气量 +解析气量 +残余气量吸气 残余气总含气量国内 威德福公司深度( m)损失气(m3/t)解析气(m3/t)残余气(m3/t)总含气量 (m3/t) 深度 (m)损失气(m3/t)解析气(m3/t)残余气(m3/t)总含气量 (m3/t) 20 40 60 80 100020040060080010001200140016000 500 1000 1500 2000 2500 3000 等温吸附法应用于页岩气时出现的问题正常吸附曲线原因分析• 页岩气与煤层气存在机理差异,页岩吸附气含量低于煤岩;• 样品预处理;• 能存在一定缺陷;• 样品取到地面后,岩石物性和物理结构发生改变,难以反映地下真实吸附状态。00 . 511 . 522 . 533 . 544 . 550 1 2 3 4 5 6 7 8 9P ( M P a )V(m3/t) 页岩气 实验测试技术 野外分析技术 井位优选技术 测井评价技术内容提要5 0 0 k M a n c o C a n e C r e e L e w i s & M a n c o N i o b r a r a S h a l e & C h a l G a mm o n : M o w r B a k k e n s h a l Ex c e l l o / M u l k N e w A l b a n D e v o n i a n / O h i An tr i F a y e t t e v i l l e /C a n e y & W o o d f o r B a r n e t B a r n e t t & W o o d f o r W o o d f o r d & C a n e 地 : B e n L e w i s, M o w r y & N i o b r a r a 大角盆地风河盆地页岩气生产区马拉松B a r n e t t & W o o d f o r F l o y d / N e a G r e e n R i v e 页岩名称逆冲褶皱带密执安盆地 :A n t r i 东南盆地塔里木板块华北板块扬子板块辽河坳陷武汉重庆成都南昌广州福州杭州合肥南京上海南宁贵阳昆明0 40 80 1 2 0 k 生代沉积盆地 古生界 地质界限 上震旦统样品( 44 )( 28 )( 29 )( 25 )( 27 )( 21 )( 20 )( 17 )( 15 )( 26 )( 3 ) ( 4 )( 9 )( 10 )( 7 )( 11 )( 52 )( 53 )( 34 )( 50 )( 37 )( 49 )( 47 )( 46 )( 45 )( 22 )( 19 )( 18 )( 35 )( 36 )( 8 )( 38 )( 31 )( 51 )( 30 )( 54 )( 12 )( 42 )( 1 )( 40 )( 39 )( 55 )( 56 )( 57 )( 58 )( 16 )( 43 )( 41 )( 24 )( 2 )( 5 )( 6 )( 23 )( 13 )( 32 )( 33 )( 59 )( 60 )( 61 )( 62 )( 63 )( 64 )( 70 )( 73 )( 75 )( 74 )( 81 )( 82 )( 84 )( 91 )( 86 )( 89 )( 90 )( 92 )( 93 )( 87 )( 88 )( 94 )( 95 )( 96 )( 97 )( 98 )( 99 )( 10 0 )( 10 2 )( 10 3 )( 10 1 )( 10 5 )( 10 7 )( 10 8 )( 10 9 )( 11 0 )( 11 1 )( 11 4 )( 11 5 )( 11 8 )( 12 0 )( 12 1 )( 12 2 )( 10 6 )( 12 5 )( 12 6 )( 12 7 )( 12 8 )( 12 9 )( 13 0 )( 13 1 )( 13 2 )( 13 3 )( 13 4 )( 13 5 )( 13 6 )( 13 7 )( 13 8 )( 13 9 ) ( 14 0 )( 14 1 )( 14 2 )( 12 6 )( 12 6 )( 126 ) 下寒武统样品( 50 )下奥陶统样品( 136 ) 下志留统样品( 30 ) 中上泥盆统样品( 131 ) 中二叠统样品( 126 )图例中国扬子地区黑色页岩样品采集点平面示意图页岩气露头研究技术系列( 1)露头构造特征( 2)露头沉积相标志( 3)露头层序地层( 4)露头标准剖面( 5)露头风化作用( 6)露头井位论证露头构造特征褶皱 窗棂构造张性垂直缝 滑脱断层造成的褶皱渝东南地区龙马溪组早期岩性以黑色页岩、黑色炭质页岩和灰黑色页岩为主,为较深水的沉积环境。岩性特征下寒武统牛蹄塘组( ∈ 1n)中厚层块状灰黑色硅质页岩,构造作用强烈下志留统龙马溪组( 中厚层黑色碳质页岩,含硅质綦江县安稳镇观音桥沉积构造研究区龙马溪组黑色页岩中发育大量的笔石,如右图所示,孙跃武等( 2006)指出含笔石的地层黑色页岩其形成环境是隔绝或半隔绝的平静海盆,海底还原作用强,生物不能生存,只繁盛浮游生活的的笔石。因此同样证实龙马溪组下段早期为深水沉积环境。古生物特征缓坡大陆架模式:上升洋流为主要的物源供给方式。位于过渡带 , 沉积厚度发生突变 , 具有明显相变特征 , 斜坡相沉积明显好于边缘相沉积 。牛蹄塘组黑色页岩层序发育模式规律 页岩气 实验测试技术 野外分析技术 井位优选技术 测井评价技术内容提要露头井位论证在勘探空白区或勘探程度很低的地区进行页岩气战略调查及勘探井位优选工作 , 要重点突出野外地质调查的优选方法 , 在充分收集和分析已有资料的基础上 , 有针对性地对区域构造特征 、 地层展布情况进行观察 , 初步优选勘探井位部署范围 , 进一步 , 对页岩目的层及岩石矿物特征研究 , 在考虑井区勘探纵深及工程交通等条件的基础上 , 优选页岩气勘探井位部署位置 。页岩气拟探井统计评价表格自 2009年至今,中国地质大学(北京)配合国土资源部油气中心实施页岩气资源战略调查井 5口钻井名称 钻井时间 钻井地点 实施效果渝页 1井 庆市彭水县 揭示下志留统龙马溪组页岩 225m(未钻穿),首获页岩气发现松科 1井 州省松桃县 揭示下寒武统变牛蹄塘组、马冲组页岩,见页岩气显示岑页 1井 州省岑巩县 揭示下寒武统牛蹄塘组、变马冲组页岩,获页岩气发现渝科 1井 庆市酉阳县 揭示下震旦统南坨组、下寒武统牛蹄塘组页岩,获得浅层页岩气发现酉科 1井 庆市酉阳县 揭示下寒武统牛蹄塘组页岩,获得页岩气发现 米0米技术套管表层套管固井水泥固井水泥地表渝页 1井井深结构图渝页 1井井位论证108黑色炭质页岩,取芯直径 的层段岩性储层特征九①点位九②点位断裂构造综合分析:有利性和风险性程评价∈ 1n ∈ 11性 厚度( m)第四系 Q 第四系粘土 20明心寺 m~ j 黑色中厚层灰色灰岩夹薄层粉砂质页岩 70牛蹄塘 ∈1n 黑色炭质页岩 170灯影组 6陡山沱组 灰绿色薄层粉砂岩 61南沱组第三段 碛砂砾岩 段为黑色炭质页岩 99;40测标准剖面分层、厚度论证南沱组第一段 该地区缺失 0 1)地区出露牛蹄塘组黑色页岩,目的层埋深较浅,可同时钻穿2个 层系。( 2)牛蹄塘厚度大,约为 170;南沱组二段厚度为 40左右。( 3)地层在断层的影响下没有出现地层的缺失。( 4)地层倾角相对较小,地层较为稳定。( 5)高速公路经过,交通便利,水源条件好,地方政府积极支持。( 6)的井深能够打穿两个黑色页岩目的层。( 7)地形高差小,海拔在 465m。不利性:( 1)高速公路的位置对井场的选择有一定的限制。( 2)井场位置离乡镇公路大约有半个小时的路程。( 3)断裂复杂,断块较小,断层对地层的影响较大,断层的详细情况还有待核实,需要后期做一些具体的工作。优选井位评价标准分类 优 中 差地层厚度( m) >50 30000构造形态 正向构造及其 翼部 背斜轴部 其他地层倾角 (° ) 30与大断层距离( >2 地形地形高差( m) 300面积( >10 33开阔地形状 近圆形 带形 线形交通勘探纵深 大 中 小水源 丰富 一般 缺水路况 国道 县道 仅小型车辆可通 行 页岩气 实验测试技术 野外分析技术 井位优选技术 测井评价技术内容提要近年来,国外针对页岩气的勘探和开发,基本上形成一套较为成熟、系统化的页岩气解释软件平台,代表性的解释软件平台为 井特征高至超高伽玛典型页岩测井曲线特征 ( 006)地球物理勘探 岩过典型井三维测线测井法预测页岩气615层位岩性气测曲线全烃含量 (%) 5 10 15 20沙三段深度(m)cc cc %) 5 10 15 20岩性层位深度(m)62250232523002275沙一段气测曲线全烃含量 (%) 5 10 15 20岩性层位深度(m)26190018901910层位深度(m)气测曲线全烃含量 (%) 5 10 15 20岩性东营组25图例质泥页岩 煤层 粉砂岩层位岩性气测曲线全烃含量沙三段深度沙三段气测曲线全烃含量岩性层位深度沙一段气测曲线全烃含量岩性层位深度 层位深度气测曲线全烃含量岩性东营组图例 泥页岩 碳质泥页岩 煤层 粉砂岩吸附含气量预测图游离含气量预测图05001000150020002500300035000 1 2 3 4 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 173050010001500200025003000350040000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20页岩底部层段有机质丰度明显高于上覆层系!
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