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四川盆地及周缘下古生界海相页岩气富集高产主控因素_以

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四川 盆地 周缘 下古生界 海相 页岩 富集 高产 主控 因素
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第 卷第 期 中 国 地 质年 月 ,郭旭升 胡东风, 文治东 等 四川盆地及周缘下古生界海相页岩气富集高产主控因素—以焦石垠地区五峰组一龙马溪组为例 中国地质,,四川盆地及周缘下古生界海相页岩气富集高产主控因素一以焦石坝地区五峰组一龙马溪组为例郭旭升 胡东风 文治东 刘若冰中石化勘探南方分公司 , 四川 成都提要 :利用钻井、地震及样品实验数据资料 首先对焦石坝地区五峰组一龙马溪组页岩气的形成条件进行了评价 然后探讨了四川盆地及周缘下古生界海相页岩气富集高产主控因素。 研究认为 焦石坝地区五峰组一龙马溪组泥页岩具有厚度大、有机质丰度高、类型好、热演化程度较高 、储集物性以及含气性好、以及良好保存条件和可压性等特点; 四川盆地及周缘下古生界海相页岩气富集高产主控因素是富有机质泥页岩的发育程度、保存条件、天然裂缝的发育和泥页岩的可压裂性等, 因为富有机质泥页岩的发育为页岩气的生成和储集提供了丰富的物质基础, 良好的保存条件是页岩气富集的关键 ,天然裂缝和可压裂性是高产的重要保证。关 健 词 : 海相页岩气; 富集高产; 主控因素 下古生界; 四川盆地中图分类号 文献标志码 文章编号随着北美页岩 油 气商业开发的成功,页岩气 岩气富集条件研究的基础上 探索四川盆地及周缘作为一种非常规能源也成石油天然气勘探开发的 下古生界海相页岩气富集高产的主控因素。热点 ,在世界范围内广泛兴起。 四川盆地作为中国页岩气勘探的前沿阵地, 巳经取得了实质性的突破 商业效果显著。 四川盆地下古生界富有机质泥 焦石坝地区位于四川盆地川东高陡褶皱带包页岩发育 页岩气资源丰富 但由于四川盆地经历 鸾一焦石顼背斜构造区(图 。 西侧以华蓥山深大了古生代以来长期的构造演化,具有从克拉通盆地 断裂为界与 丨 中构造区相接 东侧以齐西深大断裂到前陆盆地复杂的地质条件 页岩气的勘探工作具 为界与鄂西断褶带相邻 北侧与秦岭褶皱带相接。有高复杂、高难度、高风险的特点 。 但近年来 ,经 从南至北 , 构造走向 由 转向 , 再转向过不断的研究和探索, 中石油 、中石化相继在四川 ,形成四川盆地最具特征的弧形褶皱带。 区域盆地威远、长宁 、涪陵焦石坝海相层系相继获得单 资料显示 ,焦石坝地区发育晚震旦世至三叠纪地井突破 这不仅证实了四川盆地是中国最为现 层 ,除中晚志留世到石炭纪外, 各时代地层发育齐实的海相页岩气勘探区 , 同时也为四川盆地其 全 中寒武统平井组至三叠系嘉陵江组 累积厚他地区海相页岩气的勘探开发提供了借鉴。 因此, 度约 — 。本文以焦石坝地区五峰组一龙马溪组为例 在对页 年中石化在焦石坝地区部署页岩气水平收稿日期 : ; 改回日期 :基金项目:国土资源部油气战略研究中心项目 资助。作者简介:郭旭升 男 , 年生 博士 教授级高级工程师 主要从事石油地质综合研究和勘探管理工作; : 。中国地质,8 9 4中 国 地 质 年° ° ° ° °“川■合川市‘筒 §〈 陆 广重庆市怊—‘』『■■■带南川市‘———:。 ° ° °□ □ 國□ 口白里系 诛罗系 三叠系 二叠系泥盆系 志留系 奥陶系 寒武系 提旦系 板溪群 基底大断裂 研究区图 焦石坝地区位置及构造纲要图专探井 目的层为上奥陶统五峰组一下志留 有机地化特征统龙马溪组富有机质泥页岩 ,通过大型水力压裂后 井 个岩心样品测试结果表明 , 焦石坝地获得了高产工业气流,展现出该区下古生界页岩气 区五峰组一龙马溪组黑色泥页岩 值为具有良好的勘探前景。 ,平均为 ,大多在 以上 ,整体上有由下往上降低的趋势, 并且随岩性的不同而变化图 。 沉积层系底部约 厚的灰黑色页岩、炭暗色泥页岩发育及分布 质页岩 值明显较高 ,化石含量丰富, 值介四川盆地五峰组一龙马溪组沉积于陆棚相滞 于 ,平均值为 ,是形成页岩气藏的流缺氧环境,而且富含笔石和有机质的黑色泥页岩 最有利层段(图 。 灰黑色页岩的高 值与志发育 ° 。 焦石坝地区在龙马溪组沉积期沉积水体 留纪高生产力表层水浮游生物圈和有利于有机质总体处于缺氧环境 ,沉积初期主要发育灰黑色含粉 保存的缺氧水体物理化学条件有关 。砂炭质泥岩、页岩、含粉砂泥岩夹少量深灰色泥质 干酪根镜检分析表明 ,本区五峰组一龙马溪组粉砂质条带,厚横向分布广泛。 五峰组沉 页岩有机质类型为 型 , 值介于 图积时水体更深,富含黄铁矿,岩性以炭质泥岩、页岩 说明页岩母质演化程度已达高成熟一过成熟阶为主 含少量粉砂 厚。段 处于过成熟晚期生气状态。中国地质, ⑶第 卷第 期 郭旭升等 :四川盆地及周缘下古生界海相页岩气富集高产主控因素—以焦石坝地区五峰组一龙马溪组为例储渗条件 微观裂缝 ,包括微张裂缝 、粘土矿物片间缝、有机质焦石坝地区五峰组一龙马溪组泥页岩密度平 收缩缝以及超压破裂缝等 图 。均 左右,含气页岩层段的岩石密度比不 储集物性含气层段岩石密度低 图 ,与美国 岩心实测物性表明 ,焦石坝地区五峰组一龙马商业开采的页岩层密度大体一致 泥页岩结构相 溪组泥页岩孔隙度介于 平均为对致密。 ;渗透率由于个别样品裂缝发育, 变化范围较储集空间类型及特征 大,介于 ,平均。 与北美通过岩心观察、氩离子抛光扫描电镜以及 商业开采的页岩气孔隙度和渗透率相比孔隙度为成像测井等分析发现,焦石坝地区暗色泥页岩中储 、渗透为 区集空间主要发育两种类型 :一种为泥岩自身基质微 内泥页岩物性相对较好 , 有利于页岩气产出 ( 图孔隙 , 这种类型孔隙的储集空间很小 , 主要表现为 。 另外一个显著的特点为焦石坝地区低的孔隙纳米级 ,按成因类型可识别出有机质孔、 晶间孔 、矿 度对应着较高渗透率 说明微裂缝(隙 为泥页岩提物铸模孔、粘土矿物间微孔 、次生溶蚀孔等类型 图 供了一定的渗滤通道 ,有利于页岩气的产出 ( 图 。孔径一般为, 主要集中在 。 岩石矿物学特征另一种类型为泥页岩储层中发育的裂隙系统 , 衍射实验分析表明 , 焦石坝地区五峰组一其对页岩气的开发成败起到关键性的作用 不仅有 龙马溪组粘土矿物含量为 平均值利于游离气的富集, 同时还是页岩气渗流运移的主 。 粘土矿物以伊蒙混层为主 ,平均含量为要通道 ;根据裂缝的大小将裂缝划分为宏观裂缝和 , 其次为伊利石 ,平均含量为 ;脆性矿微观裂缝, 其中能够通过岩心观察和 测井解释 物含量为 , 平均值 , 脆性矿物的裂缝我们统称为宏观裂缝,包括构造缝和层间缝 以石英为主 平均含量为 其次是长石 ,平均图 而需借用扫描电镜观察的裂缝我们统称为 含量为 方解石相对较少 , 平均含量为二分辦°脚本■命相 相厂依 二 二■“— 系上——社』“―一 手 妄二一■■会 《 酵 一■ ■—一■—■—一、 二一■■ “■ 彡—:二―■—:‘:里— — — — — —■■ — ————” ■ — — 丄泥质粉砂岩 粉砂岩 含粉砂泥岩 味 页岩 灰质泥老 《状买岩 泥思灰岩图 井五峰组一龙马溪组页岩气综合评价图中国地质,8 9 6中国 地 质 年、:二 ,:‘火— ’ ,言、 參‘‘ 人…、:棒麓、删通二—恳、图 五峰组一龙马溪组泥页岩主要储集空间类型 据文献 修改)中国地质, ,第 卷第 期 郭旭升等 四川盆地及周缘下古生界海相页岩气富集高产主控因素—以焦石坝地区五峰组一龙马溪组为例有机质孔, 井, ,有机质热解后形成的残余空隙 晶间孔, 井, ,黄铁矿晶体间形成的微小空隙 粘土矿物间微孔 , 井 —粒内溶孔, 井, 构造缝和层间缝, 井,,岩心上见多组水平缝和垂直缝, 均被方解石充填 层间缝 , 井,—微张裂缝, 井, ;—超压破裂缝 , 井 ,图 。 与北美主产页岩气盆地泥页岩相比 ,矿物 保存条件及页岩含气量分布范围和趋势总体相似 ,绝大部分样品点落在 勘探实践表明 ,保存条件好坏控制页岩气含气区( 石英 、 长石和黄铁矿 : 碳酸盐 量及气体组分 集中反映为 含量和含氮量)。 焦岩: 粘土矿物 : , 落在 区 石英 、 石坝地区处于四川盆地内部 ,位于大耳山断层西长石和黄铁矿 : ; 碳酸盐岩 : ; 粘土 侧 , 为轴向近南北向的低缓断背斜构造 ,地层发育矿物 的样品很少,说明焦石坝地区五峰 较平缓, 断层发育规模不大,地表出露地层为三叠组一龙马溪组泥页岩沉积和后期胶结作用形成的 系嘉陵江组。 五峰组一龙马溪组页岩气储层埋深钙质都较少。 将近 。 同时五峰组一龙马溪组页岩气层顶同时 ,我们发现五峰一龙马溪组底部优质页岩气层段表现出 和高脆性矿物含量具有良好的 粘土矿物耦合关系, 即 含量与石英含量成正比、与粘土矿物含量呈反比的特征 ( 图 该特点说明下古生界处于深水陆棚的黑色页岩中的石英主要来源并不是陆源碎屑 , 而可能是由各种浮游生物、底栖生物或细菌等成烃生物的遗骸和残片经各种成岩辛 碳酸盐 (方解石、 石白云石、 磷酸盐) 黄铁矿井 春 五峰 龙马溪组 页岩着 页岩‘‘ 迈岩▲ 页岩孔 度 、 图 井与北美泥页岩矿物组成三角图 据 修改)以石英和粘土矿物为主; 区: 以碳酸盐矿物为主 )图 井与北美泥页岩孔渗关系图 据 修改 )页岩气生产的关键控制因素,美国主要产气页岩,中国地质8 9 8中国 地 质 年兰 免图井 与石英 、粘土矿物含量相关关系图板为龙马溪组上部发育的大套灰色一深灰色厚层其中底部优质页岩段 含量更高 ,平均值达泥岩夹薄层粉砂质泥岩、粉砂岩,泥岩较纯厚度为 到 。 同时有机质类型为 型 , 值介于左右 , 对下部页岩气层具有较好的封隔效 , 以上特征说明泥页岩不仅具有能生成页岩果。 下伏地层为涧草沟组和宝塔组连续沉积的灰 气良好的烃源条件 同时已生成了大量的油气 另色瘤状灰岩、泥灰岩、灰岩,浅灰一灰色灰岩、泥灰 外泥页岩储集空间发育孔隙度较高 介于岩 总厚度 区域上分布稳定 空间展布范 平均 ,这为大量生成的油气在泥页岩围较广 岩性致密 物性较差 ,对上覆页岩气层具有 中自生自储提供较充足的储集空间 。 因此 我们认很好的封隔作用。 为富有机质泥页岩的发育为页岩气的生成和储集良好的保存条件促使焦石坝地区具有较高的 提供了丰富的物质基础。含气量, 井含气量测试结果显示 含气层泥页岩良好的保存条件是页岩气富集的关键含气量为 平均值为 ,下部优 四川盆地及周缘下古生界海相页岩多数地区质页岩气层段平均含气量达到了 。这为焦原始生烃条件优越 但在整个地质历史过程中经历石坝地区页岩气的高产奠定了良好的基础。 了复杂的 、多期次的构造演化包括埋藏、抬升、断下古生界海相页岩气富集高产主控和页岩气的聚集与散失,为页岩气的富集提出了更隨分丰斤 高的要求。与美国产页岩气盆地相比, 四川盆地及周缘下 但是焦石坝地区 井的突破 充分诠释了川古生界页岩气具有独特的地质条件, 主要表现为下 东南地区为具有良好油气保存条件和较高压力系古生界页岩具有沉积时代早、经历的地质历史长 , 数的地区 ,也是四川盆地及周缘下古生界页岩气规并且经历了复杂的构造运动和热史 。 近期焦石坝 模化 、效益化勘探开发的现实有利阵地。 另外阳地区页岩气的突破 ,为我们明确四川盆地下古生界 井、 宁 等井钻探结果表明 : 构造活动海相页岩气富集高产主控因素提供了启示。 分析相对微弱 、构造相对较平缓、通天断裂不发育 、顶底认为下古生界海相页岩气富集高产主控因素包含 板条件优越的地区 , 即是良好油气保存条件、较高了富有机质泥页岩发育程度、保存条件、天然裂缝 压力系数的地区 ;而在具有相似泥页岩发育但保存的发育和泥页岩的可压裂性等方面。 条件相对较差、地层压力系数较低的地区所钻页岩富有机质泥页岩发育是页岩气成藏的物质基础 气井 如河页 、 、渝页 井等) ,产气量通常不高勘探实践表明 , 中石油阳 井、宁 表 另外 ,我们发现四川盆地及周缘下古生界页井以及中石化 井口商业性高产井均位于五峰岩气钻井产量与压力系数呈正相关关系。 以上现组一龙马溪组优质页岩层段发育区 。 其中焦石坝 象和规律给我们一点很重要的启示 , 即良好保存条地区 井富有机质泥页岩主要发育在该沉积层序 件是四川盆地及周缘下古生界页岩气高产的关键的下部,厚度在 含量较高 ,普遍大于因素。中国地质, ’第 卷第 期 郭旭升等 四川盆地及周缘下古生界海相页岩气富集高产主控因素—以焦石坝地区五峰组一龙马溪组为例表 四川盆地海相页岩气探井钻探成果地质条件 含气性 保存条件含气量 产气量 构造样式 大断裂 幵孔层位埋深压力系数 气相组分 评价阳 盆内隔挡式背斜不发育盆内隔挡式背斜不发育 好宁 盆内隔挡式向斜不发育 好威 盆内隔挡式背斜不发育 好彭页 盆缘槽档式向斜不发育 好昭 盆内隔挡式背斜不发育 好河页 盆外隔槽式向斜 发育 差黔页 盆缘槽档式向斜 发育 差盆缘槽档式向斜 发育 差渝页 盆缘槽档式向斜 发育 、 差注 一沫罗系 广■下三叠统嘉陵江组,一下三叠统一三叠系—上二叠统—下二叠统 下志留统龙马溪组。天然裂缝和可压裂性是富集高产的重要保证 然裂缝的发育和泥页岩的可压裂性是四川盆地及观察表明 井岩心上发育水平、垂直两组裂 周缘下古生界海相页岩气富集高产的主控因素。缝为主 图 ,少量斜交缝 这些天然裂缝不仅为天 其中富有机质泥页岩的发育为页岩气的生成和储然气和地层水提供了运移通道和聚集空间 而且为 集提供了丰富的物质基础, 良好的保存条件是页岩增加页岩的总含气量起到了积极作用。 气富集的关键 天然裂缝和可压裂性是高产的重要井五峰组一龙马溪组 页岩气层段泥页保证。岩脆性矿物含量为 ,平均值 ,而参老下部 优质页岩气层段脆性矿物平均含量达到了 对后期的压裂改造比较有利。另外 井五峰组一龙马溪组泥页岩实测杨氏 ,、上丄 “ 汽 ‘ 内外 外 ,模量为 ,泊松比为 ,与,页石较为相似,有利于压裂改造。根据以上分析的四川盆地及周缘下古生界页岩气富集高产的主控因素 ,针对高复杂、高难度、高风险的四川盆地及周缘下古生界页岩气勘探,一方面需要寻找富有机质泥页岩的发育区 , 同时还要重 °、山视人石■气的后期的保存条仵。、八张金川, 金之钧,袁明生, 等 页岩气成藏机理和分布 天然气焦石坝地区五峰组一龙马溪组下部处于深工,水陆棚相带 ,暗色泥页岩发育、有机质丰度高 热演一化处于过成熟阶段页石气形成条件优越; 同时 储術,集空间的发育保证了页岩气的富集 较高的脆性矿徐建永 武爱俊 页岩气发展现状及勘贿景 特种油气藏,物含量有利于后期的压裂改造。 ,焦石顼地区处于盆内构造较稳定区 , 目的层埋深适中 ,深大断裂不发育 顶底板地层封堵性“较好’空间展布稳定 ’棚于油气的保存, 为页岩气曾的富集髙产提供了有利条件。续型气藏特征 成都理工大学学报 自然科学版 ,富有机质泥页岩的发育程度、保存条件、天中国地质, ,9 00中国 地 质 年王玉满,董大忠 李建忠, 等 川南下志留统龙马溪组页岩气储, 层特征 石油学报, ,张金川 , 姜生玲, 唐玄, 等我国页岩气富集类型及资源特点天然气工业, , ,王世谦,陈更生, 董大忠, 等 四川盆地下古生界页岩气藏形成, 条件与勘探前景 天然气工业, ,程克明 王世谦, 董大忠, 等 上扬子区下寒武统箱竹寺组页岩气成藏条件 天然气工业, ,刘树根, 孙讳 王国芝, 等 四川叠合盆地油气富集原因剖析成都理工大学学报 自然科学版 ,,蒲泊伶, 蒋有录, 王毅,等 四川盆地下志留统龙马溪组页岩气成藏条件及有利地区分析 石油学报, ,魏魁生, 徐怀大, 叶淑芬 四川盆地层序地层特征 石油与天然气地质,曾祥亮,刘树根 黄文明, 等 四川盆地志留系龙马溪组页岩与 ,美国 盆地石炭系 组页岩地质特征对比 地 (质通报 , 陈旭 论笔石的深度分带 古生物学报, ,姜月华, 岳文浙, 业治铮 华南下古生界缺氧事件与黑色贾岩及有关矿产 有色金属矿产与勘查, ,董大忠,部才能, 杨桦, 等 中国页岩气勘探开发进展与发展前景 石油学报, ,陶树, 汤达摘, 周传祎, 等 川东南一龄中及其周边地区下组合经源岩元素地球化学特征及沉积环境意义 中国地质郭彤楼, 刘若冰 复杂构造区高演化程度海相页岩气勘探突破的启 以四川盆地东部盆缘 井为例 天然气地球科学, ,张廷山, 姜照勇, 陈晓慧 四川盆地古生代生物礁滩特征及发育张金川, 聂海宽, 徐波, 等 四川盆地页岩气成藏地质条件 天 控制因素 中国地质, ,然气工业,中国地质, ,⑶第 卷第 期 郭旭升等 四川盆地及周缘下古生界海相页岩气富集高产主控因素—以焦石坝地 五峰组一龙马溪组为例,朱志军, 陈洪德 川东南地区早志留世晚期沉积特征及沉积模 张爱云, 伍大茂, 郭丽娜, 等 海相黑色页岩建造地球化学与成式分析 中国地质, , 矿意义 北京 科学出版社,,郭彤楼, 张汉荣 四川盆地焦石坝页岩气田形成与富集高产模 ,式 石油勘探与开发, ,—,黄金亮, 邹才能, 李建忠, 等 川南志留系龙马溪组页岩气形成 徐波 李敬含,谢东, 等 中石油探主要盆地页岩气资源分布条件与有利区分析煤炭学报, , 特征研究 特种油气藏,,—:::,:中国地质 ,
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