文摘

较低的花纹Longmaxi形成的页岩是一种重要的气层页岩气开发在中国南部。这组页岩储层特征和页岩气发展潜力为页岩气的开发提供了重要的基础。本研究需要井区XN111在四川盆地,中国,作为一个例子,使用x射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、等温吸附等技术分析了页岩储层特征的志留纪Longmaxi形成。结果表明,较低的志留纪Longmaxi形成架子在深水沉积环境。在此期间,炭质页岩、硅质页岩具有脆性矿物含量高( , )和粘土矿物含量低(< 30 wt。%,主要是伊利石)整个地区被广泛沉积。总有机碳(TOC)含量达到6.07 wt。%,平均2.66 wt. %。镜质体反射率是1.6 - -2.28%,平均为2.05%。甲烷吸附容量是0.84 - -4.69米3/ t,平均为2.92 m3/ t。毛孔和骨折是在页岩储层开发的。的主要储集空间是由连接间隙孔的平均孔隙度为4.78%。页岩储层的特点和发展潜力的志留纪Longmaxi形成由以下因素:(1)广泛的深水沉积井区的架子XN111是一个有利的发展环境优质页岩储层的累积厚度50米;(2)TOC含量高使页岩储层具有较高的游离气含量和高吸附天然气存储容量;(3)页岩的高成熟或成熟有利于有机质孔隙和裂缝的发展,有效地提高了存储容量的页岩储层。储层特征指数构造使用优质页岩的厚度、气体含量、TOC、裂缝密度和粘土含量。使用生产数据从页岩气井在邻近的街区,估计最终复苏之间的数学关系成立(欧元)单井储层特征指数(Rci)。单一的欧元在井区XN111估计。

1。介绍

作为一个重要的补充和替代常规天然气资源,页岩气已成为全球天然气勘探和开发的一个热点[1- - - - - -3]。页岩气是一种非常规天然气,这发生在页岩储层富含有机物质(4,5]。这些水库自有自存的特点,低孔隙度、低渗透率(6]。

富含有机物的几组页岩开发长江上游地区古生代和中生代的中国南方[7]。降低寒武纪Niutetang页岩储层的形成和较低的志留纪Longmaxi形成是最发达的8,9),和他们的页岩气资源潜力巨大。其中,评价和开采页岩气资源在四川盆地及其周边地区取得了明显的成效和一个很好的理解10,11]。到2019年底,累计已探明页岩气储量上奥陶系聚形成和较低的志留纪Longmaxi形成超过 (12]。页岩气在涪陵的商业开发,长宁,倾心,永川,和其他地区的昭通市,表明中国页岩气工业规模的开发已经进入了一个阶段(13),这是中国非常规天然气发展的深远意义和能源结构优化。Longmaxi形成页岩是广泛分布于四川盆地及其外围(14),它是海洋的关键层在中国页岩气勘探和开发。页岩气储层的沉积环境控制(15),构造运动(16)、成岩作用和压力演化[17,18]。页岩气储层的特征明显不同在不同地质条件下(19),确定发展特点和分布Longmaxi优质页岩气储层的形成。页岩储层的特征(20.和他们的发展潜力21)是限制页岩气发展最关键的因素。一些研究调查了纳米孔页岩储层的场发射扫描microscope-focused离子束(22- - - - - -24];一些工作对页岩气的气体流动行为研究[25,26];和其他人提出的标准识别优质页岩储层(27,28]。一些研究已经评估潜在的页岩储层;其中大部分集中在静态资源潜力和发展潜力。例如,郭et al。(2020)提出了一个方法来评估页岩储层的资源潜力,考虑了页岩储层的非均质性和可能正确的TOC的区别29日]。越南和Hyundon30.]分析了页岩气藏生产潜力和经济可行性通过使用一个经济指标。由于页岩气主要集中在micronanoscale毛孔(31日,32),探索影响因素具有重要意义的发展页岩水库和确定资源规模决定了页岩气的发展潜力,以澄清优质页岩储层的发展机制和高效的页岩气发展机制。

把井区XN111在四川盆地为例,页岩的地球化学和矿物学特征得到使用x射线衍射、扫描电镜、等温吸附、和其他技术。结构、储层空间,页岩储层的储层流体参数Longmaxi形成XN111被确认。页岩气的主要影响因素在这个领域积累了。页岩气储量估计使用体积法。此外,计算单井页岩气发展潜力提供了理论支持四川盆地页岩气勘探和相似的盆地。

2。区域地质背景

从晚震旦、长江上游流域逐渐进入稳定的热沉降阶段,平台夹在中国南方的长江上游和秦岭海洋33,34]。加里东晚期,平台在长江上游地区形成了一个抑郁克拉通盆地在早中志留纪由于华夏板块之间的碰撞和压缩和扬子板块35当南海海洋被关闭。末Ordovician-Early志留纪是一段强烈的压缩在中国南部36]。的连续俯冲下Gutethys海洋,上升subcratonic盆地的范围在四川盆地位于进一步降低(37),在早中奥陶系,海域广阔的海洋特色转化为一个海域受水下隆起(图1)。的进一步提升paleo-uplift盆地海相页岩与广泛分布38),一个大厚度、和低沉积速率形成缺氧深水货架环境介质的深度。


图1
结构示意图和四川盆地的沉积环境,中国南方。

Longmaxi形成稳定的四川盆地早期的花纹。在长江上游地区,早期志留纪Longmaxi形成继承了罪过的规模在中晚奥陶世39]。由于连续和稳定的地壳沉降,海侵规模大,环境稳定,岩性组合是相对稳定的40]。这是丰富的岩性、放射虫和海绵包含骨骨针,分布在整个盆地,代表一群近海大陆架沉积地层在减少的条件下(41]。好XN111位于西南长江上平台的一部分,这是在四川盆地的西部边缘。Longmaxi形成良好XN111包括五个岩相类型:普通页岩、硅质页岩、炭质页岩、粉砂质页岩、钙质页岩。下部的页岩Longmaxi形成XN111由黑色炭质泥岩,富含石墨化的石头,富含有机质,稳定分布。上部岩性主要是灰色黑色,黑色thin-middle-layered炭质页岩、粉砂岩和带状和有透镜的泥质泥晶灰岩。

3所示。数据库和方法论

这项研究是基于168的核心,108薄片、x射线衍射(XRD) 24样本数据,源岩数据29个样品(镜质组反射率、总有机碳(TOC)含量、显微组分),和扫描电子显微镜(SEM)的观察47井区XN111样本。

进行了XRD分析使用力量D8衍射测试人员。测试条件如下:铜目标、K辐射,40 kV管电压、管和30 mA电流。测试后,进行了相应的分析使用标准物质粉末衍射数据。TOC之前分析,样本和地面干到80网。决心完成后使用cs - 344分析仪。镜质体反射率(Ro)使用蔡司MPV-SP光度计测定。二氧化碳和氮气等温吸附实验进行了使用一个Autosorb IQ3自动比表面和孔隙大小分布分析仪由如是说。页岩样品分为60 - 80样品和干在烤箱110°C 12 h。然后,Autosorb-IQ3自动比表面和孔隙大小分布分析仪被放置在真空条件下脱气前12 h的110°C。分析后,二氧化碳吸附数据和氮吸附数据解释使用密度泛函理论(DFT)模型来获取相关信息,如孔隙体积和比表面积。 The macropore volume and specific surface area were obtained by subtracting the micropore and mesopore volumes and the specific surface area from the total pore volume and specific surface area of the nitrogen adsorption data, respectively.

一个氩离子polishing-field发射扫描电子显微镜(SEM)是用于观察。获得的图像是用一个s - 4700冷场发射扫描电子显微镜(SEM),然后,图像是一致的关键和参数化。

4所示。结果

4.1。矿物学

岩石样品的x射线衍射分析表明页岩的矿物包括石英、长石、方解石、白云石、黄铁矿和粘土(图2),其中粘土矿物主要伊利石、I /研磨层,和绿泥石。石英含量的优质页岩Longmaxi形成高,平均占42.3%。这是紧随其后的是方解石和白云石,平均含量为13.5%和12.9%,分别和少量的长石和黄铁矿。粘土矿物含量通常很低,从5.1%到58.2%不等,平均为23.8%。它主要由伊利石和不含蒙脱石。


图2
矿物成分Longmaxi页岩储层的形成。
4.2。骨折

构造裂隙、层理骨折和成岩收缩裂缝是最常见的类型的骨折Longmaxi形成页岩(图3)。裂缝分布不均。结构裂缝通常分为填充和空缺类型。大倾角构造裂缝中可以看到低的硅质页岩Longmaxi形成。明显的镜面和结构断裂表面划痕通常是可见的。各个地层的构造裂缝尤为发达。图像记录的数据显示,有27个高阻隔结构骨折在2443米深的Longmaxi XN111形成良好,和罢工是70 - 80°NE方向。结构裂缝的大小通常是几个毫米,使其天然气运移的主要通道和渗流。

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图3
Longmaxi页岩裂缝形成的特征。(一)高纬度骨折充满方解石;满了方解石(b)高纬度骨折;(c)空缺高纬度骨折;(d)薄层状;(e)成岩收缩裂缝;和(f)成岩收缩裂缝。

绿叶的一般水平参差不齐,这是观察露头和核心样本,页岩是一个独特的特点。在安静和稳定的深水沉积环境中,由于低沉积速率、沉积物发达层流积累特性。然而,由于有机质含量高、成岩压实作用下,有机质和粘土矿物强烈收缩,形成顺层薄层理之间的关节。他们基本上是几个微米大小和一般碳质页岩中形成。成岩收缩裂缝是由脱水形成的微裂隙在成岩作用,由于水的蒸发。矿物粒子通常是分布式,他们中的一些人可以破成了碎片。骨折的宽度很小,不规则。

除了宏观裂缝,可以解决使用核心样品和图片日志数据,大量的裂隙也观察到在Longmaxi形成。解散了裂隙通常包括骨折,骨折,粘土矿物之间的层间断裂,矿物颗粒之间的边缘骨折,从有机生烃裂隙。微裂隙的原因是多种多样的。在成岩作用过程中,矿物相的变化将导致裂隙的形成,如粘土矿物脱水。随着地层深度的增加,压实导致骨折引起的粒子压裂。间质碳酸盐物质很容易溶解,形成溶解骨折。生烃过程中,随着生烃的增加,当达到突破压力时,将形成大量的裂隙。构造活动产生压力,导致片状粘土矿物和碎屑颗粒之间的裂隙。也可以形成裂隙碎片粒子之间的内部和外部力量的作用下。

4.3。有机地球化学特征
4.3.1。TOC

Longmaxi页岩的TOC含量达到最大值6.07 wt。2.66 wt %,平均。%(图4)。TOC含量随岩性、硅质页岩和泥页岩的内容是最高的。下部的Longmaxi页岩,TOC含量逐渐减少向上。


图4
TOC Longmaxi分布形成的柱状图。
4.3.2。热成熟度

Longmaxi页岩是处于高成熟阶段42镜质组反射率值是1.6,相当于-2.28%,平均为2.05%。Ro值表明,烃源岩达到热气体窗口。

4.3.3。气体含量

页岩的含气性属性强烈异构,和不同地层的含气性特性显著不同。页岩的甲烷吸附能力通常是与有机碳含量、热演化程度、储层温度、地层压力、含水饱和度,天然气的组成(43]。XN111,甲烷气体吸附能力的22个样本范围从0.84到4.69米3/ t,平均为2.92 m3/ t。气体吸附和TOC的数量呈正相关。TOC越大,气体吸附量就越大。有很强的气体吸附有机物的潜力,这可以解释这一现象。大量的页岩气吸附到表面的页岩干酪根,和高TOC含量表明大量页岩气的吸附能力。气体的实地测量内容显示,气体含量的降低页岩Longmaxi形成XN111大于3.0米3/ t,整体的吸附容量和气体含量低的页岩Longmaxi形成相对较大。例如,等温吸附数据上下页岩储层(样品48409 - 3 - 48409 - 4 b和b) Longmaxi形成对比。的甲烷吸附能力上样品48409 - 4 b是2.55米3/ t,而较低的样品48409 - 3 b是3.2米3/ t。页岩储层的甲烷吸附能力较低为25.5%高于上部页岩储层(图5)。


图5
等温吸附曲线Longmaxi XN111形成良好。
4.4。水库存储空间

的形态、数量和分布页岩微孔隙的定性观察使用聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)。根据孔隙之间的关系发展和岩石颗粒,它们可以分为矩阵毛孔(有机毛孔,粘土矿物层间孔隙,贝瑞黄铁矿晶间孔、粒矿物边缘毛孔,和次生溶蚀孔隙和裂隙(图6)。有机质和粘土矿物的层间的毛孔是最发达和储层空间的重要组成部分。

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(左)
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图6
从井区XN111 FE-SEM页岩样品的图片。(一)OM毛孔、黄铁矿和插值函数毛孔在矿物颗粒的边缘;(b)的大型OM粒子不规则椭圆OM毛孔;(c)晶间插值函数在黄铁矿微球粒毛孔;(d)裂隙;与方解石颗粒(e) intraP毛孔;(f) OM毛孔和边缘的插值函数毛孔方解石颗粒;(g)插值函数毛孔在矿物颗粒的边缘,OM毛孔,毛孔及晶间插值函数在粘土颗粒;(h)流体包裹体intraP毛孔中脆性矿物和OM毛孔OM谷物;(我)cleavage-sheet intraP毛孔内粘土颗粒和OM毛孔; (j) intercrystalline interP pores in pyrite framboids, microfractures and OM particle with irregular and elliptical OM pores; (k) OM pores and interP pores at the edges of mineral grains; (l) porous OM particles.

里面的有机物毛孔是次生孔隙形成的干酪根在成岩演化过程中从固体干酪根烃液(44,45]。他们大多是圆形、椭圆形和不规则的多边形,和他们通常10 - 150纳米大小。把分散的有机物质通常与浆果黄铁矿和粘土矿物,在黄铁矿和有机物纳米孔发达谷物和粘土矿物。早期的深水大陆架Longmaxi地层的沉积环境,产生了大量的红藻(46),和大量的有机毛孔容易开发。

在成岩演化过程中,蒙脱石转化为伊利石通过Aemon混合层。Intrapores生成之间的丝状或卷曲的伊利石,在相互平行排列,有很好的连接。贝瑞在缺氧环境中黄铁矿形成的研究,许多小黄铁矿颗粒组成。晶间插值函数毛孔纳米孔。方解石、长石和其它可溶性矿物质容易产生次生溶蚀孔隙通过酸浸、更不规则的形状,是相对孤立的,可怜的连通性。作用很容易开发石英和其他刚性颗粒边缘的矿物质。他们的形态是由原始孔隙度和成岩作用控制47,48),他们大多是三角形或不规则,连通性较差。了裂隙更发达的国家,而其中大部分都是锯齿状的或曲线。他们的扩展长度很大,和宽度一般50 - 100纳米。他们可以提供免费存储空间气体和吸附气体分析时是很有帮助的。气体渗流的重要通道。

4.5。储层性质

Longmaxi页岩的孔隙度是0.86%到8.44%(平均4.78%)。渗透率很低,从0.0026到0.0328 D,平均值为0.0116 D。比表面积的分析表明,范围从3.263米238.767 m / g2/ g,平均为18.76 m2/ g。提供的比表面积微孔隙是2.712 - -21.69米2/ g,平均为8.57 m2/ g,占比表面积的45.68%。平均喉道半径是4到16.1 nm,平均值为7.2 nm。的总孔隙体积Longmaxi页岩 来 ,平均的 。提供的孔隙体积微孔隙(< 2海里) 来 ,平均的 ,平均占总孔隙体积的9.45%。中孔体积(2至50 nm)不等 来 ,平均的 。大孔隙(> 50 nm)占总孔隙体积的11.65%,表明在Longmaxi页岩中孔占主导地位。

5。讨论

5.1。影响页岩气富集的主要因素
5.1.1。缺氧的深水沉积环境稳定

稳定的缺氧的深水沉积环境导致了广泛分布在井区XN111页岩储层。

一个安静和稳定的深水形成减少环境是最好的环境,开发和保护海洋沉积物有机丰富。Longmaxi的沉积形成的早期阶段在XN111遗传聚形成的沉积特征。沉积物的主体包括深水大陆架和semiconfined浅海相(49]。在这一时期,沉积速率很低,沉积时间Longmaxi时期的一半以上50]。沉积厚度约为100 - 135米,只占30 - 45%的整个Longmaxi地层的厚度。黑色碳质硅质页岩和黑色页岩开发。在这一时期,semiconfined深水架子比较深,安静,稳定(51]。沉积厚度大,有机质丰富(笔石的开发)。有机质类型主要是我类型,这表明高度的热演化。这是主要发展时期Longmaxi有效烃源岩的形成。

后期的Longmaxi形成,深灰色的页岩,灰色泥岩,粉砂质泥岩组合主要是沉积。主体在浅水陆架沉积环境。的沉积速率明显高于早期,和沉积厚度约为150 - 165 m(图7)。在此期间,水体相对较浅,有机物相对不发达,笔石含量显著降低。


图7
页岩储层的沉积特征Longmaxi形成,XN111,四川盆地。

页岩气页岩厚度是商业的先决条件积累。在美国的成功经验表明,所需的最小厚度的黑色页岩勘探和开发的页岩气是30 m。的有效厚度Longmaxi形成XN111是相对较大。Longmaxi的页岩地层的厚度从西北到东南逐渐增加厚度约120米。在50米的黑色页岩。

5.1.2中。适当TOC含量高、有机质类型、热成熟度

有机毛孔是页岩气的主要存储空间。TOC是页岩气储层属性和积累的一个重要因素。有机孔隙的形成与转化有机碳的内容,这是控制有机质的类型。Longmaxi页岩的有机质主要是I型干酪根,这有利于页岩气积累。研究表明,TOC含量与页岩气吸附和孔隙体积呈正相关(52]。页岩气积累需要一个TOC的至少0.5%。TOC Longmaxi页岩的内容在研究区高,平均值为2.66%,远高于TOC下限,表明页岩天然气储量有巨大的潜力。

适当的热成熟度对页岩气(非常重要53]。镜质体反射率可以反映热成熟度和影响页岩气浓度和储层的物理性质。Longmaxi页岩的镜质体反射率平均是2.05%,适用于生产和积累的天然气。在有机质的热演化,发生一系列的物理和化学反应,包括有机碳的变换、分解有机物,代碳氢化合物。此外,大量的纳米孔生成在烃源岩,为页岩气可以提供存储空间。

5.1.3。岩石和矿物的组合容易破碎

岩石力学的数据表明,井区XN111的杨氏模量是29000到36000 MPa,泊松比为0.16至0.18,和脆性指数可以达到65%以上。这是由于粘土矿物的含量低和高脆性矿物含量(主要是硅质矿物和碳酸盐矿物)在井区XN111,这使得Longmaxi形成页岩易于断裂和产生。

5.1.4。广泛分布的自然骨折

骨折提供重要的页岩气储层,可以作为甲烷分子的渗流通道。图像记录和核心数据显示,Longmaxi形成的裂缝宽度是0.5 - 1毫米,和大多数井的裂缝密度是0.4 /米到4米。这些广泛开发宏观裂缝控制页岩气富集的重要因素在Longmaxi形成。由于页岩渗透率极低的系统,一定规模的构造裂缝有利于改善页岩储层的渗透率和形成一个优势渗流通道,这是页岩气井高产的关键因素。图像记录的数据显示,87年低阻开发骨折Longmaxi形成XN111,方位340 - 350°NE向东北偏北70 - 80°的罢工,20 - 80°(图的倾向8)。同样,页岩裂缝和成岩收缩裂缝也有利于改善页岩储层的电导率。

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图8
骨折XN111统计好。(一)玫瑰(方位);(b)玫瑰(罢工);(c)(学位)。

裂隙形成一座桥连接宏观骨折和微观孔隙。他们在页岩气渗流起着重要的作用。Longmaxi形成的裂隙的发育良好,因为有机粒子,脆性矿物和粘土矿物可以开发裂隙。这些大规模的裂隙与其他孔相连,形成裂缝网络孔隙系统提供有效的存储和渗流空间被困在页岩天然气。

5.2。Longmaxi页岩气的发展潜力

页岩气的面积在XN111约为390公里2。到目前为止,一些水平压裂水井,并取得了较好的效果。的总页岩厚度Longmaxi形成XN111是30 - 210。其中,的下部Longmaxi形成的页岩有效厚度为33.9米。总孔隙度是3 - 6%,骨折是发达国家,它是一个高质量的烃源岩和储层(TOC含量高、相对较高的Ro内容)。气体含量为3.82 m3/ t,压力系数是1.80。根据体积法,Longmaxi井区XN111可以达到的页岩气资源 ,和储备丰富 。

在这个领域的最大主应力方向是NW(300 - 310°),和天然裂缝方向是向(30°)。压裂效果和水平井钻井安全设计时应该考虑的方向。水平井的水平轨迹方向集团选择在某个角度对最小主应力的方向和自然骨折,全面采取自然骨折、结构形态、和其他因素考虑在内。这个区域是最好的水平井轨迹方向确定为NE20°和SW200°。由于高压干气页岩储层在油井XN111 Longmaxi形成区域主要是由弹性,采用自然能源耗竭的剥削在早期阶段。当井口压力下降到管道压力、增压是用于采矿业。井间的生产能力主要是通过维护更换。

储层参数敏感性分析影响页岩生产邻Longmaxi形成。五个参数,包括页岩厚度、气体含量、TOC、裂缝密度、和粘土含量,选择。其中,优质页岩厚度、气体含量、TOC、和裂缝密度与气井产量呈正相关,而与气井生产粘土含量负相关。储层特征指数,这是一个综合的数学指标影响页岩气井的生产。估计最终复苏之间的数学关系(欧元)单井储层特征指数(Rci)(图9)建立了使用天然气井的生产数据的生产条件接近浪费在相邻面积:


图9
储层特征指数的情节与井区XN111的欧元。

基于单井欧元之间的关系,最初的生产,和综合分类系数在相邻的块,这是预测单井指数井区XN111 。页岩储层控制因素进行了分析,阐明地球化学和矿物学特征,也提供结构、储层空间,储层流体参数。模型估计最终恢复(欧元)最具影响力时综合考虑所有参数:优质页岩厚度、气体含量、TOC、裂缝密度和粘土含量。模型是有效和方便的使用各种储层特征的场景。

6。结论

在这项研究中,页岩储层的特点和发展潜力的志留纪Longmaxi形成进行了分析通过井区XN111在四川盆地,南部中国,作为一个例子。一些重要的研究结果总结如下。(1)广泛的深水大陆架沉积是一个发展的良好环境优质页岩烃源岩累积厚度高达50米。TOC含量高导致页岩储层具有高游离气和吸附气体的存储容量。的高成熟到成熟页岩的形成有利于有机孔隙,孔隙空间是由中孔(2-50海里)。骨折的发展进一步有效地提高了储层的渗流能力页岩储层(2)储层特征指数构造使用五个参数:优质页岩厚度、气体含量、TOC、裂缝密度和粘土含量。估计最终复苏之间的数学关系(欧元)单井储层特征指数(Rci)成立。这是预测欧元单一在XN111面积

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

信息披露

取得的结果在此仅作者的责任。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

本研究在经济上中国石油创新基金(2019 d - 5007 - 0210),中国国家自然科学基金(51904050和51904050),开放基金工程研究中心开发和管理低石油天然气储层超低渗透在中国西部,教育部(kfjj - xb - 2020 - 4),重庆市自然科学基金项目(cstc2019jcyj-msxmX0725, 0457)的国家重点实验室开放基金页岩油气富集机制和有效的开发(G5800-20-ZS-KFGY009)和重庆市教委科学技术研究项目(批准号KJQN201901531)。我们感谢LetPub (http://www.letpub.com)的语言帮助在准备这个手稿。