文摘

本研究着重于富含有机物上古生代过渡相泥页岩在鄂尔多斯盆地东南缘。它系统地分析了页岩气成藏条件富含有机物的泥页岩的二叠纪Shanxi-Taiyuan形成,包括厚度、分布、有机质类型和内容,热成熟度、储层空间,含气性财产,和岩石脆性。结果表明,厚的黑泥页岩含有较高的有机质含量,是一种合适的干酪根类型气体生成,和展览温和的热演化,为油气成藏提供良好的条件。剩余原生孔隙形成的页岩压实,次生孔隙形成的有机质生烃、粘土矿物转化和解散,骨折提供适合页岩气的储集空间。在研究区页岩气体含量高于海洋盆地的页岩地层的美国。此外,石英等脆性矿物含量较高,与泊松比低,促进随后的转换。成藏条件表明高潜力的页岩气勘探和开发的研究领域。地质类比法是用来比较研究区和五大页岩气盆地在美国。结果表明,Shanxi-Taiyuan形成的页岩气资源在研究区2800 -的范围 ⁸米³。影响页岩气储层的主要控制因素在这个领域是有机质的丰度、热成熟度、页岩厚度、和石英的内容。基于这些因素的有利区域预测。

1。介绍

页岩气是一种非常规天然气(1- - - - - -3]。由于越来越困难的中国传统的石油和天然气资源的勘探和页岩气革命的成功在美国,中国页岩气产量已达到200亿立方米,占28%的天然气总产量的增长(4]。页岩气生产已成为中国天然气产量的一个重要组成部分。页岩气在美国是由海洋相(5]。相比之下,中国的页岩气资源主要是marine-continental过渡相的体积 ¹²米³,占中国页岩气资源总额的25% (6),代表了页岩气勘探的一个重要方面。中国marine-continental过渡富含有机物页岩广泛分布在鄂尔多斯、四川盆地。这些地区有良好的页岩气资源和潜在的勘探和开发7- - - - - -9]。中国鄂尔多斯盆地是一个大型陆上含油盆地的天然气资源 。初步突破页岩气勘探marine-continental过渡相取得在盆地的东部边缘10]。然而,很少有研究对页岩气在中国marine-continental过渡相。一些学者研究了沉积环境、页岩含气性特征,和存储空间的页岩气资源marine-continental过渡相的上古生代鄂尔多斯盆地。然而,这些研究是基于整个盆地的区域数据。也是必要的选择代表块盆地进行深入研究在整个盆地的勘探潜力。一些学者关注的评价和优化本地区有利的页岩气勘探领域。燕et al。11和翟等。12)进行了评价页岩气勘探的有利区域上古生代过渡相的鄂尔多斯盆地和调查了页岩气相沉积环境,烃源岩特征、和含气性属性。大中et al。13]分析了页岩气开发环境和单井生产条件评价marine-continental过渡的前景在鄂尔多斯盆地页岩气勘探。评价天然气勘探的有利地区需要一个全面的分析重点是生成、存储和密封页岩气的特征。成藏条件的分析基于单因素不足以支持随后的石油和天然气勘探14]。本研究着重于Daning-Jixian区域在鄂尔多斯盆地东南缘。许多探索性水井在研究区,和一些重要的石油和天然气潜在的页岩段Shanxi-Taiyuan上古生代二叠纪地层相的形成。因此,本研究系统地研究有机物的特点,岩石学、存储空间和页岩段的力学性能。等积累特性,形成脆性和屋顶和地面条件,这是密切相关的页岩气勘探和开发,评估。研究领域是科学、全面评估通过比较它与美国页岩气区域,根据地质条件和有利区域预测。这项研究提供了一个评估的基础上古生代页岩气的勘探潜力地区整个鄂尔多斯盆地。

2。地质背景

2.1。结构

研究区位于鄂尔多斯盆地的东南部边缘西侧的吕梁山背斜的西区Zijingshan断裂带。如图1研究区域的特征是northwest-inclined单斜结构。地层罢工或东北偏北和东北倾斜轻轻地向西或西北,与5°倾角角度-10°。整个结构几乎是矩形,南北方向(图1)。一些在研究区域地质结构,如小褶皱和断层。例如,Guyi-Yaoqu背斜和northeast-southwest Xueguan-Yukou挠曲传播方向平行,并列,并贯穿整个区域。Guyi-Yaoqu背斜是该研究领域的主要结构。其总体趋势是30°,长度为40公里,它有一个陡峭的东翼和温和的西侧。结合Guyi-Yaoqu背斜、Xueguan-Yukou挠曲发达的距离3公里- 3.5公里从东南部的背斜和并行,全长近40公里。其挠曲强度强两端和中间弱(15]。此外,小型背斜在本地开发,如Hougetai背斜、Shanggoukou向斜,Fengjialing背斜,Huangjiazhuang向斜。主断层结构研究领域是Zijingshan断裂带东侧,适度的态度是陡峭的挠曲区域附近。在研究区有相对较少的缺点;大部分是小错误,在中央和深地区没有大的缺点。

2.2。地层学

盆地的基底研究区由寒武纪、奥陶纪、石炭纪、二叠纪、三叠纪、新第三纪和第四纪地层。上古生代石炭纪和二叠纪地层。低二叠纪由marine-continental过渡到大陆三角洲沉积,形成厚层暗色泥页岩。上石河子形成和研究华北形成了砂泥岩夹层之间的存款。区域地质条件表明,二叠纪太原和山西的形成都是潜在的地区发展marine-continental过渡相页岩气储层。因此,这两个编队目标本研究的视野(图2)。

2.2.1。石炭纪地层( )

只有本溪市上了石炭系的形成,与岩层的含煤沉积的海洋和替代大陆环境。这形成平行不整合接触底层峰峰的中奥陶世地层。它主要表现为黄绿色铝土质泥岩薄煤层和灰岩地层。

2.2.2。二叠纪地层( )

二叠纪地层广泛分布在研究区,主要包括marine-continental过渡含煤地层、陆相碎屑岩含煤地层,碎屑non-coal-bearing地层。太原组、山西形成石河子的形成,研究华北形成从下到上。相对完整的二叠纪地层接触材料镇上,山西省,部分被测量和调查。如图2太原组主要由黑暗,泥页岩,石灰岩和砂岩。石灰石是丰富的和丰富的生物化石。山西的形成主要是由陆相碎屑岩和许多在下部煤层。基于区域的数据,得出结论:石河子的形成是在直接接触底层山西形成和上覆研究华北形成。有多个砂泥岩组合按红的不平等的厚度。grayish-green大规模层厚厚的浅黄,中厚,中粗粒度砂岩低了底部的石河子的形成,标志着石河子的底部形成。

3所示。样品和方法

总有机碳(TOC)是一个重要的指标来评价有机质的丰度。共有383个核心样品有机碳进行了分析,包括280个样本来自山西太原地层形成和103个样本。

页岩气储层的岩石学特征定量描述了x射线衍射(XRD)分析方法来确定材料的内部空间分布组成的晶体(16]。Random-powder XRD(力量D2移相器x射线衍射仪)是用于分析矿物成分。页岩粉(< 300目)被放置在一个样板,从4.5°扫描到50°步长0.02°。核心样本在该地区20多个勘探井使用全岩XRD分析。

成像技术和定量测量被用来分析页岩的微孔结构。场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)被用来分析15样本6井勘探(卫星、J51 J5, J57,和J45)。干样本压成方块( ),抛光的氩离子。样本分析扫描电镜获得的背散射电子(BSE)图像样本。孔隙渗透率测试对样品从20井勘探获得山西形成和太原形成确定地静压力。

3.1。烃源岩特征

3.1.1。有机物的特点

大黑泥页岩区存在于研究区烃源岩的发展代表了有利条件。丰富的有机物质决定的生烃能力页岩和页岩气的吸附能力。

如图3,最高的TOC值在山西形成的样本为29.25%,最小值是0.07%;67.86%的样本有0% - -2%的TOC, TOC高出2%和32.14%。最高价值的太原组为22.52%,样本和最小值是0.011%;样品有一个TOC的43.69% 0% -2%,40.78%的样本有一个TOC的2% - -4%,和56.31%的样本有一个TOC高于2%。TOC的五个主要内容在北美页岩气盆地是0% - -25%17],下限通常是2.0%18]。基于之前的研究,使用2.0%的下限TOC的有机质丰度评价研究区。如图4山西地区形成,TOC高于2%主要位于研究区中部和东部地区(j - 1井G1-10, J7, G5, G4, J3, J20, J45, J19, J24, J34,和J25),价值最高的19.57%。TOC高于2%的地区太原组位于西南地区与东北方向。东北向西南方向由井J16-J9-G5是一个高价值区域的TOC超过6%。东井J25-J19-J23代表高价值区域的有机碳含量,价值超过5%。井之间的区域和两个高价值的有机碳含量相对较低,但威尔斯J20的有机碳含量和J29相对较高(4%以上)。总之,有机碳含量超过32.14%(56.31%)的样品在山西组(太原组)高于2%。研究区有机质丰富。山西形成有机物的主要类型和太原形成面积II2类型的研究中,富含腐殖质干酪根和可以生成大量的天然气19]。因此,这两个领域显示良好的页岩气形成的潜力。

3.1.2。页岩厚度

山西地层的埋藏深度研究面积571米- 1447.5米,和页岩厚度23.18米- 99.84米,平均为54.18 m。东北地区的页岩是厚,最大厚度超过90米。只有少数地区中部,西部和东部地区的研究区域显示高页岩厚度值。太原地层的埋藏深度是620.5 m - 1503 m,和页岩的厚度从17.22米到66.94米不等,平均为30.72米,比山西形成的页岩薄。井J11和J13西北部,东、南部的研究区域有更大的页岩厚度(图5)。总之,在研究区页岩相对较厚,拥有足够的页岩气油气成藏条件。领域经验丰富的深埋藏历史和随后的隆起,导致相对较浅埋深(20.]。

3.1.3。类型的有机物质

在正常情况下,干酪根的四个组件可以在显微镜下观察(玻璃橱窗,惰性体、壳质组和腐泥煤)。不同类型的干酪根是由这四个微观的不同组合形成的组件。富氢腐泥土和几丁质的形成更好的生烃潜力(20.]。镜质体一般只有天然气发电潜力。氟镜质组有可能生成油,虽然inertite不能生成石油或天然气。

分析结果表明,山西的主要类型的有机质形成面积typeII2的研究中,出现的一些类型III。太原的形成是由类型II2分离事件类型的故。因此,山西的主要类型的有机质形成和太原II2地层研究中区域类型。

3.1.4。热成熟度

样本的统计数据表明,镜质体反射率值的页岩研究区域的范围1.0% - -3.0%,和80%以上都在1.0% - -2.0%的范围,这是有利于页岩气形成。

如图6的镜质体反射率山西北部形成相对较低和高在南方,价值最高的超过2.2% J45在南方。太原的镜质体反射率特征相似的形成。最高的价值被发现井J45和J23(> 2.1%),和最北部的值低于1.4%。总之,镜质体反射率值在北高南低;因此,研究区南部更有利于页岩气比朝鲜(图生成6)。

3.2。储层特征

3.2.1之上。矿物成分

结果表明,粘土矿物中主要矿物页岩研究区域的成员,其次是石英和斜长石。斜长石含量较低,但斜长石的地区很发达。的平均矿物成分的页岩成员山西形成如下:粘土(51.04%)、石英(40.74%)、钾长石(1.00%)、斜长石(2.56%)、方解石(1.00%)、白云石(4.00%)、黄铁矿(3.00%),和菱铁矿(7.10%)。太原的页岩成员的平均矿物成分形成如下:粘土(48.35%)、石英(40.91%)、钾长石(1.56%)、斜长石(1.68%)、方解石(24.00%)、白云石(2.67%)、黄铁矿(4.23%),和菱铁矿(4.04%)(图7)。山西形成的石英含量高于35%,石英位于西北地区,中晚期,研究西南地区。井J13、J15 J32石英含量最高(> 50%)。

太原组为石英含量相对较高(> 30%)在许多地区,和最高的价值超过60%。石英在井J17、J25 J65, J58;只有G1-5 G1-10、J29 J49石英含量小于20%。关于粘土矿物,山西形成的伊利石含量平均为25.97%,和高价值区域附近J7,石英含量的45%以上。:好J15附近区域在北方,J3,卫星,和J7在中间,和J28 J30, J24在南方有伊利石含量较高(> 25%)。在太原的形成,伊利石含量平均21.29%,远J15高于35%。该地区相对高价值的地区被发现在研究西北和东南地区,与内容超过20%。粘土矿物的平均含量在山西ironite-montmorillonite混合层的形成是36.50%。内容一般是在外围低中间高。ironite的高附加值的领域——蒙脱石混层井附近的纺纱,在西北方向,J26在东北,G4在西方,和J60 J65在书房的东南地区,与内容超过35%。 The average content of the ironite-montmorillonite mixed layer in the Taiyuan Formation is 26.60%. Wells J16, J9, J4, and J28 in the northwest and southwest of the study area and Wells J20, J19, and J34 in the southeast are relatively high-value development areas with a content of more than 25%.

3.2.2。存储空间

在研究区页岩地层的孔隙度一般小于3%,渗透率是小于0.1。山西形成的孔隙度范围从0.72%到1.33%。相对高价值区域位于北部,中部和西部地区的研究区域。太原形成的孔隙度范围从0.76%到2.61%。相对高价值区域发现在几个区域在北方,西方,研究区东南。

在研究区泥页岩的储集空间包括矩阵毛孔和骨折,尤其是毛孔与有机质、粘土矿物和解散。毛孔包括原生孔隙、次生孔隙、粒间孔和溶蚀孔隙。骨折包括结构性裂缝和成岩骨折(图8)。(1)剩余原生孔隙:这些都是分散在粉砂质粘土片的晶间孔。样品从山西形成主要展览点线路接触粒子,而从太原形成主要展示line-concave-convex接触和一些点线路接触。增加压实,剩余原生孔隙的数量与埋藏深度大幅减少。(2)有机质孔隙:这些毛孔形成页岩中的有机质的大量生烃,包括微孔隙内的有机物,有机物和其它碎屑之间毛孔,毛孔溶解的有机物颗粒形成。大多数孔蜂窝或不规则形状,和孔隙大小大约是30μm。(3)微孔隙形成的粘土矿物转化:蒙脱石在ironite /蒙脱石混层粘土矿物转化为伊利石,和生成微孔隙体积减少。次生溶蚀孔隙是由强烈的长石和岩屑溶解关节。大部分的毛孔被安排在长条状,和孔隙大小范围从5μ米到20μm。(4)骨折:研究区位于盆地的边缘。在页岩段骨折了。大多数有很高的角度,和一些较低的角度,最充满了方解石。

3.2.3。脆性和储层的力学性能

岩石的脆性主要取决于其岩石学特征(21]。较高的脆性的内容组件(如二氧化硅),岩石的脆性越强(22,23]。平均目标地层中石英含量和粘粒含量研究区域的40%和49%,分别。硅含量相对较高,有利于页岩气储层的压裂(24,25]。泊松比( )岩石是一种不可或缺的岩石力学参数对压裂,钻探和工程。它是相对横向压缩比的相对纵向伸长弹性体;它通常使用密度和时差计算纵波和横波。

剪切波速计算使用经验公式和声波时差和密度数据,泊松比和杨氏模量计算。图9霁5显示了结果。泊松比低于0.35,平均为0.32,和杨氏模量通常高于20.00 MPa,类似于页岩脆性的蒙特利圣华金盆地形成的美国。根据测井数据,山西形成的泊松比是0.29 - -0.45,平均为0.31。太原形成的泊松比是0.28 - -0.42,平均为0.31。目前,人们普遍认为,页岩的泊松比是相对较高(> 0.4)和可塑性高,而砂岩的泊松比相对较低(< 0.3)和高脆性。因此,岩石的泊松比越低,它的脆性越高。泊松比值的页岩储层研究区域通常小于0.35。因此,它们包含组件具有高脆性,导致良好的页岩气储层压裂后力学性能。只有在朝鲜J18高泊松比,和泥岩塑性高,不利于压裂和页岩气藏开发。

3.3。气体含量分析

的总气体含量在沃思堡盆地页岩是8.49 - -9.91米³/ t,吸附气含量40% - -60%,在所有页岩气规模排名第一。安特里姆页岩气体含量的密歇根盆地是1.415 - -2.83米³/ t,表明与有机碳含量正相关。这个页岩气形成吸附气体的比例高(70%以上)。俄亥俄州的总气体含量页岩烃源岩在阿巴拉契亚盆地范围从1.70到2.83米³/ t,吸附气含量约为50%。的总气体含量在伊利诺斯州新奥尔巴尼页岩盆地相对较低,从1.13到2.26米³/ t,刘易斯页岩的圣胡安盆地范围从0.42到1.27米³/ t,吸附气含量为60%至88%。的气体内容Gordondale页岩(0.7 - -3.0米³加拿大不列颠哥伦比亚省东北部/ t)和Qiongzusi页岩(0.27 ~ 1.03米³/ t)明显低于特页岩(8 - 9米³/ t)。测量气体含量的页岩Daji 51在研究区域的核心是0.5 - -3.7米³/ t,指示一个中高级水平。

3.4。计算资源的数量

山西形成的资源数量和计算研究区太原组。尽管页岩气储层不连续,他们有很强的异质性。因此,页岩气储层的资源数量应该通过集成计算地质因素、技术因素和经济因素。目前,在国外页岩气资源评价方法包括类比法、物质平衡法、趋势曲线,数值模拟。由于研究区域目前页岩气勘探的早期阶段,没有足够的地质资料。因此,我们使用现有的数据,区域地质调查数据,成熟的页岩气储层的地质特征,确定资源评价和资源数量在山西形成和太原形成类比。类比法的关键参数之一是校准的选择区域。研究区与五大页岩气盆地在北美使用六个评价参数:有机碳含量、成熟、脆性矿物含量、孔隙度、厚度和埋深。我们创建了一个综合分数为所有页岩气盆地和盆地与最接近的分数作为标定区域。

如表所示1页岩的得分最高,其次是俄亥俄州新奥尔巴尼页岩和页岩。山西形成在该研究领域的得分为72.98,这是低于五大的分数在北美页岩气盆地。它是最接近安特里姆盆地页岩。因此,Antrim盆地页岩是选为标定区域。方程(1)用于类比计算页岩气资源的研究区和校准区获得研究区页岩气资源。计算结果列在表中2。 在哪里是类似的资源的数量在研究区域(×10¹²米³);研究区域的站点(×10⁴公里²);是校准区(×10吗⁴公里²); 是研究区和校准区得分比;和校准领域的资源数量(×10¹²米³)。

如表所示2,山西太原形成和形成有类似的地质条件、区域,以及页岩气资源。与安特里姆的页岩盆地相比,山西的资源形成和太原的形成 ,分别。山西的平均相似资源形成和太原的形成 ,分别在这方面资源的总量是2800 - ⁸米³。

4所示。讨论

4.1。比较Daning-Jixian块页岩气的特点,在美国

商业开发的页岩气在美国的有机质含量高(平均5%以上)比国内页岩气。然而,它成熟之前一般低于2%的主要气体的产生阶段,导致不够生烃(页岩气)和有限的资源潜力。中国主要包括陆页岩和页岩气领域Longmaxi四川盆地页岩,Shanxi-Taiyuan形成在鄂尔多斯盆地和塔里木盆地寒武-奥陶系页岩。有机质的成熟度高意味着在高成熟和overmaturity阶段除了主要气体的产生阶段(8]。从有机物转变为碳氢化合物的程度相对较高,和资源数量是巨大的。在美国页岩气储层主要是碳酸盐岩层页岩和一般的厚度小于50米(26),限制了大量的页岩气。与此同时,美国的页岩气储层脆性,形成结构很容易骨折,有屋顶和地板条件差27]。然而,国内页岩通常更厚。例如,页岩的厚度的研究区域矿冶气田在一些地区超过100米。屋顶和地面条件优越,提供良好的烃源岩和页岩气的生成和保存保存条件。这些条件都有利于页岩气储层的开发和保护。此外,三大页岩气在中国地区位于几家大型盆地,鄂尔多斯盆地等。广泛分布页岩是叠加在同一盆地相对较高的浓度和强烈的可比性,这有利于大规模的勘探和开发。

4.2。预测有利的页岩气

基于先前的研究[27- - - - - -31日),研究区域的地质特征,应考虑下列因素来预测页岩气有利区。(1)当丰富的有机质很高,已经达到了一定程度的热成熟度、碳氢化合物气体可以存储在表面吸附气体的形式粘土和有机物(32,33]。因此,有机质丰度和热成熟度的关键地质因素确定页岩气积累。(2)泥页岩地层的孔隙度和渗透率很低,而且没有地区研究区域之间的显著差异。(3)页岩的形成取决于脆性程度的形成,这是有关矿物类型。通常,高硅含量的结果更好的页岩气储层的力学性能。因此,影响页岩气储层的经济价值的主要因素是有机质的丰度、热成熟度、厚度、和石英的内容。因此,页岩气勘探的有利区域预测使用这些因素。

图10显示了预测的结果为页岩气勘探的有利地区。山西形成的有利地区位于研究区中部和东部地区和北方的大宁地区附近。有机碳含量有利区中间的2% - -8%,镜质体反射率从1.5%到2.0%不等,范围从20米到70米,厚度和石英含量40% - -52%。在有利的东部地区,有机碳含量2% - -4%,镜质体反射率大于1.8%,厚度大于60米,石英含量大于40%。在有利的大宁附近地区北部,有机碳含量大于2,镜质体反射率大于1.3%,厚度大于40米,石英含量超过50%。

太原形成的有利地区位于西北、东南,东、中部的研究区域。有利区在西北含有2% - -7%的有机碳,镜质体反射率1.3% - -1.9%,厚度为20 m-40 m,在石英石英含量40% - -70%。在东南,有机碳含量2% - -9%,镜质体反射率1.6% - -2.2%,厚度是17 m-40 m,石英含量40% - -70%。在东部,有机碳含量2% - -4%,镜质体反射率大于1.7%,厚度大于25米,石英含量超过60%。2% - -3.5%的中心区域有一个TOC,镜质体反射率的超过1.6%,厚度大于35米,石英含量超过55%。

5。结论

Shanxi-Benxi形成的研究领域是一个过渡marine-continental页岩岩系统具有良好的成藏条件。在研究区有机质丰富,干酪根类型主要是II型2,和地区具有较高的成熟度。这些条件都有利于气体的产生。

Shanxi-Benxi形成储层空间类型多样,包含主要由压实,剩余原生孔隙形成次生孔隙形成的有机质生烃和粘土矿物转化,次生溶蚀孔隙和裂缝。粘土矿物的平均含量约为50%,出处附近的石英含量相对较高,而泊松比是0.31。岩石是脆弱,很容易骨折。

研究区页岩气储层特征和五大页岩气盆地相比,美国使用基于地质条件类比法。安特里姆盆地被选为标定区域。山西、太原的累积资源形成在该研究领域被计算为2800 - 米³。

有机质丰度、热成熟度、厚度、和石英含量的主要控制因素是影响页岩气研究领域的发展。页岩气的有利地区预计使用这些因素。山西形成的最有利地区位于中间,东部和北部的研究区域,和太原形成位于西北、东南,东,中间一个小区域。

数据可用性

数据是不可用的原因保密。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是由探索技术的关键和目标评价的大型天然气田(2019号b - 0603),中石油公司的科技重大项目。我们感谢提供的指导中国石油大学(北京)和支持国家重点实验室实验和测试的石油资源勘探,北京。所提供的一些数据是国家能源页岩气研发(实验)中心。