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论海相页岩气富集机理——以四川盆地五峰组—龙马溪组为例

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地质学报 2024年第3期98卷 975-991页

作者：聂海宽张金川金之钧刘全有李双建党伟李沛边瑞康孙川翔张珂苏海琨页岩油气富集机理与高效开发全国重点实验室北京102206 中国石化页岩油气勘探开发重点实验室北京102206 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院北京102206 中国地质大学(北京)能源学院北京100083 北京大学能源研究院北京100871 西安石油大学地球科学与工程学院陕西西安710065

深入探究页岩气富集机理是保障勘探开发高效推进的基础。本研究通过对四川盆地五峰组—龙马溪组页岩气勘探开发实践的系统分析,梳理总结前人研究成果,从生成机理、运移机理、赋存机理和保存机理四个方面对海相页岩气富集机理进行了深入... 详细信息

深入探究页岩气富集机理是保障勘探开发高效推进的基础。本研究通过对四川盆地五峰组—龙马溪组页岩气勘探开发实践的系统分析,梳理总结前人研究成果,从生成机理、运移机理、赋存机理和保存机理四个方面对海相页岩气富集机理进行了深入分析,并讨论了深层和常压页岩气的勘探开发潜力。结果表明:在生成机理方面,埋藏史和热演化史控制了页岩生排烃史、生排烃量和现今含气量;页岩气运移机理涉及运移动力、运移相态、运移方式和运移通道四方面内容,页岩气运移主要是烃源岩内的初次运移,同时讨论了初次运移的影响因素;在赋存机理方面,甲烷—页岩间表现出单/多分子层吸附和微孔充填等多种赋存机制,组分润湿性和孔隙有效性是决定甲烷吸附赋存和解吸运移的关键;在保存机理方面,盖层和物性自封闭是主要的保存机理,构造运动引起的裂缝—流体活动是页岩气保存条件遭到破坏的主要原因,流体活动时间和期次研究是页岩气保存条件和含气量定量评价的重要内容。页岩气富集机理的系统分析和创新认识为页岩气勘探开发评价提供了重要依据,建议加强页岩气演化历史全过程的动态评价。结合深层和常压页岩气勘探实践,分析了深层和常压页岩气的成因机制及主要特征,指出了下一步攻关内容及勘探方向。

关键词：页岩气五峰组龙马溪组富集机理差异富集勘探潜力四川盆地

Enrichment mechanism and resource potential of shale-type helium:A case study of Wufeng Formation-Longmaxi Formation in Sichuan Basin

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Science China Earth Sciences 2023年第6期66卷 1279-1288页

作者： Haikuan NIE Quanyou LIU Wei DANG Pei LI haikun su Hanyong BAO Liang XIONG Zhujiang LIU Chuanxiang suN Peixian ZHANG State Key Laboratory of Shale Oil and Gas Enrichment Mechanisms and Efficient Development Beijing 102206China Sinopec Key Laboratory of Shale Oil/Gas Exploration and Production Technology Beijing 102206China Petroleum Exploration and Production Research Institute SINOPECBeijing 102206China Institute of Energy Research Peking UniversityBeijing 100871China School of Earth Sciences and Engineering Xi’an Shiyou UniversityXi’an 710065China School of Energy Resources China University of Geosciences(Beijing)Beijing 100083China Research Institute of Exploration and Development Jianghan Oilfield CompanySINOPECWuhan 430223China Research Institute of Exploration and Development Southwest Oil&Gas CompanySINOPECChengdu 610041China Sinopec Exploration Company Chengdu 610041China Research Institute of Exploration and Development East China Petroleum&Gas BranchSINOPECNanjing 210019China

China’s helium resource is highly dependent on overseas ***-rich and U/Th-rich shale reservoirs generally contain helium,and although the helium content is low,the total reserve is ***,the effective development and utilisation of shale-type helium resources is a realistic way to improve the security of helium resources in *** this study,the generation mechanism,helium source and content,migration modes and pathways,controlling factors of enrichment,distribution pattern,and resource potential of the helium were analysed,using the Wufeng-Longmaxi shale in the Sichuan Basin and its ***,countermeasures were proposed for shale-type helium exploration and *** results show that the Wufeng-Longmaxi shale has a high content of U and Th and a good ability to generate *** helium is generated by a typical crustal source of helium and is characterised by self-generation,self-storage,and wide *** helium resource potential is a product of its content and the resources of the associated natural *** continuous supply of helium and effective preservation are the main geological factors that control the enrichment of shale-type *** preliminary evaluation results show that the reserves of helium in proven shale gas reserves are 10.8×10^(8)m^(3)in the Sichuan Basin and its periphery,where the extra-large helium fields are likely to be ***,0.0912×10^(8)m^(3)of helium was produced,along with the annual production of shale *** avoid the waste of helium and to improve the self-supply ability,it is suggested that research on the resource potential,enrichment mechanism,and distribution pattern of shale-type helium should be carried out as soon as possible,and helium extraction techniques for helium-bearing natural gas should be studied.

关键词： Shale Helium content Enrichment mechanism Resource potential Sichuan Basin

Porosity, permeability and rock mechanics of Lower Silurian Longmaxi Formation deep shale under temperature-pressure coupling in the Sichuan Basin, SW China

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Petroleum Exploration and Development 2023年第1期50卷 85-98页

作者： suN Chuanxiang NIE Haikuan su haikun DU Wei LU Ting CHEN Yalin LIU Mi LI Jingchang State Key Laboratory of Shale Oil and Gas Enrichment Mechanisms and Effective Development Beijing 102206China Sinopec Petroleum Exploration and Production Research Institute Beijing 102206China Sinopec Key Laboratory of Shale Oil/Gas Exploration&Production Beijing 102206China School of Energy Resources China University of GeosciencesBeijing 100083China Research Institute of Petroleum Exploration and Development Sinopec Jianghan Oilfield CompanyWuhan 430223China

To investigate the porosity, permeability and rock mechanics of deep shale under temperature-pressure coupling, we selected the core samples of deep shale from the Lower Silurian Longmaxi Formation in the Weirong and Yongchuan areas of the Sichuan Basin for porosity and permeability experiments and a triaxial compression and sound wave integration experiment at the maximum temperature and pressure of 120 ℃ and 70 MPa. The results show that the microscopic porosity and permeability change and the macroscopic rock deformation are mutually constrained, both showing the trend of steep and then gentle variation. At the maximum temperature and pressure, the porosity reduces by 34%–71%, and the permeability decreases by 85%–97%. With the rising temperature and pressure, deep shale undergoes plastic deformation in which organic pores and clay mineral pores are compressed and microfractures are closed, and elastic deformation in which brittle mineral pores and rock skeleton particles are compacted. Compared with previous experiments under high confining pressure and normal temperature,the experiment under high temperature and high pressure coupling reveals the effect of high temperature on stress sensitivity of porosity and permeability. High temperature can increase the plasticity of the rock, intensify the compression of pores due to high confining pressure, and induce thermal stress between the rock skeleton particles, allowing the reopening of shale bedding or the creation of new fractures along weak planes such as bedding, which inhibits the decrease of permeability with the increase of temperature and confining pressure. Compared with the triaxial mechanical experiment at normal temperature, the triaxial compression experiment at high temperature and high pressure demonstrates that the compressive strength and peak strain of deep shale increase significantly due to the coupling of temperature and pressure. The compressive strength is up to 435 MPa and the peak strain e

关键词： Sichuan Basin Longmaxi Formation deep shale gas porosity permeability rock mechanics high temperature and high pressure triaxial compression

Enrichment characteristics and exploration directions of deep shale gas of Ordovician-Silurian in the Sichuan Basin and its surrounding areas,China

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Petroleum Exploration and Development 2022年第4期49卷 744-757页

作者： NIE Haikuan LI Pei DANG Wei DING Jianghui suN Chuanxiang LIU Mi WANG Jin DU Wei ZHANG Peixian LI Donghui su haikun State Key Laboratory of Shale Oil and Gas Enrichment Mechanisms and Effective Development Beijing 102206China Sinopec Petroleum Exploration and Production Research Institute Beijing 102206China School of Earth Sciences and Engineering Xi’an Shiyou UniversityXi’an 710300 CNPC Engineering Technology R&D Company Limited Beijing 102206China Research Institute of Petroleum Exploration and Development Sinopec Jianghan Oilfield CompanyWuhan 430223China Sinopec East China Company Nanjing 210019China School of Energy Resources China University of GeosciencesBeijing 100083China

The enrichment characteristics of deep shale gas in the Ordovician Wufeng-Silurian Longmaxi formations in the Sichuan Basin and its surrounding areas are investigated through experiments under high temperature and high pressure,including petrophysical properties analyses,triaxial stress test and isothermal adsorption of methane experiment.(1)The deep shale reservoirs drop significantly in porosity and permeability compared with shallower shale reservoirs,and contain mainly free gas.(2)With higher deviatoric stress and axial strain,the deep shale reservoirs have higher difficulty fracturing.(3)Affected by structural location and morphology,fracture characteristics,geofluid activity stages and intensity,deep shale gas reservoirs have more complicated preservation conditions.(4)To achieve the commercial development of deep shale gas reservoirs,deepening geological understanding is the basis,and exploring reservoir simulation technology befitting the geological features is the key.(5)The siliceous shale and limestone-bearing siliceous shale in the Metabolograptus persculptus-Parakidograptus acuminatus zones(LM1-LM3 graptolite zones)are the high-production intervals for deep shale gas and the most favorable landing targets for horizontal *** water areas such as Jiaoshiba,Wulong,Luzhou and Changning with deep shale reservoirs over 10 m thickness are the most favorable areas for deep shale gas *** is recommended to carry out exploration and development practice in deep-water shale gas areas deposited deep with burial depth no more than 5000 m where the geological structure is simple and the shale thickness in the LM1-LM3 graptolite zone is greater than 10 *** is better to increase the lateral length of horizontal wells,and apply techniques including high intensity of perforations,large volume of proppant,far-field and near-wellbore diversions to maximize the stimulated deep reservoir volume.

关键词： deep shale gas enrichment conditions reservoir characteristics exploration direction Ordovician Wufeng Formation Silurian Longmaxi Formation Sichuan Basin

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中国页岩气研究与发展20年:回顾与展望

天然气工业 2024年第3期44卷 20-52页

作者：聂海宽党伟张珂苏海琨丁江辉李东晖刘喜武李沛李鹏杨升宇赵建华刘秘陈前孙川翔王鹏威刘子驿页岩油气富集机理与高效开发全国重点实验室中国石化页岩油气勘探开发重点实验室中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院西安石油大学地球科学与工程学院中国地质大学(北京)能源学院中国石油国家卓越工程师学院中国石油大学(华东)

中国页岩气科学研究和勘探开发已历经20年,创新形成了以中国南方海相页岩气富集规律为代表的诸多理论与认识,支撑了国内页岩气产业健康快速发展,2023年中国页岩气产量达250×10^(8) m^(3),在当年全国天然气总产量中的占比超过10%,页岩... 详细信息

中国页岩气科学研究和勘探开发已历经20年,创新形成了以中国南方海相页岩气富集规律为代表的诸多理论与认识,支撑了国内页岩气产业健康快速发展,2023年中国页岩气产量达250×10^(8) m^(3),在当年全国天然气总产量中的占比超过10%,页岩气已经成为中国天然气产量增量的主力军之一。为了给中国页岩气产业高质量发展提供借鉴和参考,系统回顾了国内页岩气科学研究和勘探开发历程,归纳总结了富有机质页岩发育机理、页岩气优质储层特征及其成因机制、页岩气源—储协同演化机制、页岩气赋存机理与含气性评价、页岩气富集高产机理与评价、页岩气储层改造、页岩气开采等理论和技术进展,分析研判了面临的技术难题和挑战,指出了海相/陆相/海陆过渡相页岩气富集高产机理、基于动态演化过程的页岩气富集区评价方法、低丰度页岩气高效开发技术以及提高页岩气采收率技术等4个亟需攻关的研究方向。进而针对中国页岩气商业化勘探开发所面临的挑战,提出以下建议:从新区新领域、老区挖潜及提高采收率现场试验等方面开展页岩气勘探开发攻关探索,以期早日实现中国页岩气多领域多层系、由点到面的大突破和大规模高效勘探开发,全方位推进中国页岩气革命,提升能源高效供给能力,保障国家能源供应安全。

关键词：页岩气富集机理赋存机理储层特征储层改造高产机理提高采收率勘探方向

温压耦合作用下四川盆地深层龙马溪组页岩孔渗和岩石力学特征

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石油勘探与开发 2023年第1期50卷 77-88页

作者：孙川翔聂海宽苏海琨杜伟卢婷陈亚琳刘秘李京昌页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室北京102206 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院北京102206 中国石油化工集团公司页岩油气勘探开发重点实验室北京102206 中国地质大学(北京)能源学院北京100083 中国石化江汉油田勘探开发研究院武汉430223

为了研究温压耦合变化对深层页岩孔隙度、渗透率和岩石力学特征的影响,选择四川盆地威荣和永川地区下志留统龙马溪组深层页岩岩心样品,设计开展温压条件的上限为120℃、70 MPa的孔渗实验和三轴压缩岩石力学—声波一体化实验。研究结果表... 详细信息

为了研究温压耦合变化对深层页岩孔隙度、渗透率和岩石力学特征的影响,选择四川盆地威荣和永川地区下志留统龙马溪组深层页岩岩心样品,设计开展温压条件的上限为120℃、70 MPa的孔渗实验和三轴压缩岩石力学—声波一体化实验。研究结果表明:(1)微观上的孔渗变化与宏观上的岩石变形相互约束,均呈现先快后缓的变化特征,最大温压实验条件下孔隙度降低34%~71%、渗透率降低85%~97%。随着温压的升高,深层页岩经历了以有机质孔、黏土矿物孔被压缩和微裂缝受压闭合的塑性变形和脆性矿物孔、岩石骨架颗粒本体被压缩的弹性变形;(2)与常温高围压实验对比,高温对孔渗应力敏感的影响显著。高温通过增加岩石塑性,加剧高围压对孔隙的压缩,同时引发岩石骨架颗粒间产生热应力,页岩层理易重新开启或沿层理等软弱面产生新缝,使得页岩渗透率随温度和围压升高而降低的程度减弱;(3)与常温三轴力学实验对比,深层页岩在高温高压耦合作用下,抗压强度和峰值应变量显著增加,抗压强度最高达435 MPa、峰值应变超过2%,说明高温增加了岩石塑性,不利于页岩的破裂和裂缝扩展;(4)岩相和矿物组分对深层页岩孔渗和岩石力学特征具有重要影响。不同岩性页岩发生脆性破坏的难度和充分程度不同,实际地质条件下页岩的应力应变特征是压裂方案优化调整的重要依据。

关键词：四川盆地深层龙马溪组页岩气孔隙度渗透率岩石力学高温高压三轴压缩

深层页岩含气量评价及其差异变化--以四川盆地威荣、永川页岩气田为例

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石油实验地质 2022年第5期44卷 815-824页

作者：苏海琨聂海宽郭少斌杨振恒李东晖孙川翔卢婷刘秘中国地质大学(北京)能源学院北京100083 中国石化石油勘探开发研究院北京102206 页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室北京102206 中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所江苏无锡214126

近年来我国页岩气勘探开发逐渐走向深层,但对高温高压条件下页岩吸附特征、游离气的赋存特征还不清楚,制约了深层页岩气大规模开发。以四川盆地威荣、永川地区深层页岩为研究对象,对不同有机碳含量和孔隙度的样品开展了高温高压(135℃、... 详细信息

近年来我国页岩气勘探开发逐渐走向深层,但对高温高压条件下页岩吸附特征、游离气的赋存特征还不清楚,制约了深层页岩气大规模开发。以四川盆地威荣、永川地区深层页岩为研究对象,对不同有机碳含量和孔隙度的样品开展了高温高压(135℃、80 MPa)等温吸附实验和孔隙度实验,计算了页岩吸附气量、游离气量和总含气量的理论值,并与实际值进行对比。研究表明:①页岩吸附气含量随着压力增大逐渐增加,当压力大于40 MPa后,吸附气量增加趋于平缓,最大可达4.46 cm^(3)/g。②页岩理论含气量随着地层压力的增加而增加,当地层压力达到80 MPa时总含气量达到最大,此时理论最大值为11.3 cm^(3)/g;计算的游离气含量为6.8 cm^(3)/g,吸附气含量为4.5 cm^(3)/g,分别约占总含气量的60%和40%;游离气/吸附气比例随深度增加逐渐增加。③基于现场解吸实验,实测威页11-1井总含气量最大值为5.95 cm^(3)/g,最小值为3.29 cm^(3)/g,平均为4.52 cm^(3)/g,对比理论含气量10.3 cm^(3)/g,表明有近50%的气体在抬升过程中散失,同时一定程度上也说明了深层页岩气保存条件的复杂性,建议加强对保存条件的研究。

关键词：吸附气游离气深层页岩气含气量定量评价四川盆地

基于决策树的川滇地区地震序列类型判定特征重要性研究

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地震研究 2024年第3期47卷 321-335页

作者：赵小艳蒋海昆孟令媛苏有锦贺素歌云南省地震局云南昆明650224 中国地震台网中心北京100045

基于1966—2021年川滇地区225次5级以上地震目录、地震序列目录和历史地震震源机制资料,参考以往研究和震后趋势预测实践经验,构建了10个基于地震观测数据的机器学习序列类型判定特征样本数据集。基于地震序列分类定义,设置多震型、主... 详细信息

基于1966—2021年川滇地区225次5级以上地震目录、地震序列目录和历史地震震源机制资料,参考以往研究和震后趋势预测实践经验,构建了10个基于地震观测数据的机器学习序列类型判定特征样本数据集。基于地震序列分类定义,设置多震型、主余型、孤立型三类样本“标签”。对样本进行不均衡处理、对特征参数进行缺失处理后,采用决策树模型对特征参数的重要性进行研究。结果显示:不同时间段特征参数重要性类别有一定差异,随着序列数据资料的增加,序列类型判断更倚重动态的序列数据资料;主震震源机制相关参数和主震参数对序列分类有较高的贡献率,序列参数对序列分类贡献率不高。整体而言,模型给出的结果与实际经验性预报方法较为一致。

关键词：地震序列类型机器学习特征参数决策树

四川盆地及周缘奥陶系-志留系深层页岩气富集特征与勘探方向

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石油勘探与开发 2022年第4期49卷 648-659页

作者：聂海宽李沛党伟丁江辉孙川翔刘秘王进杜伟张培先李东晖苏海琨页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室北京102206 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院北京102206 西安石油大学地球科学与工程学院西安710300 中国石油集团工程技术研究院有限公司北京102206 中国石化江汉油田分公司勘探开发研究院武汉430223 中国石油化工股份有限公司华东油气分公司南京210019 中国地质大学(北京)能源学院北京100083

基于高温高压条件下页岩物性、三轴应力和甲烷等温吸附等针对性实验,对四川盆地及其周缘奥陶系五峰组—志留系龙马溪组深层页岩气富集特征进行研究。结果表明:①深层页岩孔隙度和水平渗透率比中浅层页岩出现较大程度的降低,含气结构以... 详细信息

基于高温高压条件下页岩物性、三轴应力和甲烷等温吸附等针对性实验,对四川盆地及其周缘奥陶系五峰组—志留系龙马溪组深层页岩气富集特征进行研究。结果表明:①深层页岩孔隙度和水平渗透率比中浅层页岩出现较大程度的降低,含气结构以游离气为主。②深层页岩偏应力和轴向应变等参数增大,导致破裂难度增加。③受构造位置和形态、裂缝特征和流体活动期次等控制,深层页岩气保存条件更复杂。④为实现深层页岩气经济开发,深化地质认识是基础,探索针对性压裂改造工程工艺是关键。⑤Metabolograptus persculptus带—Parakidograptus acuminatus带(LM1—LM3笔石带)硅质页岩、含灰硅质页岩是深层页岩气富集高产层段和水平井穿行的有利靶窗,厚度超过10 m的焦石坝、武隆、长宁和泸州等地区是深层页岩气最有利富集区。研究指出深层页岩气勘探应优先在宽缓构造且埋深小于5000 m、LM1—LM3笔石带页岩厚度大于10 m的“深水深层型”页岩气区进行勘探开发部署,开发工程应增加开发井水平段长度,并采用密切割、强加砂、双暂堵等工艺,以最大程度地改造深部页岩储集层。

关键词：深层页岩气富集条件储集层特征勘探方向奥陶系五峰组志留系龙马溪组四川盆地