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煤田地质与勘探 2021年第6期49卷 35-45页

作者：谢佳彤付小平秦启荣李虎中国石化勘探分公司四川成都610041 西南石油大学地球科学与技术学院四川成都610500 四川建筑职业技术学院四川成都610399

页岩气的商业性开发证实成熟页岩具有较大的勘探潜力,川东南地区是我国南方页岩气勘探开发的战略先导区。裂缝发育情况是页岩气保存和开发部署的关键因素,对于构造环境复杂特殊的盆缘地区,在加大页岩裂缝研究难度的同时,也给页岩气勘探... 详细信息

页岩气的商业性开发证实成熟页岩具有较大的勘探潜力,川东南地区是我国南方页岩气勘探开发的战略先导区。裂缝发育情况是页岩气保存和开发部署的关键因素,对于构造环境复杂特殊的盆缘地区,在加大页岩裂缝研究难度的同时,也给页岩气勘探开发提供了新的方向。页岩气勘探作为我国油气勘探的新领域,尚未形成成熟的裂缝评价体系。以川东南东溪地区为例,基于三轴岩石力学实验结果,首先采用有限元数值模拟手段进行应力场模拟,而后利用岩石力学参数进行模型构建和模拟结果的反复试算,以获取东溪地区最大、最小主应力和应力差分布图,最后运用莫尔–库伦准则计算岩体破裂系数预测裂缝分布规律。结果表明:研究区裂缝发育情况主要分为4个级别,其中,Ⅰ级裂缝呈条带状分布在东西两侧断裂附近,Ⅱ级裂缝在Ⅰ级裂缝周围发育,而Ⅲ级裂缝分布在北部背斜核部和西部背斜翼部;优选页岩气埋深、距剥蚀区距离、距齐岳山断裂距离、断裂作用、应力差及压力系数等10个保存条件参数,采用组合权重法确定保存条件参数权重,其中一级参数权重分别为埋深(0.2)、距剥蚀区距离(0.1)、距齐岳山断裂距离(0.1)、断裂作用(0.25)、应力差(0.15)、压力系数(0.2),以此建立相对完善的页岩气评价体系与评价标准。优选出2类页岩气勘探目标有利区,其中A类、B类有利区分别分布在研究区南部背斜核部及翼部和中部宽缓褶皱两翼。研究成果为川东南地区的页岩气勘探提供重要的参考价值。

关键词：川东南东溪地区页岩储层构造应力场模拟裂缝分布预测页岩气保存

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四川盆地东溪地区五峰-龙马溪组页岩超临界甲烷吸附机理研究

四川盆地东溪地区五峰-龙马溪组页岩超临界甲烷吸附机理研究

引用

作者：王涛中国地质大学

学位级别：硕士

随着中国经济的快速发展,油气资源的需求量日益增加。目前,四川盆地及其周边地区上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩是我国页岩气勘探开发的主要层系,但产气层位主要分布在中浅层页岩,而对具有资源潜力大的深层页岩研究相对薄弱。本... 详细信息

随着中国经济的快速发展,油气资源的需求量日益增加。目前,四川盆地及其周边地区上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩是我国页岩气勘探开发的主要层系,但产气层位主要分布在中浅层页岩,而对具有资源潜力大的深层页岩研究相对薄弱。本文以川东南东溪地区五峰-龙马溪组页岩为研究对象,采用地球化学分析、场发射扫描电镜、低温气体吸附（CO和N）、高压压汞、低场核磁共振以及高温高压甲烷吸附等实验技术,对研究区页岩孔隙结构特征以及甲烷吸附特征进行了系统研究,并在此基础上进一步揭示了页岩超临界甲烷吸附机理。主要取得了以下认识:1.东溪地区五峰-龙马溪组页岩主要发育四种岩相:富硅泥质页岩、泥/硅混合质页岩、富泥硅质页岩和硅质页岩,其中富泥硅质页岩和硅质页岩是形成有利储层的优质岩相。东溪地区富有机质页岩孔隙类型主要为有机孔、无机孔(粒内孔和粒（晶）间孔)和微裂缝;其中有机孔相对发育,多呈不规则状、椭圆状,局部脆性矿物表面发育部分粒内孔,分布比较零散,连通性差。定量表征结果显示,东溪地区五峰-龙马溪组页岩孔隙主要发育微孔和介孔,宏孔发育相对较少;相比较微孔和介孔,宏孔具有较强的非均质性。研究区页岩孔隙发育受沉积环境、构造作用、矿物组成、有机质丰度等因素共同影响,其中有机质可以作为研究区页岩孔隙发育的物质基础,由石英等矿物构成的刚性格架可以保护孔隙不被压实破坏。2.开展了甲烷吸附试验,对超临界状态下甲烷吸附特征、模型优选、“倒吸附”成因以及页岩甲烷吸附主控因素进行了系统分析,发现页岩甲烷吸附曲线存在过剩吸附特征,而造成这一现象的主要原因与游离相和吸附相密度存在差值有关。对比分析不同的超临界甲烷吸附模型,认为利用SDR模型计算页岩甲烷吸附量效果更好,而S-Langmuir模型用于研究页岩甲烷吸附热动力学特征更合适。研究区页岩甲烷吸附能力的关键影响因素主要包括有机质丰度、矿物组分、温度、压力以及孔隙结构特征,其中压力、石英、有机质丰度对甲烷的吸附能力起到正效应,而温度对甲烷吸附能力起到抑制作用,黏土矿物受到压实作用影响为甲烷赋存提供的空间有限。页岩发育的微孔和介孔可为甲烷提供充足的吸附空间,有利于甲烷的吸附赋存。3.通过多种吸附理论分析了东溪地区页岩甲烷吸附形式,发现页岩气在实际地质条件下既发生微孔填充,又有单层吸附。压力较低时,甲烷分子会优先在微孔中进行吸附,并发生凝聚充填现象;随着微孔填充饱和,甲烷分子将开始在介-宏孔结构中进行单层进行吸附,直至完全吸附。随着温度的升高,甲烷分子的活动能力变强,微孔填充的尺度上限将降低,甲烷分子将以单层吸附形式存在于孔隙表面。4.通过变温甲烷吸附实验,结合多种理论模型,明确了在超临界条件下页岩中甲烷吸附热动力学特征。页岩表面的吸附势的大小与页岩中微孔发育程度有关,一般微孔越发育,页岩的吸附势越大。页岩表面的自由能随着压力增加逐渐增大,但各个压力点的表面自由能变化值在逐渐降低;随着温度升高,页岩之间的表面自由能差异减小,表明温度的升高抑制了甲烷吸附的进行。页岩在进行甲烷吸附过程中,如果忽略吸附相体积的影响,甲烷吸附的实际吸附热将被高估。因此,考虑吸附体积对实际吸附容量的影响尤为重要。

关键词：东溪地区五峰-龙马溪组孔隙结构超临界甲烷吸附吸附机理

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