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富有机质页岩-水蒸气吸附热力学与动力学特性——以鄂尔多斯盆地二叠系山西组页岩为例

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石油与天然气地质 2021年第1期42卷 173-185页

作者：党伟张金川王凤琴李沛单长安王睿婧西安石油大学地球科学与工程学院陕西西安710065 全国石油和化工行业致密油气地质学重点实验室陕西西安710065 中国地质大学(武汉)构造与油气资源教育部重点实验室湖北武汉430074 中国地质大学(北京)能源学院北京100083

吸附是页岩储层原生水赋存、外来水滞留的关键机理之一,而明确水在富有机质页岩中的吸附特性则对于进一步探讨页岩储层微观气水分布、深化页岩气富集成藏机理以及提高页岩气采收率等地质和工程问题具有重要的理论和实践意义。采用实验测... 详细信息

吸附是页岩储层原生水赋存、外来水滞留的关键机理之一,而明确水在富有机质页岩中的吸附特性则对于进一步探讨页岩储层微观气水分布、深化页岩气富集成藏机理以及提高页岩气采收率等地质和工程问题具有重要的理论和实践意义。采用实验测试(页岩-水蒸气等温吸附)和理论模型(7种吸附热力学模型和4种吸附动力学模型)相结合的研究方法,对页岩-水蒸气吸附特性展开基础理论研究。结果表明:页岩-水蒸气吸/脱附等温线为典型的Ⅱ型曲线且吸/脱附滞后环一直延伸至极低相对压力区,而这与粘土矿物层间水难以脱出有关;GAB与Dent模型是描述页岩-水蒸气等温吸附曲线的最佳模型,反映水分子从单分子层吸附到多分子层吸附再到毛细凝聚的物理过程且存在两级吸附点位。当p/p 0质孔隙表面的一级吸附点位上,形成单分子层吸附。随着相对压力继续增加(0.10.8,一级吸附点位已基本达到饱和,而二级吸附点位对水分子吸附的贡献则继续增加,出现毛细凝聚现象;此外,页岩-水蒸气吸附的吉布斯自由能变、焓变以及熵变均为负值,表明吸附是一个自发、放热、熵减的过程;双一阶动力学模型是描述页岩-水蒸气吸附动力学过程的最佳理论模型,表明页岩-水蒸气吸附过程可划分为初期外扩散主导的表面吸附和后期内扩散所主导的孔隙吸附,并且内扩散是控制水蒸气吸附的速率控制步骤。

关键词：吸热热力学吸附动力学吸附机理水蒸气吸附富有机质页岩山西组二叠系鄂尔多斯盆地

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富有机质页岩水化特征的试验研究

地下空间与工程学报 2022年第3期18卷 891-900页

作者：王跃鹏刘向君熊健梁利喜西南石油大学油气藏地质及开发国家重点实验室成都610500

为揭示富有机质页岩水化损伤机理,以长宁地区龙马溪组页岩为研究对象,借助于XRD衍射、自吸、浸泡、水化应力、水化应变等一系列物理试验,对其水化特征进行了研究。实验结果表明:富有机质页岩以黏土矿物和石英为主,黏土矿物中伊利石和伊... 详细信息

为揭示富有机质页岩水化损伤机理,以长宁地区龙马溪组页岩为研究对象,借助于XRD衍射、自吸、浸泡、水化应力、水化应变等一系列物理试验,对其水化特征进行了研究。实验结果表明:富有机质页岩以黏土矿物和石英为主,黏土矿物中伊利石和伊蒙混层为主要成分,无蒙脱石;自吸水过程中会发生水化作用,且黏土矿物含量越高,自吸水量越大,水化反应越易发生;水化作用前期较剧烈,后期逐渐趋于稳定;水化过程中可观察到裂纹的萌生、扩展和汇合现象,进一步演化为宏观贯穿裂纹。黏土矿物中伊利石的线性水化应力稍小于蒙脱石,但水化应变却远小于蒙脱石。不同黏土矿物、混层矿物的水化不均匀导致富有机质页岩发生水化损伤现象。

关键词：富有机质页岩自吸伊利石蒙脱石水化应力水化应变

富有机质页岩微裂缝地震响应特征——以长宁示范区宁201井为例

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石油与天然气地质 2020年第2期41卷 407-415页

作者：高博乐潘仁芳金吉能张鉴赵圣贤鄢杰长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室湖北武汉430100 长江大学地球科学学院湖北武汉430100 中国石油西南油气田分公司四川成都610000

为明确四川盆地长宁示范区龙马溪组-五峰组所发育的构造微裂缝密度和走向对富有机质页岩地震响应特征的影响,基于长宁示范区宁201井富有机质页岩钻井岩心资料建立地质模型,利用各向异性HTI介质计算地层反射系数,开展地震AVAZ正演模拟,... 详细信息

为明确四川盆地长宁示范区龙马溪组-五峰组所发育的构造微裂缝密度和走向对富有机质页岩地震响应特征的影响,基于长宁示范区宁201井富有机质页岩钻井岩心资料建立地质模型,利用各向异性HTI介质计算地层反射系数,开展地震AVAZ正演模拟,结合研究区地震勘探资料对比验证,分析该井富有机质页岩微裂缝地震响应特征。研究表明:①富有机质页岩微裂缝的地震识别受到地震资料的入射角、方位角以及主频控制。地震资料入射角控制不同微裂缝密度对振幅造成的差异性,方位角控制微裂缝走向的识别能力,主频保证振幅不会受到地震波调谐效应的影响;②随着地震波传播方向与裂缝面法向的夹角增大,振幅值逐渐降低,在夹角为90°时达到最低。平行于微裂缝走向的方位角振幅不受微裂缝密度变化的影响,垂直于裂缝面方位角振幅随着微裂缝密度增大而增大。从富有机质页岩微裂缝识别的角度来看,研究结果可以为长宁示范区后期富有机质页岩微裂缝地震解释工作提供依据。

关键词：地震响应特征各向异性微裂缝富有机质页岩龙马溪组长宁示范区四川盆地

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富有机质页岩中主要黏土矿物吸附甲烷特性

煤炭学报 2014年第8期39卷 1700-1706页

作者：唐书恒范二平中国地质大学(北京)海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室北京100083 中国地质大学(北京)页岩气资源勘查与战略评价国土资源部重点实验室北京100083

为了研究富有机质页岩中黏土矿物对页岩气赋存的贡献,针对采自湘西北下古生界地层的富有机质页岩样品和购自国际黏土矿物协会的伊利石、蒙脱石、高岭石等标准黏土矿物样品,开展了不同条件下的甲烷等温吸附实验以及其他相关的测试分析。... 详细信息

为了研究富有机质页岩中黏土矿物对页岩气赋存的贡献,针对采自湘西北下古生界地层的富有机质页岩样品和购自国际黏土矿物协会的伊利石、蒙脱石、高岭石等标准黏土矿物样品,开展了不同条件下的甲烷等温吸附实验以及其他相关的测试分析。实验结果显示:在压力20MPa、温度为60℃条件下,蒙脱石的甲烷吸附量最高(4.02cm3/g),高岭石、伊利石和伊蒙混层也具有较大的吸附量(分别为3.48,3.46,3.10cm3/g),绿泥石的吸附量最小(0.88cm3/g)。黏土矿物对甲烷吸附量的大小主要受控于其有效表面积,不同种类黏土矿物内部吸附水对其甲烷分子有效吸附表面积会产生不同影响;同时对比不同温度下(30,60,90℃)伊利石的等温吸附实验结果发现,随着温度的升高甲烷吸附量呈递减的趋势;温度的升高会造成伊利石内部吸附水含量的变化,影响其对甲烷分子的束缚能力。根据等温吸附实验结果计算得到黏土矿物对两个黑色页岩样品的甲烷吸附贡献率分别为44.12%和16.74%。

关键词：富有机质页岩黏土矿物等温吸附贡献率

富有机质页岩方解石脉成因、成岩模式与地质意义——以四川盆地南部龙马溪组为例

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地质论评 2020年第1期66卷 88-100页

作者：吴安彬张景坤王井伶罗家国罗群姜振学油气资源与探测国家重点实验室北京102249 中国石油大学(北京)非常规油气科学技术研究院北京102249 南京大学地球科学与工程学院南京210023

富有机质页岩中方解石脉体普遍发育,其形成过程和机制对成烃储层和成藏具有重要指示意义。本文以四川盆地南部龙马溪组为例,采用显微岩相学、阴极发光、原位微区电子探针、同位素地球化学及流体包裹体相结合的方法,分析其中的方解石脉成... 详细信息

富有机质页岩中方解石脉体普遍发育,其形成过程和机制对成烃储层和成藏具有重要指示意义。本文以四川盆地南部龙马溪组为例,采用显微岩相学、阴极发光、原位微区电子探针、同位素地球化学及流体包裹体相结合的方法,分析其中的方解石脉成因,并结合地质背景探讨了成岩流体动态演化模式及其勘探意义。结果表明,研究区龙马溪组页岩发育三期方解石脉,第一期(Cal-1)近围岩或独立生长,形成于同生-准同生成岩阶段,是微生物还原作用的产物,具有富Fe、Mg、Al元素、贫Mn元素的特征,其δ13CV-PDB=0.06‰~4.53‰,δ18OV-PDB=-13.21‰^-10.79‰,n(87Sr)/n(86Sr)=0.719366~0.719689;第二期(Cal-2)形成于早成岩阶段,是有机质脱羧作用的产物,以相对富Fe、Mg、Mn、Al元素为特征,其δ13CV-PDB=-6.93‰^-0.08‰,δ18OV-PDB=-13.28‰^-10.05‰,n(87Sr)/n(86Sr)=0.719378~0.720688;第三期(Cal-3)远离围岩,形成于晚成岩阶段,是甲烷热氧化作用的产物,具有富Fe、Mg、Mn元素,不含Al元素的特征,其δ13CV-PDB=-19.00‰^-12.64‰,δ18OV-PDB=-9.08‰^-6.65‰,n(87Sr)/n(86Sr)=0.719855~0.721342。通过对方解石脉成因及流体来源刻画,结合龙马溪组页岩热演化史,三期方解石脉的成岩演化对页岩的储集空间具有改善作用,有利于页岩气的勘探开发。

关键词：富有机质页岩流体来源成岩演化微区元素碳、氧、锶同位素龙马溪组

超临界水转化低成熟富有机质页岩生烃特性实验研究

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工程热物理学报 2022年第10期43卷 2675-2680页

作者：谢天赵秋阳董宇巴尔成·巴瓦阿金辉郭烈锦西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049 佛山市南海区鑫锦伟华洁净能源研究院佛山528216

本文采用非等温加热反应器模拟了低成熟富有机质页岩在400℃、25 MPa超临界水中2∼12 h范围内的生烃过程。结果表明转化后的产物在油气水中均有分布。在2∼12 h范围内,有机碳动用程度随时间的增加逐渐升高,在12 h时可达30%以上。产油率... 详细信息

本文采用非等温加热反应器模拟了低成熟富有机质页岩在400℃、25 MPa超临界水中2∼12 h范围内的生烃过程。结果表明转化后的产物在油气水中均有分布。在2∼12 h范围内,有机碳动用程度随时间的增加逐渐升高,在12 h时可达30%以上。产油率随时间的增加先增后减,在4 h时达到最大值22.11 kg(油)·t^(−1)(页岩)。产气率随时间的增加逐渐升高,在12 h时达到最大值32.88 m^(3)(气)·t^(−1)(页岩)。产油中的饱和烃和芳香烃总含量始终大于80%,随着反应时间的延长,产气中甲烷、乙烷和氢气的选择性增强,水溶性有机物含量先增后减,在反应时长8 h时水TOC达到峰值259.98 mg·L^(−1)。超临界水还能够有效脱除低成熟富有机质页岩中的黄铁矿,并促进页岩内部的介孔和大孔发育。

关键词：富有机质页岩超临界水生烃

扬子地区奥陶纪-志留纪过渡期深时火山灰层发育特征及其对富有机质页岩沉积的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第9期53卷 3509-3521页

作者：杜学斌贾冀新赵珂陆永潮谭超陆扬博吴岳恒中国地质大学(武汉)海洋学院湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)资源学院湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)地球科学学院湖北武汉430074

系统总结扬子地区奥陶纪−志留纪过渡期深时火山灰层的相关研究成果。首先,总结深时火山灰层的鉴定特征并概括了深时火山灰层的时空分布规律;其次,总结深时火山灰层的来源及其年龄;最后,总结深时火山灰对扬子地区富有机质页岩形成的影响... 详细信息

系统总结扬子地区奥陶纪−志留纪过渡期深时火山灰层的相关研究成果。首先,总结深时火山灰层的鉴定特征并概括了深时火山灰层的时空分布规律;其次,总结深时火山灰层的来源及其年龄;最后,总结深时火山灰对扬子地区富有机质页岩形成的影响。研究结果表明:深时火山灰层具有平面上分布范围广、垂向上分布不均一的特征;垂向上可进一步划分出密集段、稀疏段和零星段,代表了火山活动强度逐渐减弱;深时火山灰层可能来自扬子板块的南北两侧,存在3个潜在的来源:北侧的秦岭古洋壳在华北地块之下向北俯冲和扬子地块南缘地块内的伸展和拆离以及南侧的冈瓦纳大陆碎片向华南地块的西北向俯冲碰撞,这是华南地块复杂构造活动响应证据之一。深时火山灰层的锆石年龄指示了华南地区的构造运动可能与全球其他地区的并不同步,大约推迟了5.4 Ma。此外,火山灰可能通过提高古海洋生产力和营造有利保存环境2个方面来促进富有机质页岩的沉积,但对此仍存在一定的争议。为解决争议,建议今后从微观分析和定量研究2个方向开展研究。

关键词：深时火山灰发育特征富有机质页岩扬子地区

济阳坳陷古近系沙河街组湖相富有机质页岩白云石成因及成岩演化

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石油勘探与开发 2022年第6期49卷 1080-1093页

作者：滕建彬邱隆伟张守鹏马存飞中国石油大学(华东)地球科学与技术学院山东青岛266580 中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院山东东营257015 中国石化页岩油气勘探开发重点实验室北京100083

通过岩石学、X衍射全岩成分分析、稳定碳氧同位素组成分析,以及微量元素和稀土元素组成分析,对济阳坳陷古近系沙河街组页岩中白云石的成因进行研究。结果表明,研究区沙河街组湖相富有机质页岩中的白云岩发育规模小,可识别出3种白云石矿... 详细信息

通过岩石学、X衍射全岩成分分析、稳定碳氧同位素组成分析,以及微量元素和稀土元素组成分析,对济阳坳陷古近系沙河街组页岩中白云石的成因进行研究。结果表明,研究区沙河街组湖相富有机质页岩中的白云岩发育规模小,可识别出3种白云石矿物:原生白云石(D1)、准同生白云石(D2)和铁白云石(Ak)。D1具有原生球形白云石的结构,高镁高钙,白云石有序度为0.3~0.5,且普遍具有外缘次生加大现象和内核溶蚀孔共存的特征;D2有序度为0.5~0.7,具有次生加大、高镁高钙和含铁锰元素的特点;Ak具有高有序度(0.7~0.9)、菱形晶、高镁、高钙和高铁的特征。在利用碳氧同位素组成和稀土元素分馏特征佐证泥晶方解石为原生成因的基础上,根据共生白云石和泥晶方解石之间的氧同位素组成分馏方程,计算得到研究区页岩中白云石的形成温度为36.76~45.83℃,属于湖相低温白云石。此外,基于原生和准同生白云石晶体的熟化生长机制,恢复了与研究区沙河街组湖相页岩成岩环境相对应的白云石成岩序列和白云石化作用进程。

关键词：济阳坳陷古近系沙河街组富有机质页岩白云石成因同位素分馏稀土元素成岩演化白云石有序度

川东红星地区吴家坪组富有机质页岩特征与发育控制因素

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地质科技通报 2023年第5期42卷 70-81页

作者：王必金包汉勇刘皓天张莉赵帅中国石油化工股份有限公司江汉油田分公司湖北潜江433124 中国石油化工股份有限公司江汉油田分公司勘探开发研究院武汉430074

川东红星地区上二叠统吴家坪组海相富有机质页岩是四川盆地页岩气勘探的重要接替领域,目前已取得勘探突破,但如何实现规模增储、效益开发亟待攻关。基于岩石学、地球化学和含气性等测试分析资料研究了川东红星地区吴家坪组页岩源、储品... 详细信息

川东红星地区上二叠统吴家坪组海相富有机质页岩是四川盆地页岩气勘探的重要接替领域,目前已取得勘探突破,但如何实现规模增储、效益开发亟待攻关。基于岩石学、地球化学和含气性等测试分析资料研究了川东红星地区吴家坪组页岩源、储品质特征,探讨了优质储层发育控制因素。结果表明:吴家坪组页岩有机质类型较好,以Ⅱ1型干酪根为主,具有高TOC含量、高碳酸盐含量和高含气量的特征。页岩w(TOC)普遍介于1%~11%之间,均值6.89%;岩性以硅质页岩和混合页岩为主,其次为灰质页岩,整体脆性矿物含量较高;储层有机质孔发育且物性较好,孔隙度普遍介于2%~5%之间,均值3.1%。研究区富有机质页岩的分布明显受沉积环境的控制,火山活动、古气候以及古生产力共同影响了页岩中有机质的富集与分布。

关键词：富有机质页岩控制因素吴家坪组红星地区四川盆地