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页岩储层构造裂缝活动期次及开启性研究进展与展望

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地学前缘 2024年第5期31卷 1-16页

作者：丁文龙王垚张子游刘天顺程晓云勾通王生晖刘霆锋中国地质大学(北京)能源学院北京100083 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)自然资源部页岩气资源战略评价重点实验室北京100083

随着我国在非常规油气领域的研究不断深入和技术手段不断提高,页岩油气勘探开发工作取得了显著进展。大量生产实践结果表明:页岩储层裂缝是影响油气富集、高产和稳产的关键因素,页岩储层中裂缝的存在不仅可以改善储层的物性,还有利于后... 详细信息

随着我国在非常规油气领域的研究不断深入和技术手段不断提高,页岩油气勘探开发工作取得了显著进展。大量生产实践结果表明:页岩储层裂缝是影响油气富集、高产和稳产的关键因素,页岩储层中裂缝的存在不仅可以改善储层的物性,还有利于后期的压裂改造。特别是储层中发育的构造裂缝,其活动期次与开启性的研究对于揭示页岩油气富集规律、保存条件等具有重要意义。早期对于页岩储层裂缝的研究集中在裂缝分类、识别与表征、裂缝发育主控因素分析与分布预测及建模等方面,而对于裂缝的形成时间与活动期次厘定、裂缝开启性的主控因素、裂缝开启与闭合机理、裂缝开启程度定量表征研究相对薄弱,制约了我国盆内页岩油气的高效勘探开发。为此本文在充分调研了国内外页岩储层构造裂缝研究成果的基础上,围绕页岩储层构造裂缝活动期次及开启性这一主题,重点梳理了页岩裂缝期次划分、充填脉体定年、开启性主控因素分析及开启程度定量表征方面的研究进展。裂缝活动期次的划分方法可分为两类:地质定性分析和裂缝充填物地球化学示踪分析。在实际应用中,上述方法只能得到裂缝活动期次相对的先后顺序,且会受到埋藏史、热史等基础地质资料精度的影响,其应用存在一定局限性。裂缝中脉体多为碳酸盐岩矿物和石英,高精度微区原位U-Pb定年技术的出现,使得厘定不同组系裂缝脉体形成的绝对年龄成为可能,避免了由于热史、埋藏史认识差异带来的流体活动时间的多解问题。影响构造裂缝开启性的主控因素较多,不仅受到岩石本身特性的影响,还受到现今地应力、地层流体压力等因素的控制。裂缝中广泛分布的纤维状充填物岩石学特征记录了晶体的生长过程,此类特殊的晶体形态是裂缝曾经存在多期活动的证据,揭示了裂缝多次开启闭合的演化过程。目前主要应用开度这一参数来表征裂缝的开启程度,或是通过计算及实验获取裂缝开启压力间接表征其开启性。在总结并分析上述研究成果后指出了页岩储层构造裂缝活动期次及开启性研究中存在的关键问题及发展趋势,旨在丰富和完善页岩油气储层研究的理论和方法体系,为我国页岩油气的构造保存条件和富集机理研究提供重要的科学依据。

关键词：页岩储层构造裂缝活动期次裂缝开启性裂缝脉体定量表征

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页岩含气量现场测试技术进展与发展趋势

地学前缘 2024年第1期31卷 315-326页

作者：张金川王香增李中明刘树根牛嘉亮袁天姝李兴起唐玄中国地质大学(北京)能源学院北京100083 自然资源部页岩气资源战略评价重点实验室北京100083 陕西延长石油(集团)有限责任公司陕西西安710075 河南省地质研究院河南郑州450016 西华大学四川成都610039

含气量是页岩气勘探评价及生产决策中的关键性基础参数,大三段式现场含气量解吸是准确、经济、快捷的首选方法。有别于煤层气思路,页岩含气量在测试原理、方法、技术及仪器等方面均取得了重要进展。无管化测试技术和小三段式测量方法的... 详细信息

含气量是页岩气勘探评价及生产决策中的关键性基础参数,大三段式现场含气量解吸是准确、经济、快捷的首选方法。有别于煤层气思路,页岩含气量在测试原理、方法、技术及仪器等方面均取得了重要进展。无管化测试技术和小三段式测量方法的提出和应用,在提高解吸气测试精度的同时提供了更多有价值的信息。从借鉴于煤层气的条件回推法到多点测量约束拟合法,页岩损失气测量方法更加摆脱了对假设条件的依赖。基于非接触式扭矩传递的方法原理,实现了残余气测试过程中的全程气密。双三段式的含气量准确测量,为总含气量、游吸比、可采系数等含气结构参数的分析和求取奠定了基础,但页岩的可采气量并不是损失气和解吸气的简单加和。高精度含气量现场解吸的应用领域广泛,高精度解吸数据的系统获得、含气结构多参数的预测评价、智能评价技术的实践应用等,是页岩含气量现场解吸发展的基本方向。

关键词：页岩气含气量含气结构技术进展发展趋势

溱潼凹陷阜二段页岩岩相组合特征及其对含油性的影响

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中国海上油气 2024年第2期36卷 37-49页

作者：李思佳唐玄昝灵花彩霞冯赫青陈学武郑逢赞陈宗铭中国地质大学(北京)能源学院北京100083 自然资源部页岩气资源战略评价重点实验室北京100083 中国石化华东油气分石油勘探开发研究院江苏南京210019 中国石油华北油田公司勘探开发研究院河北任丘062552

苏北盆地溱潼凹陷阜宁组二段(阜二段)页岩油勘探取得了一系列突破。溱潼凹陷阜二段页岩矿物组成占比接近,且岩相单层厚度薄、垂向上变化十分频繁,依靠传统矿物组成的岩相划分方法在本地区应用受到很大局限。以溱页1井湖相泥页岩层段岩... 详细信息

苏北盆地溱潼凹陷阜宁组二段(阜二段)页岩油勘探取得了一系列突破。溱潼凹陷阜二段页岩矿物组成占比接近,且岩相单层厚度薄、垂向上变化十分频繁,依靠传统矿物组成的岩相划分方法在本地区应用受到很大局限。以溱页1井湖相泥页岩层段岩心为研究对象,通过岩心、薄片观察、全岩X射线衍射、有机地球化学等实验分析,开展岩相划分及其组合特征研究,并分析其对含油性的影响。研究认为:在页岩矿物组成近似条件下,基于沉积构造,溱潼凹陷阜二段页岩可分为块状黏土质泥岩(MCM)、块状混合质泥岩(MMM)、纹层状混合质页岩(LMS)、层状混合质页岩(BMS)和纹层状长英质页岩(LSS)共5种岩相类型,根据岩相在垂向上分布的规律又划分出8种岩相组合;阜二段页岩岩相组合与层段划分具有一定对应性,以S1=1.5 mg/g、OSI=100 mg/g为主要界限指标,可以将不同岩相组合含油性及可动性进行很好的区分,符合S1>1.5 mg/g、OSI>100 mg/g标准的MCM-LMS-BMS和LMS-BMS-LMS岩相组合确定为该区有利岩相组合,其所属层段为页岩油勘探有利层段。本研究认识为陆相页岩岩相及其对油气聚集控制理论的完善提供了有益补充。

关键词：苏北盆地溱潼凹陷阜宁组页岩岩相岩相组合页岩油含油性可动性

深层页岩压裂多级裂缝内支撑剂运移与分布规律

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天然气工业 2024年第7期44卷 1-11页

作者：郭建春唐堂张涛周航宇刘彧轩李明峰杨若愚油气藏地质与开发全国重点实验室·西南石油大学中国石油西南油气田公司页岩气研究院中国石油西南油气田公司勘探事业部

深层页岩天然裂缝与层理缝发育,经体积改造后易形成“主缝+支缝+次微缝”的多级裂缝结构,但受高垂向应力和高水平应力差条件的影响,深层页岩压裂裂缝开度极窄且主次缝开度差异较大。为了明确多级裂缝内支撑剂运移机制与分布规律,搭建了... 详细信息

深层页岩天然裂缝与层理缝发育,经体积改造后易形成“主缝+支缝+次微缝”的多级裂缝结构,但受高垂向应力和高水平应力差条件的影响,深层页岩压裂裂缝开度极窄且主次缝开度差异较大。为了明确多级裂缝内支撑剂运移机制与分布规律,搭建了大型可视化支撑剂输送实验系统,研究了泵注排量、液体黏度、支撑剂粒径、支撑剂浓度、裂缝特征参数对支撑剂运移与分布的影响规律,最后基于水电相似原理计算了裂缝整体导流能力并开展了评价分析。研究结果表明:①缝内支撑剂存在多种堆积模式,其形成由流体对支撑剂的携带能力决定;②支撑剂分流效率受多种因素影响,增大排量与减小支撑剂粒径均可提高分流效率;③多级裂缝内,增大排量与压裂液黏度均在一定程度上改善了支撑剂非均匀分布,但裂缝导流能力表现为先增大后减小;④综合支撑剂分流结果与多级裂缝内支撑剂分布规律,推荐坚持“大排量+低黏度”泵注思想,以保证大粒径支撑剂占比,适当混合小粒径支撑剂,构建“近井区高导流+远井区有支撑”的高导流裂缝体。结论认为,基于含多级裂缝的大型可视化支撑剂输送实验系统,全面系统研究了不同条件下多级裂缝内支撑剂运移与堆积的模式,研究成果可为深层页岩压裂泵注工艺参数设计与优化提供理论支撑。

关键词：深层页岩体积压裂多级裂缝水平裂缝支撑剂运移缝内分布室内实验系统

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黔桂地区下石炭统富有机质页岩的页岩气勘探意义

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地质学报 2024年第7期98卷 2193-2215页

作者：梅冥相陈基瑜张英杰中国地质大学地球科学与资源学院北京100083 中国地质大学(北京)生物地质与环境地质国家重点实验室北京100083 广西地质调查院广西南宁530023

一套总厚度接近300 m的富有机质页岩,总有机碳含量(TOC)普遍大于2%是其基本特征,主导着下石炭统杜内阶至维宪阶的鹿寨组,集中发育在黔桂地区所在的华南板块滇黔桂盆地的台间盆地相带之中的三级海平面上升期,代表着一套重要的潜在性页岩... 详细信息

一套总厚度接近300 m的富有机质页岩,总有机碳含量(TOC)普遍大于2%是其基本特征,主导着下石炭统杜内阶至维宪阶的鹿寨组,集中发育在黔桂地区所在的华南板块滇黔桂盆地的台间盆地相带之中的三级海平面上升期,代表着一套重要的潜在性页岩气勘探目的层。更为重要的是,特殊的形成发育时代,从深水台间盆地相的鹿寨组向浅水连陆台地中的深水陆棚相英塘组的相变和穿时减薄,而且结束于一套煤系地层主导的三角洲沉积体系的沉积过程之中;这些特征不但将这套富有机质页岩特征化,而且代表着一个与欧美地区泛大陆上的下石炭统(密西西比亚系)存在差异巨大的早石炭世沉积序列;因为在泛大陆上,只有石炭系的上部(上石炭统:宾夕法利亚亚系)储存着大量的煤,石炭系下部(下石炭统,或密西西比亚系)则包含着不同寻常的大套灰岩。这一套可以归为缺氧盆地相的下石炭统富有机质页岩,其中的有机质堆积作用,主要为以下3个因素之间复杂的相互作用所形成,即:①得到增强的生产率;②与还原条件相关而得到增强的有机质保存作用;③得到较低沉积作用速率导致的减弱的有机质稀释作用;而且这3个因素还直接受到海平面波动控制。但是,除了这3个因素之外,细粒植物碎屑的“生物碳泵(The biological carbon pump)”,也应该是这一套富有机质页岩中有机质富集的另外一个重要机制,尽管还存在许多细节问题需要进一步研究。

关键词：富有机质页岩页岩气勘探早石炭世沉积序列黔桂地区

渝西地区高含水页岩气藏特征、形成机理及地质意义

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天然气工业 2024年第8期44卷 58-71页

作者：吴永辉姜振学吴建发梁兴石学文包书景吴伟徐亮唐相路韩云浩中国石油大学(北京)非常规油气科学技术研究院油气资源与工程全国重点实验室·中国石油大学(北京) 中国石油西南油气田公司页岩气研究院页岩气评价与开采四川省重点实验室中国石油浙江油田公司中国地质调查局油气资源调查中心

渝西地区深层龙马溪组页岩气藏是四川盆地海相页岩气增储上产的主要领域,然而该区域局部页岩气藏高含水给深层页岩气勘探开发带来了挑战。为此,通过基础地质、地球化学、孔隙结构、连通性、断裂活动期、页岩气成藏调整期、高含水页岩的... 详细信息

渝西地区深层龙马溪组页岩气藏是四川盆地海相页岩气增储上产的主要领域,然而该区域局部页岩气藏高含水给深层页岩气勘探开发带来了挑战。为此,通过基础地质、地球化学、孔隙结构、连通性、断裂活动期、页岩气成藏调整期、高含水页岩的高角度方解石脉体与上下石灰岩地层锶同位素等分析,对高含水页岩气藏形成的关键因素、页岩中水的来源及路径进行了研究,并通过数值模拟明确了高含水页岩气藏的含水饱和度下限及高含水页岩气藏与低含水页岩气藏的平面边界,揭示了高含水页岩气藏的形成机理及地质意义。研究结果表明:①断穿龙马溪组地层且终止于二叠系岩溶储层的断裂是研究区局部页岩气藏高含水的关键因素。②断裂活动期与页岩气成藏调整期匹配,页岩气先散失,下二叠统栖霞组底部地层水再沿断裂进入龙马溪组页岩储层,进而形成局部高含水。③高含水页岩的含水饱和度下限为40%,断裂附近外来水供给充足时,断裂破碎带的5 km外为高含水页岩气藏与低含水页岩气藏的边界;外来水供给不充足时,可根据高含水井位向外推0.78~5.10 km,即为页岩气勘探有利区。结论认为,渝西地区二叠系岩溶储层与切穿龙马溪组且终止于二叠系地层的活动断裂是局部页岩气藏高含水的原因,该研究成果为规避渝西地区深层高含水页岩气藏、确定页岩气有利区边界及评价井井位部署提供了理论指导。

关键词：四川盆地渝西地区龙马溪组深层页岩气藏高含水饱和度形成机理地质意义

铼-锇(Re-Os)同位素油气藏定年及其存在问题——以四川盆地震旦系—寒武系气藏为例

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天然气地球科学 2024年第4期35卷 676-687页

作者：葛翔朱光有陈鑫雨高亚仙沈传波中国地质大学构造与油气资源教育部重点实验室湖北武汉430074 中国石油勘探开发研究院北京100083 中国地质大学资源学院湖北武汉430074

油气藏形成时间至关勘探目标优选评价和资源潜力评估,历来受到石油地质学家重视。近年来烃类Re⁃Os同位素年代学备受关注,石油地质学工作者试图运用其年龄数据锁定油气藏形成精准时间,但是大多数情况获得的定年结果存在多解性。以四川盆... 详细信息

油气藏形成时间至关勘探目标优选评价和资源潜力评估,历来受到石油地质学家重视。近年来烃类Re⁃Os同位素年代学备受关注,石油地质学工作者试图运用其年龄数据锁定油气藏形成精准时间,但是大多数情况获得的定年结果存在多解性。以四川盆地震旦系—寒武系气藏为例,通过对前人开展的大量年代学数据的梳理分析,重新厘定了震旦系—寒武系油气成藏过程,并系统讨论了沥青Re⁃Os同位素定年存在的问题。研究认为四川盆地震旦系—寒武系天然气藏经历了①奥陶纪至志留纪油藏初次形成、②三叠纪油藏二次形成、③侏罗纪至白垩纪油藏裂解形成天然气藏及④白垩世以来天然气藏调整改造4个阶段的演化过程。其中,川西寒武系低熟生物降解沥青Re⁃Os等时线年龄(约485 Ma)记录了加里东运动前奥陶纪的油气成藏作用,川北震旦系与MVT铅锌矿共生沥青Re⁃Os等时线年龄(约184~128 Ma)为原油热裂解作用及TSR作用的双重响应,川中震旦系—寒武系沥青Re⁃Os等时线年龄(414 Ma,154 Ma)反映了原油生成及热裂解生气的不同信息。在未来研究中,建议在沥青成因、成熟度、原油热裂解程度、TSR程度等研究基础上,开展沥青Re⁃Os同位素分析并对其地质意义进行合理解释。

关键词：古油藏成藏年代 Re-Os定年震旦系—寒武系四川盆地

川东北地区五峰组–龙马溪组页岩地球化学特征及有机质富集模式

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煤炭科学技术 2024年第8期52卷 124-138页

作者：张治波郭英海郑伟清曾春林李岩赵迪斐张家明中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 中国冶金地质局一局环境科技有限公司河北雄安071703 自然资源部页岩气勘探重点实验室(重庆市地质矿产研究院) 重庆401120 页岩气勘探开发国家地方联合工程研究中心(重庆地质矿产研究院) 重庆401120 中国地质调查局花岗岩成岩成矿地质研究中心湖北武汉430205

四川盆地是我国页岩气开发的主力产区,川东北地区作为四川盆地的页岩气开发的接替区,备受关注。为了探究川东北地区上奥陶统五峰组–下志留统龙马溪组富有机质页岩的控制因素及富集模式。采用电感耦合等离子体质谱(ICP–MS)方法对川东... 详细信息

四川盆地是我国页岩气开发的主力产区,川东北地区作为四川盆地的页岩气开发的接替区,备受关注。为了探究川东北地区上奥陶统五峰组–下志留统龙马溪组富有机质页岩的控制因素及富集模式。采用电感耦合等离子体质谱(ICP–MS)方法对川东北地区五峰组–龙马溪组14件页岩进行元素分析,并结合测井曲线特征,探讨五峰组–龙马溪组沉积体系、氧化还原条件、陆源碎屑输入、初级生产力和古气候关系。识别出了3个三级层序(SSQ1,SSQ2和SSQ3),海平面经历了由高—低—高—低的过程,结合页岩元素的w(V)/w(Cr),w(V)/w(V+Ni),w(Ni)/w(Co),w(Sr)/w(Cu),w(Sr)/w(Ba),T(℃)等参数,指示了五峰组-龙马溪组,经历了氧化—贫氧—缺氧还原—贫氧—氧化的淡水环境;气候经历了温暖湿润—干旱寒冷—温润湿润—干旱寒冷—温暖湿润演化过程,温度经历了降低—升高—降低—升高的过程。川东北地区五峰组-龙马溪组有机质富集模式可划分为Ⅲ阶段模式,第Ⅰ阶段,五峰组到龙马溪组底部沉积时期,有机碳逐渐增高阶段;第Ⅱ阶段,龙马溪组中部,有机碳富集阶段(甜点段);第Ⅲ阶段,龙马溪组上部,有机碳逐渐降低阶段。期望为川东北地区页岩气的勘探提供依据,下一步,将开展研究区重大地质事件对有机质富集的资源响应研究,深化页岩气富集模式。

关键词：页岩沉积体系地球化学沉积环境古气候五峰组–龙马溪组川东北

黔南地区下石炭统打屋坝组页岩气储层孔隙结构特征及含气性评价

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岩性油气藏 2024年第1期36卷 45-58页

作者：杨博伟石万忠张晓明徐笑丰刘俞佐白卢恒杨洋陈相霖中国地质大学资源学院武汉430074 中国地质大学教育部构造与油气资源重点实验室武汉430074 中国石油大庆油田公司成都勘探开发研究院成都610041 中国地质调查局油气资源调查中心北京100029

通过场发射扫描电镜观察、全岩X射线衍射分析、N2与CO_(2)等温吸附实验等,对黔南地区下石炭统打屋坝组页岩孔隙结构特征及含气性进行系统研究。研究结果表明:①黔南地区下石炭统打屋坝组页岩岩相类型主要为灰质页岩相和灰/泥混合质页岩... 详细信息

通过场发射扫描电镜观察、全岩X射线衍射分析、N2与CO_(2)等温吸附实验等,对黔南地区下石炭统打屋坝组页岩孔隙结构特征及含气性进行系统研究。研究结果表明:①黔南地区下石炭统打屋坝组页岩岩相类型主要为灰质页岩相和灰/泥混合质页岩相,含硅泥质页岩相少量发育;页岩有机质丰度偏低,成熟度较高。②研究区打屋坝组页岩孔隙类型可分为无机质孔隙、有机质孔隙和微裂缝,其中无机质孔隙占主导;页岩孔径分布呈多峰态,以小于1nm的微孔及2.0~2.4nm和6.0~8.0nm的低值介孔为主;页岩孔体积主要由介孔和宏孔提供,可控制游离气的赋存;页岩比表面积主要由微孔和介孔提供,可控制吸附气的赋存。③研究区打屋坝组页岩含气性主要受孔隙结构和保存条件的控制,其中孔隙结构的主要影响因素为有机质和矿物组分,有机质和黏土矿物含量对孔隙的发育具有积极作用,而脆性矿物含量在一定程度上抑制了孔隙的发育;强烈的构造变形是导致研究区页岩气保存条件较差的主要原因,可利用保存指数定性-定量评价打屋坝组页岩气的保存条件并进行有效分级。

关键词：页岩气储层孔隙结构无机质孔有机质孔含气性构造变形保存条件打屋坝组下石炭统黔南地区