四川盆地及其周缘下古生界页岩气保存条件研究.docx
- 文档编号:12073356
- 上传时间:2023-06-04
- 格式:DOCX
- 页数:19
- 大小:30.33KB
四川盆地及其周缘下古生界页岩气保存条件研究.docx
《四川盆地及其周缘下古生界页岩气保存条件研究.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《四川盆地及其周缘下古生界页岩气保存条件研究.docx(19页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
四川盆地及其周缘下古生界页岩气保存条件研究
四川盆地及其周缘下古生界页岩气保存条件研究
第19卷第3期2012年5月 ;)EarthScienceFrontiers地学前缘 Vol.19No.3 Ma2012y 四川盆地及其周缘下古生界页岩气保存条件研究 1112111 聂海宽1, 包书景, 高 波, 边瑞康, 张培先, 武晓玲, 叶 欣, 陈新军000831.中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院,北京1 2.中国石油化工股份有限公司华东分公司研究院,江苏南京210011 111121 ,,,NieHaikuanaoShuinaoBoianRuikanhanPeixianXiaolin
B
G
B
Z Wu jg,g,gg, 11,YeXinhenXinun
C j1.Petroleum Exlorationand DevelomentResearchInstitute,SINOPEC,Beiin00083,China
ppjg1 2.ResearchInstituteoPetroleum Exloration &Develoment,EastComanChina,SINOPEC,Nanin10011,China
f pppy jg2 ,,,NieHaikuanBaoShuinGaoBoetal.AstudofshaleconditionsfortheLowerPaleozoicinSichuanBasinasreservation
jgygp :
anditseriher.EarthScienceFrontiers,2012,193280294
-ppy :
,AbstractTheexlorationofshaleasindicatedanindisutablefactthatthereisasinshalebutthesizeof
pgpgtheshalereservoiranditsindustrialvalueneedfurtherstud.ComaredtothehihofU.S.asroduction
ypggp,shaleasshaleashasitseculiareoloicalcharacteristicsinChina.Theshaleasreservationconditions
ggpgggp,wmabethefocusoftheshaleasexlorationinChinahichislessstudiedinU.S.shaleasexloration.
ygpgp ,,Thisaerstudiedtheshaleasreservationconditionsbmaterialbasistectonism,evolutionarhistor
ppgpyyy
,,,hdroeolosealanditsmicroscoiccomositioncoefficientandotherroertiesasressurearameters
yggyppppgppofshaleintheLowerCambrianandtheUerOrdovicianowerSilurianoftheLowerPaleozoicinSichuanBa
-L
-pperiher.TheasreservationutsinanditsevaluationsstemofshaleofsouthChinawasforwardbcom-
ppygppyy rehensiveanalsisofvariousarameters.
ppy :
;;;eriherasreservationKewordsSichuanBasinanditsshaleconditionstectonism;hdroeolo
ppygpyggyy 摘 要:
页岩气的勘探表明,页岩含气已成为一个不争的事实,但是含气的规模以及是否具有工业价值需要进一步研究。
与美国相比,中国页岩气具有独特的地质条件,页岩气保存条件可能是中国南方下古生界页岩气勘探研究的重点。
文中以四川盆地及其周缘下古生界下寒武统和上奥陶统—下志留统页岩层系为研究对象,从物质基础、构造作用和演化历史、地层水条件、盖层及其微观性质、天然气组分和压力系数等几个方面对页岩气的保存条件进行研究,并综合分析各种指标,提出页岩气保存条件综合评价指标体系,以期对四川盆地及其周缘下古生界页岩气勘探提供更进一步的参考资料。
关键词:
四川盆地及其周缘;页岩气;保存条件;构造作用;水文地质 中图分类号:
P618.13 文献标志码:
A 文章编号:
10052321201203028015---以确定现今油气的丰度和工业价值。
于页岩气吸 0 引言 1] ,油气的聚集具有明显的时间性和有效性[油 附机理的存在,页岩气藏被认为具有一定的抗破坏能力,可能是我国广大南方海相地区油气勘探的突 ]24-。
不同学者根据和美国页岩气地质条件破所在[ 气在聚集以后会随着时间慢慢散失,这就要求对盖类比研究,采用静态指标对页岩气发育 ;收稿日期:
修回日期:
2012032120120503----)基金项目:
国土资源部全国油气资源战略选区调查与评价专项ailniehk.skinoec.com@syyp :
//httwww.earthsciencefrontiers.net.cn2012,193 地学前缘,p )聂海宽,包书景,高 波,等/地学前缘
]3,58-,有利区进行了预测[并且勘探也证实了这些页]910-。
随着勘探的进展,岩是含气的,甚至产气[需要 281
成量,而且影响页岩气的赋存和聚集,进而影响页岩气的资源丰度;对于热成因的页岩②有机质成熟度, 对页岩含气量以及是否具有工业价值进一步研究。
气藏来说,成熟度高低虽然不是含气量的控制因素, 采用静态指标类比研究并预测页岩气发育有利区,但在一定的成熟度范围内页岩的含气能力达到最 11,13]更多地强调了中国页岩气地质条件与美国的共性,大[。
物性特征,主要包括页岩的孔隙度和5 忽视了其特殊性的研究。
与美国相比,中国页岩气渗透率,前者决定了页岩中游离气的含量,后者决定 具有其地质特殊性,并决定了勘探的特殊性和复杂性点 [11] 了页岩的渗流能力。
物质基础作为页岩气评价的静态指标,虽然不是页岩含气量和页岩气是否聚集成藏的决定性因素,但是在页岩气选区,尤其在页岩气勘探早期阶段是重要的评价参数。
不同的学者都根据美国页岩气勘探开发经验并结合我国的实际地质条件对页岩发育的厚度、有机碳、成熟度、矿物组成等物质基础的静态指标下限进行了研究。
笔者认为含气页岩的厚度和有机碳等参数的下限和页岩气藏工业开采的区别较大,页岩气藏工业开采的厚度和有机碳等参数有可能远远大于含气页岩的厚度和有机碳等参数的下限,在页岩气勘探早期建议尽量选取平面上厚度和有机碳等参数较大的区域进行勘探。
在剖面上,笔者通过对四川盆地及其周缘下古生界下寒武统和上奥陶统—下志留统4个岩性-岩矿-地化-物性-含气性综合剖面的研究认为:
从下往上总体特征表现为随着缺氧环境遭到破坏,岩性变化较大,从下向上硅质页岩、碳质页岩厚度减小,灰黑色/灰色页岩、粉砂质页岩厚度增加,直至完全过渡为灰色粉砂质页岩、砂质页岩或泥质粉砂岩。
相应的有机碳含量、热解S于缺氧环境遭到破坏,海1和S2呈减小趋势,水变浅,导致石英含量减少和粘土矿物含量增加,此决定的页岩的吸附能力也下向上呈减小的趋势,成熟度、孔隙度和渗透率等指标在剖面上变化不。
这种剖面上的变化特征,大说明研究区下 ,保存条件可能不是美国页岩气勘探研究的重,但对于我国复杂的地质条件来说,页岩气的 []1112-保存条件研究不容忽视,尤其是四川盆地及其周缘经历了加里东、海西、印支和喜马拉雅等复杂构造运动的地区,需要对页岩气的保存条件进行研究。
以四川盆地及其周缘下古生界下寒武统页岩和上奥陶统—下志留统页岩为研究对象,从物质基础、构造作用和演化历史、地层水条件、盖层及其微观性质、天然气组分和压力系数等几个方面对页岩气的保存条件进行研究,通过综合分析各种指标,提出页岩气保存条件综合评价指标体系,以期对四川盆地及其周缘页岩气勘探提供更进一步的参考资料。
1 物质基础 页岩气是一种自生自储的非常规天然气藏,集烃源岩、储层和盖层等所有关键的成藏体系各要素于同一套页岩层。
物质基础是对页岩的品质进行研究,包括页岩岩性、厚度和展布、地化参数、物性参数和矿物组成等,页岩品质的好坏直接控制着页岩的含气量,其中最主要的几个方面包括:
岩性,页岩1的岩性主要有硅质页岩、黑色页岩、碳质页岩、碳硅质页岩、结核状磷块岩、粉砂质页岩和石煤层等,不同岩性的页岩具有不同的岩矿、地化、物性和含气量)特征。
积,根据页岩厚度和面积可以判断页岩气藏的边界, 2 构造作用和演化历史 页岩气于其吸附特征,具有一定的抗破坏能 但是在中国南方多期构造运动导致的破坏强烈并且页岩厚度和面积控制着页岩气藏的经济效益。
力, 页岩气藏还是要遭受巨大的影响,甚至在构)httwww.earthsciencefrontiers.net.cn2012,193 地学前缘,p 282
)聂海宽,包书景,高 波,等/地学前缘
图1 贵州省习水县良村镇吼滩村上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩岩性-岩矿-地化-物性-含气性综合剖面Fi1 Thecomositesectionoflitholorockmineraleochemicalhsicalroertiesasbearinroertiesofthe
- -- -
g.pgygpyppggpp ,XUerOrdovicianowerSilurianoutcroinHoutan,LiancunVillaeishuiCountuizhouProvince -L
pppggy,G 2.1 演化历史 研究区海相页岩热演化程度偏高,已达过成熟阶段,但无论成熟度高低,在页岩层中均有天然气赋 11,13] ,存,甚至形成页岩气藏[如黔中隆起方深1井 。
如果保存能力好,于常规油气藏的生命周期)那么页岩气藏的寿命就长,目前有可能是我们勘探的目标。
反之,页岩气藏可能已遭受破坏。
研究区海相页岩经历了长期的构造和热演化,具有演化历史复杂、热成熟度较高、生烃时间早等特征,其不同构造单元热演化史不同,研究表明主要有以下几种类型:
四川盆地内部基本为早期长时间浅埋-早、1 中期长时间隆升-中期二次深埋-晚期快速抬升的特点,即下寒武统页岩沉积后在志留纪末期达到最大埋深,但其深度基本上小于2成熟度较低,000m, 生排烃均较有限,而后到早三叠世的很长一个时期内经历抬升,生烃作用停止。
在中三叠世以后经历 下寒武统牛蹄塘组,成熟度5%,质量分数高达8.02%。
在1723.4~1726.7m井
段,仍有气测异常,泥浆见雨状气泡,含气3点8%, 14] 。
对牛蹄塘组黑色页岩的压裂测燃呈蓝色火焰[ 试表明,仍有天然气产出。
判断一套页岩层系是否含气以及含气的规模需和页岩演化历史结合起来才能客观评价该页岩的勘探潜力,要研究页岩的生排烃历史、最大生气时间和保存能力之间的关系httwww.earthsciencefrontiers.net.cn2012,193 地学前缘,p )聂海宽,包书景,高 波,等/地学前缘
283
15] 图2 川南地区威2井埋藏史图[ 5 Fi2 TheburialhistorofWei2WellinsouthofSichuanBasin1
g.y [] 了二次埋藏,最大埋深超过6达到生气阶000m, 早、中期的长期浅埋和长期隆升有利于有机质的保存,中期快速深埋利于天然气的生成,后期快速抬升不利于天然气的排出,利于页岩气聚集。
如川南地生成少量原油,随后抬升遭受剥Ro值达到0.8%, 生烃过程停止,印支期以来再次快速埋藏,三叠蚀, 纪达到二次生烃阶段,至白垩纪中期寒武系底界埋深超过6高达3%,进入过成熟000m,Ro超过2%, 早期演化阶段。
白垩纪中期以后开始快速抬升,生 15] 。
这一类型的埋藏史和热演化烃作用停止[图2 大和后期抬升幅度大等特点,因此,从演化历史角度存条件比盆地内威远气田等地区要差。
黔中隆起及其周缘的下古生界埋藏史和热2 演化史属于早期生烃-中期多次生排烃-晚期快速抬,页岩在早奥陶世开始进入生烃期,留纪末达到最大埋深 后抬升剥蚀,生烃作用停止。
二叠纪早期再次沉降,晚三叠世达到生气阶段,三叠纪末遭受抬升剥蚀,并在晚侏罗—早白垩世进一步沉降,达到生干气阶段。
。
总体来中白垩世以后抬升,生烃作用停止讲,这一类型的页岩埋藏史和热演化史比四川盆地内的要差,主要表现为早期生烃时间早且生烃量较大、中期经历了多次生排烃和晚期抬升时间早且幅度大等不利因素。
湘鄂西地区的下寒武统黑色页岩埋藏史属3 于长期持续埋藏-快速隆升型,在寒武纪末期达到生。
阶段,燕山期以来快速抬升,生烃作用停止这一类型的埋藏史和热演化史与前两类相比具有长期持续生烃、抬升时间较早和抬升幅度大等特征。
于抬升剥蚀改造持续时间长,且以褶皱抬升为特征,隆升幅度大,下古生界出露,在恩施—彭水中央复背斜带和宜都—鹤峰复背斜带,核 段。
白垩纪中期以后开始快速抬升,生烃作用停止。
评价,位于盆地边缘的丁山1井等地区,页岩气的保 区威2井寒武系底界在志留纪末埋深达到2比四川盆地内抬升早)等特点,如下寒武统黑色000m,升arnett页岩都具有早期生烃少开始生烃,油高峰,中侏罗世成熟度已达到过成熟,进入生干气 :
//httwww.earthsciencefrontiers.net.cn2012,193 地学前缘,p 284
)聂海宽,包书景,高 波,等/地学前缘
16] 图3 黔中隆起区地层埋藏史[ 6 Fi3 TheburialhistorofQianzhonUlift1
g.ygp
[] 17] 图4 湘鄂西地区咸2井埋藏史[ 7 Fi4 TheburialhistorofXian2Wellin WesternHunanandHubeiarea1
g.y [] 部出露最老地层已是震旦系,下寒武统黑色页岩遭受不同程度的剥蚀,暴露严重,保存条件较差,不利于页岩气聚集,页岩气发育条件较差。
在花果坪复向斜带北部和桑植—石门复向斜带下寒武统黑色页岩分布连续性较好,是该区页岩气成藏条件较好的地区。
对比这3类埋藏史曲线不难发现,四川盆地内部以威远气田为代表的地区具有以下特征:
在加1里东期以前基本没有生烃,而另外两个地区则生成)了大量的油气。
httwww.earthsciencefrontiers.net.cn2012,193 地学前缘,p
)聂海宽,包书景,高 波,等/地学前缘
]1819-。
笔峰的时代越老,形成大气田所占比重越小[ 285
河2井位于鄂西渝东地区花果坪复向斜的河涝子构造轴部,完钻层位为奥陶系南津关组;鱼1井位于利川复向斜鱼皮泽构造核部,完钻层位为寒武系石龙洞组;建深1井位于石柱复向斜,在钻探中志留系天然气显示活跃,志留系全层系均含气,特别是小河坝组和龙马溪组显示更好。
3口井的上奥陶统和志留系在晚奥陶世—志留纪为浅海陆棚相碎屑岩沉积,烃源岩以黑色碳质泥页岩、灰—深灰色泥页岩为主,纵向上烃源岩主要发育在五峰组—龙马溪组下部,局部地区小河坝组和韩家店组泥岩段亦具备生。
均在龙马溪组页岩层见到良烃能力从东向西,页好的气测显示。
图上我们可以看出, 岩气显示层段有规律地变化。
在研究区东部的河2井和鱼1井基本上是全井段显示,建深1井的页岩气显示主要集中在龙马溪组底部,但是其上部层段也有天然气显示。
从显示级别和量上来看,河2井和鱼1井的气测异常仅相当于建深1井龙马溪组上,部层段,甚至略低于后者主要原因可能是河 者认为,页岩气也不例外,根据美国页岩气勘探开发生气高峰越晚越好,如美国页岩气勘探开经验判断, 发最成功的福特沃斯盆地Barnett页岩气藏。
威远气田的下寒武统页岩生气高峰为白垩纪中期,而黔中隆起附近和湘鄂西地区分别为白垩纪早期叠纪还有一次生气高峰)和中侏罗世。
变成开启状态,降低盖层的封闭能力。
如果抬升剥蚀的幅度较大,整个含气页岩段之上的盖层可能完全剥蚀,导致页岩含气 段没有盖层的保护。
另一方面抬升导致页岩含气段2井和鱼1井的黑色页岩厚度较薄,且后期抬升幅 本身压力降低,游离气散失,进一步导致吸附气解度过大,导致现今埋藏较浅,页岩气保存条件遭到吸,从而造成总含气量降低。
研究区的抬升剥蚀作用可以分为两类,一类是整体性抬升,主要包括四川盆地和黔西北等地区;另一类是差异性抬升,以鄂西渝东为代表。
不同的抬升类型,对页岩气藏产生的破坏作用不一样,整体性抬升具有抬升范围大、抬升幅度小和地区间的抬升差异性小等特点,比较有利于页岩气的保存。
差异性抬升具有抬升范围小、抬升幅度大和地区间的抬升差异性大等特点,导致页岩的埋深从出露地表到埋深超过万米均有分布。
如湘鄂西—渝东—四川盆地一带,下寒武统和下志留统埋藏依次加深。
埋藏太浅,页岩气的保存条件可能遭受破坏,而埋藏太深又给勘探和经济开发带来难度。
该带的东南部在背 一定程度的破坏,天然气散失较多,现今残留的天然气较少。
而建深1井的抬升幅度比较小,保存了大量的页岩气。
不难看出强烈的构造抬升对页岩气的保存具有破坏作用,但是轻微的抬升对页岩气藏维持超压、先存排烃微裂缝的重新开启和吸附气解吸等具有建设性作用。
在埋深比较大的情况下,晚期抬升不宜过小,而埋深小的情况下,抬升幅度不宜过大,以不破坏页岩气藏内的压力系统,不造成天然气散失为宜。
就整个研究区来说,燕山期—喜山期以来的隆升是否导致页岩气的保存条件变差、游离气散失、吸附气解吸和总含气量降低等不利因素,需要根据具体的地质条件进行分析,会因地区不同而异。
斜核部下寒武统和上奥陶统—下志留统黑色页岩依2.3 断裂和裂缝次出露,甚至出露震旦系地层,导致这两套页岩层系断裂和裂缝对页岩气聚集具有双重作用,是一的页岩气成藏条件遭受破坏。
常规油气勘探表明,把双刃剑,其发育程度和规模是影响页岩含气量和湘鄂地区油气勘探未获突破的重要原因是很多探井 20] 。
笔者进一步分析认钻遇地层生储盖组合不全[ 页岩气聚集的主要因素,决定页岩渗透率的大小,控制页岩的连通程度,进一步控制气体的流动速度、气藏的产能。
裂缝还决定页岩气藏的保存条件,裂缝比较发育的地区,页岩气藏的保存条件可能差些,天然气易散失、难聚集、难形成页岩气藏,甚至不能形成页岩气藏。
反之,则有利于页岩气藏的形成。
通常区域性大断裂于多期次、长时间的活动,微裂缝 为,可能是多期次的抬升剥蚀导致的地层生储盖组合不全,而具有一定抗破坏能力的页岩气也显示较差,从测井气测异常上来看也能定性地看出抬升幅度导致在构造高部位和低部位页岩气保存条件存在差异。
:
//httwww.earthsciencefrontiers.net.cn2012,193 地学前缘,p 286
)聂海宽,包书景,高 波,等/地学前缘
21] 图5 鄂西渝东地区建深1井、鱼1井和河2井龙马溪组页岩气显示[ 21 ,Y,HasFi5 TheshaleshowsofLowerSilurianinJianshen1Wellu1Welle2Wellinwesternhubeiandeasternchonin
g.ggqg[] 21] 图6 黔中隆起方深1井过井地震剖面[ 1 rofilesFi6 TheseismicofFanshen1WellinQianzhonUlift2
pg.ggp [] :
//httwww.earthsciencefrontiers.net.cn2012,193 地学前缘,p )聂海宽,包书景,高 波,等/地学前缘
287
比较发育,且存在大气水下渗的影响,导致其附近区域的页岩气保存条件较差。
如在福特沃斯盆地Bar-天然气的生产nett页岩气藏中裂缝非常发育的区域, 速度最低,高产井基本上都分布在裂缝不发育的地 ]22 。
黔中隆起的方深1井,方[位于黔中隆起北缘区 响了钻井过程中的气测异常的程度。
林1井下志留统龙马溪组的裂缝较发育,游离气易散失,可能是导致气测异常的主要原因。
在龙马溪组751.0m段深灰色含粉砂质泥岩出现泥浆漏失,说明裂缝发育有一定的规模,钻井取心显示在756.36~764.89m的深灰、黑灰色泥岩中,约见3缝密度10条立缝,58条/为次生方解石全充填。
在钻井过程中该井段m, ,有强烈的页岩气显示在取心未见裂缝的区域,气测异常显示较差。
域性断裂附近,该井虽有页岩气显示,对牛蹄塘组黑色页岩的压裂测试也有天然气产出,但于位于断裂)。
附近,导致含气量低,压裂后产气量有限排烃的通道,发育该类裂缝的区域,有利于页岩的排烃,页岩中残留烃较少,不利于页岩气聚集。
在此类裂缝欠发育或不发育的区域,页岩的排烃受阻,排烃较少,页岩中残留烃较多,有利于页岩气聚集,是页岩气发育的有利位置。
在选区上应远,离巨型和大型断裂尤其是远离通天断裂。
中型裂缝、小型裂缝和微型裂缝发育的地区2 页岩气具有较好的保存条件,这类裂缝一是不与外界沟通,不会导致页岩的排烃,二是提高了页岩自身的储集空间和渗流能力,有利于页岩气的聚集和保存。
从构造抬升的角度考虑,页岩气达到最大生气量以后的大规模抬升剥蚀可能对页岩气的保存产生不利影响,之所以强调大规模是因为适度抬升造成的压降,有助于页岩气藏中已有的小级别裂缝重新开启,而大规模的抬升不仅小级别的裂缝重新开启,还可能导致更大级别的裂缝开启,对页岩气藏产生破坏作用。
可以根据页岩中裂缝充填物定量研究裂 24]缝的形成时间。
李双建等[研究认为,页岩在抬升 21] 图7 川东南地区林1井五峰组—龙马溪组页岩气显示[ Fi7 TheshaleasshowsofUerOrdovicianower
-Lg.gpp[21] SilurianinLin1WellinSoutheastSichuanBasin
因此,笔者认为,如果抬升幅度导致埋深小于页岩大规模破裂产生裂缝的深度时,于大量裂缝的产生,对于热成因的页岩气藏来说的保存条件将变差,但于大气淡水的下渗,可能有助于生物成因或生物再作用成因的页岩气聚集,这需要视具体的地质情况而定。
过程中在达到一定深度时会集中产生裂缝,主要与 25] 受到的侧向挤压力有关。
楼章华等[通过对比方1318 解石脉和灰岩背景值δ在C、O同位素值认为,δ 扬子北缘的川东、渝东—湘鄂西区块下古生界 主要分布在宜昌、恩施、3δCPDB负值区呈局部分布, 地层水条件万源、张家界、彭水和华蓥山等地区。
大气水沿断裂 13 带下渗,影响方解石的形成,进一步说明地层在抬升过程中产生大量裂缝导致大气水下渗。
在钻井过程中,也能见到这种裂缝。
现今裂缝的发育程度还影 地层水文地质条件是油气保存条件的综合反映,主要受抬升幅度、盖层条件、目的层埋深、断裂活动和大气水下渗深度等影响,主要包括地层水矿化 :
//httwww.earthsciencefrontiers.net.cn2012,193 地学前缘,p 288
)聂海宽,包书景,高 波,等/地学前缘
、度、各种评价指标氢氧同位素和区域水动力条件等。
3.1 地层水矿化度和水型 对地层水活动带的划分,在纵向上可以分为自交不同的地层水区带,地层水的矿化度不同,钠氯系数、脱硫系数等参数也不同,对页岩气的保存影响也 /、仅个别井地层水矿化度较高,如庄1井 ]2930-/,羊2井 页岩气保存水文地质条件。
在四川盆地内的下古生 2--/))数 +26]19
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 四川 盆地 及其 周缘 下古生界 页岩 保存 条件 研究