南方海相页岩储层微观孔隙表征方法及含气特征分析

论文摘要

本文选取中国南方海相页岩筇竹寺组与五峰组-龙马溪组页岩为研究对象,为了探究页岩气储层微观孔隙系统结构以及含气特征,以现场生产数据-野外地质调查-实验室测试为分析手段,从多个方面综合对比研究,主要取得了以下几个结论和认识:从筇竹寺组页岩和龙马溪组两套地层的沉积、构造背景以及野外观察剖面对比发现:两套页岩在整个盆地及周缘地区广泛发育,且厚度较大,有机质丰度较高,具有较大开发潜力。两套海相页岩储层的主要特征是:演化程度高（成岩演化程度、热演化程度）,晚期（燕山-喜山期）构造改造强烈。地球化学参数及矿物特征测试分析结果显示,龙马溪组和筇竹寺组的有机质类型都以I型为主,部分Ⅱ1型。筇竹寺组页岩的有机质丰度较高,TOC含量总体分布在0.04%15.31%之间,主要集中在0%2%的低值区,占了一半的比例;TOC高值主要分布在拉张槽内部。龙马溪组页岩的TOC值集中在1.0%6.0%之间,大部分黑色页岩样品TOC>2.0%,其中TOC高值主要是龙马溪组下段的深水陆棚相的黑色页岩。在川南-川东南、川东北的两个沉积中心,TOC含量较高。两套页岩Ro值1.55%至5.10%之间,都处于高-过成熟阶段,干酪根处于生气窗。龙马溪组和筇竹寺组页岩矿物含量类似:石英含量较高,含量在20%85%;粘土矿物含量介于5%70%,碳酸盐矿物含量在5%60%之间,长石含量较低,仅在15%以内。本文提出了一种新的含TOC的页岩类型划分三角图版,TOC含量用点面积反映,能更直观的反映有机碳含量与不同矿物成分之间的联系。利用扫描电镜法与JMicroVision软件结合,形成一套分类型的孔隙定量统计方法,分别统计出不同类型的孔隙（有机孔、粒间孔、粒内孔）的数量与面孔率等参数。利用高压压汞法获得龙马溪组上段和下段的孔隙度、渗透率以及排驱压力、中值压力、分选系数、最大孔喉半径、残留汞饱和度、退出效率等孔隙结构参数。根据进汞和退汞曲线特征,以分选、歪度、连通性为判别标准,可以将龙马溪组页岩储层分为三类。利用低温液氮吸附和二氧化碳吸附可得到页岩的比表面积、孔体积、孔径分布等特征。结果显示龙马溪组页岩孔隙主要分布在微孔和介孔尺寸,而下段页岩孔隙数量高于上段页岩。龙马溪组下段页岩以纳米孔隙为主,孔隙较小,峰值主要集中在3nm4nm,与上段页岩相比,下段页岩发育更多的微孔。将高压压汞、低温液氮吸附和二氧化碳吸附方法联立,形成一套全孔径表征技术。不同的技术检测不同的孔径范围:CO2吸附覆盖孔径0.4nm到1.5nm;N2吸附覆盖孔径范围从2nm到180nm;而高压压汞可以表征6 nm到8000 nm的宽孔径范围。不同技术的重叠区域部分拼接图可能出现不一致,分析了主要的四种可能导致不一致的原因。采用磁性荧光纳米颗粒材料薄片成像技术、流体示踪剂自发吸入实验和扩散实验这三种新型的示踪技术,以及甲烷等温吸附实验,表征页岩中流体的赋存状态和流动特征。根据示踪剂的浓度变化则可以清晰地观察到流体在页岩内部的运移路径、流动规律以及最终的流体分布特征,是非常直观的表征方法。根据实验结果结合理论研究基础,建立了页岩内部的流体运移及分布模式图。通过压力系数、有机孔发育情况、同位素地球化学参数和相邻地层的沥青发育与分布情况等地质依据的研究,证实了筇竹寺组含气性较差与其底部的桐湾期不整合面有关。由于桐湾期不整合面的存在,筇竹寺页岩可认为是一个相对开放的系统,大量的烃类能够运移到其它地层中,现今页岩中只留下少量残余的天然气,很难在页岩中保持高的压力系数,有机孔发育情况也较差。据此,建立了四川盆地筇竹寺组与五峰组-龙马溪组页岩的排烃模式。

论文目录

摘要

Abstract

第1章引言

1.1 选题依据、意义及课题来源

1.1.1 选题依据

1.1.2 研究意义

1.1.3 课题来源

1.2 国内外研究现状

1.2.1 页岩气概念及发展历程

1.2.2 页岩气储层研究现状

1.2.3 存在问题

1.3 主要研究内容、思路和方法

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究思路和方法

1.4 论文完成工作量

1.5 主要成果和创新点

1.5.1 主要成果

1.5.2 创新点

第2章区域地质特征

2.1 区域构造概况

2.2 区域地层概况

2.3 目的层空间展布特征

2.4 研究区典型地质剖面及井

2.5 小结

第3章页岩岩石学及矿物学特征

3.1 有机质类型

3.2 有机质丰度

3.3 有机质成熟度

3.4 岩石学特征

3.4.1 矿物组成特征

3.4.2 含TOC的页岩类型划分三角图版

3.5 小结

第4章页岩储层孔隙系统表征方法

4.1 基于扫描电镜的孔隙表征技术

4.1.1 基于SEM+JMicroVision的孔隙结构定量表征技术

4.1.2 基于SEM的页岩孔隙分类

4.2 基于高压压汞的孔隙表征

4.2.1 测试方法及步骤

4.2.2 孔隙度测试结果

4.2.3 压汞曲线类型

4.2.4 压汞孔径分布特征

4.3 基于低温液氮吸附的孔隙表征

4.3.1 测试原理及方法

4.3.2 等温线类型及孔隙结构

4.3.3 孔体积与BET表面积

2 孔径分布'> 4.3.4 N₂孔径分布

4.4 基于二氧化碳吸附的孔隙表征

4.4.1 测试原理及方法

2 吸附等温线'> 4.4.2 CO₂吸附等温线

4.4.3 孔体积与BET表面积

2 孔径分布'> 4.4.4 CO₂孔径分布

4.5 联合高压压汞-液氮吸附-二氧化碳吸附的全孔径表征技术

4.6 小结

第5章页岩微观流体分布特征

5.1 磁性荧光纳米颗粒成像技术

5.1.1 测试原理及方法

5.1.2 基于荧光纳米颗粒的孔隙度计算和流体分布表征

5.2 流体示踪剂技术表征页岩孔隙连通性

5.2.1 流体示踪剂

5.2.2 润湿性

5.2.3 扩散实验

5.2.4 自发吸入实验

5.3 页岩甲烷吸附

5.3.1 甲烷吸附实验与原理

5.3.2 吸附气量控制因素

5.3.3 甲烷吸附模型

5.3.4 甲烷吸附的数据拟合与分析

5.4 小结

第6章页岩含气性差异分析

6.1 南方两套页岩地质特征及含气性差异

6.1.1 “高演化”与“强改造”特征

6.1.2 产量与含气性差异

6.2 筇竹寺组与五峰组-龙马溪组页岩含气性差异成因分析

6.3 排烃差异地质依据

6.3.1 压力系数

6.3.2 有机孔发育情况

6.3.3 同位素地球化学特征

6.3.4 相邻地层沥青发育程度

6.4 筇竹寺组页岩与五峰组-龙马溪组页岩排烃模式

6.5 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果

文章来源

类型: 博士论文

作者: 徐浩

导师: 李仲东,周文

关键词: 页岩气,微观孔隙结构,流体分布,含气性,示踪剂

来源: 成都理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,石油天然气工业,石油天然气工业

单位: 成都理工大学

基金: 国家重大科技专项《大型油气田及煤层气开发》项目中“页岩气资源评价方法与勘查技术攻关”下子课题“海相页岩气储层评价方法研究”(编号:2016ZX05034002-006),中国地质调查局成都地调中心《四川盆地及邻区页岩气保存条件研究》研究项目

分类号: P618.13;TE311

DOI: 10.26986/d.cnki.gcdlc.2019.000026

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南方海相页岩储层微观孔隙表征方法及含气特征分析

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