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鄭益軍等- IJCG:四川盆地丁山鼻狀背斜五峰-龍馬溪組頁(yè)巖孔隙結構和頁(yè)巖氣產(chǎn)量非均質(zhì)性的控制因素

  

????繼在涪陵礁石壩的五峰-龍馬溪組頁(yè)巖氣勘探取得重大突破之后,近年來(lái)中國石化在四川盆地東南緣的丁山鼻狀背斜再次實(shí)現了大突破,丁山有望成為第二個(gè)“礁石壩”。盡管如此,該地區多個(gè)頁(yè)巖氣生產(chǎn)井的日產(chǎn)量存在顯著(zhù)差異(圖1B)。一般而言,隨著(zhù)埋深以及與齊岳山斷裂的距離增大,頁(yè)巖氣日產(chǎn)量有增加的趨勢,然而丁頁(yè)2井距離齊岳山斷裂最遠,卻有著(zhù)較低的頁(yè)巖氣日產(chǎn)量。為了厘清導致頁(yè)巖氣日產(chǎn)量存在顯著(zhù)差異的地質(zhì)條件,中國科學(xué)院廣州地化所廖玉宏研究員課題組對丁山地區多個(gè)勘探井和生產(chǎn)井的頁(yè)巖樣品進(jìn)行了系統的采集和分析。鉆井井包括較淺的安穩-1(AW-1)、三泉-1(SQ-1)和雙河-1(SH-1),五峰組底界深度大致為100米(范圍90~160 m),以及較深的丁頁(yè)1(DY-1)和丁頁(yè)3(DY3),其五峰組底界深度約為2100 m。這些鉆井與齊岳山逆沖斷裂的距離也不相同。研究團隊全面分析了這些頁(yè)巖樣品的有機質(zhì)豐度(TOC)、礦物成分、孔隙度以及孔隙結構,并探討了研究區的地質(zhì)條件對頁(yè)巖的物性特性和含氣性/產(chǎn)量之間的關(guān)系。


圖1 丁山地區地質(zhì)和構造簡(jiǎn)圖(圖1B中的數字顯示頁(yè)巖氣日產(chǎn)量)

????研究顯示,丁山鼻狀背斜的頁(yè)巖氣產(chǎn)量受到多種因素影響。地層抬升對頁(yè)巖儲層孔隙度的影響不顯著(zhù)(圖2A),表明區域差異性抬升和侵蝕對五峰-龍馬溪組頁(yè)巖巖心樣品的孔隙度影響很小。五峰-龍馬溪組頁(yè)巖的孔隙度和孔隙連通性隨著(zhù)與區域逆沖斷層距離的增加而提高(圖2B)。此外,頁(yè)巖氣含量與孔隙度正相關(guān)(圖2C),表明高氣含量在一定程度上阻礙了地層被壓實(shí)及擠壓導致的孔隙度降低。這一發(fā)現有助于解釋為何某些高孔隙度的頁(yè)巖儲層具有較高的頁(yè)巖氣產(chǎn)量。反之,高孔隙度也有利于頁(yè)巖氣從頁(yè)巖儲層中的釋放。

圖2. 影響頁(yè)巖孔隙度的因素



????頁(yè)巖物性研究發(fā)現,研究區的機械壓實(shí)作用是由埋藏深度引起的垂直應力和構造變形引起的水平應力共同作用的結果。圖3顯示,較淺的100米深度(AW-1、SQ-1和SH-1)的五峰-龍馬溪組頁(yè)巖樣品的無(wú)機孔(當TOC=0%)的總孔隙體積和比表面積均顯著(zhù)大于2100米深度的樣品(DY1,DY3),說(shuō)明埋深的增加導致孔隙體積和比表面積減小。此外,五峰-龍馬溪組頁(yè)巖的孔隙結構還受到齊岳山逆沖斷裂的影響(圖3)。逆沖斷裂附近的水平應力可誘發(fā)固體瀝青的塑性及脆性變形,安穩-1井中固體瀝青顆粒沿層理方向發(fā)育出良好的S形特征及不同寬度的裂隙(圖4A,B)。這種變形可能導致孔隙結構的破壞,進(jìn)而影響頁(yè)巖氣的存儲和流動(dòng)。AW-1、DY1、SQ-1、DY3和SH-1等鉆井距離齊岳山逆沖斷層的距離分別為約2 km、7 km、10 km、15 km和50 km,這些鉆井的頁(yè)巖樣品總孔體積(Vtotal)與TOC之間的線(xiàn)性回歸線(xiàn)的斜率分別為1.4、2.7、3.2、4.0和3.9。也就是說(shuō),距離齊岳山逆沖斷層越遠,頁(yè)巖的孔隙體積與有機碳含量的相關(guān)性越強,斜率越高;與斷層距離越近,頁(yè)巖的孔隙體積與有機碳含量的相關(guān)性越低,頁(yè)巖的孔隙體積與有機碳含量的相關(guān)性越弱,斜率越低,這表明水平應力的影響隨著(zhù)距離的增加而減弱。當距離大于15km時(shí),斷層的影響趨于不明顯。這一發(fā)現為在構造復雜區確定頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的甜點(diǎn)區提供了科學(xué)依據。


圖3 頁(yè)巖孔體積–TOC線(xiàn)性關(guān)系

????在陰極發(fā)光顯微鏡下,方解石晶體呈現橙紅色,這種顏色特征有助于識別和評估碳酸鹽礦物對頁(yè)巖孔隙結構的影響。研究發(fā)現,丁頁(yè)2井高碳酸鹽礦物頁(yè)巖層段的孔隙和微裂縫被方解石更顯著(zhù)地膠結而變得致密(圖4C,D)。因此,高碳酸鹽礦物頁(yè)巖層段的這種強烈的碳酸鹽膠結作用很可能會(huì )對研究區頁(yè)巖儲層的孔隙結構及頁(yè)巖氣的開(kāi)采產(chǎn)生影響。

圖4 頁(yè)巖樣品的光學(xué)圖像和陰極發(fā)光(CL)顯微照片。

????通過(guò)綜合分析,可以得出如下結論:在構造復雜區,為了實(shí)現頁(yè)巖氣的高效開(kāi)發(fā),最佳目標層位應當是有機碳豐富、黏土和碳酸鹽礦物含量低的頁(yè)巖層,且甜點(diǎn)區需要與區域逆沖斷層保持適宜距離(如15 km)。該研究揭示了頁(yè)巖氣產(chǎn)量、含氣性、孔隙結構以及地質(zhì)條件之間的復雜關(guān)系,也為揭示海相頁(yè)巖氣的富集機理和保存條件提供了有用的信息,對復雜構造區域的頁(yè)巖氣勘探也具有指導意義。研究得到了中國科學(xué)院先導專(zhuān)項(B類(lèi)和A類(lèi))的資助,研究成果近期發(fā)表在能源地質(zhì)領(lǐng)域國際期刊《International Journal of Coal Geology》,第一作者為助理研究員鄭益軍,通訊作者為廖玉宏研究員,共同作者還包括熊永強研究員、王云鵬研究員、彭平安院士和中國石化勘探開(kāi)發(fā)研究院無(wú)錫石油地質(zhì)研究所王杰博士。

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論文信息:Zheng, Y.(鄭益軍), Liao, Y.*(廖玉宏), Wang, J.(王杰), Xiong, Y.(熊永強), Wang, Y.(王云鵬), Peng, P.(彭平安), 2024. Factors controlling the heterogeneity of shale pore structure and shale gas production of the Wufeng–Longmaxi shales in the Dingshan plunging anticline of the Sichuan Basin, China. International Journal of Coal Geology 282, 104434.?

論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.coal.2023.104434



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