渝东南五峰组—龙马溪组页岩储层特征与页岩气富集研究

论文以渝东南五峰组—龙马溪组富有机质页岩为研究对象,采用资料调研、野外调查、实验测试、数学模拟、理论分析的研究思路,以页岩气储层特征与富集为核心科学问题,系统收集整理研究区基础地质资料,开展野外调查工作,综合研究页岩气储层特征,并对页岩构造—埋藏—生烃“三史”进行研究,阐明了研究区页岩储层孔隙演化特征和页岩气成藏过程,揭示了页岩气的富集控制因素,对页岩气“甜点区”进行了优选,结果表明:五峰组和龙马溪组一段一亚段为深水陆棚沉积,上部属浅水陆棚相沉积,从齐岳山断裂往雪峰隆起方向,沉积环境由深水陆棚相逐渐演变为浅水陆棚相。五峰组—龙马溪组一段页岩以Ⅰ型干酪根为主,均已达过成熟演化阶段,有机质含量介于0.20%6.70%,平均为2.85%,TOC高值区位于深水陆棚环境。页岩矿物成分复杂多样,具有较强的非均质性。利用硅质矿物—碳酸盐矿物—黏土矿物三端元图解,共划分出硅质页岩相、含灰硅质页岩相、混合硅质页岩相、含黏土硅质页岩相以及含灰/硅混合质页岩相共5种岩相。此外,页岩有高脆性指数,表现出良好的可压裂性。储层发育高角度裂缝及水平裂缝两大类宏观裂缝以及有机质孔、粒内孔、粒间孔及微裂缝四类微观孔隙,平均孔径以有机质孔最小,粒间孔径最大。联合压汞、液氮及二氧化碳吸附测试,对页岩孔隙结构进行全尺度表征,确定底部与顶部页岩孔隙结构的主要影响因素分别为TOC以及石英和黏土矿物含量。页岩渗透率普遍较低,但因层理发育,平行于层理方向渗透率相对较高,具有明显的各向异性特征。页岩中滑脱流动、努森扩散和表面扩散对气体传输的贡献此消彼长,并受孔隙尺度和外界环境的控制。引入逾渗理论,结合裂隙发育特征,获得页岩气发生逾渗临界裂隙长度为6 m/m2。通过不同吸附模型误差计算,D-A模型最大,Freundlich模型和D-R模型次之,Langmuir模型最小,统计显示有机碳含量、微孔体积、总比表面积以及压力与页岩吸附能力存在正相关关系。综合显微构造观测、岩石组构分析及裂隙发育特征,将研究区构造演化分为加里东运动—印支运动早期结束平稳沉积开始隆升成陆、印支运动晚期—燕山运动早期SE-NW向的强烈挤压、燕山运动晚期—喜马拉雅运动早期形成隔槽式变形带以及喜马拉雅运动晚期构造叠加作用四个阶段,并根据页岩埋藏—生烃史恢复和“三史”配置,将研究区页岩气成藏划分为源岩沉积期、初始成藏期、主力成藏期和保存定型期四个阶段。中/晚燕山期以后是影响页岩气运移、散失以及页岩气成藏富集的关键时期。从成岩演化、低成熟度页岩热演化模拟以及构造抬升过程研究了页岩孔隙结构的变化规律,建立了研究区页岩孔隙演化模型。基于研究区页岩气富集主控因素研究,认为渝东南页岩气富集规律为深水陆棚沉积环境控制下的富有机质页岩是页岩气富集的物质基础,储层物性控制下的页岩气赋存是富集的决定条件,多因素联合作用下的页岩气保存是富集的关键保障。这一规律揭示多因素共同作用控制了页岩气的富集,其中沉积环境、储层特征及保存条件作为主控条件。据此并配以辅助评价参数,利用多因素叠加及综合分析,本区可优选出五峰组—龙马溪组页岩气“甜点区”10个,面积共2100.14km2。论文系统揭示的渝东南五峰组—龙马溪组储层特征以及页岩气富集规律对指导渝东南五峰组—龙马溪组页岩气高效勘探具有借鉴意义。