頁巖儲層物性與有機質及礦物組成關系研究獲進展

發布時間：2019-05-17 15:19 原文鏈接：頁巖儲層物性與有機質及礦物組成關系研究獲進展

　　近年來，非常規頁巖氣的成功開發極大地滿足了全球對天然氣的能源需求。與傳統碎屑巖和碳酸鹽巖儲層不同，頁巖氣儲層往往具有低孔隙度（<10%）和低滲透率（<1μd）的特征。孔隙度和含氣飽和度決定了游離氣量，直接影響頁巖氣田的地質儲量；滲透率影響頁巖氣流動方式，是頁巖氣井產率的核心參數。因此，有關頁巖儲層物性控制因素的討論有利于加深對頁巖氣儲集和運移機理的認識。

　　北美地區頁巖氣的相關研究表明：有機質豐度和成熟度控制了頁巖儲層的孔隙度；黏土礦物可堵塞孔喉，降低頁巖的滲透性能；孔隙排列方式和相對比例對頁巖滲透性能的影響更為直接。相比而言，中國南方地區下古生界富有機質頁巖經歷了更強烈的埋藏和熱作用，使得有效應力和成熟度是影響頁巖物性極重要的因素，因此，我國的頁巖儲層孔隙組成和滲透性能必然表現出迥異的巖石物理特征。中國科學院廣州地球化學研究所彭平安課題組助理研究員王慶濤在前人研究基礎上，以威遠地區龍馬溪頁巖為例，深入討論了頁巖有機質和礦物組成與孔隙度及滲透率的相關關系，取得以下認識：

　　1. 對于富有機質頁巖（TOC>2%），有機孔貢獻了孔隙度的60%以上，因此TOC豐度是頁巖孔隙度的主控因素；由于有機黏土復合體中廣泛發育的孔隙和黏土粒間孔的存在，黏土礦物含量與孔隙度表現出正相關關系；碳酸鹽和石英主要表現為對TOC的稀釋作用，因而呈現出與孔隙度的負相關關系（圖1）。

　　2. 在頁巖有機和礦物組成中，黏土礦物含量與滲透率關系最為緊密：黏土含量低時（<30%），黏土與有機質形成有機黏土復合體，黏土含量增加有利于提高頁巖的滲透性能；黏土含量高時（>30%），黏土含量增加會減小孔隙平均孔徑，從而降低頁巖的滲透性能。

　　3. 對于頁巖孔隙網絡來說，更高相對比例的介孔可提高頁巖儲層的滲透性能。這主要有兩個原因：一方面，有機孔的孔隙連通性好于其他類型孔隙，而大量有機孔處于介孔尺度；另一方面，介孔數量多可提高與孔隙網絡連通的機率（圖2）。

　　課題組以上認識在四川威遠和涪陵地區龍馬溪頁巖取得較好的應用，實測數據與預期結果一致。盡管威遠地區龍馬溪頁巖原地氣量（GIP）低于涪陵地區，但其滲透性能好于涪陵地區，因此，威遠頁巖氣區塊同樣是今后頁巖氣勘探的有利區。

　　相關研究得到中科院戰略先導專項（XDA14010102；XDB10010501）、重大科技專項(2017ZX05008-002-033)、國家重點研發項目（2017YFC0603102）、國家自然科學基金（41602130）的資助。

　　論文信息：

　　Wang, Q.； Wang, T.； Liu, W.； Zhang, J.； Feng, Q.； Lu, H.； Peng, P. a., Relationships among composition, porosity and permeability of Longmaxi Shale reservoir in the Weiyuan Block, Sichuan Basin, China. Marine and Petroleum Geology 2019, 102, 33-47.

　　Wang, Q.； Lu, H.； Wang, T.； Liu, D.； Peng, P. a.； Zhan, X.； Li, X., Pore characterization of Lower Silurian shale gas reservoirs in the Middle Yangtze region, central China. Marine and Petroleum Geology 2018, 89, 14-26.