天然气地球科学
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天然气地球科学 ›› 2021, Vol. 32 ›› Issue (4): 598–610.doi: 10.11764/j.issn.1672-1926.2020.12.006

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修武盆地下寒武统海相页岩储层及CH4吸附特征

郭春礼1,2(),杨爽1,2,3,4(),王安东1,2,王一婷2,章双龙5,祁星5   

  1. 1.东华理工大学核资源与环境国家重点实验室，江西 南昌 330013
    2.东华理工大学地球科学学院，江西 南昌 330013
    3.中国科学院西北生态环境资源研究院，甘肃 兰州 730000
    4.甘肃省油气资源研究重点实验室，甘肃 兰州 730000
    5.江西省煤田地质勘察研究院，江西 南昌 330001
  • 收稿日期:2020-10-10 修回日期:2020-12-02 出版日期:2021-04-10 发布日期:2021-04-09
  • 通讯作者: 杨爽 E-mail:1418253657@qq.com;yangshuang18@ecut.edu.cn
  • 作者简介:郭春礼（1993-），男，河南商丘人，硕士研究生，主要从事非常规储层地质学研究. E-mail: 1418253657@qq.com.
  • 基金资助:
    江西省教育厅科技项目(GJJ180393);甘肃省油气资源研究重点实验室基金(SZDKFJJ20201201);核资源与环境国家重点实验室自主基金(Z1912);东华理工大学博士启动基金项目(DHBK2018030)

Study on the Lower Cambrian marine shale reservoir and methane adsorption characteristics in Xiuwu Basin

Chun-li GUO1,2(),Shuang YANG1,2,3,4(),An-dong WANG1,2,Yi-ting WANG2,Shuang-long ZHANG5,Xing QI5   

  1. 1.State Key Laboratory of Nuclear Resources and Environment，East China University of Technology，Nanchang 330013，China
    2.Collage of Earth Science，East China University of Technology，Nanchang 330013，China
    3.Northwest Institute of Eco?Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China
    4.Key Laboratory of Petroleum Resources Research，Gansu Province，Lanzhou 730000，China
    5.Geological Prospecting Institute of Jiangxi Coalfield Geology Bureau，Nanchang 330001，China
  • Received:2020-10-10 Revised:2020-12-02 Online:2021-04-10 Published:2021-04-09
  • Contact: Shuang YANG E-mail:1418253657@qq.com;yangshuang18@ecut.edu.cn
  • Supported by:
    The Science and Technology Project of Jiangxi Provincial Department of Education(GJJ180393);the Fund of Gansu Key Laboratory of Petroleum Resources Research(SZDKFJJ20201201);the Doctoral Fund of State Key Laboratory of Nuclear Resources and Environment(Z1912);the Doctoral Fund Project of East China University of Technology(DHBK2018030)

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6

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254

摘要：

为了研究修武盆地下寒武统荷塘组海相页岩储层及其含气性特征，连续选取富有机质钻井页岩为研究对象，进行有机地球化学分析、岩石学、孔隙度、低温N2吸附、CO2吸附和超临界CH4等温吸附等系列实验。RO值为1.74%~2.32%，平均为2.10%，为高成熟阶段。页岩TOC含量高，平均为3.21%；矿物组成以石英和黏土矿物为主，平均为52.66%和35.56%，并发育少量长石、碳酸盐和黄铁矿。平均孔隙度为2.05%，具低孔特征，平均孔径为8.416 nm，主要发育开放型圆筒状孔隙、层状狭缝形孔隙和细颈广体墨水瓶状孔隙；比表面积和孔体积普遍较高，分别为6.94~46.48 m2/g、0.004 2~0.020 1 cm3/g，其中微孔提供较大的比表面积，与四川盆地龙马溪组页岩数值相近，表明其具有充足的储气空间。研究区不但具有良好的生气物质基础，而且具有较强的CH4吸附能力，平均吸附量为1.71 m3/t；影响吸附的主要因素是TOC含量和孔隙结构，石英为有利因素，黏土矿物对吸附影响微弱。页岩厚度大、埋深较浅，有机质类型以生烃能力强的Ⅰ型为主，脆性矿物含量高，综合认为该区具有较好的页岩气勘探潜力。

关键词: 修武盆地, 下寒武统, 荷塘组, 海相页岩, 孔隙结构, CO2和N2等温吸附, CH4吸附

Abstract:

Marine shale of Lower Cambrian Hetang Formation from Well RDZ01 in Xiuwu Basin is selected to study the reservoir and its gas-bearing characteristics by organic geochemical analysis， petrology， porosity， low temperature N2 adsorption， CO2 adsorption and supercritical CH4 isothermal adsorption. RO value ranges from 1.74% to 2.32%， with an average value of 2.10%， and the maturity of organic matter is high. The total organic carbon （TOC） content is high， with an average of 3.21%. Main components are quartz and clay， 52.66% and 35.56%， respectively， with a small amount of feldspar， carbonate rock and pyrite are developed. Open cylindrical， layered slit and ink bottle pores are mainly developed in shale， with low porosity （2.05%） and average pore size of 8.416 nm. Specific surface area （SSA） and pore volume are generally high， ranging from 6.94 m2/g to 46.48 m2/g and 0.004 2 cm3/g to 0.020 1 cm3/g， respectively. SSA of micropores is large， which is close to that of Longmaxi Formation shale in Sichuan Basin， indicating a sufficient gas storage space. Study area has a good material basis for shale gas generation， and the shale has a strong CH4 adsorption capacity （average 1.71 m3/t）. The main influencing factors are TOC content and pore structure， and quartz is the favorable factor， while clay minerals have little effect. Shale in the study area is characterized by large thickness， shallow burial depth， type I organic matter， strong hydrocarbon generation ability and high content of brittle minerals， having good shale gas exploration potential.

Key words: Xiuwu Basin, Lower Cambrian, Hetang Formation, Marine shale, Pore structure, CO2 and N2 isothermal adsorption, CH4 adsorption

中图分类号: 

  • TE132.1

图1

修武盆地区域构造位置及RDZ01井岩性分布"

表1

修武盆地下寒武统荷塘组页岩基本信息"

样品编号深度/m层位TOC/%孔隙度/%
RDZ01-01483.28?0-1h1.691.38
RDZ01-05485.08?0-1h1.451.52
RDZ01-09490.88?0-1h1.145.88
RDZ01-15492.68?0-1h1.762.90
RDZ01-21494.98?0-1h1.960.72
RDZ01-27497.78?0-1h1.341.31
RDZ01-31499.98?0-1h1.510.05
RDZ01-37515.73?0-1h10.382.56
RDZ01-41518.13?0-1h8.782.13
RDZ01-46520.83?0-1h2.05—

图2

修武盆地下寒武统荷塘组页岩矿物含量"

图3

研究区下寒武统荷塘组页岩与四川盆地主要产气页岩矿物组成对比"

图4

页岩N2吸附和解吸等温线"

表2

修武盆地下寒武统荷塘组页岩孔隙结构参数"

样品编号N2吸附法CO2吸附法

总比表面积

/(m2/g)

总孔体积

/(cm3/g)

比表面积/(m2/g)孔体积/(cm3/g)平均孔径/nm比表面积/(m2/g)孔体积/(cm3/g)
RDZ01-019.190.017 57.488.650.002 617.840.020 1
RDZ01-052.200.003 59.326.090.001 98.290.005 4
RDZ01-097.010.007 45.767.010.002 114.020.009 5
RDZ01-154.930.003 211.528.640.002 613.570.005 8
RDZ01-212.560.001 714.088.060.002 510.620.004 2
RDZ01-275.410.005 65.935.260.001 510.670.007 1
RDZ01-317.400.006 95.848.050.002 415.450.009 3
RDZ01-373.720.003 16.7442.760.012 746.480.015 8
RDZ01-411.740.002 79.4433.200.009 934.940.012 6
RDZ01-461.510.002 88.055.430.001 56.940.004 3

图5

低温CO2结合N2吸附表征页岩孔径与孔体积分布"

图6

修武盆地下寒武统荷塘组页岩重量法等温吸附结果"

图7

修武盆地下寒武统荷塘组页岩VL与TOC、总比表面积之间的相互关系"

图8

修武盆地下寒武统荷塘组页岩黏土矿物、石英质量分数与孔隙总比表面积、VL的关系"

图9

修武盆地下寒武统荷塘组页岩VL与孔隙结构参数的关系"

表3

修武盆地下寒武统海相页岩储层特征及勘探潜力"

数据来源本文夏小进等[6]庞飞 等[8]WANG等[11]付蕾等[12]GAO等[14]
基本特征埋藏深度/m421.20~527.731 500~3 500赣页1井，660~8401 000~3 500以上荷塘组500~3 500样品来自JY1井，2 520~2 667
厚度/m荷塘组83.23150~400露头，100~200280~340荷塘组60.3~130.93153.8

矿物

特征

成分及含量

/%

石英46.5~61（52.66），

黏土矿物31.3~39.5（35.56），

黄铁矿0.8~2.9（1.81）

脆性矿物56.7~79.7（66. 7），石英（61.9），黏土矿物15.4~29.3，（23.9）

脆性矿物40~80，

黏土矿物6~45

石英57.9~60.5，

白云石28.4~42.5，

发育黄铁矿

石英31.41~40.82（36.25）， 长石22.48~36.85（28.72）， 黏土矿物21.20~26.73（23.20），黄铁矿0~4.14（1.63）

石英29~83.1（54.9），

黏土矿物6~52（26.6）， 黄铁矿0.9~18.5

有机地球 化学特征TOC/%1.14~10.38（3.21）1.37~4.93（2.87）露头1.96~15.46（8.43），岩心3.25~14.20（9.21）露头0.04~21.20（5.20）0.04~13.14（4.57）0.26%~21.8（7.64）
有机质类型Ⅰ型Ⅱ2—Ⅲ型Ⅰ型—Ⅰ型Ⅰ型
RO/%1.74~2.32（2.10）2.56~3.39（2.78）2.0~4.5（3.17）2.57~4.28（3.37）3.29~3.68（3.42）3.0~5.0
物性特征孔隙度/%0.05~5.88（2.05）1.06~7.86（2.86）1.0~4.0（2.6）1.0~13.1（5.0）—0.48~3.38（2.15）
渗透率/(10-3 μm2)—0.000 50~0.001 20 （0.000 62）0.004~0.200（0.022）0.002~0.063（0.017）——
孔隙结构 参数比表面积/(m2/g)6.94~46.48（17.88）——0.91~8.36（4.23）9.35~20.09（15.19）0.97~14.6（7.29）

孔体积/

(10-3 cm3/g)

4.2~20.1（9.4）——5.7~19.4（12.9）31~56（43）2.1~10.5（7.3）
孔径/nm5.76~14.08（8.416）—扫描电镜10~560（80）—137.40~165.01（153.83）3.52~16.1
勘探潜力CH4吸附量/(m3/t)0.54~4.94（1.71）PL=10 MPa时，VL=2.0PL=1.75 MPa时，VL=7.91；赣页1井 现场解析0.10~0.381.79~8.17（4.98）露头3.99~8.04（6.02）—
估计资源量/(108 m3)—26 000（赣西北地区）2 922.98（修武盆地）———
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