天然气地球科学
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天然气地球科学 ›› 2022, Vol. 33 ›› Issue (3): 441–450.doi: 10.11764/j.issn.1672-1926.2021.09.007

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沁水盆地上古生界煤系页岩储层特征和含气性

马元稹1(),王猛2(),李嘉敏1,赵健光1,贾腾飞1,朱俊卿1   

  1. 1.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐 830046
    2.中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室，江苏 徐州 221008
  • 收稿日期:2021-07-06 修回日期:2021-09-23 出版日期:2022-03-10 发布日期:2022-03-22
  • 通讯作者: 王猛 E-mail:05152115@cumt.edu.cn;wangm@cumt.edu.cn
  • 作者简介:马元稹（1997-），男，青海西宁人，硕士研究生，主要从事页岩气、煤层气地质研究.E-mail：05152115@cumt.edu.cn.
  • 基金资助:
    新疆维吾尔自治区自然科学基金项目(2018D01C062);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2020ZDPYMS09)

Characteristics and gas-bearing characteristics of coal-measure shale reservoirs in the Upper Paleozoic of Qinshui Basin

Yuanzhen MA1(),Meng WANG2(),Jiamin LI1,Jianguang ZHAO1,Tengfei JIA1,Junqing ZHU1   

  1. 1.College of Geology and Mining Engineering，Xinjiang University，Urumqi 830046，China
    2.Key Laboratory of Coalbed Methane Resources and Reservoir Formation Process，Ministry of Education，Xuzhou 221008，China
  • Received:2021-07-06 Revised:2021-09-23 Online:2022-03-10 Published:2022-03-22
  • Contact: Meng WANG E-mail:05152115@cumt.edu.cn;wangm@cumt.edu.cn
  • Supported by:
    The Natural Science Foundation Project of Xinjiang Uygur Autonomous Region, China(2018D01C062);the Special Fund Project of the Central University Basic Research Fund(2020ZDPYMS09)

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270

摘要：

以沁水盆地中的暗色页岩为主要研究对象，在盆地北部Y2井、中部Y5井、中南部Y3井3口调查井资料分析、钻孔采样、实验测试等相关工作基础上，分层段系统研究了沁水盆地煤系页岩气有机地球化学及储层物性特征。结果表明：研究区钻孔煤系页岩样TOC平均值大于2.0%，干酪根类型均以Ⅲ型干酪根为主，页岩显微组分主要为镜质组与惰质组，同时页岩有机质热演化程度较高，在地史时期中已有大量的热解气生成。研究区页岩形成于海陆过渡相沉积环境，矿物成分中黏土矿物含量较高，石英含量较低。各层段页岩脆性系数一般在30%~40%之间，脆性系数Ⅳ>III>Ⅰ>Ⅱ；气测异常层、含气层和气层厚度比例分别为30.80%、16.09%和53.11%，气测显示以气层为主，气测显示级别依次为IV>II>III>I。综合煤系页岩有机碳含量、有机质成熟度、页岩有效厚度、脆性特征和含气性特征等参数得出各层段页岩气的勘探开发潜力有利顺序依次为II>IV>III>I。

关键词: 页岩气, 海陆过渡相, 煤系页岩, 矿物组成, 沁水盆地

Abstract:

Taking the black shale in Qinshui Basin as the main research target， based on the analysis of the data， borehole sampling and experimental testing of three investigation wells， including Well Y2 in the north， Well Y5 in the middle and Well Y3 in the middle and south， the organic geochemistry and reservoir physical properties of coal measure shale gas in Qinshui Basin were systematically studied in the stratified section. The results show that the average TOC of coal measure shale samples in the study area is greater than 2.0%， and the kerogen type is mainly type Ⅲ kerogen. The brittleness coefficient of each shale is generally between 30% and 40%， and the brittleness index is Ⅳ>Ⅲ>Ⅰ>Ⅱ. The gas survey shows that the gas layer is mainly the gas layer， and the gas survey shows the grade Ⅳ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ. Based on the thickness， total organic carbon content， organic matter maturity， brittleness characteristics and gas bearing characteristics of coal measure shale， the favorable sequence of shale gas exploration and development potential is Ⅱ>Ⅳ>Ⅲ>Ⅰ.

Key words: Shale gas, Marine-continental transitional facies, Coal measure shale, Mineral composition, Qinshui Basin

中图分类号: 

  • TE122.2

图1

沁水盆地构造纲要［19］和采样钻孔分布图（a）以及3口井煤系页岩层段划分柱状图（b）"

表1

研究区页岩样品实验测试"

检测项目样品数量/件检测依据主要仪器
总有机碳含量131GB/T19145—2003《沉积岩中总有机碳的测定》CS-230、CS-800红外碳硫仪
岩石热解35SYT5117—96《岩石热解分析方法》OG-2000V
干酪根显微组分及类型14SY/T 5125—1996Leica DM4500p
镜质组随机反射率14SY/T5124—1995《沉积岩中镜质组反射率的测定方法》LeicaDM4500p/DFC450C仪器
岩矿鉴定与扫描电镜13

DZ/T 0275.4—2015

SY/T 5162—1997

SY/T 6189—1996

Leica DM4500p

Tescan/OXFORD

全岩及黏土矿物 X-射线衍射34SY/T5163-2010《沉积岩中黏土矿物； 常见非黏土矿物X-射线衍射分析方法》。D/Max-3B型X-射线衍射仪、理学SmartLab
渗透率6《岩心常规分析方法》SY/T5336—1996

Ultrapore-200A氦孔隙仪 KFSY/J95-036

ULTRA-PERMTM200渗透率仪 KFSY/J95-031

兰氏体积和兰氏压力10GB/T 19560—2008TerraTek-300等温吸附仪

表2

煤系页岩各层段有机地球化学参数"

参数第Ⅰ层段第Ⅱ层段第Ⅲ层段第Ⅳ层段
TOC/%（0.32~11.40）/2.33（0.27~20.52）/2.71（0.85~3.09）/1.76（0.13~14.31）/2.55
RO/%（2.35~2.80）/2.62（2.23~3.25）/2.682.42（2.65~3.36）/2.96
Tmax/℃（311~565.59）/489.06（434.34~575.20）/524.26（436.8~557.26）/497.03（304.75~575.17）/497.81
S2/（mg/g）（0.017~0.52）/0.258 5（0.02~1.486 4）/0.476 9（0.052 1~0.241 1）/0.146 6（0.001 1~0.681 3）/0.169 6
氢指数（IH）/（mg/g）（2.36~29.14）/16.89（1.69~77.98）/19.19（2.88~14.52）/8.70（0.03~22.79）/8.36
壳质组/%（0~3.3）/0.7（0~14.6）2.900
镜质组/%（79.3~94.3）/88.4（73.0~97.7）/84.2（93.7~96.3）/95.0（74.3~97.7）/88.9
惰质组/%（3.0~20.7）/10.9（2.3~13.0）/12.9（3.7~6.3）/5.0（2.3~25.7）/11.1
TI指数（-80~-73）/-76.6（-82~-57）/-73.8（-77~-76）/-76.5-76.5

图2

煤系页岩各层段TOC分布频率柱状图"

图3

Y2井、Y3井、Y5井钻孔埋深与TOC关系"

图4

煤系页岩RO分布箱形图"

表3

研究区煤系页岩矿物组成成分"

层段黏土矿物/%石英/%白云石/%菱铁矿/%黄铁矿/%石膏/%浊沸石/%透辉石/%BI/%
Ⅰ52.1635.5441.652.826.89
Ⅱ57.2535.6610.476.93.4913.69.528.60
Ⅲ56.837.3510.90.836.04
Ⅳ54.9436.384.918.073.5511.930.78

图5

研究区煤系页岩样品矿物组分"

图6

脆性系数（BI）分布柱状图"

表4

Y2井、Y3井、Y5井实测含气量值（m3/t）"

调查井第Ⅰ层段第Ⅱ层段第Ⅲ层段第Ⅳ层段
Y2井1.50.750.5-
Y3井0.610.6460.450.8
Y5井0.741.010.560.95

图7

Y2井、Y3井、Y5井各层段等温吸附图"

图8

研究区页岩样品绝对吸附量校正结果"

图9

各层段气测各级别厚度占各级别总厚度百分比柱状图"

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