0 引言
1 区域地质概况
2 样品与实验方法
2.1 实验样品
2.2 实验方法
3 招贤页岩储层地质特征
3.1 岩石学与矿物学特征
图5 本溪组晋祠段岩心照片(a)Q36井,2 812.93 m,炭质页岩;(b)Q36井,2 815.82 m,炭质页岩;(c)Y182井,2 478.68 m,炭质泥岩;(d)M109井,2 404.45 m,粉砂质页岩;(e)SP1井,2 567.26 m,含灰炭质泥岩;(f)SP1井,2 587.56 m,菱铁矿质泥岩 Fig.5 Photos of rock of Jinci Member of Benxi Formation |
3.2 有机质特征
3.2.1 有机质丰度
3.2.2 有机质类型
图9 研究区本溪组招贤页岩有机显微组分照片(a) M115井,2 099.48 m,透射光下见大量黑色块状惰质体(B),少量棕褐—褐黑色块状镜质体(C)和棕色分散状腐泥组分(A),透射光,干酪根类型为Ⅲ型;(b) M115井,2 099.48 m,本溪组,含炭质泥岩,蓝光激发下所有有机组分均不发荧光,反射荧光(蓝光激发),干酪根类型为Ⅲ型; (c) M115井,2 102.20 m,透射光下见大量棕色絮状散状腐泥组分(A),少量黑色块状惰质体(B),透射光,干酪根类型为Ⅱ1型;(d) M115井,2 102.20 m,粉砂质泥岩,蓝光激发下所有有机组分均不发荧光,反射荧光(蓝光激发),干酪根类型为Ⅱ1型 Fig.9 Organic maceral photos of Zhaoxian shale of Benxi Formation in the study area |
表1 本溪组招贤页岩干酪根显微组分及类型划分Table 1 The kerogen macerals and type division of Zhaoxian shale in Benxi Formation |
序号 | 样品编号 | 层位 | 深度/m | 腐泥无定形/% | 正常镜质体/% | 惰性组/% | 类型指数 | 类型 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | M115-43 | 晋祠段 | 2 097.1 | 5 | 12 | 83 | -87 | III |
2 | M115-44 | 晋祠段 | 2 099.48 | 8 | 20 | 72 | -79 | III |
3 | M115-45 | 晋祠段 | 2 102.2 | 70 | 1 | 29 | 40.25 | Ⅱ1 |
4 | M115-48 | 晋祠段 | 2 109.3 | 67 | 2 | 31 | 34.5 | II2 |
5 | M115-50 | 晋祠段 | 2 116.17 | 68 | 3 | 29 | 36.75 | II2 |
6 | SP1-36 | 晋祠段 | 2 561.58 | 15 | 3 | 82 | 69.3 | III |
7 | SP1-40 | 晋祠段 | 2 575.18 | 62 | 6 | 32 | 25.5 | II2 |
8 | SP1-44 | 晋祠段 | 2 579.55 | 63 | 10 | 27 | 28.5 | II2 |
3.2.3 有机质成熟度
3.3 储层物性及孔隙特征
3.3.1 孔隙度和渗透率
表2 本溪组招贤页岩氦测孔隙度及脉冲渗透率测试结果Table 2 Measured results of Helium porosity and pulse-decay permeability of Zhaoxian shale in Benxi Formation |
序号 | 样品编号 | 层位 | 深度/m | 氦测孔隙度/% | 脉冲渗透率/(10-3 μm2) |
---|---|---|---|---|---|
平均值 | 1.51 | 0.073 7 | |||
1 | SP1-33 | 晋祠段 | 2 550.45 | 5.09 | 0.070 8 |
2 | SP1-37 | 晋祠段 | 2 565.30 | 0.64 | 0.108 3 |
3 | SP1-H48 | 晋祠段 | 2 559.30 | 2.63 | 0.000 4 |
4 | M115-41 | 晋祠段 | 2 093.59 | 0.72 | 0.003 3 |
5 | M115-42 | 晋祠段 | 2 095.00 | 0.07 | 0.235 7 |
6 | M115-43 | 晋祠段 | 2 097.10 | 1.64 | 0.007 1 |
7 | M115-44 | 晋祠段 | 2 099.48 | 2.24 | 0.261 8 |
8 | M109-1 | 晋祠段 | 2 382.00 | 0.17 | 0.029 0 |
9 | Q20-1 | 晋祠段 | 2 747.93 | 1.11 | 0.019 0 |
10 | Q20-2 | 晋祠段 | 2 760.64 | 0.8 | 0.001 9 |
3.3.2 储集空间特征
图11 本溪组招贤页岩微观孔裂隙扫描电镜照片(a)M115井,2 097.10 m,有机质收缩缝;(b)M115井,2 097.10 m,锯齿状、放射状微裂缝;(c)M115井,2 102.20 m,植物组织孔、平行状有机质微裂缝;(d)M115井,2 102.20 m,有机质内部草莓状和多边形状黄铁矿;(e)M115井,2 097.10 m,有机质气孔;(f)M115井,2 102.20 m,有机质和无机矿物破裂孔 Fig.11 Scanning electron microscope photos of microscopic pores and fissures of Zhaoxian shale in Benxi Formation |
3.3.3 孔隙结构特征
图12 本溪组招贤页岩典型液氮吸附脱附曲线(a)SP1井吸附脱附曲线;(b)M115井吸附脱附曲线 Fig.12 Typical liquid nitrogen adsorption desorption curve of Zhaoxian shale in Benxi Formation |
图13 本溪组招贤页岩微观孔隙镜下结构特征(a)麒36井,2 812.00 m,黏土矿物为主,含少量煤屑;(b)麒36井,2 812.00 m,图(a)的局部放大,黏土矿物层间孔隙,据能谱判断,成分以高岭石为主;(c)麒36井,2 812.875 m,黏土矿物为主,晶形较差,含少量煤屑;(d)麒36井,2 812.875 m,图(c)的局部放大,黏土矿物层间孔隙;(e)麒36井,2 813.90 m,泥质为主,含少量石英;(f)麒36井,2 813.90 m,图(e)的局部放大,伊盟混层,黏土矿物孔隙;(g)麒36井,2 822.75 m,泥质矿物为主,多见黄铁矿;(h)麒36井,2 822.75 m,图(g)的局部放大,层状分布的黏土矿物集合体 Fig.13 Scanning electron microscope photos of microscopic pore structure of Zhaoxian shale in Benxi Formation |
表3 本溪组招贤页岩低温液氮吸附测试参数Table 3 Low-temperature nitrogen adsorption test parameters of Zhaoxian shale in Benxi Formation |
序号 | 样品编号 | 层位 | 深度/m | BET比表面/(m2/g) | BJH总孔体积/(mL/g) | 平均孔直径/nm | 分形维数(D) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
平均 | 6.56 | 0.017 5 | 13.66 | 2.609 | |||
1 | M115-43 | 晋祠段 | 2 097.01 | 3.81 | 0.016 6 | 18.42 | 2.554 |
2 | M115-44 | 晋祠段 | 2 099.48 | 0.32 | 0.001 6 | 20.39 | 2.497 |
3 | M115-45 | 晋祠段 | 2 102.20 | 4.44 | 0.015 9 | 14.48 | 2.566 |
4 | M115-47 | 晋祠段 | 2 107.17 | 3.34 | 0.015 2 | 16.48 | 2.505 |
5 | M115-49 | 晋祠段 | 2 112.86 | 5.05 | 0.017 2 | 13.79 | 2.591 |
6 | M115-50 | 晋祠段 | 2 116.17 | 3.94 | 0.015 9 | 15.74 | 2.549 |
7 | M115-51 | 晋祠段 | 2 119.01 | 8.81 | 0.024 3 | 12.48 | 2.628 |
8 | M115-55 | 晋祠段 | 2 130.42 | 6.11 | 0.016 8 | 11.34 | 2.629 |
9 | M115-56 | 晋祠段 | 2 133.26 | 3.56 | 0.015 5 | 16.20 | 2.529 |
10 | SP1-35 | 晋祠段 | 2 559.30 | 9.69 | 0.022 7 | 11.17 | 2.661 |
11 | SP1-37 | 晋祠段 | 2 565.30 | 6.08 | 0.016 1 | 11.72 | 2.651 |
12 | SP1-40 | 晋祠段 | 2 575.50 | 13.73 | 0.022 1 | 11.49 | 2.741 |
13 | SP1-41 | 晋祠段 | 2 579.80 | 5.70 | 0.015 5 | 11.96 | 2.647 |
14 | SP1-44 | 晋祠段 | 2 589.59 | 13.92 | 0.026 3 | 9.58 | 2.708 |
15 | SP1-45 | 晋祠段 | 2 600.55 | 9.83 | 0.020 9 | 9.69 | 2.681 |
3.3.4 储层发育控制因素
图14 本溪组招贤页岩低温液氮吸附比表面积与分形维数(D)关系Fig.14 The relation figure between low-temperature nitrogen specific surface area and fractal dimension of Zhaoxian shale in Benxi Formation |
图15 本溪组招贤页岩低温液氮吸附平均孔径与分形维数(D)关系Fig.15 The relation figure between low-temperature nitrogen average pore size and fractal dimension of Zhaoxian shale in Benxi Formation |
3.4 吸附性与含气性特征
3.4.1 吸附性特征
3.4.2 含气性特征
3.5 可改造性特征
4 招贤页岩气勘探潜力分析
表4 不同地区页岩储层参数对比Table 4 Comparison of shale reservoir parameters in different regions |
储层参数 | 鄂尔多斯盆地横山— 吴堡地区本溪组招贤页岩 | 鄂尔多斯盆地大宁— 吉县地区山2段 | 四川盆地长宁地区五峰组— 龙马溪组 | 四川盆地焦石坝地区五峰组— 龙马溪组 |
---|---|---|---|---|
沉积环境 | 海陆过渡相 | 海陆过渡相 | 海相 | 海相 |
构造背景 | 平缓斜坡 | 平缓斜坡 | 平缓向斜—斜坡 | 向斜内的箱状背斜 |
埋深/m | 1 700~3 400 | 1 200~2 600 | 2 300~3 200 | 2 400~3 500 |
主力页岩厚度/m | 5~25 | 20~40 | 33~46 | 38~44 |
有机质类型 | Ⅱ2、Ⅲ | Ⅱ2、Ⅲ | Ⅰ、Ⅱ1 | Ⅰ、Ⅱ1 |
有机质含量(TOC)/% | (0.397~19.1)/5.3 | (1.4~8.88)/5.9 | (1.9~7.3)/4 | (1.5~6.1)/3.5 |
有机质成熟度/% | (1.60~2.41)/1.95 | (2.02~2.36)/2.22 | (2.3~2.8)/2.5 | (2.2~3.1)/2.6 |
孔隙度/% | (0.07~5.09)/1.51 | (1.2~2.7)/1.95 | (3.4~8.2)/5.4 | (5.0~7.8)/6.2 |
渗透率/(10-3 μm2) | (0.000 4~0.262)/0.073 7 | (0.003~0.298)/0.15 | (0.000 22~0.001 9)/0.000 29 | (0.02~0.3)/0.15 |
含气量/(m3/t) | (0.82~4.34 )/1.52 | (1.38~5.66)/2.63 | (1.7~6.5)/4.1 | (4.0~7.7)/6.1 |
吸附能力/(m3/t) | (1.04~7.33)/3.14 | — | (1.07~3.97)/2.3 | (0.9~3.91)/2.32 |
脆性矿物含量/% | (34.6~86.2)/52.6 | (23.9~99.8)/61.6 | (33.9~71.72)/54.24 | (50.9~80.3)/62.4 |
杨氏模量/MPa | (3.6~4.8)×104 | (2~4.4)×104 | (1.3~4.1)×104 | (2.5~4.9)×104 |
泊松比 | 0.2~0.28 | 0.20~0.27 | 0.1~0.25 | 0.19~0.24 |
5 结论
(2)招贤页岩干酪根显微组分以惰性组和腐泥组为主,还含有少量镜质体;干酪根类型以偏腐殖混合型(Ⅱ2型)为主,其次为腐殖型(Ⅲ型)。实测总有机碳含量(TOC)平均为5.30%;干酪根镜质体反射率R O值平均为1.95%。有机质丰度和成熟度较高,生气能力强。
(3)招贤页岩氦测孔隙度平均为1.51%,脉冲渗透率平均为0.073 7×10-3 μm2,具有低孔低渗特征。招贤页岩发育微纳米级裂缝和孔隙,微裂隙在页岩有机质和无机矿物中均有发育,缝宽主要集中在0.01~1 μm之间。招贤页岩液氮吸附孔隙类型以狭缝型孔隙为主,平均孔隙直径均值为13.67 nm,比表面积均值为6.56 m2/g,总孔隙体积均值为0.017 6 cm3/g。液氮BET比表面积与孔隙结构分形维数呈正相关关系,而与平均孔径呈负相关关系。
(4)招贤页岩甲烷等温吸附兰氏体积平均为3.14 cm3/g,兰氏压力平均为2.95 MPa,兰氏体积与TOC呈正相关,兰氏压力与TOC呈负相关,有机质是页岩吸附的主控因素。招贤页岩总含气量平均为1.52 cm3/g,脆性指数平均为0.526,杨氏模量平均为40.88 GPa,泊松比平均为0.22。招贤页岩具有脆性矿物含量较高、杨氏模量高、泊松比低的特点,有利于压裂改造。