第六届非常规油气地质评价暨新能源学术研讨会
6th Symposium on Unconventional Oil and Gas Geological Evaluation and New Energy

113 / 2021-06-04 09:46:05

沉积背景控制下的页岩储层物性、脆性变化-以加拿大西部盆地Horn River页岩为例

页岩,物性,脆性,层序

页岩油气理论与技术

       页岩油气的成功开发极大地促进了页岩沉积学、层序地层学的研究进展，这也为建立页岩层序地层格架和储层物性、脆性模型之间的关系提供了桥梁。本研究以加拿大西部盆地Horn River页岩为例，开展岩心和薄片下的沉积学特征描述、有机碳测试、X衍射矿物组分、全岩主量、微量元素等分析，确定层序地层格架下页岩的沉积古环境条件和层序地层划分，结合低温氮气吸附、高压压汞、高分辨率扫描电镜分析，揭示页岩物质组分对储层物性的影响机制，在此基础上，结合岩石力学参数测试，剖析物质组分对页岩储层杨氏模量、泊松比、脆性指数等力学性质的影响机制。

       研究结果表明，Horn River页岩可以划分为三个层序，由三个完整的T-R旋回组成。海侵体系域时，海平面处于上升期，沉积水体以还原环境为主，初级生产力较高、陆源稀释较少，同时有机碳含量增加。海退体系域期，沉积水体以氧化环境为主，生产力相对较低、陆源输入较强，同时有机碳含量降低。氧化还原环境与生产力之间相互作用，还原环境下，营养物质的再循环会促进藻类的生产，同时高的生产力也会消耗氧气，导致还原环境。生产力、氧化还原条件、陆源输入这三个影响有机质富集的因素在一定程度上既受控于相对海平面的变化，又受控于距离物源的远近。相对海平面变化对沉积古环境的影响受控于物源和古地貌。在近物源和水深相对较浅区，氧化还原条件和陆源输入受海平面影响最明显，远离物源和水深区，受陆源输入影响较小，以沉积浮游生物为主，有机质富集，并且生物硅含量较高。

       页岩储层孔隙度与物质组分之间的关系表明，在高演化页岩中，有机质和石英的含量对孔隙的发育起积极促进作用，这可能跟有机质热成熟以及石英抗压保孔有关。富有机质页岩中在发育大量有机孔的同时，部分类型页岩无机孔也具有重要贡献。在富硅质页岩中，硅质胶结作用保留了大量的原始孔隙，使得粒间孔较发育，在粘土质和钙质页岩中，粒内孔较发育，其形成多与碳酸盐岩溶蚀或者介壳腔有关。页岩平均孔径的大小主要受控于TOC含量，并与TOC含量呈负相关，即有机质含量越高的样品，平均孔径越小。相对海平面和物源输入影响页岩岩相的分布，不同的岩相组合在埋藏过程中，随着温度、压力的升高，沿着不同的成岩演化路径生孔、保孔，进而影响页岩储层孔隙类型、大小以及发育程度。

       页岩脆性指数和粘土矿物含量的相关性最明显，随着粘土含量的增加而降低。石英含量对页岩整体脆性的影响具有双重性，只有当生物成因硅通过石英胶结作用，形成有效的脆性网络时，才可以明显的提高页岩的脆性，而陆源成因的碎屑石英对页岩的脆性影响很小。页岩脆性的变化在宏观上分别受物源和层序地层旋回影响，低位体系域沉积的页岩塑性较强，这跟海平面下降期，较多陆源物质输入有关，特别是粘土矿物的输入。海侵体系域和高位体系域沉积的页岩具有较好的脆性，这个海平面相对较高期，发育较多的生物硅和碳酸盐岩矿物有关。可以通过分析沉积相展布和建立层序地层格架来预测页岩的脆性变化，从而为预测页岩的有利压裂区提供指导。