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158 / 2021-06-09 16:31:21
徐家围子断陷沙河子组陆相页岩气潜力评价及对比
陆相页岩气，潜力对比，甜点建议
页岩油气理论与技术
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徐家围子断陷沙河子组陆相页岩气潜力评价及对比
赵仁文，肖佃师，卢双舫，周伦武
（中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东青岛）
页岩气为一种新兴非常规天然气能源，展现了巨大的资源潜力，对缓解我国能源供需矛盾具有重要战略意义。中国页岩气分布范围广，在海相、陆相、海陆过渡相中均有发育，目前四川盆地五峰-龙马溪组海相页岩气已实现了商业开发，并对海相页岩气富集条件及甜点选区标准等开展了大量工作，而陆相页岩气的相关研究薄弱，尤其是我国东部断陷盆地，如松辽盆地徐家围子断陷沙河子组，前期主要作为主要气源岩进行评价，该类页岩气储集性能及含气性如何，是否具有勘探潜力，甜点分布在哪里？急需开展断陷湖盆陆相页岩气的潜力综合评价。
由于沉积环境、构造运动等差异，导致海相和陆相页岩气在岩石学特征、硅质矿物成因、成储机制和页岩气赋存状态等方面有明显差异，对比这些差异，有利于清楚认识陆相页岩气资源潜力及甜点优选条件。本文以川东南龙马溪组、松辽盆地徐家围子断陷沙河子组分别作为高-过成熟海相、陆相页岩研究靶区，开展有机地化、XRD矿物分析、扫描电镜、氮气吸附、甲烷等温吸附等实验，对比两者的差异，并对差异影响因素进行分析，得到以下几点认识：
（1）页岩沉积环境及矿物组成：
沙河子组页岩形成于断陷期湖相沉积背景，有机质类型以腐殖型（III型）为主，局部为腐殖腐泥型（II2型），分布在平原亚相沼泽沉积（与煤层共生）、前缘亚相及半深湖-深湖相中，不同亚相间TOC差异较小；粘土矿物、石英和长石为主要造岩矿物，平原沼泽亚相石英含量高、伊蒙混层占比高，与紧邻煤层酸性成岩环境密切相关。而龙马溪组形成于海相陆棚相沉积背景，有机质主要来自海洋浮游生物和藻类，TOC含量明显高于沙河子组，且具有较高石英、低长石和低粘土含量特征，生物成因硅质较发育，可压裂性明显好于沙河子组。
（2）页岩孔隙类型：
与龙马溪组有机孔发育不同，沙河子组页岩无机孔隙发育，包括石英粒间孔、黄铁矿晶间孔，长石粒内溶蚀孔、粘土矿物相关孔等，镜下有机质多以沉积型为主，有机孔多为有机质边缘收缩缝，蜂窝状有机孔不发育，有机质孔隙对陆相页岩气储集空间贡献有限，这与干酪根类型有密切关系。由平原沼泽、前缘至湖相页岩，石英粒间孔和长石溶蚀孔比例逐渐降低，黏土矿物有机孔比例增多。
（3）页岩孔隙结构：
与龙马溪组页岩相比，沙河子组退汞效率偏低、较大孔喉占比更小，说明粘土-无机孔连通性比有机孔连通性要差；沙河子页岩具有平均孔径大（10.98 nm），比表面积小（4.92 m2/g），孔体积较大（0.0129 cm3/g）特征，主要发育介孔和宏孔（占比90%）；孔体积与黏土矿物、石英和长石含量密切相关，比表面积主要与伊蒙混层和伊利石含量有关，有机质贡献较弱。
海相和陆相页岩孔隙度随深度变化趋势不同。龙马溪组孔隙度随埋深增加孔体积呈增大趋势，这与埋深大、保存条件好、压力系数增加（最大可达2.0）、孔隙得到有效保护有关，而沙河子组页岩孔隙度随埋深增加而呈指数降低，这与沙河子组页岩与致密砂砾岩频繁互层，压力系数小（1.1-1.35），压实作用对孔隙破坏程度大有关，在相同埋深下，平原沼泽微相页岩孔体积及孔径要明显高于其他微相页岩。
（4）海陆相页岩吸附能力:
甲烷吸附实验表明龙马溪组具有高VL（平均3.58 m3/t），高PL（平均10.55 MPa）特征，吸附相密度较高（均值369.4mg/cm3）；而沙河子组具有低VL（平均1.75 m3/t）和低PL（平均3.14 MPa），吸附相密度较低（均值309.5mg/cm3），整体上平原沼泽微相页岩VL要高于其他微相，埋深越小、VL值越大。与海相页岩吸附能力主要受有机质影响不同，沙河子组页岩吸附能力主要与伊蒙混层和石英含量有关，伊蒙混层越高、吸附能力越强，石英占比越高，孔隙连通性越好，甲烷被吸附到孔隙表面积的机率越高。综合吸附能力评价及实际地层条件，得出沙河子组页岩气以游离气为主，吸附占比多小于20%，明显低于龙马溪组海相页岩。
（5）甜点建议
页岩气甜点需要物性、含气性和可压裂性三者的良好匹配。对于海相页岩气，有机质对储集性能、含气性、生物硅质等均有密切关系，深水陆棚硅质页岩是海相页岩气的甜点，其高TOC，高脆性，高含气性，同时还要注重页岩气保存条件，抬升时间晚、构造破坏程度弱的区块更利于页岩气富集及开发。而对于沙河子组陆相页岩，页岩气甜点优选受多个因素影响，埋深过大对孔隙破坏严重，2600-3600m为最佳埋深，厚度较大的平原沼泽或前缘富有机质页岩的物性及孔径最大，可压性好，应该是相对有利的页岩气甜点。
赵仁文，肖佃师，卢双舫，周伦武
（中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东青岛）
页岩气为一种新兴非常规天然气能源，展现了巨大的资源潜力，对缓解我国能源供需矛盾具有重要战略意义。中国页岩气分布范围广，在海相、陆相、海陆过渡相中均有发育，目前四川盆地五峰-龙马溪组海相页岩气已实现了商业开发，并对海相页岩气富集条件及甜点选区标准等开展了大量工作，而陆相页岩气的相关研究薄弱，尤其是我国东部断陷盆地，如松辽盆地徐家围子断陷沙河子组，前期主要作为主要气源岩进行评价，该类页岩气储集性能及含气性如何，是否具有勘探潜力，甜点分布在哪里？急需开展断陷湖盆陆相页岩气的潜力综合评价。
由于沉积环境、构造运动等差异，导致海相和陆相页岩气在岩石学特征、硅质矿物成因、成储机制和页岩气赋存状态等方面有明显差异，对比这些差异，有利于清楚认识陆相页岩气资源潜力及甜点优选条件。本文以川东南龙马溪组、松辽盆地徐家围子断陷沙河子组分别作为高-过成熟海相、陆相页岩研究靶区，开展有机地化、XRD矿物分析、扫描电镜、氮气吸附、甲烷等温吸附等实验，对比两者的差异，并对差异影响因素进行分析，得到以下几点认识：
（1）页岩沉积环境及矿物组成：
沙河子组页岩形成于断陷期湖相沉积背景，有机质类型以腐殖型（III型）为主，局部为腐殖腐泥型（II2型），分布在平原亚相沼泽沉积（与煤层共生）、前缘亚相及半深湖-深湖相中，不同亚相间TOC差异较小；粘土矿物、石英和长石为主要造岩矿物，平原沼泽亚相石英含量高、伊蒙混层占比高，与紧邻煤层酸性成岩环境密切相关。而龙马溪组形成于海相陆棚相沉积背景，有机质主要来自海洋浮游生物和藻类，TOC含量明显高于沙河子组，且具有较高石英、低长石和低粘土含量特征，生物成因硅质较发育，可压裂性明显好于沙河子组。
（2）页岩孔隙类型：
与龙马溪组有机孔发育不同，沙河子组页岩无机孔隙发育，包括石英粒间孔、黄铁矿晶间孔，长石粒内溶蚀孔、粘土矿物相关孔等，镜下有机质多以沉积型为主，有机孔多为有机质边缘收缩缝，蜂窝状有机孔不发育，有机质孔隙对陆相页岩气储集空间贡献有限，这与干酪根类型有密切关系。由平原沼泽、前缘至湖相页岩，石英粒间孔和长石溶蚀孔比例逐渐降低，黏土矿物有机孔比例增多。
（3）页岩孔隙结构：
与龙马溪组页岩相比，沙河子组退汞效率偏低、较大孔喉占比更小，说明粘土-无机孔连通性比有机孔连通性要差；沙河子页岩具有平均孔径大（10.98 nm），比表面积小（4.92 m2/g），孔体积较大（0.0129 cm3/g）特征，主要发育介孔和宏孔（占比90%）；孔体积与黏土矿物、石英和长石含量密切相关，比表面积主要与伊蒙混层和伊利石含量有关，有机质贡献较弱。
海相和陆相页岩孔隙度随深度变化趋势不同。龙马溪组孔隙度随埋深增加孔体积呈增大趋势，这与埋深大、保存条件好、压力系数增加（最大可达2.0）、孔隙得到有效保护有关，而沙河子组页岩孔隙度随埋深增加而呈指数降低，这与沙河子组页岩与致密砂砾岩频繁互层，压力系数小（1.1-1.35），压实作用对孔隙破坏程度大有关，在相同埋深下，平原沼泽微相页岩孔体积及孔径要明显高于其他微相页岩。
（4）海陆相页岩吸附能力:
甲烷吸附实验表明龙马溪组具有高VL（平均3.58 m3/t），高PL（平均10.55 MPa）特征，吸附相密度较高（均值369.4mg/cm3）；而沙河子组具有低VL（平均1.75 m3/t）和低PL（平均3.14 MPa），吸附相密度较低（均值309.5mg/cm3），整体上平原沼泽微相页岩VL要高于其他微相，埋深越小、VL值越大。与海相页岩吸附能力主要受有机质影响不同，沙河子组页岩吸附能力主要与伊蒙混层和石英含量有关，伊蒙混层越高、吸附能力越强，石英占比越高，孔隙连通性越好，甲烷被吸附到孔隙表面积的机率越高。综合吸附能力评价及实际地层条件，得出沙河子组页岩气以游离气为主，吸附占比多小于20%，明显低于龙马溪组海相页岩。
（5）甜点建议
页岩气甜点需要物性、含气性和可压裂性三者的良好匹配。对于海相页岩气，有机质对储集性能、含气性、生物硅质等均有密切关系，深水陆棚硅质页岩是海相页岩气的甜点，其高TOC，高脆性，高含气性，同时还要注重页岩气保存条件，抬升时间晚、构造破坏程度弱的区块更利于页岩气富集及开发。而对于沙河子组陆相页岩，页岩气甜点优选受多个因素影响，埋深过大对孔隙破坏严重，2600-3600m为最佳埋深，厚度较大的平原沼泽或前缘富有机质页岩的物性及孔径最大，可压性好，应该是相对有利的页岩气甜点。