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

216 / 2021-06-16 16:06:21

陆相泥页岩不同类型有机质孔演化特征及其成储意义 —以川西坳陷上三叠统须家河组为例

有机显微组分,孔隙非均质性,有机孔演化,成孔能力,成储机制

页岩油气理论与技术

        陆相页岩有机质孔隙的非均质性强。本文以川西坳陷须家河组页岩为研究对象，采用场发射扫描电镜和EDS能谱相结合的手段，建立了一套有机质显微组分综合识别体系，通过仿真地层热模拟实验得到了不同有机质显微组分的孔隙演化规律，最终建立了不同类型有机质动态综合成孔模式。成果对于丰富我国陆相泥页岩成储理论，支撑陆相页岩气高效勘探和甜点优选具有较为重要的理论意义。

        通过场发射扫描电镜（FE-SEM）与EDS能谱相结合的方式，有效识别出固体沥青、镜质体和惰质体三大有机显微组分，以及油沥青、焦沥青、结构镜质体、无结构镜质体、镜屑体、丝质体、半丝质体、惰屑体、菌类体等显微亚组分。镜质体与惰质体可以通过扫描电镜镜下形态与固体沥青区别开来，而镜质体与惰质体两者可以通过惰质体具有高突起，以及两者EDS能谱中碳、氧元素重量百分比差异来区分，具体为固体沥青的碳元素重量百分比介于35%~75%，其中无孔隙或少孔隙的油沥青，碳元素含量偏低，其重量百分比介于50%~60%，镜质体的碳元素重量百分比分布在75-85%，惰质体的碳元素重量百分比最高，一般为80~90%。FE-SEM不同类型有机质孔隙发育程度差异大，有机粘土复合体中的固体沥青孔隙最为发育，其次为单独片状分布的固体沥青，镜质体和惰质体孔隙发育较差，主要以残余原生孔隙为主。受显微组分生烃潜力差异的控制，从固体沥青、镜质体到惰质体，三者的碳元素重量百分比依次增大，生烃潜力依次变差，成孔能力也依次变差；受粘土矿物催化作用的控制，随着伊利石含量增加，粘土矿物的比催化活度增加，可促进伊利石附近的固体沥青大量发育孔隙。有机质平均面孔率与伊利石含量具有更强的正相关关系，也进一步说明了在粘土矿物中起催化作用的主要是伊利石。仿真地层热模拟实验表明，不同有机显微组分孔隙演化差异大：随成熟度增加，固体沥青发育大量蜂窝状孔隙，面孔率不断增大，后期由于生烃枯竭导致面孔率逐渐减小；而镜质体和惰质体的孔隙发育较差，其原生孔隙还随成熟度的增加迅速减小。具体来说，固体沥青孔隙随成熟度增加，呈现出先增加后减小的趋势；镜质体和惰质体的孔隙演化规律相似，都随着成熟度的增加迅速减小。R_o<0.5%时，页岩处于未成熟阶段，该阶段页岩储层孔隙最为发育，沉积物还未完全固结，镜质体和惰质体还保留有高等植物的原始细胞结构，细胞结构尚未被充填和破坏，此时页岩储层孔隙最为发育。0.5%<R_o<1.2%时，页岩处于未成熟—低成熟阶段，此时的固体沥青主要为油沥青，普遍孔隙不发育，丝质体和结构镜质体受挤压易发生变形。1.2%<R_o<1.6%时，页岩处于成熟阶段，此时油沥青和焦沥青共存，油沥青边缘开始焦化，发育蜂窝状孔，油沥青逐渐向焦沥青过渡。1.6%<R_o<2.4%时，页岩处于高成熟—过成熟阶段，石油裂解大量生气，此时主要以焦沥青为主，有机粘土复合体大量发育，无结构镜质体微裂缝增加且开度变大。R_o>2.40%时，由于成熟度过高，出现有机质石墨化现象，生烃潜力枯竭，气体逸散导致孔隙坍塌，原始干酪根和焦沥青发育更多微孔，无结构镜质体出现破碎现象，孔隙度出现减小的趋势。以川西坳陷须家河组为代表的陆相泥页岩层系，镜质体和惰质体中广泛发育的微裂缝连通了沥青孔与无机孔，形成优势微观孔—缝网络系统，可显著提高陆相页岩储层储渗能力，成为陆相泥页岩的关键成储机制。