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长宁地区五峰-龙马溪组页岩气成藏过程及富集机制研究

王笑奇  
【摘要】:页岩气成藏过程及富集机理的研究是页岩气高效勘探的基础。本文以长宁地区五峰组-龙马溪组海相富有机质页岩为研究对象,基于资料收集、野外调查及系列实验测试,明确了源岩有机地球化学特征及储层矿物组成,精细表征了页岩储层多尺度孔隙结构及储渗特征。综合低温热年代信息及盆地模拟手段,通过建立页岩气多尺度传输模型,恢复了页岩历经的构造埋藏-压实-成岩-生烃-抬升及其控制下的储集空间的演化历程,估算了末次生烃后的页岩气散失量及储层压力。基于页岩气生成及逸散揭示了长宁地区页岩气成藏过程,结合页岩气勘探实际及页岩气逸散模拟的参数敏感性分析凝练了页岩气富集机制。取得的主要成果如下:(1)研究区五峰组-龙马溪组页岩厚度及有机碳含量总体呈现北高南低的展布特征。页岩宏观裂缝类型主要为近垂直于层理的高角度剪切缝、与页岩层理平行的裂缝以及少数小规模发育的垂直于层理的张裂缝。有机碳含量与微孔容及孔隙比表面积成正相关,是影响储层储气能力的核心内因。目的层渗透率0.008~0.037 m D,等压法扩散系数9.0×10~(-13)~6.3×10~(-12) m~2/s;基于孔裂隙特征及孔渗关系,提出了等压扩散系数适用于表征页岩的封盖能力,而压降扩散系数适用于表征页岩气源向外的逐级解吸过程。(2)识别出两期对页岩气成藏产生重要影响的古流体活动,分别对应页岩的末次生排烃和古近纪大规模构造裂缝的产生。裂缝发育的时空配置关系决定页岩气保存而成为成藏的关键阶段。末次生烃后,受新生代构造改造影响,在盆缘及盆外紧闭背斜及规模开放断层的近邻区域,页岩气通过裂缝联通网络逸散,储层超压被破坏;而在宽缓的建武向斜内,远离剥蚀线区域,高导裂缝不发育,储层古超压得以保持。(3)干酪根分子在热演化过程中含氧官能团及脂肪边基侧链基本消耗殆尽,而芳香结构单元通过芳构化、环缩合及拼叠作用,延展度、堆砌度及秩理化程度增大,33%~54%的芳香片层集中于主方向上。有机质因生烃作用解聚排出小分子而形成内部孔,或因体积收缩产生边缘孔;而在生烃作用减弱时,随着芳香结构有序度及堆叠度的增加,条纹间隙减小,有机质孔逐渐消减。(4)研究区目的层页岩气成藏过程可划分为浅埋藏、初始成藏、主要成藏及成藏调整期四个阶段。前两个阶段由压实作用主控,为排水减孔及粘土矿物转化阶段;主要成藏阶段由生烃作用主控,为规模生气、有机质孔隙增加、自身储集空间充注及幕式排烃阶段;成藏调整阶段受差异构造变形主控,在适度抬升后,规模连续储层内页岩气易于保存,是决定页岩气富集的关键阶段。(5)页岩气逸散模拟结果揭示,在形成联通裂隙网络后,即使有极小的渗透率(10~(-21) m~2),在短时间内(相对地质历史时间)页岩气逸散殆尽。提出页岩气有效保存距离为裂隙联通距离及规模扩散距离两部分之和,连续储层与规模扩散距离是判别页岩气保存条件的关键。从储层压力演化的角度分析了构造抬升对页岩气保存的影响,当埋深小于1 km,且页岩气未发生规模逸散时,储层压力系数达到2.5以上,易发生张破裂而不利于页岩气保存。揭示了研究区目的层页岩气富集机制:暗色页岩沉积和适度埋藏是生烃控储的基础,经构造改造仍保持规模连续储层是页岩气滞留保存的关键。提出了基于构造样式的页岩气富集模式,构建了以沉积物质基础、埋深及有效保存距离为核心的页岩气富集区评价参数体系,并从研究区中优选出12个页岩气富集区。


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