中國南方古生界頁岩氣賦存富集機理和資源潛力評價

2021-07-01 06:57:28 字數 4799 閱讀 8023

二、預期目標

1.總體目標

針對我國南方古生界頁岩的地質地球化學特點,重點突破與頁岩氣評價與資源潛力**有關的關鍵科學問題,建立頁岩氣賦存、富集、成藏的理論體系。提出適合我國南方古生界頁岩氣評價的指標與方法,客觀評價頁岩氣資源潛力資源,確定有勘探開發潛力的主要頁岩層位,為我國南方古生界頁岩氣勘探開發提供方法基礎與理論指導。力爭在評價指標與方法上有創新,在理論體系上有突破,在實際應用方面有針對性。

通過本專案的研究,造就一支從事頁岩氣研究的高水平科研隊伍。

2.五年預期目標

(1)建立有機質特性、成烴演化與頁岩氣形成的關係;建立粘土礦物和脆性礦物型別與沉積、成岩作用的關係,提供頁岩氣有機微孔和無機微孔(粒間孔、粒內孔等)**的模型;建立有機質熱演化與頁岩氣生成量和儲存量的地質演化模型;揭示奈米級孔隙結構與頁岩氣賦存富集的關係,揭示頁岩氣的賦存機理,闡明深層頁岩氣賦存狀態和轉化特徵及其與深層頁岩氣形成的關係,建立盆地深層頁岩在溫壓平衡/非平衡體系下的吸附和解吸附模型;量化各種地質地球化學因素對頁岩含氣性的控制作用,揭示頁岩氣形成的控制因素,建立頁岩氣賦存富集的地質地球化學理論。

(2)揭示南方古生界盆地構造演化和沉積埋藏史,結合大地熱流模型反演盆地的古地溫演化歷史,建立南方古生界盆地構造-熱演化模型;揭示構造抬公升條件下頁岩氣儲層物性的響應特徵和含氣性變化機制,探索多期構造變動條件下頁岩氣藏發育的有利構造區位;揭示構造應力場對頁岩裂隙形成發育的影響,建立構造改造頁岩氣散失的定量模型;揭示後期構造的成因機制及對古生界盆地的疊加、破壞與改造程度,闡明頁岩氣儲存的構造條件。為構造改造區頁岩氣的評價提供理論與開發基礎。

(3)建立適合我國南方古生界頁岩氣資源潛力的評價指標與方法,圈定有勘探開發潛力的頁岩層,分層位、分地區、分埋深評價頁岩氣資源潛力,**有利勘探地區。以南方古生界典型區塊為靶區,揭示頁岩氣成藏動力特徵及其對頁岩氣成藏演化的控制機理,揭示頁岩氣成藏系統「源巖—儲層—蓋層」組合規律性,構建基於能量平衡理論和油氣系統理論為基礎的頁岩氣藏成藏富集規律。發展中國南方古生界頁岩氣富集成藏地質評價與勘探理論,形成本土化頁岩氣勘探評價技術方法。

(4) 本專案研究成果的表現主要有兩個方面:發表一批與頁岩氣評價與勘探相關的基礎性高水平學術**,參加頁岩氣相關的國際學術會議,報告我國在頁岩氣賦存機理與評價方面取得的重大進展。預期發表**100餘篇,其中sci/ei**50-60餘篇。

提交我國南方古生界頁岩氣資源潛力評價報告及相關圖件,為國家勘探開發南方古生界頁岩氣提供科學依據。

(5)培養和造就一支從事頁岩氣基礎研究和應用基礎研究高水平的科研隊伍,培養碩士、博士研究生和博士後研究人員30名左右

三、研究方案

1.學術思路

我國南方古生界頁岩氣賦存富集機理與資源潛力評價涉及到非常複雜的理論與實際問題。本專案依託中國科學院、中國海洋石油總公司、教育部有關高等院校的參加單位的研究力量與技術條件,抓住關鍵科學問題,圍繞國家需求,組織優勢團隊開展研究。本專案從我國南方古生界頁岩的地質地球化學特點入手,通過對頁岩的含氣性評價與主控因素、儲存條件與含氣性關係、孔隙結構與儲氣機理等方面研究,建立頁岩氣形成、賦存、富集成藏的地質理論。

在此基礎上,研究頁岩氣的評價指標與方法,建立頁岩氣資源潛力評價理論體系,並對中國南方古生界頁岩的資源潛力進行評價。結合實際勘探,進一步評價揚子地區典型區塊古生界頁岩氣的勘探潛力,圈定頁岩氣的有利勘探開發區。

2.技術途徑

針對本專案主要研究內容與目標,按6個方面實施。

(1)頁岩氣形成與含氣性的影響因素

選擇我國南方典型區塊古生界頁岩,通過實驗室成烴模擬、鑽井頁岩樣品含氣量測量和地球化學分析,量化各種控制因素對頁岩氣含氣性的影響。具體技術途徑為:

開展各種地質樣品的氣體化學組成和碳、氫同位素地球化學分析,包括氣體錄井、新鮮岩石密封脫氣、岩石密封破碎脫氣,獲得吸附氣和游離氣的地質記錄;結合熱解模擬實驗,獲得氣體成熟度與頁岩氣儲存量的關係。

開展toc、rock-eval、gc-ms、碳同位素等有機地球化學實驗分析,獲得頁岩樣品有機質豐度、型別和成熟度;開展岩石學觀察、礦物組成分析、孔隙度和滲透率分析,獲得頁岩含氣性與有機質特性、無機礦物組成、孔隙度和滲透率的關係。

開展岩石氣體儲存量分析,獲得頁岩樣品中氣體的儲存量與有機碳含量、成熟度、礦物組成的關係;結合有機質生氣量熱解模擬、頁岩潤濕性模擬,獲得溫度、壓力、地層水和礦物組成等諸因素對頁岩氣形成的控制,建立評價頁岩氣儲存的理論模型和方法。

(2)頁岩微孔縫結構與頁岩氣賦存富集

以鑽井岩心、露頭剖面和錄井資料為基礎,採用微觀和巨集觀相結合的方法,重點解剖中海油的頁岩氣區塊的儲層特徵。

通過壓汞、液氮微孔結構、掃瞄/投射電子顯微鏡、等溫吸附實驗、含氣量測試和岩石靜三軸試驗等分析技術,從頁岩微觀孔裂隙(特別是奈米級孔隙)特徵入手,分析頁岩氣儲層的微觀孔裂隙結構及吸附特徵,研究控制奈米級孔隙結構的主要因素,研究頁岩氣儲存的狀態,從而建立頁岩氣的賦存機理。

通過研究構造演化-沉積埋藏-烴源巖演化-生氣作用-地下流體以及構造應力-熱力-流體化學-流體動力等「五史」「四場」配置關係,解析構造活動相對穩定期與改造期對頁岩微孔縫結構的影響作用及其對頁岩氣賦存機理的控制作用。

在上述研究基礎上,從頁岩基塊彈性能、氣體彈性能和水體彈性能等儲層彈性的多種表現形式著手,研究能量動態平衡系統的演化過程,以能量動態平衡理論和油氣系統論為基礎,研究頁岩氣系統的生-儲-蓋組合特徵,**頁岩氣富集規律。

(3)構造演化與頁岩氣的改造和儲存

從盆地的形成演化歷史出發,突出對構造改造的反演和對盆地熱史的恢復,抓住構造抬公升過程中溫度和壓力條件的變化對頁岩氣藏含氣效能的影響和吸附-解吸附機理等關鍵問題開展工作。

在構造演化方面選取上、中、下揚子的典型盆地或者區塊進行解剖,通過詳細地表調查考察盆地地層序列、沉積充填史、構造特徵等,揭示盆地型別及形成的動力學背景;通過**資料解釋、構造平衡與恢復、物理及數值模擬等方法深入研究典型盆地剖面,確定其各個時期的沉積環境、變形特徵、構造演化與成因機制。在對盆地的形成與改造以及原型盆地恢復研究中,通過對區內代表性盆地的邊界斷裂、盆內變形形跡、應力場分布特徵等分析,分析其形成時間、構造性質和屬性、多期演化及時空差異;研究早期構造對盆地形成與演化的制約以及後期構造的成因機制與對下古生界盆地的疊加、破壞與改造。

在區域熱演化史研究方面,選擇典型地區、以2-3個典型井位或剖面為基礎,恢復古地溫梯度,結合沉積、構造和岩漿活動歷史分析,分析盆地古生界埋藏史和熱演化史,結合構造演化,建立構造-熱演化模型。

在構造抬公升對頁岩氣含氣效能影響研究,將借鑑煤層氣的相關理論和不同成熟度頁岩的吸附模擬實驗及數值模擬等手段,從頁岩儲層在構造抬公升過程中異常壓力的成因機理入手, 通過構造抬公升過程的定量模擬研究, 分析儲層壓力在整個構造抬公升過程中的動態演化過程,評價構造抬公升造成的頁岩氣散失;通過模擬壓力變化,研究構造演化過程對頁岩吸附量和飽和度的影響。

(4) 深層頁岩儲集物性及含氣性

針對盆地深層高溫壓條件,主要通過模擬實驗,結合地質樣品,對比研究深層頁岩有機質和粘土礦物顯微孔隙結構、孔隙率、頁岩氣賦存狀態及隨壓力梯度的變化,研究水、co2、烴類與礦物的反應及對儲集物性的影響,評價深層頁岩的含氣性。具體技術途徑如下:

運用paterson氣體介質高溫高壓流變儀,結合高壓原位raman和高壓原位同步輻射角色散x射線衍射儀,研究高壓-超高壓狀況下頁岩乾酪根和粘土礦物組成等岩石物性特徵和隨壓力梯度的變化;

通過系列模擬實驗研究深層高溫高壓條件下頁岩烴類與無機成分之間的後成岩反應等對岩石儲集結構的影響、以及超臨界流體對甲烷吸附容量的影響。

運用高壓-超高壓吸附儀研究不同型別頁岩、頁岩乾酪根、粘土礦物、頁岩微裂縫隙等儲集結構的甲烷氣體吸附解吸附效能,建立壓力範圍在200至700 bar頁岩不同組成單元甲烷氣體吸附解吸附效能和等溫吸附平衡曲線,以此來模擬研究2000 至7000m埋深範圍頁岩氣吸附和脫附效能。

通過不同系列頁岩和乾酪根樣品的吸附實驗,研究高溫高壓條件下頁岩氣的賦存形式及其隨壓力梯度的變化。

(5)南方古生界頁岩氣資源潛力評價

研究工作分四步實施:

① 通過國內外文獻資料調研,對比分析主要頁岩氣資源潛力評價方法的特點及應用條件;研究我國南方古生界頁岩的地質地球化學特點,從地質與地球化學等方面與美國頁岩氣盆地進行對比,優選適合的資源潛力評價方法。

② 確定頁岩氣評價的限定指標,包括toc下限,ro範圍、頁岩最小厚度等一系列引數。主要是根據本專案相關研究成果及頁岩氣含氣實際分析資料,結合國外勘探開發實際資料與經驗,有針對性的提出上述各項限定指標。

③ 確定有頁岩氣資源潛力的頁岩的地質地理分布。對我國南方古生界頁岩的展布與地球化學成熟有大量的研究成果,可作為面上資料,再選擇幾個有代表性的剖面進行精細的地質地球化學分析,從點到面圈定有效的頁岩分布。

④ 頁岩氣資源潛力評價。根據優選適合的資源潛力評價方法、確定的地球化學限定指標、頁岩典型含氣資料,模擬計算頁岩氣總資源量、不同時代地層(上二疊統暗色頁岩、下志留統暗色頁岩、下寒武統)頁岩氣資源量、不同區塊、不同埋藏深度頁岩氣資源量,**有利的勘探開發區。

(6)南方古生界典型區塊頁岩氣勘探潛力評價

本專案選擇的典型區塊是中國海洋石油總公司獲得的上、下揚子古生界頁岩氣區塊。按如下技術途徑開展研究:

①以現有和新採集的**資料為基礎,結合典型野外地質剖面的詳細調查,綜合應用鑽井、測井、**、地質和分析化驗資料,研究上揚子區古生界頁岩形成的構造背景、沉積演化特徵及其控制因素,構建南方古生界典型區塊重要構造事件背景下層序地層格架中的黑色頁岩發育模式,揭示沉積環境與頁岩發育的關係,明確典型區塊頁岩分布範圍和厚度及各層段分布規律。

② 運用x—衍射、陰極發光、掃瞄電鏡等分析技術,查明頁岩礦物組成、組構特徵、變質程度、孔隙結構特徵和儲集空間型別和分布特徵;通過岩石力學測試並與高分辨/微**資料、測井資料相結合,揭示裂縫發育規律及成因機制,通過與美國頁岩氣儲層特點比較性研究,建立頁岩儲層縫孔識別技術方法和評價標準;結合所獲得的點麵資料,評價頁岩儲集特點,**高效頁岩儲集分布。

③ 以課題1-5凝鍊的頁岩氣評價的理論與方法為指導,從頁岩有機質豐度、熱演化、厚度、埋深、頁岩強度、頁岩儲層的結構及頁岩吸附氣量等方面,評價資源量和勘探潛力;綜合上述相關資料,進行頁岩含氣量分布的工業成圖,圈定頁岩氣富集區帶,進而確定勘探靶區;

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