四川盆地南部过成熟海相页岩的孔隙特征和游离气量

The free gas in porosity is the key factor for shale gas development, free gas volumes is controlled by porosity and gas saturation. The present shale gas exploration in China focus on the two shale gas plays, including the lower Cambrian black shale play and Upper Ordovician Wufeng Formation(O3w) to lower Silurian Longmaxi Formation shale(S1l) play in south part of Sichuan Basin and marginal areas, where the organic maturity of two shale plays are in the overmature phase (VRo higher than 2.0%), The porosity characterization and free gas volume is the unsolved vital scientific question in the shale gas resource assessments of the overmature marine shales. This project select these two two shale gas plays in Weiyan Block and Changning Block in the in south part of Sichuan Basin as anatomy target, to analysis the porosity characterization（total porosity,organic porosity and inorganic porosity） and free gas volume in the two plays, its relationship with TOC, organic maturity, mineralogy composition and rock texture will be documented. Furthermore, Based on refined geological and geochemical characterization of high TOC horizons, the quantitative model of the distribution of original gas in-place and free gas volume can be established in in Weiyan Block and Changning Block, and the its inherent key controlling factors will be delineated to provide the key parameters for OGIP and free gas assessment and comparison examples for Chinese shale gas industry.

页岩游离气量是页岩气的成功开发的关键因素，游离气量主要取决于页岩孔隙度和含气饱和度。四川盆地南部和周边下寒武统和上奥陶统-下志留统五峰组和龙马溪组黑色页岩是我国页岩气勘探的重点，这两套黑色页岩勘探层主体上处于过成熟阶段(VRo大于2.0%)，过成熟海相页岩孔隙特征和游离气量是中国页岩气评价中没有较好解决的关键科学问题。本项研究以这两个两个页岩勘探层作为为研究对象, 以四川盆地威远区块和长宁区块作为解剖区，重点分析过成熟海相页岩勘探层的孔隙特征(总孔隙,有机孔隙和无机孔隙)和可能游离气量, 分析它们与有机质含量、有机成熟度、矿物成分和岩石结构、内在水份之间的关系 , 在富有机质页岩勘探层的精细地质和地球化学表征基础上, 定量表征威远和长宁两个典型区块页岩原地气量和游离气量,分析其主要控制因素,为工业界提供页岩气原地气量和游离气量分析的关键参数和对比范例。

在过去的10年中,我们对页岩勘探层的认识进展非常迅速,研究初期,吸附被认为是源岩中气体赋存的主要机理,随着勘探和研究的进展,我们认识到大多数可采出的页岩气实际上游离气,类似于常规储层，游离气的量直接控制了页岩气开发中初始产量(IP)和最终可采量(EUR)，游离气量主控因素是页岩孔隙度和天然气饱和度。 Dan Jarvie(2007)提出页岩有机质孔隙随有机成熟生烃作用增高而单调增加，另一方面，页岩生气量随成熟度增高而增加，即有机成熟度越高，更多的生气量和更好的有机质孔隙发育状况，对页岩气勘探有利，这一的观点在2015年以前在中国得到许多人的引用，我们团队对个不同成熟度区间海相页岩孔隙度分析研究表明过成熟海相页岩当镜质组反射率大于3.0%以后页岩孔隙度明显降低，导致游离气量的减少，这一成果更正了Dan Jarvie的观点。. 对四川盆地南部和周边过成熟阶段志留系和寒武系富有机质页岩样品孔隙度分析表明其孔隙度在2-10%之间，高有机质丰度(TOC 2-8%)下志留统龙马页岩孔隙度可高达5-10%，高TOC页岩具更高的页岩孔隙度和含气饱和度。埋藏和成熟过程中无机孔隙总体上是降低的，而有机质孔隙经历在生气阶段增加，而在镜质组反射率大于3.0%后，总体上趋于降低，导致游离气量的减少。四川盆地南部下志留统龙马溪组的富有机质页岩(2.0-2.3%VRo)和下寒武统富有机质页岩（(2.5～3.1%VRo)孔隙度的典型值为6%和2.5%，页岩孔隙度和含气饱和度上的差别导致页岩中游离气量上重大差异。. 我们有理由认为页岩气有利的成熟度区间是1.3～3.0%, 有机成熟度大于3.0～3.5%海相页岩商业性开发价值变差，主要原因是有效的含气孔隙度降低，导致游离气量降低。无论是美国Marcellus页岩、Fayetteville页岩和Woodford页岩,还是中国四川盆地下古生界页岩已有勘探开发实践均已证实页岩气商业开发存在成熟度上限，这个成熟度上限大约在3.0-3.5%，这解释了为什么四川盆地及周缘五峰组(O3w)-龙马溪组(S¬1l)黑色页岩层段开发效果好，而下寒武统黑色页岩层段开发效果差。