第四系泥岩型生物气储层特征及动态成藏过程

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.200

摘要/Abstract

摘要：

第四系泥岩型生物气作为非常规油气领域一种新型的资源类型,具有巨大的资源潜力和勘探开发价值。以柴达木盆地三湖地区第四系泥岩型生物气为例,通过岩心观察、光学显微镜、扫描电镜、高压压汞、族组分分析等实验手段,分析了第四系泥岩型生物气储层特征及动态成藏过程。结果表明,第四系泥岩型生物气储层具有砂泥薄互层频繁交互、纵横向非均质性极强的特点。成岩作用处于早期阶段,R_o小于0.3%,岩石固结程度低,含贝类壳体没有石化,孔隙度普遍在20%以上,仍以微纳米孔隙为主,含极少量毫米孔隙。泥岩储层TOC极低,平均0.2%~0.4%,干酪根以Ⅲ型为主,主要成分是粗纤维,其次是半纤维素、有机氮,是第四系泥岩生气的主要母质来源。第四系泥岩型生物气为甲烷为主的干气,平均含量98.85%,地层水水型以CaCl₂型为主,酸碱度中等偏弱酸性。泥岩突破压力是甲烷滞留成藏的主要动力,低渗、富水和黏土的特征决定了泥岩具备自封闭能力。极低的气候温度、极高的水体盐度、充足的气源条件、有效的自封闭性是泥岩型生物气成藏的关键要素,以此建立了凹陷区自封闭富集带、斜坡区水封富集带、构造高点泥岩气-砂岩气叠合富集带等三种泥岩型生物气成藏模式。

关键词: 储层特征, 动态成藏, 成藏模式, 泥岩型生物气, 第四系

Abstract:

Quaternary mudstone biogas is a new type of resource in unconventional oil and gas field, and has great exploration and development potential. Taking the Quaternary mudstone biogas at Sanhu (Qaidam Basin) as an example, the reservoir characteristics of the Quaternary mudstone biogas and its dynamic accumulation process are analyzed through core observation, optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), high-pressure mercury injection and component analysis. The results show that the reservoir is characterized by frequent sand-mud thin interbeds and strong vertical and horizontal heterogeneity. In the early-stage diagenesis, R_o is below 0.3%. Rock consolidation degree is low, shells are not fossilized, and porosity is generally above 20% with many micro-/nano-pores. The TOC of mudstone reservoir is very low (average 0.2%-0.4%). The kerogen type is mainly Ⅲ, and the main components include crude fiber, hemicellulose, and organic nitrogen, representing the main source of the Quaternary mudstone gas generation. The Quaternary mudstone biogas is methane-dominated (average 98.85%) dry gas. The formation water type is mainly moderately-acidic CaCl₂. The mudstone breakthrough pressure is the main drive for methane retention and accumulation. The characteristics of low permeability, water-rich, and clay determine that the mudstone has self-sealing ability. The cold climate, high salinity, sufficient gas source, and effective self-sealing are the key factors for mudstone biogas accumulation, and three mudstone biogas accumulation modes are established: (1) self-sealing enrichment zone in sag area, (2) water-sealing enrichment zone in slope area, and (3) overlapping enrichment zone of mudstone gas and sandstone gas in structural highs.

Key words: reservoir characteristics, dynamic accumulation, accumulation model, mudstone biogas, Quaternary

中图分类号:

TE132.2

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图/表 16

图1 柴达木盆地构造特征及地层综合柱状图

Fig.1 Structural features and comprehensive stratigraphic columns of the Qaidam Basin

图2 柴达木盆地第四系泥岩岩心特征图

Fig.2 Core characteristics of Quaternary mudstone in the Qaidam Basin

图3 柴达木盆地第四系泥岩孔隙度特征

Fig.3 Porosity characteristics of Quaternary mudstone in the Qaidam Basin

表1 柴达木盆地第四系泥岩成岩作用阶段划分

Table 1 Division of diagenetic stages of Quaternary mudstone in the Qaidam Basin

阶段划分	深度 /m	致密程度	自生碳酸盐含量/%	含水量/%	塑性	孔隙度 /%	孔隙类型				古生物
阶段划分	深度 /m	致密程度	自生碳酸盐含量/%	含水量/%	塑性	孔隙度 /%	原生	次生			植物	蚌壳
初始压实阶段	<400	淤泥	微	>35	好	>35	几乎全部		微量	原始		原始
稳定压实阶段	400~1 000	疏松	<7	30	好-差	35~25	绝对主导		很少	局部炭化		未石化
强化压实阶段	>1 000	较致密	10	<25	差	<25	主导		少量	炭化		未石化

图4 柴达木盆地第四系泥岩微纳米尺度孔隙形貌特征

Fig.4 Micro-nano scale pore morphology of Quaternary mudstone in the Qaidam Basin

图5 柴达木盆地第四系泥岩压汞曲线

Fig.5 Mercury injection curves of Quaternary mudstone in the Qaidam Basin

图6 柴达木盆地第四系泥岩孔体积和比表面积分布特征

Fig.6 Distribution characteristics of pore volume and specific surface area of Quaternary mudstone in the Qaidam Basin

图7 柴达木盆地第四系泥岩地球化学参数特征

Fig.7 Geochemical parameters of Quaternary mudstone in the Qaidam Basin

图8 柴达木盆地第四系泥岩地层水特征

Fig.8 Characteristics of Quaternary mudstone formation water in the Qaidam Basin

图9 柴达木盆地第四系泥岩型生物气体流动形式与微纳米孔隙的关系

Fig.9 Relationship between gas flow patterns and micro-nano pores of Quaternary mudstone in the Qaidam Basin

表2 不同条件下的动力与阻力对比

Table 2 Comparison of power and resistance under different conditions

井号	深度 /m	岩性	平均突破压力/MPa	剩余压力 /MPa	气藏压力系数	储层浮力/MPa						理论封闭气柱高度/m
井号	深度 /m	岩性	平均突破压力/MPa	剩余压力 /MPa	气藏压力系数	100 m	200 m	300 m	400 m	500 m	600 m	理论封闭气柱高度/m
T6-28	1 349	泥质层	9.8	1.03	1.070	0.99	1.97	2.96	3.95	4.93	5.92	600
T6-28	1 450	粉砂质泥层	6.1	1.10	1.069	0.98	1.96	2.94	3.92	4.90	5.88	300
T5-13	1 104	泥质粉砂层	1.3	0.86	1.072	1.00	2.01	3.01	4.01	5.02	6.02	0

图10 泥岩突破压力与孔隙度、渗透率及黏土矿物的关系

Fig.10 Relationship between mudstone breakthrough pressure and porosity, permeability, and clay minerals

图11 柴达木盆地JD1井第四系泥岩生烃条件变化特征

Fig.11 Characteristics of hydrocarbon forming conditions of the Quaternary mudstone in well JD1, Qaidam Basin

图12 柴达木盆地第四系泥岩厚度展布特征

Fig.12 Thickness distribution characteristics of Quaternary mudstone in the Qaidam Basin

图13 不同成岩阶段泥岩和砂岩中气体微观运聚机制

Fig.13 Microscopic gas migration and accumulation mechanism in mudstone and sandstone of the different diagenetic stages

图14 柴达木盆地第四系泥岩型生物气成藏模式

Fig.14 Quaternary mudstone biogas accumulation models for the Qaidam Basin

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