一种评价成烃生物对页岩气储集能力影响的方法

摘要

本发明公开了一种评价成烃生物对页岩气储集能力影响的方法。所述方法包括如下步骤：选取页岩取心井，获取页岩的地球化学特征；获取页岩中成烃生物的种类、数量以及相对含量；获取页岩的孔隙结构特征和甲烷最大理论吸附量；S4、根据式(3)得到成烃生物有机质的吸附能力，即实现成烃生物对页岩气储集能力影响的评价。本发明通过对成烃生物类型和数量的定量统计，结合页岩有机地球化学特征，明确下古生界海相页岩成烃生物类型、分布特征；在此基础上结合页岩干酪根孔隙结构表征参数与甲烷吸附等实验数据，建立成烃生物对储集能力影响的评价模型，分析不同生物来源有机质对孔隙结构的影响以及储集能力的差异性，进而准确评价富有机质页岩的储集能力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种评价成烃生物对页岩气储集能力影响的方法，属于油气勘探技术领域。

背景技术

海相页岩中的成烃生物(藻类、细菌、疑源类等)是有机质形成的物质基础(Borjigen et al.，2014；周圆圆等，2017)，因此成烃生物的数量直接决定了有机质的丰度。然而在有机质丰度接近的页岩中，不同成烃生物的有机质组分和结构不同，其形成的干酪根类型、热演化过程和生油气潜能差异较大，如浮游藻类化学成分中类脂物含量较底栖藻类更高，芳环结构数量更低，因此浮游藻类具有较好的生油潜力，比底栖藻类高出2-3倍(秦建中等，2014；腾格尔等，2017)。另一方面，由于有机质孔是页岩气富集的主要储集空间，有机质孔的发育程度和分布特征直接影响了页岩气的储集能力(Ji et al.，2017)，而成烃生物作为有机质孔的基质来源，控制着有机质孔的特征。然而并不是所有的干酪根都会发育大量的纳米孔隙，2009年，Ross和Bustin在研究不同成熟度页岩的吸附性能时发现，高成熟页岩单位质量有机质中具有相对更大的微孔体积和比表面积，相对低成熟页岩来说，吸附能力受控于有机碳的特性在高成熟页岩中体现更加明显。不同成烃生物类型在生烃过程中形成的有机质孔隙结构必然有所差异，因此在评价页岩的储集能力时，有必要对页岩的干酪根纳米孔隙发育情况，及成烃生物的影响进行深入细致的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种评价成烃生物对页岩气储集能力影响的方法，本发明以成烃生物为参数，可有效预测页岩气富集甜点区，指导页岩气勘探开发工作。

具体地，本发明所提供的评价成烃生物对页岩气储集能力影响的方法，包括如下步骤：

S1、选取页岩取心井，获取页岩的地球化学特征；

S2、获取页岩中成烃生物的种类、数量以及相对含量；

S3、获取页岩的孔隙结构特征和甲烷最大理论吸附量；

S4、根据式(3)得到成烃生物有机质的吸附能力，即实现成烃生物对页岩气储集能力影响的评价；

式(3)中，Cnm表示第n个样品中成烃生物种类m的相对含量；Qn表示第n个样品甲烷最大理论吸附量；Xm表示成烃生物种类m的吸附能力，即成烃生物形成的有机质的吸附能力。

上述的方法中，步骤S1中，所述地球化学特征包括如下参数：

有机质丰度、有机质类型和有机质成熟度。

上述的方法中，以TOC含量作为所述有机质丰度的指标；

所述有机质类型为下述1)-4)中任一种：

1)δ

2)-28‰＜δ

3)-26.5‰＜δ

4)δ

以镜质组反射率作为所述有机质成熟度(Ro)的指标，Ro值越大，代表有机质成熟度越高；本发明具体实施方式中，五峰组-龙马溪组页岩由于沉积于晚奥陶世-早志留世，沉积物中缺乏镜质组，因此需先测得沥青反射率(Rb)，利用Jacob(1989)提出的公式Ro＝0.618Rb+0.4计算得出Ro。

上述的方法中，步骤S2按照下述步骤进行：

a)将页岩样品磨制成岩石薄片，依据光学显微镜下观察的生物组织器官和有机形态进行生物鉴定；

b)利用扫描电镜观察统计页岩中的微体古生物化石，扫描电镜是用聚焦得很细的电子束照射被检测的试样表面,产生二次电子或背散射电子进行形貌观察；

c)通过生物标志化合物分析成烃生物主要类型及有机质来源；

d)通过孢粉有机质实验，将页岩中的孢型、结构有机质、无定型有机质组分提取出来，并在显微镜下进行种类观察鉴定，同时用外来石松孢子作为标记，根据式(1)得到各类成烃生物数量N，实现对成烃生物的定量统计；

式(1)中，N

所述孢型包括藻类、菌类和疑源类化石；

在统计出样品中各类成烃生物数量的基础上，根据式(2)计算出各成烃生物的相对含量：

式(2)中，C

上述的方法中，步骤S3中，所述孔隙结构特征包括如下结构参数：

孔隙形态、孔径分布、孔体积和比表面积；

通过低温氮气吸附测试获取所述孔隙结构特征。

步骤S3中，根据甲烷等温吸附实验得到所述甲烷最大理论吸附量，本发明中，甲烷等温吸附实验使用PCTProE&E型高压吸附解吸仪测定，实验得到的等温吸附数据采用Langmuir吸附等温式进行拟合，计算甲烷最大理论吸附量。

本发明通过对成烃生物类型和数量的定量统计，结合页岩有机地球化学特征，明确下古生界海相页岩成烃生物类型、分布特征；在此基础上结合页岩干酪根孔隙结构表征参数(孔体积、比表面积、孔径分布)与甲烷吸附等实验数据，建立成烃生物对储集能力影响的评价模型，分析不同生物来源有机质对孔隙结构的影响以及储集能力的差异性，进而准确评价富有机质页岩的储集能力。

附图说明

图1为本发明评价成烃生物对页岩气储集能力影响的方法的流程图。

图2为五峰组-龙马溪组TOC频率分布直方图。

图3为涪陵地区五峰组-龙马溪组有机质碳同位素剖面图。

图4为涪陵地区五峰组-龙马溪组Ro剖面图。

图5为典型球形疑源类照片。

图6为典型具刺疑源类照片。

图7为典型真菌类照片。

图8为典型底栖生物碎片照片。

图9为典型绿藻照片。

图10为典型原核生物照片。

图11为五峰组-龙马溪组页岩微生物相对含量分布图，从左至右依次为疑源类、绿藻、真菌和底栖类。

图12为各类成烃生物与TOC相关图。

图13为五峰组-龙马溪组有机质孔隙氦离子扫描电镜图片。

图14为生物与甲烷吸附综合柱状图。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

本发明以涪陵地区五峰组-龙马溪组页岩为研究对象，首先利用TOC、δ

本发明方法的流程图如图1所示，下面以五峰组-龙马溪组页岩为研究对象，说明本发明方法的过程：

(1)查明研究区储层有机地球化学特征

五峰-龙马溪组页岩有机质丰度较高，1-5小层主体介于2％～4％之间，6-7小层主体介于1％～2％之间(图2)，以I型有机质为主(图3)，处于高过成熟阶段(图4)。五峰龙马溪组底部沉积时期古生产力较高，并处于还原性较强且闭塞程度较高的深水环境，保存条件好，有机质和生物硅含量均较高；五峰-龙马溪组上部沉积时期海平面相对较低，有机质和硅质含量相对较低，但盆外泥级和粉砂级颗粒增加，粘土矿物含量较高。

(2)划分页岩成烃生物主要类型

五峰组-龙马溪组页岩成烃生物主要包括疑源类、真菌、底栖生物、绿藻，以及少量原核生物。疑源类可分为球形疑源类和具刺疑源类：球形疑源类主要包括光面球藻、粒面球藻和棘面球藻(图5)；具刺疑源类包括波罗的刺球藻和小刺球藻(图6)。真菌孢子可能为真菌生殖器官(图7)；底栖藻类为黑色或红褐色的碎片，可能为底栖藻的丝状体或叶片体的碎片(图8)；绿藻化石主要为小球藻和团藻(图9)；原核生物主要为蓝藻和细菌(图10)。

(3)确定各类成烃生物相对含量与分布

五峰组和龙马溪组下部微生物种类丰富，疑源类是本段最丰富的生物，相对含量在58％～77％之间。龙马溪组的上部，疑源类数量迅速减少，相对含量低于60％，绿藻数量略有增加，底栖藻类碎片含量显著增加，相对含量在17％～56％之间(图11)。结合TOC数据，疑源类为最主要的有机质来源(图12)。

(4)明确页岩储层微观孔隙结构特征

五峰组与龙马溪组底部有机质孔隙比表面积明显大于龙马溪组中上部，并且五峰组-龙马溪组页岩下部相较于其上储层有机孔隙结构复杂，表面粗糙，尤其是大孔隙(图13)。在同一有机质样品中，大孔和中孔的结构复杂性和表面粗糙度均强于微孔。疑源类形成的有机质孔隙含有更大的比表面积，底栖藻类碎片形成的有机质孔隙比表面积最低。

(5)明确成烃生物对页岩吸附能力的影响

五峰组-龙马溪组底部页岩形成于碳硅质深水陆棚相，成烃生物以疑源类为主，形成的有机质孔隙比表面积较高，具有较强的吸附能力。龙马溪组上部的页岩形成于(砂)泥质浅水陆棚，海洋中的底栖生物与陆源有机质输入增加，导致有机质纳米孔隙孔径较大，但是比表面积较低，具有低吸附能力(图14)。

由于有机质孔隙结构的差异是有机质来源不同导致，本发明在定量统计了不同层位页岩中各类主要微生物类型的基础上，结合页岩有机质甲烷等温吸附数据，为研究不同成烃生物有机质的甲烷吸附能力，建立方程组(3)，计算各类成烃生物有机质的吸附气能力X。

式中，Cnm：第n个样品中成烃生物种类m的相对含量，由式(2)得到；Qn：第n个样品甲烷最大理论吸附量；Xm：成烃生物种类m的吸附能力。

通过最小二乘法解方程组，可以得出，疑源类形成的有机质吸附能力为20.32cm

由此可见，研究区五峰组-龙马溪组页岩中的疑源类含量控制着储层有机质的孔隙结构，前人研究认为疑源类可能为浮游藻类，因此疑源类生物形成的有机质孔径较小，但结构复杂，可提供大量的比表面积供甲烷气体吸附，导致页岩有机质孔隙的吸附能力较强。因此，五峰组与龙马溪组底部疑源类含量较高，有机质孔隙中甲烷最大吸附量较高，基本分布在15～25cm