Reservoir Characteristics and Dynamic Accumulation Process of the Quaternary Mudstone Biogas

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.200

Abstract

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

CLC Number:

TE132.2

TANG Xianglu, JIANG Zhenxue, SHAO Zeyu, LONG Guohui, HE Shijie, LIU Xiaoxue, WANG Yuchao. Reservoir Characteristics and Dynamic Accumulation Process of the Quaternary Mudstone Biogas[J]. Geoscience, 2022, 36(02): 682-694.

Figures/Tables 16

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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