Shale gas potential of the major marine shale formations in the Upper Yangtze Platform, south China (2014)

Die Schieferformationen des Ediacarium (Oberes Sinian), Unterkambrium und Untersilur der Oberen Yangtze Plattform (OYP) im Süden Chinas sind vielversprechende Schiefergasvorkommen. Die hier vorgelegte Arbeit, in Form einer Dissertation, beabsichtigt es den Gasvorrat und die sogenannte frackability dieser Schieferformationen zu evaluieren. Angefangen mit einer detaillierten Untersuchung der geologischen Gegebenheiten und dem Sedimentationsverlauf, wurde eine umfassende Studie mit Fokus auf organochemische, Petroleum-physikalische, petrophysikalische und felsmechanische Attribute, Methan-Sorptionsvermögen, mineralogische Komponenten und Lithofazies der Schiefer durchgeführt. Der gemessene gesamtorganische Kohlenstoff (TOC) betrug meistens über 2%, durchschnittlich 5%. Das Kerogen hat die Metagenese-Phase bereits erreicht, demnach sind die Pyrolysate geprägt durch leichte Kohlenwasserstoffe. Vermutlich besteht das ursprüngliche organische Material überdurschnittlich aus wasserstoffreichem Kerogen und wurde unter marinen Bedingungen mit selektiver Ansammlung von Algen abgelagert. Dies bedeutet, dass die OYP-Schiefer ursprünglich exzellentes Kohlenwasserstoffgenerationspotenzial basaßen. Der errechnete Beginn (Umwandlungsrate TR=10%) und das errechnete Ende (TR=90%) der Gesamtkohlenwasserstoffgenese liegen jeweils bei 120°C und 165°C bei einer geologischen Heizrate von 1.5°C/Ma. Die Position des Schieferreservoirs innerhalb des Sedimentbeckens weist darauf hin, dass der Sättigungsdruck stets unterhalb des Reservoirdrucks war und dass Fluide im Schieferreservoir nur als einzelne, untersättigte Phase während der gesamten Maturitätsentwicklung existierten. Ergebnisse von Hochdruck- (bis zu 25 MPa) Methan-Sorptions-Isothermen deuten darauf hin, dass die maximale Methan-Überschuss-Sorption der Proben zwischen 0.036 und 0.210 mmol/g Gestein schwankt. Die Lanmuir-Sorptionskapazität reicht von 0.077 bis 0.310 mmol/g Gestein. Die Form der Sorptionsisothermen und damit auch die Methansorptionskapazität variieren von Probe zu Probe. Dies könnte durch TOC-Gehalt, thermische Reife, Tonminerale, Feuchtegehalt, Poreneigenschaften, Partikelgröße, sowie angewandte Temperaturen und Drücke beeinflusst worden sein. Die Gesamtmineralogie aller drei Formationen ist kennzeichnet durch einen hohen Quarz-, niedrigen Ton- und sehr niedrigen bis nichtvorhandenen Karbonatgehalt. Lithologisch gesehen dominieren laminierte und nicht-laminierte kieselige Mudstones mit eher geringerfrequenten Zuschaltungen anderer Lithotypen. Poren weisen generell Nanometer- bis Mikrometer-Größen auf, wobei das organische Material reichliche Porenräume aufweist. Die meisten der gemessenen Proben haben Porositäten von weniger als 4%. Trotzdem gibt es einige Proben mit Porositäten über 10%. Die Permeabilität ist extrem niedrig und Helium-Permeabilitätskoeffizienten (Klinkenberg korrigierter Permeabilitätskoeffizient) sind kleiner als 20.2 nD (nano-Darcy, ~2×10-20 m2). Die felsmechanischen Eigenschaften der Proben sind gekennzeichnet durch hoch-brüchiges Verhalten. Dies geht mit hohen Druck- und Zugfestigkeiten, sowie elastischen Merkmalen einher. Der Unterkambrische Schiefer ist im Allgemeinen brüchiger als der untersilurische Schiefer. Dennoch hängen die felsmechanischen Eigenschaften der gemessenen Proben insgesamt von der Mineralzusammensetzung und von physikalischen Merkmalen ab.