四川盆地威遠(yuǎn)地區(qū)龍馬溪組頁巖儲(chǔ)層特征邵艷;李卓文【摘要】基于威遠(yuǎn)地區(qū)龍馬溪組的大量測(cè)錄井和分析測(cè)試資料，從泥頁巖的地球化學(xué)特征、巖石學(xué)特征、儲(chǔ)層物性特征和含氣性特征4個(gè)方面對(duì)龍馬溪組頁巖氣儲(chǔ)層進(jìn)行研究.結(jié)果表明:威遠(yuǎn)地區(qū)龍馬溪組有機(jī)質(zhì)豐度較高，平均為2.72%;有機(jī)質(zhì)類型以I型為主，成熟度較高，達(dá)到熱裂解生干氣階段;泥頁巖埋藏深度適中，厚度較大，達(dá)到頁巖氣成藏的基本條件;頁巖中黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)適中,脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，平均可達(dá)59.6%,具有高脆性、低泊松比和高楊氏模量的特征，滿足頁巖可壓裂性評(píng)價(jià)指標(biāo);儲(chǔ)層中廣泛發(fā)育黏土礦物轉(zhuǎn)化縫、次生溶蝕孔隙和殘余粒間原生孔隙等儲(chǔ)集空間,受分辨率的限制和未進(jìn)行離子拋光，故未見到大量的有機(jī)質(zhì)孔隙,孔隙度平均值為6.06%,其中充氣孔隙度平均值為2.7%,滲透率受微裂縫的影響較大，分布范圍較廣儲(chǔ)層含氣量高，均大于2m3/t的標(biāo)準(zhǔn)，最高可達(dá)13.016m3/t,其中游離氣占70%~80%.綜合研究認(rèn)為，威遠(yuǎn)地區(qū)龍馬溪組頁巖為優(yōu)質(zhì)頁巖氣儲(chǔ)層段，適合大規(guī)模開發(fā).【期刊名稱】《地質(zhì)學(xué)刊》【年(卷)，期】2016(040)004【總頁數(shù)】7頁(P624-630)【關(guān)鍵詞】頁巖氣;儲(chǔ)層特征;龍馬溪組;威遠(yuǎn)地區(qū);四川盆地【作者】邵艷;李卓文【作者單位】長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430100;長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430100【正文語種】中文【中圖分類】P618.130.2+1頁巖氣是指主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，以吸附或游離態(tài)為主要存在方式的天然氣聚集（張金川等，2004）。在頁巖氣藏中，泥頁巖集烴源巖、儲(chǔ)集層和蓋層于一體，優(yōu)質(zhì)烴源巖不一定能形成經(jīng)濟(jì)的頁巖氣藏，其含氣量受到泥頁巖的有機(jī)質(zhì)豐度和類型、黏土礦物含量、孔隙和裂縫發(fā)育程度以及溫度和壓力的控制（李玉喜等，2011）。另外，頁巖的孔隙度和滲透率較低，其有利目標(biāo)的選擇必須考慮資源量和儲(chǔ)層易壓裂性之間的匹配關(guān)系（張林曄等，2009）。對(duì)頁巖氣儲(chǔ)層的研究有利于解決泥頁巖資源量和儲(chǔ)層可壓裂性之間的關(guān)系，對(duì)后期頁巖氣勘探開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。四川盆地處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)上偏西北一側(cè)，是揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，在印支期已具備盆地的雛形，后經(jīng)喜山運(yùn)動(dòng)全面褶皺形成現(xiàn)今的構(gòu)造面貌（沈傳波等，2007）。大地構(gòu)造分區(qū)包括川東南拗褶區(qū)、川中隆起區(qū)和川西北坳陷區(qū)（程尚斌等，2011）。威遠(yuǎn)構(gòu)造屬于川中隆起區(qū)的次級(jí)構(gòu)造單元，位于川中威遠(yuǎn)龍女寺隆起的西南部，緊鄰自流井凹陷（圖1）。研究區(qū)龍馬溪組主要為一套淺水一深水陸棚相沉積，由灰黑色粉砂質(zhì)頁巖、炭質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖夾泥質(zhì)粉砂巖組成（王世謙等，2009）；受樂山一龍女寺古隆起的影響，厚度分布不均，一般在0-200m左右，往威遠(yuǎn)的東南方向變厚；具有有機(jī)碳含量高、有機(jī)質(zhì)類型好、熱演化程度高等特點(diǎn)（鄒才能等，2010）。該組自上而下泥頁巖顏色逐漸加深、砂質(zhì)含量逐漸減少、有機(jī)碳含量逐漸增高。相較常規(guī)油氣儲(chǔ)層，頁巖氣儲(chǔ)層有其特殊性，如礦物顆粒極其細(xì)小、富含有機(jī)質(zhì)和黏土礦物、孔隙度和滲透率極低、納米級(jí)孔喉發(fā)育、吸附狀天然氣比例較大、成巖改造復(fù)雜等（于炳松，2012），這也決定了對(duì)頁巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的特殊性。根據(jù)董大忠等(2011)、楊瑞召等(2012)的研究，要形成具有工業(yè)價(jià)值的頁巖氣藏需具備的條件為：富有機(jī)質(zhì)頁巖必須具備高的有機(jī)質(zhì)豐度(wTOC＞2.0%)；高熱演化程度(RO＞1.1%)；高脆性(石英、長(zhǎng)石等脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞40%、黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜30%)；高含氣量，充氣孔隙度＞2%；高異常壓力。本次研究通過對(duì)前人研究的詳細(xì)調(diào)研，結(jié)合四川盆地威遠(yuǎn)地區(qū)的實(shí)際地質(zhì)情況，對(duì)威遠(yuǎn)地區(qū)龍馬溪組頁巖氣儲(chǔ)層特征進(jìn)行研究。2.1儲(chǔ)層地球化學(xué)特征2.1.1有機(jī)碳含量總有機(jī)碳(TOC)含量是烴源巖豐度評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，也是衡量生烴強(qiáng)度和生烴量的重要參數(shù)(王祥等，2010)。北美頁巖氣勘探開發(fā)表明，具有開發(fā)價(jià)值的頁巖氣遠(yuǎn)景區(qū)帶的頁巖必須富含有機(jī)質(zhì)，其最低有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般＞2.0%，甚至＞4%。烴源巖的有機(jī)質(zhì)類型越好，熱演化程度越高，相應(yīng)的有機(jī)碳含量的下限值就越低。相關(guān)研究表明，泥頁巖儲(chǔ)層中呈吸附狀態(tài)的天然氣含量較高，約占天然氣總量的20%-80%，而有機(jī)碳轉(zhuǎn)化形成的有機(jī)質(zhì)孔隙是呈吸附狀態(tài)天然氣的主要儲(chǔ)集空間，因此有機(jī)碳含量也是頁巖含氣量的重要指標(biāo)。通過對(duì)研究區(qū)3口井72個(gè)樣品的分析，發(fā)現(xiàn)龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖主要分布在龍馬溪組底部層段，平均厚度40m左右，有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，介于0.51%~8.12%之間，平均2.72%，其中TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞1.0%的樣品占87.87%,TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞2.0%的樣品占72.7%(圖2)，滿足了頁巖氣藏形成的必要條件。2.1.2干酪根類型和成熟度總有機(jī)碳(TOC)和成熟度(RO)是決定源巖生氣潛力的關(guān)鍵因素，但有機(jī)質(zhì)類型不同決定了其生烴潛力也不同。Baskin(1997)利用干酪根H/C比值來確定各類干酪根的生烴潛力；陳曉明等(2012)利用干酪根溶解理論建立了干酪根生烴、排烴模型，確定了頁巖氣各類干酪根的生烴潛力。富含不同類型干酪根的頁巖其成熟度的評(píng)價(jià)指標(biāo)也不一樣，從腐泥型到腐殖型，成熟度的要求逐漸降低(表1),但都要求達(dá)到“生氣窗”。通過對(duì)北美產(chǎn)氣頁巖層段特征的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)北美頁巖氣產(chǎn)層的成熟度RO為0.4%~4.0%，變化范圍較大，可見成熟度不是影響頁巖氣成藏的關(guān)鍵因素，但成熟度越高其含氣量和產(chǎn)氣量越大，即成熟度越高越有利于頁巖氣成藏（聶海寬等，2009；蔣裕強(qiáng)等，2010）。另外，成熟度越高，其有機(jī)孔隙越發(fā)育，甚至能夠成為頁巖氣的主要儲(chǔ)集空間。研究區(qū)內(nèi)龍馬溪組有機(jī)質(zhì)以I型為主，干酪根中主要為腐泥質(zhì)和瀝青質(zhì)，幾乎不含鏡質(zhì)組、殼質(zhì)組和惰質(zhì)組組分，其中腐泥組質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞80%，平均值為87%，其余為瀝青質(zhì)組分。在缺乏鏡質(zhì)體的情況下，測(cè)得威201井瀝青質(zhì)體反射率介于3.2%~3.43%之間，平均值為3.36%，使用Jacob等的公式，轉(zhuǎn)化成鏡質(zhì)體反射率為2.536%。由于其他井段無成熟度數(shù)據(jù)，故采用巖石熱解數(shù)據(jù)來進(jìn)行對(duì)比研究。威201井Tmax介于371~596°C之間，平均值為526.1°C;威202井Tmax介于411~568°C之間，平均為544.7°C;威203井Tmax介于540~568°C之間，平均值為563.1°C。可見威遠(yuǎn)地區(qū)有機(jī)質(zhì)成熟度普遍較高（＞2.536%）,處于過成熟度階段，以生干氣為主。2.1.3有效頁巖厚度及埋深有效頁巖的厚度控制著頁巖氣藏的經(jīng)濟(jì)效益（聶海寬等，2009），含氣頁巖的埋藏深度是評(píng)價(jià)頁巖能否進(jìn)行經(jīng)濟(jì)開發(fā)的重要參數(shù)（李延鈞等，2013）。威遠(yuǎn)地區(qū)龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖（wTOC＞2.0%）厚度分布在34.0~49.5m之間，平均值為39.9m。除威201井頁巖地層埋藏較淺（埋深＜1541m）外，其他井埋深都在2000m以上，最深可達(dá)3200m。這種埋深均滿足了頁巖氣勘探開發(fā)的條件，具有較高的勘探開發(fā)價(jià)值。2.2儲(chǔ)層巖石學(xué)與力學(xué)特征儲(chǔ)層的巖石力學(xué)特征是影響頁巖氣開發(fā)的主要因素，其研究?jī)?nèi)容包括巖石的脆性、泊松比和楊氏模量3個(gè)方面。巖石脆性直接影響基質(zhì)孔隙和微裂縫發(fā)育程度、含氣性及壓裂改造方式。頁巖中脆性礦物含量越高，巖石脆性越強(qiáng)，在外力作用下越易形成天然裂縫和誘導(dǎo)裂縫以及樹狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)縫，有利于頁巖氣的開采；而高黏土礦物含量的頁巖塑性強(qiáng)，以形成平面縫為主，不利于頁巖體積改造（董大忠等，2011）。研究區(qū)龍馬溪組泥頁巖儲(chǔ)層黏土礦物主要為伊利石、綠泥石、高嶺石和伊-蒙混層，以富含較多的綠泥石和伊利石為主要特征（圖3）。黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%~52%，平均37.3%;脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%~78%，最高可達(dá)90%，平均值為59.6%（圖4）。雖然黏土含量較高（相較北美產(chǎn)氣頁巖評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)），但石英、方解石等脆性礦物平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為59.6%，遠(yuǎn)大于40%的評(píng)價(jià)指標(biāo)，且頁巖氣儲(chǔ)層中黏土礦物含量與吸附氣含量具有一定的關(guān)系（蔣裕強(qiáng)等，2010），黏土礦物含量增加有利于呈吸附狀態(tài)天然氣體積的增加，利于頁巖氣成藏。泊松比和楊氏模量是頁巖脆性的2個(gè)方面，楊氏模量與脆性礦物含量呈正相關(guān)，泊松比與脆性礦物含量呈負(fù)相關(guān)。研究區(qū)僅對(duì)威201井1521.52m和1540.98m處的巖石樣品做了超聲波速度和動(dòng)力學(xué)彈性參數(shù)實(shí)驗(yàn)，其泊松比和楊氏模量分別為0.22、29298MPa和0.16、37331MPa，與測(cè)井計(jì)算的泊松比和楊氏模量吻合度較好（圖5）。2.3儲(chǔ)層儲(chǔ)滲空間類型及物性特征2.3.1儲(chǔ)層儲(chǔ)滲空間類型泥頁巖儲(chǔ)層為低孔、特低滲致密儲(chǔ)層，其孔隙結(jié)構(gòu)和滲流特征與常規(guī)儲(chǔ)層差異極大，其中孔隙的好壞直接決定儲(chǔ)存油氣的能力，滲透性好壞控制著頁巖氣的產(chǎn)能（郭嶺等，2011）。對(duì)于泥頁巖儲(chǔ)層而言，其儲(chǔ)集空間主要包括有粒間孔隙、粒內(nèi)孔隙、機(jī)質(zhì)孔隙和裂縫4大類（于炳松，2013）。裂縫（包括微裂縫）發(fā)育不但可以為頁巖氣的游離富集提供儲(chǔ)滲空間，而且也有助于呈吸附態(tài)天然氣的解析，并成為頁巖氣運(yùn)移、開采的通道（蔣裕強(qiáng)等，2010）。另外，Ambrose等（2010）和Sondergeld等（2010）的研究表明，有機(jī)孔通過顆粒間的接觸面構(gòu)成了1個(gè)互相連通的三維孔隙系統(tǒng)。研究區(qū)龍馬溪組頁巖演化程度較高，成巖作用較強(qiáng)，并受到多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，底部層段巖芯上可見較為發(fā)育的裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，掃描電鏡下可見大量的片狀、縫狀的黏土礦物轉(zhuǎn)化縫以及溶蝕孔隙，少量的有機(jī)質(zhì)收縮縫、殘余的原生粒間孔、黏土礦物晶間孔以及黃鐵礦晶間孔（圖6）等儲(chǔ)集空間類型。由于受掃描電鏡分辨率的限制和未進(jìn)行離子拋光，有機(jī)質(zhì)孔隙較少見到。2.3.2儲(chǔ)層物性特征研究區(qū)孔隙度的變化范圍較小，原樣空氣孔隙度為0.7%~4.9%，主體介于2.0%~3.4%之間，平均值為2.66%；干燥氦氣孔隙度為3.8%-8.0%，主體介于4.6%~6.3%之間，平均值為6.06%；充氣孔隙度為0.8%-4.8%，平均值為2.7%。研究區(qū)龍馬溪組泥頁巖中由于微裂縫的存在滲透率相差較大，最大滲透率較最小滲透率差值在1個(gè)數(shù)量級(jí)以上，主體介于5.19x10-6~5.25x10-4mD，平均為7.12x10-5mD。由于頁巖氣的開發(fā)都需進(jìn)行水力壓裂等增產(chǎn)措施，泥頁巖的原生滲透率對(duì)后期開發(fā)的影響較小，但微裂縫存在的高滲段是壓裂的有利方向。2.4儲(chǔ)層含氣性特征泥頁巖中天然氣主要以3種方式存在：游離態(tài)、吸附態(tài)和溶解態(tài)，其中溶解態(tài)僅少量存在（張金川等，2008）。含氣性是泥頁巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的重要參數(shù)，也是決定頁巖氣是否具有商業(yè)開采價(jià)值的最終指標(biāo)（鄒才能等，2011）。北美已開發(fā)頁巖的數(shù)據(jù)表明，在埋藏深度適中（＜3500m）的情況下，有利頁巖氣產(chǎn)區(qū)頁巖氣的體積質(zhì)量最低下限值為2m3/t,同時(shí)其含氣性受有機(jī)碳含量、地層壓力、成熟度等因素的影響。在相同壓力下，隨著有機(jī)碳含量的增加，泥頁巖中吸附氣含量增加（圖7）,總含氣量與有機(jī)碳含量也具有相同的特征（圖8）。四川盆地威遠(yuǎn)地區(qū)優(yōu)質(zhì)頁巖層段，由于埋藏適中、有機(jī)質(zhì)演化程度較高、地層壓力較大、保存條件較好，含氣量普遍較高，其含氣量均高于2m3/t的標(biāo)準(zhǔn)，最高可達(dá)13.016m3/t,其中游離氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)約占70%~80%。對(duì)研究區(qū)重點(diǎn)取芯井威202井龍馬溪組底部層段中的2小段（2554.00~2559.00、2568.00~2573.00m）經(jīng)射孔、加砂壓裂后的試油數(shù)據(jù)也表明龍馬溪組不僅地層壓力大，產(chǎn)量也高。采用11mm油嘴，經(jīng)分離器裝15mm孑L板50.8mm臨界速度流量計(jì)測(cè)試，出口火焰高5m，平均日產(chǎn)氣量31451m3。威遠(yuǎn)地區(qū)龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖氣儲(chǔ)層主要分布在龍馬溪組底部層段，具有有機(jī)質(zhì)豐度高(平均為2.72%)、類型好(以I型為主)、成熟度高(>2.536%)、埋藏深度適中及厚度較大的特點(diǎn)。X射線衍射分析表明：龍馬溪組泥頁巖中黏土礦物含量較高，以富含伊利石和綠泥石為主；脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，遠(yuǎn)大于40%的評(píng)價(jià)指標(biāo)，具有高脆性、低泊松比和高楊氏模量的特征。掃描電鏡觀察與分析表明：龍馬溪組泥頁巖中主要儲(chǔ)集空間為黏土礦物轉(zhuǎn)化縫和次生溶蝕孔隙，并含有少量的殘余原生粒間孔、黏土礦物晶間孔和黃鐵礦晶間孔隙。儲(chǔ)層孔隙度和滲透率均值均較低，而含氣性普遍較高，且受有機(jī)碳含量和地層壓力的影響。【相關(guān)文獻(xiàn)】程尚斌，朱炎銘，王紅巖，等，2011.四川盆地南緣下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣儲(chǔ)層礦物成分特征及意義［幾石油學(xué)報(bào)，32(5):775-782.陳曉明，李建忠，鄭民，等，2012.干酪根溶解理論及其在頁巖氣評(píng)價(jià)中的應(yīng)用探索［J］.天然氣地球科學(xué)，23(1):14-18.董大忠，鄒才能，李建忠，等，2011.頁巖氣資源潛力與勘探開發(fā)前景［J］.地質(zhì)通報(bào)，31(2):324-336.郭嶺，姜在興，姜文利，2011.頁巖氣儲(chǔ)層的形成條件與儲(chǔ)層的t地質(zhì)研究?jī)?nèi)容［J］.：地質(zhì)通報(bào)，31(2):385-392.蔣裕強(qiáng)，董大忠，漆麟，等，2010.頁巖氣儲(chǔ)層的基本特征及其評(píng)價(jià)［J］.天然氣工業(yè)，30(10):7-12.李玉喜，喬德武，姜文利，等，2011.頁巖氣含量和頁巖氣地質(zhì)評(píng)價(jià)綜述［J］.地質(zhì)通報(bào),30(2):308-317.李延鈞，劉歡，張烈輝，等，2013.四川盆地南部下古生界龍馬溪組頁巖氣評(píng)價(jià)指標(biāo)下限［J］.中國(guó)科學(xué)：地球科學(xué)，43(7):1088-1095.聶海寬，唐玄，邊瑞康，2009.頁巖氣成藏控制因素及中國(guó)南方頁巖氣發(fā)育有利區(qū)預(yù)測(cè)[J].石油學(xué)報(bào)，30(4):484-491.彭嫦姿，彭俊，陳燕輝，等，2014.四川盆地元壩地區(qū)大安寨段頁巖氣"甜點(diǎn)”地震預(yù)測(cè)[J].天然氣工業(yè)，34(6):42-47.沈傳波，梅廉夫，徐振平，等，2007.四川盆地復(fù)合盆山體系的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和演化[J].大地構(gòu)造與成礦學(xué)，31(3):288-299.王世謙，陳更生，董大忠，等，2009.四川盆地下古生界頁巖氣藏形成條件與勘探前景[J].天然氣工業(yè)，29(5):51-58.王祥，劉玉話，張敏，等，2010.頁巖氣形成條件及成藏影響因素研究[J].天然氣地球科學(xué),21(2):350-356.楊瑞召，趙爭(zhēng)光，龐海玲，等，2012.頁巖氣富集帶地質(zhì)控制因素及地震預(yù)測(cè)方法[J].地學(xué)前緣,19(5):339-347.于炳松，2012.頁巖氣儲(chǔ)層的特殊性及其評(píng)價(jià)思路和內(nèi)容[J].地學(xué)前緣，19(3):252-258.于炳松，2013.頁巖氣儲(chǔ)層孔隙分類與表征[J].地學(xué)前緣，20(4):211-220.張金川，金之鈞，袁明生，2004.頁巖氣成藏機(jī)理和分布[J].天然氣工業(yè),24(7):15-18.張金川，徐波，聶海寬，等，2008.中國(guó)頁巖氣資源勘探潛力[J].天然氣工業(yè)，28(6):136-140.張林曄，李政，朱日房，2009.頁巖氣的形成與開發(fā)[J].天然氣工業(yè)，29(1):124-128.鄒才能，董大忠，王社教，等，2010.中國(guó)頁巖氣形成機(jī)理、地質(zhì)特征及資源潛力[J].石油勘探與開發(fā),37(6):641-653.鄒才能，董大忠，楊樺，等，2011.中國(guó)頁巖氣形成條件及勘探實(shí)踐[J].天然氣工業(yè),31(12):26-39.AMBROSERJ,HARTMANRC,DIAZ