川西南部地區(qū)須家河組頁巖氣資源潛力研究

周道容 (成都理工大學能源學院，四川 成都 610059)

李延鈞 (西南石油大學資源與環(huán)境學院，四川 成都 610500)

陳義才 (成都理工大學能源學院，四川 成都 610059)

張本健 (中石油西南油氣田分公司川西北氣礦，四川 江油 621700)

賈學成，劉 林 (西南石油大學資源與環(huán)境學院，四川 成都 610500)

川西南部地區(qū)須家河組頁巖氣資源潛力研究

周道容 (成都理工大學能源學院，四川 成都 610059)

李延鈞 (西南石油大學資源與環(huán)境學院，四川 成都 610500)

陳義才 (成都理工大學能源學院，四川 成都 610059)

張本健 (中石油西南油氣田分公司川西北氣礦，四川 江油 621700)

賈學成，劉 林 (西南石油大學資源與環(huán)境學院，四川 成都 610500)

四川盆地川西南部地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組頁巖厚度大，分布廣，是主力烴源層之一。在烴源巖有機質豐度、母質類型、熱演化程度分析基礎上，對川西南部地區(qū)須家河組頁巖氣資源潛力進行了分析。研究結果表明，川西南部地區(qū)須家河組頁巖有機碳含量多數(shù)在1.2%～2.5%之間，有機質類型以Ⅲ型為主，處于成熟～高成熟階段；須家河組頁巖脆性礦物平均含量為52.3%，脆性較好，具備頁巖氣壓裂開采的有利條件；須家河組頁巖有效頁巖厚度大，分布穩(wěn)定，有效頁巖生氣強度為(15～100)×108m3/km2，資源量平均約為19.9×1012m3。川西南部地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組泥頁巖中天然氣資源豐富，勘探潛力巨大。

須家河組;頁巖氣;資源潛力

頁巖氣為產自極低孔滲、富有機質暗色頁巖地層系統(tǒng)中的天然氣，是近期可實現(xiàn)經濟規(guī)?？碧介_發(fā)、資源豐富的非常規(guī)天然氣資源[1]。近幾年來，我國頁巖氣勘探開發(fā)持續(xù)深入，先后在四川盆地南部地區(qū)古生界頁巖中發(fā)現(xiàn)工業(yè)氣流。除了海相頁巖外，中國海陸過渡相頁巖也普遍發(fā)育，川西南部地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組廣泛發(fā)育煤系頁巖，其沉積厚度大，分布穩(wěn)定，有機碳及熱演化程度高，前景廣闊。為此，筆者從頁巖地球化學特征、有效頁巖厚度及脆性礦物等方面，對川西南部地區(qū)須家河組頁巖氣資源潛力進行了研究。

1 地球化學特征

圖1 川西南部地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組有機碳含量頻率圖

頁巖地球化學性質是頁巖氣成藏的關鍵內部因素[2]。

1.1有機質豐度

通過川西南部地區(qū)須家河組20口井共300個烴源巖樣品進行總有機碳含量(TOC)統(tǒng)計與分析，結果表明，須五段、須三段和須一段頁巖TOC主要分布在1.2%～2.0%，其次在0.7%～1.2%和2.0%～3.0%，而TOC大于1.0%的樣品占絕大多數(shù)(見圖1)。

平面上，川西南部須五段頁巖在霧中山以北、漢王場與周公山構造以南，TOC相對較低，平均TOC為0.7%～1.0%；而蘇碼頭、龍泉山以及蓮花山、漢王場構造，平均TOC為1.5%～2.0%；其余大部分地區(qū)，須五段頁巖的平均TOC為2.0%～3.5%。須三段頁巖除了在大興場、蓮花山、漢王場構造一帶有機碳較高(平均值為2.0%～3.0%)，其余地區(qū)平均TOC一般為1.0%～1.5%。須一段頁巖TOC相對較低的地區(qū)分布在蘇碼頭、龍泉山構造以及蓮花山構造，平均TOC一般為1.0%～1.5%；在周公山和漢王場構造一帶平均TOC在1.5%～2.0%；其余地區(qū)頁巖平均TOC一般為2.0%～3.5%。

1.2有機質類型

川西南部地區(qū)須家河組45個巖心樣品干酪根顯微組分的分析結果表明，頁巖干酪根腐泥組含量一般為45%～55%，惰質組和鏡質組含量相對較高，分別為15%～25%和20%～30%，樣品中普遍含殼質組。根據(jù)干酪根類型指數(shù)(Ti值)分類標準，判斷約80%的有機質類型為Ⅲ型，其余為Ⅱ2型。

此外，根據(jù)頁巖干酪根碳同位素分析，須五段和須三段一般為-25.23‰ ～-27.98‰，須一段相對略輕，-25.56‰ ～-29.66‰?？傮w而言，除了部分須一段樣品以外，川西南部地區(qū)須家河組頁巖干酪根的碳同位素比較重，與干酪根顯微組成特征一樣，表現(xiàn)為典型的腐殖型有機質。

1.3有機質成熟度

在熱成因頁巖儲層中，當頁巖中TOC達到一定指標后，有機質的成熟度則成為頁巖氣源巖生烴潛力的重要預測指標[3]。干酪根的鏡質體反射率是最直觀地表征有機質成熟度的參數(shù)。根據(jù)20口井15個巖心樣品分析結果顯示，川西南部地區(qū)須家河組頁巖有機質成熟度普遍較高，Ro絕大多數(shù)大于1.3%，局部達到1.5%～1.7%，表明已進入高成熟度階段。從平面上看，川西南部須家河組頁巖在漢王場-大興西構造-白馬寺構造一帶的成熟度較高，其中須一段和須三段達到高成熟早期，須五段處于成熟晚期-高成熟早期階段，往西北和東南方向成熟度呈降低趨勢。

2 頁巖資源潛力評價

2.1頁巖厚度分布特征

頁巖氣勘探實踐表明，頁巖的有效厚度是保證足夠的有機質及充足的儲集空間的前提條件[4]。頁巖有效厚度越大，頁巖的封蓋能力越強，有利于氣體的保存，從而有利于頁巖氣成藏[5]。在川西南部地區(qū)，受構造作用和沉積作用的控制，須家河組單層厚度超過35m、TOC大于1.0%的有效頁巖分布廣泛。

通過對川西南部地區(qū)不同構造上21口井、6條骨架剖面的須家河組地層巖性變化進行對比分析，認為有效頁巖總厚度一般在400～800m，主要分布在須五段，其次為須一段和須三段；須五段頁巖分布穩(wěn)定，而須一段和須三段頁巖分布變化相對較大。

平面上，須五段有效頁巖分布較廣，除西南部蓮花山構造的部分地區(qū)外，在川西南部的其余大部分地區(qū)均有分布，其中鹽井溝和油罐頂?shù)葮嬙鞄У挠行ы搸r總厚度可達600m，在漢王場、龍泉山等構造地區(qū)的有效頁巖總厚度相對較薄，一般為200～350m。須三段沉積期間，主要為辨狀河三角洲前緣和淺湖沉積，地層厚度較薄，砂巖沉積厚度相對較發(fā)育，單層頁巖厚度相對較小；有效頁巖在平面上主要分布在大參、漢王場和鹽井溝一帶，頁巖厚度一般為40～60m。須一段單層厚度大于35m的頁巖主要分布在霧中山、白馬寺等構造帶，總體趨勢為西、北厚，向東、南減薄；有效頁巖總厚度一般為50～100m，局部地區(qū)可達100～150m。

2.2頁巖礦物組成及脆性評價

根據(jù)36個頁巖巖心樣品全礦組成分析結果統(tǒng)計，川西南部地區(qū)須家河組頁巖的硅質礦物(石英+長石)在縱向上分布比較穩(wěn)定，石英含量普遍較高，一般為48.1%～54.5%，平均52.3%；碳酸鹽礦物含量縱向上分布不穩(wěn)定(0%～46.9%)，平均13%。粘土礦物縱向上含量分布不穩(wěn)定，含量為6%～42.4%，平均29.8%?？傮w而言，川西南部地區(qū)頁巖硅質含量較高，脆性較好。

注：Ⅰ為腐泥型；Ⅱ1為偏腐泥型；Ⅱ2為偏腐植型；Ⅲ為腐植型。

2.3頁巖生氣強度及資源量概算

1)頁巖生氣強度 頁巖有機質生氣強度計算涉及的主要參數(shù)為有效頁巖厚度、頁巖的巖石密度、TOC和有機質的產烴率[6]。根據(jù)測井和分析化驗資料，頁巖的巖石密度一般在2.5～2.65t/m3之間，取平均值為2.6t/m3。

頁巖有機質在不同熱演化程度下的氣產率是生氣量計算的關鍵性參數(shù)。研究表明，腐泥型干酪根的累積產氣率一般為500～650m3/(t.Toc)，腐質型干酪根的累積產氣率在100～150m3/(t.Toc)之間[7]。川西南部地區(qū)須家河組頁巖的熱演化程度相對較高，缺乏未成熟樣品的熱模擬實驗產氣率。針對川西南部地區(qū)須家河組頁巖地球化學特征，建立產氣率圖版(見圖2)。在對川西南部上三疊統(tǒng)須家河組不同層段有效頁巖厚度、殘余有機碳含量和成熟度等值線進行網格離散化基礎上，根據(jù)有機碳產氣率計算頁巖氣生氣強度[8]：

Q氣=H·ρr·K·C殘·Dgas·10-4

式中，H為有效頁巖厚度，m；ρr為頁巖的密度,t/m3；K為原始有機碳的恢復系數(shù)；C殘為頁巖殘余有機碳含量,%；Dgas為原始有機質氣態(tài)烴產率,m3/(t.Toc)；Q氣為生氣強度，108m3/km2。

川西南部須家河組3500m以內頁巖的平均生氣強度最高可達(60～100)×108m3/km2，一般在(15～30)×108m3/km2之間。從層位上看，須五段有效頁巖生氣強度最大(31.79×108m3/km2)，其次是須一段和須三段，分別為8.02×108m3/km2和4.23×108m3/km2。

2)頁巖資源量概算 在已知目標層位面積和生氣強度的前提下計算生氣量時，泥頁巖的排烴系數(shù)很重要。泥頁巖的排烴能力受多種因素的影響，除有機質豐度、類型、熱演化程度等內部因素外，生儲組合類型，即砂泥比、泥頁巖單層厚度等都是影響泥頁巖排烴能力的重要外部因素。依據(jù)文獻[8]，確定川西南部地區(qū)泥頁巖排烴率為60%。頁巖資源量計算公式如下：

Q=Q氣×S×(1-V)

式中,Q為資源量,108m3；V為排烴率,%；S為面積,km2。

利用上述公式計算川西南部地區(qū)頁巖資源量為19.9×1012m3，說明川西南部地區(qū)須家河組頁巖中蘊藏豐富的天然氣資源，其勘探潛力巨大。

3 結 論

(1)須家河組頁巖TOC多數(shù)在1.2%～2.5%之間，有機質類型以Ⅲ型為主，處于成熟～高成熟階段。

(2)須家河組頁巖硅質含量較高，脆性較好，具備頁巖氣壓裂開采的有利條件。

(3)須家河組頁巖有效頁巖厚度大，分布穩(wěn)定，有效頁巖生氣強度為(15～100)×108m3/km2，資源量平均約為19.9×1012m3,表明川西南部地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組泥頁巖中天然氣資源豐富，勘探潛力巨大。

[1]董大忠，鄒才能，李建忠，等.頁巖氣資源潛力與勘探開發(fā)前景[J].地質通報，2011，30(2-3):324-336.

[2]李延鈞，劉歡，劉家霞，等.頁巖氣地質選區(qū)及資源潛力評價方法[J].西南石油大學學報(自然科學版)，2011，3(2)：28-34.

[3]潘仁芳，伍媛，宋爭.頁巖氣勘探的地球化學指標及測井分析方法初探[J].中國石油勘探，2009，14(3):6-9.

[4]朱定偉，丁文龍，鄧禮花，等.中揚子地區(qū)泥頁巖發(fā)育特征與頁巖氣形成條件分析[J].特種油氣藏，2012，19(1):34-38.

[5]盧雙舫，黃文彪，陳方文，等.頁巖油氣資源分級評價標準探討[J].石油勘探與開發(fā)，2012，4(1):249-256.

[6]趙鵬飛，余杰，楊磊.頁巖氣儲量評價方法[J].海洋地質前沿，2011，27(7)：57-63.

[7]楊天宇，王涵云. 巖石中有機質高溫高壓模擬實驗[J].石油與天然氣地質，1987，8(4)：22-24.

[8]王涵云，楊天宇. 油型氣和煤成氣判別指標探索[J].天然氣工業(yè)，1983，7(4)：23-26.

2013-01-23

周道容(1983-)，男，碩士生，現(xiàn)主要從事油氣成藏地質學方面的研究工作。

TE121.3

A

1673-1409(2013)10-0043-03

[編輯] 李啟棟