四川盆地F氣田頁(yè)巖氣層高產(chǎn)地質(zhì)要素分析

林婉 李昂 石文睿 任元 趙紅燕

摘 要：根據(jù)四川盆地F氣田下志留統(tǒng)龍馬溪組—上奧陶統(tǒng)五峰組巖心實(shí)驗(yàn)和測(cè)錄井資料研究發(fā)現(xiàn)，富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖區(qū)內(nèi)分布穩(wěn)定，與美國(guó)Barnett、Marcellus頁(yè)巖具有相似的地質(zhì)特征；頁(yè)巖氣層每百米水平段平均無阻流量在5.0×104 m3/d以上，氣層高產(chǎn)主要受厚度、有機(jī)質(zhì)豐度、儲(chǔ)層物性、含氣量、氣測(cè)烴含量、地層異常高壓等地質(zhì)因素控制。氣層自身內(nèi)在地質(zhì)條件為其高產(chǎn)奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，為今后國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣勘探作業(yè)者在四川盆地及中上揚(yáng)子地區(qū)尋找類似氣藏提供了有益參考。

關(guān)鍵詞：四川盆地 F氣田 龍馬溪組下部—五峰組 高產(chǎn)要素

中圖分類號(hào)：TE122.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）09（c）-0241-02

近年來，國(guó)內(nèi)加大了對(duì)頁(yè)巖氣的勘探開發(fā)力度，特別是針對(duì)四川盆地及周緣地區(qū)志留系龍馬溪組沉積相、儲(chǔ)集層保存條件、頁(yè)巖氣富集、高產(chǎn)因素等方面開展了大量研究[1-4]。2012年在參數(shù)井F1井側(cè)鉆水平段龍馬溪組試氣獲得20.0×104 m3/d無阻流量，日穩(wěn)產(chǎn)6.0×104 m3/d，隨后在該工區(qū)連續(xù)鉆探探井F2、F3、F4井和多口水平井評(píng)價(jià)井，試氣均獲高產(chǎn)工業(yè)氣流，從而發(fā)現(xiàn)并開發(fā)了F頁(yè)巖氣田。

1 地質(zhì)概況

F頁(yè)巖氣田構(gòu)造位置位于四川盆地川東南高陡褶皺帶，構(gòu)造呈北東向展布。地區(qū)發(fā)育上三疊統(tǒng)嘉陵江組——上奧陶統(tǒng)五峰組，缺失泥盆系地層，局部地區(qū)缺失石炭系。下志留統(tǒng)龍馬溪組——上奧陶統(tǒng)五峰組地層下部含氣頁(yè)巖段巖性以含碳質(zhì)、硅質(zhì)、粉砂質(zhì)頁(yè)巖為主，是F頁(yè)巖氣田開發(fā)的目的層段，巖性穩(wěn)定。

2 高產(chǎn)要素分析

頁(yè)巖氣富集是氣井高產(chǎn)的基礎(chǔ)，但天然氣在頁(yè)巖中形成富集，需要沉積環(huán)境和頁(yè)巖發(fā)育多種特定條件。世界上沒有兩套完全相同的頁(yè)巖，各公司都有獨(dú)特的頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)指標(biāo)和體系，評(píng)價(jià)方法種類繁多[5]。科羅拉多大學(xué)教授Curtis認(rèn)為，有機(jī)質(zhì)豐度、成熟度及頁(yè)巖層的厚度、原始含氣量、滲透率、孔隙壓力、脆度、礦物成分等8個(gè)因素控制了頁(yè)巖氣的產(chǎn)能[6]。該文結(jié)合頁(yè)巖氣藏形成的主控因素，對(duì)比北美地區(qū)頁(yè)巖氣田儲(chǔ)層特征，分析了構(gòu)成F頁(yè)巖氣田氣層礦物脆性、厚度、有機(jī)質(zhì)豐度、物性以及地層壓力要素特征。另外，開采方式（如直井、水平井）及水平段長(zhǎng)度對(duì)產(chǎn)能也有影響。頁(yè)巖氣層是否具備高產(chǎn)能力，將以F1井及北美地區(qū)儲(chǔ)層特征為例進(jìn)行探討（見圖1、表1）。

2.1 頁(yè)巖厚度、埋深與氣層水平段穿越

頁(yè)巖層必須達(dá)到一定的厚度（不低于15 m）、具有連續(xù)分布面積并提供足夠的氣源和儲(chǔ)集空間，才能成為有效的烴源巖層和儲(chǔ)集層。頁(yè)巖儲(chǔ)層越厚，對(duì)頁(yè)巖氣高產(chǎn)越有利。美國(guó)頁(yè)巖氣盆地有關(guān)資料表明頁(yè)巖連續(xù)厚度一般在91.5～183.0 m之間。其頁(yè)巖氣盆地儲(chǔ)層的埋藏深度范圍則比較廣泛，埋深從最淺76 m到最深2439 m，主要介于762～1372 m之間，頁(yè)巖層的厚度和埋深是控制頁(yè)巖氣成藏的關(guān)鍵因素[6-7]。

F頁(yè)巖氣田F1、F2、F3、F4井錄井、取心、測(cè)井等資料可確定龍馬溪組下部—五峰組頁(yè)巖層段連續(xù)厚度在89.0 m，102.0 m，無明顯夾層。其中，F(xiàn)1井2326.5 m，2415.5 m連續(xù)厚度為89.0 m，F(xiàn)2井2477.0 m，2575.0 m厚98.0 m，F(xiàn)3井2316.5m，2418.5 m厚102.0 m，F(xiàn)4井2511.5～2595.0 m厚83.5 m，簡(jiǎn)稱“89 m段”；主力氣層分別為38.0 m、40.4 m、44.0 m、39.5 m，且橫向分布較為穩(wěn)定，此主力氣層段簡(jiǎn)稱為“38 m段”。

頁(yè)巖氣井水平段穿越主力氣層“38 m段”能獲得好產(chǎn)量，水平段長(zhǎng)度也能直接影響單井產(chǎn)能，且單井初期無阻流量AOFg（104 m3/d）與水平段長(zhǎng)度L（hm）呈現(xiàn)正相關(guān)，AOFg=3.2e0.5L。頁(yè)巖氣井氣層水平段穿越長(zhǎng)度越大，氣井產(chǎn)能也就越高。

2.2 有機(jī)質(zhì)豐度

總有機(jī)碳含量（TOC）是有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，也是衡量烴源巖的生烴強(qiáng)度和生烴量的重要參數(shù)。高有機(jī)碳含量代表烴源巖具有更高的生烴潛力、對(duì)頁(yè)巖氣有更好的吸附能力，這意味著有機(jī)質(zhì)豐度高的地區(qū)頁(yè)巖氣的產(chǎn)量更高。

一般認(rèn)為，TOC在0.5%以上就是有潛力的源巖。F1井龍馬溪組下部—五峰組取心段173塊巖心實(shí)驗(yàn)顯示，TOC最小0.5%、最大5.9%、平均2.6%，且自上而下有機(jī)碳含量逐漸增加。其中，下部2377.5～2415.5 m井“38 m段”TOC介于1.0%～5.9%之間、平均3.5%，是很好的烴源巖，易形成頁(yè)巖氣富集。

2.3 礦物脆性

頁(yè)巖中石英、長(zhǎng)石、方解石、白云石等脆性礦物含量越高，巖石在人工壓裂外力作用下越易形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)縫或復(fù)雜裂縫，大量攜帶支撐劑及酸的壓裂液進(jìn)入頁(yè)巖氣層，有利于天然氣滲流，有利于氣井高產(chǎn)。美國(guó)的Barnet頁(yè)巖石英、長(zhǎng)石和黃鐵礦含量為20%～80%。

對(duì)比Barnet頁(yè)巖，F(xiàn)頁(yè)巖氣田“89 m段”頁(yè)巖壓裂易形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)縫或復(fù)雜裂縫，可促使氣井氣量高產(chǎn)。其含氣頁(yè)巖巖性以灰色、灰黑色含碳質(zhì)、硅質(zhì)、粉砂質(zhì)頁(yè)巖為主，頁(yè)巖87塊全巖X衍射和粘土X衍射實(shí)驗(yàn)表明，頁(yè)巖中脆性礦物包括石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石以及碳酸鹽巖礦物，自下而上呈現(xiàn)逐漸減小趨勢(shì)，總量介于33.9%～80.3%之間，平均為56.5%?！?8 m段”無明顯夾層，代表巖性為灰黑色硅（碳）質(zhì)頁(yè)巖，其間夾黃鐵礦條帶，多含筆石。

2.4 儲(chǔ)層物性

F頁(yè)巖氣田區(qū)龍馬溪組—五峰組含氣頁(yè)巖段儲(chǔ)集性能較好，孔隙類型包括無機(jī)孔、有機(jī)質(zhì)孔、頁(yè)理縫以及構(gòu)造縫等類型，受有機(jī)質(zhì)豐度的影響有機(jī)質(zhì)孔隙自上而下逐漸趨于發(fā)育。F1井取心段測(cè)得孔隙度1.2%～8.0%，平均為4.6%。其中，下部“38 m段”富有機(jī)質(zhì)主力氣層段孔隙度2.8%～7.1%，平均為4.8%，縱向上孔隙度和滲透率均呈現(xiàn)“1段”“3段”高“2段”低的特征，綜合分析認(rèn)為，“1段”“3段”為Ⅱ類儲(chǔ)層，“2段”為Ⅲ類儲(chǔ)層。

F2、F3、F4井對(duì)應(yīng)F1井“1段”儲(chǔ)層測(cè)錄井解釋孔隙度為4.2%～5.7%，滲透率平均0.12 mD，橫向較穩(wěn)定，富含有機(jī)質(zhì)，物性最優(yōu)。對(duì)比北美地區(qū)Barnett、Marcellus頁(yè)巖，F(xiàn)頁(yè)巖氣田“89 m段”頁(yè)巖及“38 m段”頁(yè)巖核心氣層滲透率具有明顯優(yōu)勢(shì)，孔隙度與Barnett頁(yè)巖接近。

F1井“89 m”段富有機(jī)質(zhì)暗色頁(yè)巖段氬離子拋光掃描電鏡及普通掃描電鏡觀察結(jié)果顯示納米級(jí)微裂縫、裂縫群極其發(fā)育（圖2）。美國(guó)的阿巴拉契亞盆地產(chǎn)氣量高的井，氣層內(nèi)部都處在裂縫發(fā)育帶內(nèi)，而裂縫不發(fā)育區(qū)塊的井產(chǎn)量低或根本不產(chǎn)氣。F頁(yè)巖氣田氣層微裂縫發(fā)育，為氣井高產(chǎn)創(chuàng)造了優(yōu)質(zhì)的孔隙、微裂縫儲(chǔ)層物性條件。

2.5 含氣量

頁(yè)巖含氣量是指每噸巖石中所含天然氣折算到標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力條件下（101.325 kPa，25 ℃）的天然氣總量，包括游離氣、吸附氣、溶解氣等。富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖含氣性受多種因素影響，包括地層壓力、溫度、礦物類型、物性、濕度等。

F1井“89 m段”取心段現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試含氣量0.47～5.19 m3/t，主要以損失氣與解吸氣為主，殘余氣含量低，其中下部“38 m段”富有機(jī)質(zhì)主力頁(yè)巖氣層段含氣量較高0.89～5.19 m3/t，平均值2.99 m3/t；吸附氣量介于0.74～2.83m3/t，游離氣量介于0.53～3.40 m3/t，總含氣量介于1.27～6.19 m3/t，總體上自上而下含氣量逐漸呈增加趨勢(shì)。氣樣分析顯示，天然氣成分主要為甲烷，含量達(dá)到98.0%以上，體積系數(shù)小，接近0.003 rm3/sm3，也就是說氣體到達(dá)地面后膨脹300多倍。這些為氣層高產(chǎn)奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

（1）F頁(yè)巖氣田海相頁(yè)巖氣層高產(chǎn)地質(zhì)要素為頁(yè)巖連續(xù)厚度、脆性礦物、TOC、Ro及儲(chǔ)層物性、吸附氣與游離氣含量，氣井高產(chǎn)除與氣藏地質(zhì)要素內(nèi)因相關(guān)外，還與氣井穿越氣層水平段長(zhǎng)度、壓裂方式及總壓裂液量等外在因素相關(guān)。

（2）F頁(yè)巖氣田勘探突破和商業(yè)化開發(fā)為國(guó)內(nèi)在四川盆地及中、上揚(yáng)子地區(qū)尋找類似頁(yè)巖氣富集區(qū)塊提供了良好借鑒。

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