涪陵頁(yè)巖氣田焦石壩區(qū)海相頁(yè)巖氣層特征研究

李湘濤 （中石化江漢石油工程有限公司技術(shù)裝備處，湖北 潛江433124）

石文睿 （長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢430100）

郭美瑜 （香港中文大學(xué)，香港999077）

李鑫 （渤海鉆探工程有限公司測(cè)井公司，天津300280）

趙紅燕，陳曦，任元，石元會(huì) （中石化江漢石油工程有限公司測(cè)錄井公司，湖北潛江433123）

頁(yè)巖氣是一種新型非常規(guī)資源，富存于總機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與有機(jī)質(zhì)成熟度相對(duì)較高的泥頁(yè)巖 （以下統(tǒng)稱頁(yè)巖）層中，具自生自儲(chǔ)，孔隙度小，滲透率低等特征，常呈大面積連續(xù)分布，局部富集，無(wú)自然產(chǎn)能，需要通過(guò)水平鉆井開(kāi)采。目前，國(guó)內(nèi)值得借鑒的頁(yè)巖氣勘探成功經(jīng)驗(yàn)和測(cè)錄井解釋方法較少，未形成統(tǒng)一的解釋模式與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[1～26]。中石化先后在涪陵頁(yè)巖氣田焦石壩區(qū)塊鉆探了4口直井 （試驗(yàn)參數(shù)井JY1井和探井JY2井、JY3井、JY4井），均于下志留統(tǒng)龍馬溪組下部 （S1lL）－上奧陶統(tǒng)五峰組（O3w）海相地層中發(fā)現(xiàn)了良好的頁(yè)巖氣層。截至2014年5月，涪陵頁(yè)巖氣田焦石壩區(qū)塊共有27口水平井氣井投產(chǎn)，頁(yè)巖氣年產(chǎn)能達(dá)到10×108m3，勘探開(kāi)發(fā)前景廣闊。因此，深入研究涪陵頁(yè)巖氣田焦石壩區(qū)塊S1lL－O3w海相頁(yè)巖氣層特征意義深遠(yuǎn)。

1 地質(zhì)概況

涪陵頁(yè)巖氣田包括重慶市南川、武隆、涪陵、豐都、長(zhǎng)壽、墊江、忠縣、梁平、萬(wàn)縣共9區(qū)縣，勘查面積約7310km2，是中石化首個(gè)國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)。參數(shù)井JY1井和探井JY2井、JY3井、JY4井均位于川東褶皺帶涪陵區(qū)塊包鸞－焦石壩背斜帶。涪陵頁(yè)巖氣田及中上揚(yáng)子地區(qū)S1lL－O3w主要為深水陸棚相沉積，呈北東向展布，向北西方向逐漸過(guò)渡為淺水陸棚亞相－濱岸相，沉積水體從下到上逐漸變淺，發(fā)育富含有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層，地層厚度橫向展布穩(wěn)定。

涪陵頁(yè)巖氣田焦石壩區(qū)塊現(xiàn)今構(gòu)造為北東－南西走向，地表出露下三疊統(tǒng)嘉陵江組 （T1j），地層產(chǎn)狀小于10°，構(gòu)造變形弱，邊緣被大耳山西、石門、吊水巖等斷層夾持，頁(yè)巖氣保存條件良好。

2 頁(yè)巖氣層特征

2.1 巖性

S1lL－O3w頁(yè)巖氣層錄井巖屑巖性主要為灰黑色粉砂質(zhì)頁(yè)巖、灰黑色頁(yè)巖與炭質(zhì)頁(yè)巖。S1lL巖心以深灰色－黑色紋層狀炭質(zhì)頁(yè)巖或粉砂質(zhì)炭質(zhì)頁(yè)巖夾放射蟲炭質(zhì)頁(yè)巖為主；O3w巖心以黑色含放射蟲炭質(zhì)頁(yè)巖或粉砂質(zhì)頁(yè)巖為主，其頂部發(fā)育了一層厚約1m左右的凝灰?guī)r。巖心觀察可見(jiàn)灰黑色含炭質(zhì)粉砂質(zhì)頁(yè)巖與泥質(zhì)粉砂巖呈條帶狀或條紋狀互層。薄片顯示水平紋層發(fā)育，砂粒間為自生黏土膠結(jié)。巖石中常含順層分布的筆石化石，為深水陸棚環(huán)境下季節(jié)性低密度濁流形成的產(chǎn)物 （圖1）。

圖1 JY1井主要巖性鏡下特征

2.2 物性

JY1井S1lL－O3w頁(yè)巖氣層巖心物性分析顯示 （圖2），孔隙度為1.2%～8.0%，平均4.5%；滲透率為0.002～365.0mD，平均23.0mD；巖石密度為2.44～2.82g/cm3，平均2.58g/cm3。利用氬離子拋光掃描電鏡觀測(cè)可見(jiàn)，層內(nèi)發(fā)育多種類型納米級(jí)孔隙，孔喉半徑多小于50nm （圖3），主要分布在4～16nm范圍內(nèi)，對(duì)滲透率貢獻(xiàn)較大的孔喉半徑為6～25nm （圖4）。

圖2 JY1井頁(yè)巖氣層孔隙度 （a）、氣層滲透率 （b）直方圖

圖3 JY1井2405.0m納米級(jí)孔隙氬離子拋光掃描電鏡照片

S1lL－O3w頁(yè)巖氣層常規(guī)測(cè)井顯示，自然伽馬為170～200API，電阻率為10～100Ω·m，具高自然伽馬、低電阻率的特征；微電阻率掃描成像 （FMI）測(cè)井顯示，高導(dǎo)縫主要發(fā)育在黏土礦物含量較高的頁(yè)巖中，S1lL水平層理、波狀層理發(fā)育，高導(dǎo)縫不發(fā)育。

2.3 地層壓力

JY1井～JY4井綜合錄井地壓檢測(cè)顯示，S1lL－O3w頁(yè)巖氣層段存在由烴生成與聚集所引起的異常壓力，地層孔隙流體壓力梯度為1.42～1.55MPa/100m，儲(chǔ)層封閉性較好。異常壓力過(guò)渡帶為龍馬溪組中部 （S1lm）的濁積砂層段，厚約30m，為非直接接觸高壓屏蔽過(guò)渡帶，地層致密，可鉆性差，鉆時(shí)、電阻率、巖性密度較大，聲波時(shí)差較小。濁積砂至氣層頂部井段為直接接觸高壓過(guò)渡帶，厚約12m，地層可鉆性增強(qiáng)，鉆時(shí)降低，電阻率、巖性密度減小，聲波時(shí)差增大，地層孔隙度異常增大。

2.4 脆性

JY1井S1lL－O3w頁(yè)巖氣層巖心X－衍射錄井顯示 （圖5）：黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.6%～62.8%、平均40.0%，以伊－蒙混層為主；脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為34.0%～80.0%、平 均56.0%，以石英為主，其含量隨井深的增加而增高，利于壓裂改造。

圖4 JY1井頁(yè)巖氣層巖心孔喉半徑與滲透率直方圖

2.5 含氣性

JY1井S1lL－O3w頁(yè)巖氣層中的炭質(zhì)頁(yè)巖，總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.6% ～5.9%，平 均2.5%；鏡質(zhì)體反射率為2.2%～3.1%、平均2.7%，有機(jī)質(zhì)熱演化程度適中，處于裂解氣階段；有機(jī)質(zhì)類型均為Ⅰ類。吸附氣量介于0.5～2.5m3/t，游離氣量介于0.5～7.5m3/t，總含氣量介于1.0～10.0m3/t?？傆袡C(jī)碳含量、吸附氣量、游離氣量、總含氣量由上至下呈明顯增高趨勢(shì)。

3 結(jié)論

1）涪陵頁(yè)巖氣田焦石壩區(qū)塊海相地層S1lL－O3w主要巖性為炭質(zhì)頁(yè)巖，深水陸棚相沉積環(huán)境優(yōu)越，總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，微孔隙相對(duì)發(fā)育，含氣頁(yè)巖厚度大，存在明顯異常高壓。

2）區(qū)內(nèi)頁(yè)巖氣層脆性礦物含量與脆性指數(shù)高，適用于水平井多級(jí)分段壓裂改造，并能形成較好的放射狀裂縫網(wǎng)絡(luò)，具有一定勘探開(kāi)發(fā)潛力。

圖5 JY1井S1lL－O3w頁(yè)巖礦物分類柱狀圖

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