彭水地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖氣富集主控因素

曾凡武

（中石化華東油氣分公司石油勘探開發(fā)研究院，江蘇揚州 225007）

彭水地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖氣富集主控因素

曾凡武

（中石化華東油氣分公司石油勘探開發(fā)研究院，江蘇揚州 225007）

為快速確立頁巖氣勘探有利區(qū)，合理布設(shè)生產(chǎn)試驗井。對PY1井五峰組-龍馬溪組頁巖樣品進行含氣性、有機地化、巖石物性、礦物組成實驗分析，探討彭水地區(qū)頁巖氣富集主控因素。實驗研究認為彭水地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖：層厚大、有機質(zhì)豐度高、熱演化程度適中，生氣條件較好；有機質(zhì)微孔隙多、上下蓋層為致密的含泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r且厚度大，儲氣能力較好；脆性礦物含量較高，深度在3000 m以淺，利于壓裂造縫，產(chǎn)氣前景較好。彭水地區(qū)頁巖有機碳、微孔含量較高與頁巖含氣量呈正相關(guān)，是頁巖氣富集的主控因素。

頁巖氣；有機碳；微孔隙；富集；主控因素；彭水地區(qū)

0　引言

頁巖氣作為一種資源量巨大的非常規(guī)清潔能源，由于在北美地區(qū)大量商業(yè)開發(fā)，已經(jīng)成為全世界能源勘探的熱點[1-5]。四川盆地周緣下古生界富有機質(zhì)頁巖發(fā)育，已經(jīng)成為我國頁巖氣勘探開發(fā)的前沿陣地。盆地周緣的威遠、長寧、及焦石壩地區(qū)已經(jīng)相繼獲得頁巖氣工業(yè)氣流，反映出頁巖氣勘探的巨大潛力[6-9]。本文以處于四川盆地東南緣的彭水地區(qū)PY1井五峰組-龍馬溪組頁巖為例，在實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上分析本地區(qū)頁巖的生氣能力、儲氣能力及后期壓力改造的潛力；探討頁巖氣富集的主控因素，為后期的頁巖氣勘探提供借鑒。

1　概況

彭水地區(qū)處于武陵褶皺帶的彭水-德江褶皺帶，處在“槽-檔”過渡區(qū)，構(gòu)造形態(tài)以NE向復(fù)向斜和復(fù)背斜相間分布為主（圖1）。區(qū)內(nèi)頁巖主要發(fā)育在下寒武統(tǒng)水井沱組和上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組。其中上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組底部，發(fā)育厚層黑色頁巖，富含筆石等生物，有機質(zhì)豐度高，是頁巖氣勘探的主要目的層。位于桑柘坪向斜的PY HF-1井、PY 3HF井、PY 4HF井均獲得約1.5×104m3/d穩(wěn)定產(chǎn)氣量，其中PY 3HF井最高產(chǎn)氣量達到3.8×104m3/d，反映了彭水地區(qū)頁巖氣勘探的巨大潛力[10]。

2　頁巖生氣條件

2.1有機碳含量

頁巖氣是有機質(zhì)在巖石沉積過程中經(jīng)過漫長復(fù)雜的生物作用或熱作用形成的以甲烷為主的可燃氣體[11]。有機質(zhì)是是頁巖氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)，頁巖有機質(zhì)含量越高，其生烴潛力越大[12-15]。有機碳含量（TOC）是反映頁巖有機質(zhì)豐度的指標(biāo)。PY1井五峰組-龍馬溪組頁巖中，TOC大于1.0%的頁巖層累計厚約94 m；優(yōu)質(zhì)黑色頁巖TOC含量為1.12%～4.84%，厚度約為30m。PY1井五峰組-龍馬溪組頁巖含氣量隨TOC的增大而升高，呈很好的正相關(guān)性（圖2）。實驗數(shù)據(jù)表明，本井峰組-龍馬溪組頁巖含氣量的高低主要受有機質(zhì)含量的影響，有機質(zhì)含量是本地區(qū)頁巖氣富集的主控因素。

圖1　彭水地區(qū)地理位置及構(gòu)造分布圖Figure 1 Pengshui area geographic location and structures distribution

圖2　 PY1井五峰組-龍馬溪組頁巖TOC含量與含氣量關(guān)系Figure 2 Relationship between well PY1 Wufeng,Longmaxi formations shale TOC and shale gas content

2.2有機質(zhì)成熟度

頁巖氣的生氣特征與有機質(zhì)成熟度（R0）密切相關(guān)。在熱成因頁巖儲層中，TOC達到一定量后有機質(zhì)的成熟度則成為頁巖氣源巖生烴潛力的重要預(yù)測指標(biāo)。一般認為有烴源巖R0在1.75%～3.0%生烴生氣能力較強[16-17]。PY1井五峰組-龍馬溪組頁巖R0為2.46%～3.09%，平均為2.73%。頁巖含氣量近似呈現(xiàn)出隨R0先升高后降低的趨勢，R0在2.6%附近出現(xiàn)含氣量高峰（圖3）。PY1井五峰組-龍馬溪組頁巖成熟度相近，成熟度與含氣量存在一定的相關(guān)性，反映出本地區(qū)頁巖有機質(zhì)成熟度對頁巖氣含量有一定的影響。

圖3　 PY1井五峰組-龍馬溪組頁巖RO與含氣量關(guān)系Figure 3 Relationship between well PY1 Wufeng,Longmaxi formations shale Roand shale gas content

3　頁巖儲氣條件

3.1微孔隙

頁巖層既是頁巖氣的生氣層也是儲氣層。頁巖氣大部分吸附在基質(zhì)微孔表面，一部分游離在連接基質(zhì)的微裂縫中，另外少量溶解在裂隙水里[18-19]。PY1井五峰組-龍馬溪組頁巖的有機質(zhì)微孔較為發(fā)育，孔隙之間的連通性較好（圖4）。10 nm以內(nèi)的微孔含量為15%～80%，Langmuir體積VL為0.59～2.29 cm3/g，VL隨著10 nm以內(nèi)微孔的增多而增大（圖5）。說明頁巖微孔越多，吸附能力越強，儲氣條件越好。頁巖有機質(zhì)微孔對頁巖氣有著強大的吸附能力，對頁巖氣的儲集有著重要的影響。

圖4　 PY1井五峰組-龍馬溪組頁巖SEM圖Figure 4 Well PY1 Wufeng,Longmaxi formations shale SEM images

圖5　 PY1井五峰組-龍馬溪組頁巖高壓等溫吸附圖Figure 5 Well PY1 Wufeng,Longmaxi formations shale isothermal adsorption under high pressure

3.2頂?shù)装?/p>

PY1井五峰組-龍馬溪組高含氣段頁巖頂板為25 m厚的灰色含泥質(zhì)灰?guī)r，底板為18 m厚的灰色瘤狀灰?guī)r（圖6）。通過脈沖滲透率實驗，發(fā)現(xiàn)頂?shù)装迕}沖滲透率K顯著小于含氣段頁巖滲透率（表1）。含氣頁巖層上方的灰色含泥質(zhì)灰?guī)r及下方的灰色瘤狀灰?guī)r起到了很好的儲層封蓋作用。另外本地區(qū)高含氣段頁巖屬于深水陸棚相沉積，沉積環(huán)境穩(wěn)定，周邊也沒有大的斷裂帶。頁巖層有機質(zhì)逐漸形成的氣體被束縛在一個相對密封的環(huán)境中，以吸附、游離、溶解的狀態(tài)在頁巖儲層中達到了一個動態(tài)平衡。頁巖層穩(wěn)定的沉積環(huán)境、簡單的構(gòu)造以及頂?shù)装宓某蜐B透率是頁巖氣儲集的重要因素。

圖6　 PY1井五峰組-龍馬溪組含氣段頁巖柱狀圖Figure 6 Well PY1 Wufeng,Longmaxi formations gas-bearing sector shale column

表1　頁巖層及頂?shù)装鍧B透率數(shù)據(jù)表Table 1 Data sheet of permeability in shale and roof,floor

4　頁巖壓裂改造條件

一般認為，石英、長石、白云石是頁巖中的易脆組分，當(dāng)頁巖中石英等脆性礦物含量多時，頁巖脆性較強，容易在外力作用下形成天然裂縫和誘導(dǎo)裂縫。黏土礦物溶解易導(dǎo)致頁巖產(chǎn)氣的裂縫通道堵塞，易導(dǎo)致井壁坍塌，頁巖中黏土礦物含量越高，越不利于儲層改造[20-23]。PY1井五峰組-龍馬溪組高含氣段頁巖礦物組成以石英、黏土礦物為主，還含有少量的長石、

白云石、方解石、黃鐵礦和重晶石。PY1井頁巖脆性礦物含量為50.7%～72%，平均為57.6%，黏土含量為18.3%～38.9%，平均含量為29.6%（圖7）。PY1井五峰組-龍馬溪組高含氣段頁巖黏土含量優(yōu)于經(jīng)驗值，具備較好的壓裂改造潛力。

圖7　 PY1井五峰組-龍馬溪組高含氣段頁巖礦物含量Figure 7 Well PY1 Wufeng,Longmaxi formations high gas-bearing sector shale mineral contents

5　結(jié)論

（1）彭水地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖沉積環(huán)境穩(wěn)定，構(gòu)造簡單，厚度大，有機質(zhì)豐度高，有機質(zhì)微孔發(fā)育，頂?shù)装鍧B透率低是頁巖氣富集的主要因素。

（2）頁巖含氣量高，脆性礦物含量高是頁巖氣井穩(wěn)產(chǎn)的主要因素。

（3）頁巖含氣量與TOC呈正相關(guān)，R0約為2.6%時頁巖含氣量最高。

（4）10 nm以內(nèi)的微孔是頁巖氣吸附的主要空間。

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Main Controlling Factors of Shale Gas Enrichment in Pengshui Area Wufeng,Longmaxi Formations

Zeng Fanwu
(Petroleum Exploration and Exploitation Research Institute,East China Oil and Gas Branch,SINOPEC,Yangzhou,Jiangsu 225007)

To quick determine for shale gas exploration favorable areas,lay out production test wells reasonably have carried out well PY1 Wufeng,Longmaxi formations shale gas-bearing property,organic geochemical,rock physical property and mineral composition experimental analyses.There out discussed main controlling factors of shale gas enrichment in the Pengshui area.The result has consid?ered that the shale in Pengshui area Wufeng,Longmaxi formations have large thickness,high organic matter abundance,moderate ther?mal evolution degree and better gas generation conditions;abundant micropores in organic matter,thick overburden and underlying dense argillaceous limestone,limestone have better gas preservation capacity;high brittle mineral contents,depth above 3 000 m,con?ducive to fracturing,thus have better prospect of gas production.High organic carbon,micropore contents in Pengshui area shale posi?tively correlated to shale gas content are the main controlling factors of shale gas enrichment.

shale gas;organic carbon;micropore;enrichment;main controlling factor;Pengshui area

TE122.1

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2016.11.06

1674-1803(2016)11-0025-05

曾凡武（1988—），男，湖北隨州人，助理工程師，主要從事頁巖氣、煤層氣勘探開發(fā)方面的實驗研究工作。

2016-05-30

責(zé)任編輯：宋博輦