鄂西來鳳地區(qū)上奧陶統(tǒng)—下志留統(tǒng)龍馬溪組富有機質(zhì)頁巖儲層特征
——以龍?zhí)镀浩拭鏋槔?/h1>

2017-07-24 16:52:03余江浩李雄偉徐海洋

資源環(huán)境與工程訂閱 2017年3期 收藏

關(guān)鍵詞：龍馬龍?zhí)?/a>平均值

王 登, 余江浩, 李雄偉, 吳 龍, 徐海洋

(1.湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034; 2.湖北省地質(zhì)局 第八地質(zhì)大隊,湖北 襄陽 441002)

鄂西來鳳地區(qū)上奧陶統(tǒng)—下志留統(tǒng)龍馬溪組富有機質(zhì)頁巖儲層特征
——以龍?zhí)镀浩拭鏋槔?/p>

王 登1, 余江浩1, 李雄偉1, 吳 龍1, 徐海洋2

(1.湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034; 2.湖北省地質(zhì)局 第八地質(zhì)大隊,湖北 襄陽 441002)

在野外觀測的基礎(chǔ)上,通過薄片鑒定、地球化學(xué)分析、X-衍射分析、物性測量、掃描電鏡觀察和等溫吸附模擬等多種方法,對鄂西來鳳地區(qū)龍?zhí)镀浩拭纨堮R溪組富有機質(zhì)頁巖儲層特征進(jìn)行研究。研究表明,龍?zhí)镀糊堮R溪組富有機質(zhì)頁巖厚度較大,達(dá)51.8 m,有機碳含量高,介于0.80%～6.55%,平均值為2.70%,熱演化程度高,處于高—過成熟階段;脆性礦物含量豐富,平均值為59.0%;多種孔隙類型及裂縫發(fā)育;等溫吸附實驗表明吸附氣量為1.83～3.54 m3/t,平均值為2.68 m3/t,氣體吸附能力強。綜合認(rèn)為,鄂西來鳳地區(qū)龍馬溪組富有機質(zhì)頁巖儲層條件好,具有良好的頁巖氣勘探前景。

來鳳地區(qū);龍馬溪組;頁巖;儲層特征;頁巖氣

頁巖氣是指賦存于富有機質(zhì)泥頁巖及其夾層中,以吸附和游離態(tài)為主要存在方式的一種非常規(guī)天然氣[1-9]。

龍馬溪組富有機質(zhì)泥頁巖是上揚子地區(qū)下古生界主力烴源巖之一,具有厚度大、分布廣的特點[10-13]。渝頁1井、寧201井、來地1井等的鉆探已經(jīng)證實龍馬溪組泥頁巖具有很好的頁巖氣顯示或工業(yè)氣流發(fā)現(xiàn),其中寧201井所在的長寧區(qū)塊現(xiàn)已成為中國頁巖氣商業(yè)開發(fā)示范區(qū)之一,勘探潛力巨大[12-13]。本文在野外露頭剖面觀測的基礎(chǔ)上,從泥頁巖厚度、有機碳含量、礦物組成和物性等多方面對龍?zhí)镀浩拭纨堮R溪組頁巖儲層特征進(jìn)行深入分析,以期為該區(qū)下一步頁巖氣勘探提供依據(jù)。

1 剖面地質(zhì)特征

龍?zhí)镀浩拭嫖挥诙魇┲輥眸P縣大河鎮(zhèn),在大地構(gòu)造背景上屬于上揚子地塊的宜都—鶴峰復(fù)背斜帶兩河口向斜西翼(圖1)。剖面地層自下而上依次為上奧陶統(tǒng)寶塔組、上奧陶統(tǒng)—下志留統(tǒng)龍馬溪組和下志留統(tǒng)新灘組,其中龍馬溪組出露完整,頂?shù)捉缑媲逦｝堮R溪組采用《湖北省巖石地層》[14]所述定義,是指整合于寶塔組瘤狀灰?guī)r之上,新灘組黃綠色頁巖之下的一套富含筆石的黑色頁巖、炭質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖,包括俗稱的五峰組與原龍馬溪組黑色頁巖段之和。根據(jù)剖面和鏡下薄片觀察結(jié)果,可將本剖面龍馬溪組泥頁巖劃分為3種巖相類型,即頁巖、粉砂質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖。整條剖面龍馬溪組巖性自下而上呈現(xiàn)粉砂含量增加的趨勢,水平層理和黃鐵礦特別發(fā)育,筆石化石豐富,為一套深水陸棚環(huán)境沉積物(圖2)。

圖1 龍?zhí)镀浩拭鏄?gòu)造位置簡圖Fig.1 Diagram of structure location in Longtanping section1.斷層;2.構(gòu)造線;3.地名;4.剖面位置。

圖2 鄂西來鳳龍?zhí)镀浩拭纨堮R溪組沉積相綜合柱狀圖Fig.2 Synthesis histogram of Longmaxi Formation of Laifeng Longtanping section in western Hubei1.瘤狀灰?guī)r;2.硅質(zhì)頁巖;3.炭質(zhì)頁巖;4.粉砂質(zhì)頁巖;5.頁巖。

2 有機地化特征

2.1 有機碳含量

龍?zhí)镀浩拭纨堮R溪組頁巖厚度較大,連續(xù)性好,達(dá)51.8 m(圖2);整體TOC含量較高,介于0.80%～6.55%,平均值2.70%(圖3),TOC含量>2%的樣品占70%以上,TOC含量>2%的頁巖厚度達(dá)29.9 m,表明龍馬溪組頁巖具有良好的生烴物質(zhì)基礎(chǔ)。該剖面龍馬溪組灰黑色頁巖TOC含量具有明顯的縱向向上降低的特征,即中下部灰黑色頁巖TOC含量相對較高,TOC介于2.45%～6.55%,平均值3.47%,而上部灰黑色頁巖相對較低,介于0.80%～2.19%,平均值1.54%。這一變化特征與沉積相及古水深變化一致,即中下部深水陸棚相頁巖有機碳含量較高,向上水深逐漸變淺,過渡到淺水陸棚相頁巖,其有機碳含量有降低趨勢,反映了深水陸棚相與有機碳含量呈明顯正相關(guān),也揭示了深水陸棚相是富有機質(zhì)泥頁巖發(fā)育的有利相帶規(guī)律。

2.2 有機質(zhì)熱演化程度

下古生界缺乏來源于高等植物的標(biāo)準(zhǔn)鏡質(zhì)組[15],本次采集的下古生界樣品富含瀝青,采用換算等效鏡質(zhì)體反射率評價成熟度。本次實測的龍?zhí)镀浩拭纨堮R溪組頁巖樣品Ro值整體較高(圖3),介于2.06%～3.05%,平均值2.63%,達(dá)到高—過成熟階段,都已進(jìn)入生氣階段,有利于頁巖氣的生成。

3 儲層特征

3.1 礦物組成特征

龍?zhí)镀浩拭骓搸r樣品的全巖X衍射分析表明,龍馬溪組富有機質(zhì)頁巖中粘土礦物含量介于38.0%～44.0%,平均含量為41.0%(圖4);脆性礦物含量為56.0%～62.0%,平均含量為59.0%。脆性礦物中,石英含量最高,介于83.93%～88.71%,平均含量為86.92%,其次為鉀長石和鈉長石,未見碳酸鹽巖礦物,微含黃鐵礦。北美Barnett頁巖脆性礦物含量一般在40.0%～60.0%,粘土礦物較少[16]。與之相比,龍?zhí)镀浩拭纨堮R溪組頁巖在脆性礦物含量上與Barnett頁巖相似,高含量的脆性礦物有利于后期的壓裂改造。

圖3 龍?zhí)镀浩拭纨堮R溪組頁巖地球化學(xué)和物性特征Fig.3 Geochemical and physical properties of Longmaxi Formation shale in Longtanping section

圖4 龍?zhí)镀浩拭纨堮R溪組頁巖礦物組成Fig.4 Mineral composition of Shale in Longmaxi Formation in Longtanping section

3.2 頁巖物性特征

根據(jù)龍?zhí)镀浩拭嫠?個樣品統(tǒng)計結(jié)果表明,龍馬溪組頁巖樣品孔隙度介于1.23%～2.87%,平均值為1.94%(圖3,圖5);滲透率介于0.19×10-3～1.62×10-3μm2,平均值為0.598×10-3μm2;密度2.55～2.57 g/m3,平均值為2.56 g/m3。表明龍?zhí)镀浩拭骓搸r基質(zhì)孔隙發(fā)育,具有一定的儲、滲能力。

3.3 孔隙類型

掃描電鏡結(jié)果分析表明,龍?zhí)镀浩拭纨堮R溪組頁巖主要發(fā)育粒間孔、粒內(nèi)溶孔、有機質(zhì)孔和微裂縫4種類型。其中,粒間孔主要包括粘土顆粒間孔隙,一般為100～400 nm不等(圖6-a);粒內(nèi)溶孔主要包括石英溶孔、鉀長石溶孔和鈉長石溶孔,一般為50～400 nm,也有個別達(dá)1～1.5 μm(圖6-a、c、d);有機質(zhì)孔隙一般為200 nm左右(圖6-e);微裂縫主要有有機質(zhì)與粘土顆粒間裂縫,石英顆粒內(nèi)裂縫寬度一般在20 nm左右,大者可達(dá)0.8 μm(圖6-f)。

圖5 龍?zhí)镀浩拭纨堮R溪組孔隙度和滲透率分布頻率Fig.5 Porosity and permeability distribution frequency of Longmaxi Formation in Longtanping section

4 含氣性特征

頁巖含氣性直接決定頁巖氣資源潛力,主要包括頁巖儲層中的吸附氣、游離氣和溶解氣等[17-20]。研究區(qū)鉆遇龍馬溪組頁巖的鉆井較多,見不同程度的頁巖氣顯示,花果坪復(fù)向斜帶上的H2井龍馬溪組氣測產(chǎn)氣量3.0 m3/d,完井40余年井口仍見天然氣不斷冒出;LD2井在鉆進(jìn)過程中見明顯的氣侵現(xiàn)象,現(xiàn)場解吸氣總含量平均為1.72 m3/t。以上鉆井氣顯示表明研究區(qū)龍馬溪組頁巖存在天然氣,本文通過等溫吸附實驗進(jìn)一步表征其含氣性特征。分析結(jié)果表明(圖7),龍馬溪組模擬的吸附氣量介于1.83～3.54 m3/t,平均值2.68 m3/t,吸附氣含量較高,吸附能力較強。

圖6 龍?zhí)镀浩拭纨堮R溪組富有機質(zhì)頁巖孔隙特征Fig.6 Pore characteristics of organic-rich shale of Longmaxi Formation in Longtanping section

圖7 龍?zhí)镀浩拭婺囗搸r樣品等溫吸附實驗結(jié)果Fig.7 Isothermal adsorption test results of mudstone and shale samples in Longtanping Section

5 結(jié)論

(1) 龍?zhí)镀浩拭纨堮R溪組富有機質(zhì)頁巖具有厚度大、連續(xù)性好的特點。其厚度為51.8 m,其中TOC含量>2%的優(yōu)質(zhì)頁巖厚度達(dá)29.9 m。

(2) 龍?zhí)镀浩拭纨堮R溪組灰黑色頁巖具有有機碳含量高、成熟度高等特點。TOC含量介于0.80%～6.55%,平均值2.70%;Ro值介于2.06～3.05%,平均值2.63%,處于高—過成熟階段,生氣條件好。

(3) 龍?zhí)镀浩拭纨堮R溪組頁巖儲層較好。其脆性礦物含量豐富,介于56.0%～62.0%,有利于后期儲層改造;孔隙度介于1.23%～2.87%,平均值為1.94%;多種孔隙類型和裂縫發(fā)育,具有良好的頁巖氣儲集空間。同時,其吸附能力較強,等溫吸附氣含量介于1.83～3.54 m3/t。綜合研究認(rèn)為鄂西來鳳地區(qū)龍馬溪組頁巖儲集條件良好,具有良好的頁巖氣勘探前景。

致謝:本文在撰寫過程中得到了劉早學(xué)、邱艷生教授級高級工程師的指導(dǎo)和幫助,在此謹(jǐn)表衷心感謝！

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(責(zé)任編輯：陳姣霞)

Characteristics of Organic-rich Shale Reservoir in the Upper Ordovician-LowerSilurian Longmaxi Formation of Laifeng Area in Western Hubei Province:Taking Longtanping Section as an Example

WANG Deng1, YU Jianghao1, LI Xiongwei1, WU Long1, XU Haiyang2

(1.HubeiGeologicalSurvey,WuhanHubei430034; 2.EighthGeologicalBrigadeofHubeiGeolgogicalBureau,Xiangyang,Hubei441002)

Based on the field observation,thin section identification,geochemical analysis,X-diffraction analysis,physical property measurement,scanning electron microscope,the isothermal adsorption simulation and other methods are adopted,the characteristics of organic-rich shale in Longmaxi Formation of Laifeng Longtanping section in western Hubei are studied. Research shows that the Longmaxi Formation organic-rich shale has relatively high thickness,with an value of 51.8 m,and the organic carbon content range from 0.8% to 6.55%,with an average value of 2.70%. The thermal evolution degree is in high-over mature stage. The brittle mineral content is abundant with an average value of 59%. Several types of pores and fissure are present in the shale. The adsorption isotherm experiments show that the adsorbed gas in shale range from 1.83 m3/t to 3.54 m3/t with an average value of 2.68 m3/t,which means the gas has strong adsorption capacity. It is considered that shale reservoir conditions of Longmaxi Formation in this area are good,in which has a good exploration prospects.

Laifeng area; Longmaxi Formation; shale; reservoir characteristics; shale gas

2016-09-28;改回日期:2017-01-05

“中南地區(qū)頁巖氣資源調(diào)查評價”項目下設(shè)子項目(編號:12120114049901)。

王登(1987-),男,工程師,礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè),從事頁巖氣地質(zhì)調(diào)查與勘探工作。E-mail:w362311767@126.com

TE132.2

A

1671-1211(2017)03-0295-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.03.012

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170517.1757.036.html 數(shù)字出版日期:2017-05-17 17:57

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