涪陵頁巖氣田富集高產(chǎn)主控地質(zhì)因素

郭旭升，胡東風，李宇平，魏志紅，魏祥峰，劉珠江

（中國石化勘探分公司，成都 610041）

涪陵頁巖氣田富集高產(chǎn)主控地質(zhì)因素

郭旭升，胡東風，李宇平，魏志紅，魏祥峰，劉珠江

（中國石化勘探分公司，成都 610041）

在前期對南方海相頁巖氣富集規(guī)律認識的基礎上，應用涪陵頁巖氣田的勘探開發(fā)資料，詳細論述了涪陵頁巖氣田富集的主控因素及其相互關系，對海相頁巖氣“二元富集”理論認識有了進一步的思考。氣田富集的基礎首先在于氣體的生成和儲集，研究區(qū)深水陸棚頁巖氣儲集層具有“高 TOC、高孔隙度、高含氣量、高硅質(zhì)”四高特征，生烴強度高，有機質(zhì)孔發(fā)育，有利于儲集層改造，是涪陵頁巖氣“成烴控儲”的基礎。保存條件對頁巖氣的形成和富集至關重要，良好的頁巖頂?shù)装鍙捻搸r生烴開始就能有效阻止烴類縱向散失而滯留聚集，后期構造作用的強度與持續(xù)時間決定了頁巖氣保存條件，保存條件好是頁巖氣“成藏控產(chǎn)”的關鍵地質(zhì)因素，頁巖儲集層含氣性好、孔隙度高，地層（超）高壓，有利于形成頁巖氣富集高產(chǎn)區(qū)。圖13參30

四川盆地；涪陵頁巖氣田；下志留統(tǒng)；龍馬溪組；頁巖氣；富集高產(chǎn)；主控因素

0 引言

涪陵氣田是中國第1個探明并投入商業(yè)開發(fā)的大型頁巖氣田[1]，近幾年來，以涪陵頁巖氣田及其鄰區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)形成的資料為基礎開展頁巖氣富集規(guī)律研究成為熱點課題。2014年，筆者在總結南方海相頁巖氣富集規(guī)律及涪陵頁巖氣田勘探開發(fā)突破取得的地質(zhì)認識時，提出了南方海相頁巖氣“二元富集”理論認識[2]，即：深水陸棚優(yōu)質(zhì)泥頁巖發(fā)育是頁巖氣“成烴控儲”的基礎，良好的保存條件是頁巖氣“成藏控產(chǎn)”的關鍵。隨著近兩年勘探實踐和研究的深入，特別是經(jīng)過涪陵頁巖氣田50×108m3產(chǎn)能建設，并通過大量勘探開發(fā)資料的驗證，對涪陵頁巖氣田富集高產(chǎn)的主控地質(zhì)因素及其相互關系有了進一步的認識。南方海相頁巖是中國頁巖氣資源潛力最大的領域，認清其典型的頁巖氣田富集高產(chǎn)主控地質(zhì)因素，對于該領域頁巖氣評價和勘探具有現(xiàn)實意義。

1 氣田基本特征

涪陵氣田位于川東高陡褶皺帶萬縣復向斜，目前主要由焦石壩地區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣組成，產(chǎn)層主要為五峰組—龍馬溪組一段灰黑色炭質(zhì)筆石頁巖[3]（見圖1）。氣層厚度80～100 m，深水陸棚優(yōu)質(zhì)頁巖氣層厚40 m左右；儲集層平均孔隙度為4.87%，滲透率為215×10-9μm2。氣體組分以甲烷為主（平均含量98%），不含硫化氫。氣層底界埋深2 250～3 500 m，壓力系數(shù)為1.55；地溫梯度為2.73 ℃/100 m。氣藏儲量豐度高，已探明頁巖氣地質(zhì)儲量為 3 806.0×108m3，儲量豐度為 9.9×108m3/km2。

圖1 涪陵頁巖氣田概略圖

目前該氣田已完成 282口井壓裂測試，平均測試產(chǎn)量 24.38×104m3/d，累計產(chǎn)氣95.6×108m3，為高產(chǎn)富集氣田。其中典型的兩口開發(fā)井，一是試采時間最長的JY1井，已試采52個月，目前井口壓力5.98 MPa，日產(chǎn)氣6×104m3/d左右，已累計產(chǎn)氣0.94×108m3；二是產(chǎn)量最高的JY6-2井，目前井口壓力6.50 MPa，日產(chǎn)氣 7.3×104m3/d，已累計產(chǎn)氣 2.39×108m3。

2 富集高產(chǎn)主控因素

氣田富集的基礎首先在于天然氣的生成和儲集。涪陵頁巖氣田生、儲條件俱佳的深水陸棚優(yōu)質(zhì)頁巖，具備高演化背景下適中的熱演化程度，控制了頁巖的有機質(zhì)類型和豐度、生烴潛力和儲集層性質(zhì)。頁巖氣的形成一般經(jīng)歷了超深埋藏和后期抬升才具備適宜壓裂改造和工業(yè)開采的埋藏深度，抬升和多期構造運動的改造會造成頁巖氣賦存環(huán)境產(chǎn)生變化，必然導致頁巖氣的逸散甚至破壞。因此，保存條件對頁巖氣藏的形成和富集至關重要，特別是在中國南方強烈改造地區(qū)[2]。

2.1 深水陸棚優(yōu)質(zhì)頁巖發(fā)育是頁巖氣“成烴控儲”的基礎

2.1.1 深水陸棚相泥頁巖生烴能力強

涪陵氣田五峰組—龍馬溪組一段為濱外陸棚相沉積，處于近濱外側至大陸坡內(nèi)邊緣這一寬闊的陸架或廣闊的陸棚區(qū)，其上限位于正常浪基面附近，下限水深一般在200 m左右，沉積物多以暗色的泥級碎屑物質(zhì)為特征，浮游生物繁盛，可進一步劃分出淺水陸棚、深水陸棚2種亞相[4]。其中深水陸棚相發(fā)育豐富的筆石生物，筆石含量最高可達 80%，同時見大量藻類、硅質(zhì)放射蟲和少量硅質(zhì)海綿骨針等生物化石，反映安靜、貧氧、深水的還原沉積環(huán)境（見圖2）。

圖2 五峰組—龍馬溪組主要生物類型特征

海相沉積環(huán)境中水體的生物生產(chǎn)力是控制沉積物中有機質(zhì)豐度的最重要因素[5]，海洋表層生產(chǎn)力是指在單位時間內(nèi)，單位面積的表層海水中，由于生物光合作用所進行的無機碳向有機碳所轉變的量，其生產(chǎn)是全球碳循環(huán)的重要環(huán)節(jié)[6]。深水陸棚環(huán)境浮游生物繁盛，以菌藻類為主，淺海透光帶富氧的表層水有利于浮游藻類繁盛，具有較高的古生產(chǎn)力[7]。鎳（Ni）、銅（Cu）、鋅（Zn）的強烈富集暗示其被較高含量的有機質(zhì)帶到沉積物中，然后在還原條件下保存下來，指示高古生產(chǎn)力[8]；而具有生物來源的鉬（Mo）則可反映古生產(chǎn)力的真實水平[9]。文中采用 Moxs作為古氧化還原條件的微量元素替代指標；Cuxs、Znxs、Nixs作為古生產(chǎn)力水平的微量元素替代指標。分析涪陵頁巖氣田五峰組—龍馬溪組頁巖古生產(chǎn)力發(fā)現(xiàn)，TOC與微量元素指標均存在較高的正相關性，且五峰組—龍馬溪組頁巖自下而上古生產(chǎn)力各參數(shù)值具有由高到低的變化趨勢，底部優(yōu)質(zhì)頁巖的參數(shù)值為上部層段的數(shù)倍，表明優(yōu)質(zhì)頁巖的古生產(chǎn)力最高，向上逐漸降低（見圖3）。

圖3 JY2井五峰組—龍馬溪組頁巖古生產(chǎn)力參數(shù)與TOC變化圖

沉積有機質(zhì)的富集除受古生產(chǎn)力影響外，沉積環(huán)境或底層水的缺氧條件也是控制有機質(zhì)富集的主要因素。指示氧化-還原條件的微量元素V/Cr、U/Th、Ni/Co等參數(shù)[10]由淺水陸棚到深水陸棚增大，反映沉積環(huán)境由弱氧化到強還原逐漸過渡，深水陸棚相為弱還原—強還原環(huán)境，有利于有機質(zhì)富集與保存。進一步將氧化-還原條件演化與總有機碳分布特征進行初步對比可發(fā)現(xiàn)，強還原條件與高有機碳含量之間同樣具有比較一致的對應關系，JY2井深水陸棚相帶以中—特高有機碳含量為主，TOC值普遍大于等于 2.0%，TOC最大值為5.25%，最小值為2.17%，平均值為3.76%，而淺水陸棚處于弱還原—弱氧化環(huán)境，TOC值一般在1%左右，說明了氧化-還原條件對有機碳富集的控制作用。

涪陵頁巖氣田五峰組—龍馬溪組泥頁巖有機質(zhì)類型主要為Ⅰ型[11]，其母質(zhì)來源主要為浮游生物和菌藻類，熱演化程度處于過成熟階段（Ro值為2.65%），產(chǎn)烴率為700 m3/t，具備良好生烴潛力，五峰組—龍馬溪組泥頁巖生烴強度為60×108m3/km2，其中深水陸棚優(yōu)質(zhì)頁巖厚度僅為五峰組—龍馬溪組泥頁巖三分之一左右，生烴強度為35×108m3/km2，占了一半多，生烴強度高。

2.1.2 深水陸棚優(yōu)質(zhì)頁巖具有高 TOC與高硅質(zhì)含量耦合的規(guī)律

涪陵頁巖氣田五峰組—龍馬溪組一段深水陸棚頁巖TOC值和硅質(zhì)含量都較高，且硅質(zhì)礦物含量與TOC值存在明顯的正相關性，總體反映了五峰組—龍馬溪組一段一亞段深水陸棚優(yōu)質(zhì)頁巖層段具有高 TOC值、高硅質(zhì)“二高”的耦合特征；而淺水陸棚頁巖則表現(xiàn)出TOC值和硅質(zhì)礦物含量較低、硅質(zhì)含量與TOC值相關性差的特征（見圖 4）。JY1井優(yōu)質(zhì)頁巖段根據(jù)硅質(zhì)礦物和硅質(zhì)礦物+長石+碳酸鹽含量分別計算的脆性指數(shù)平均為53.1%和62.2%，脆性礦物含量高且主要來源于生物、生物化學成因的放射蟲、海綿骨針等內(nèi)生硅質(zhì)礦物[11-12]，有利于壓裂改造[13-14]。

圖4 JY1井五峰組—龍馬溪組淺水陸棚和深水陸棚TOC值與硅質(zhì)含量相關關系圖（R—相關系數(shù)）

圖5 龍馬溪組有機質(zhì)孔與無機質(zhì)孔儲集氣體示意圖（JY1井）

頁巖作為致密的低孔低滲儲集層，JY1井五峰組—龍馬溪組一段優(yōu)質(zhì)頁巖孔隙度平均為4.77%，孔隙度較高，其中有機質(zhì)孔隙是頁巖氣賦存最主要的空間[11,13]，多為納米級孔隙，為頁巖氣的吸附和儲集提供主要的比表面積和孔體積（見圖5），與有機質(zhì)密切共生，具有親油（氣）性。JY1井優(yōu)質(zhì)頁巖總含氣量平均為 5.85 m3/t，且與有機質(zhì)孔提供孔隙度呈明顯正相關，表明有機質(zhì)孔對頁巖氣的儲集能力貢獻最大[15]（見圖6）。程鵬和肖賢明[16]對黑色頁巖熱模擬實驗顯示，有機質(zhì)孔與熱演化程度在0.7%～3.5%存在正相關關系，熱演化程度過高對有機質(zhì)孔發(fā)育不利。涪陵頁巖氣田五峰組—龍馬溪組深水陸棚相優(yōu)質(zhì)頁巖段TOC值高，Ro值為2.65%，熱演化程度適中，有利于有機孔大量發(fā)育。利用孔隙度計算的巖石物理模型定量刻畫每種類型孔隙對頁巖孔隙的貢獻大小[17]，涪陵頁巖氣田五峰組—龍馬溪組深水陸棚相優(yōu)質(zhì)頁巖中有機質(zhì)孔所占比例一般在50%以上，最高可達76%[15]，對總孔隙度的貢獻最大；淺水陸棚相有機質(zhì)孔所占比例一般為30%～40%。

圖6 龍馬溪組有機質(zhì)孔提供孔隙度與總含氣量關系圖（JY1井）

綜合上述，深水陸棚頁巖氣儲集層具有“高TOC、高孔隙度、高含氣量、高硅質(zhì)”四高特征，生烴強度高，有機質(zhì)孔發(fā)育，有利于儲集層改造，為頁巖氣層發(fā)育的有利層段，是涪陵頁巖氣“成烴控儲”的基礎（見圖7）。

圖7 JY1井五峰組—龍馬溪組頁巖儲集層綜合評價圖

2.2 良好保存條件是頁巖氣“成藏控產(chǎn)”的關鍵

2.2.1 致密、突破壓力均較高的頂?shù)装鍡l件是頁巖氣富集的前提

五峰組—龍馬溪組頁巖氣層頂?shù)装搴穸却?、展布穩(wěn)定、巖性致密、突破壓力高，封隔性好[18]。頁巖氣層頂板為龍馬溪組二段發(fā)育的灰色—深灰色中—厚層粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，厚度50 m左右；底板為上奧陶統(tǒng)臨湘組深灰色含泥瘤狀灰?guī)r、灰?guī)r等，總厚度為30～40 m，區(qū)域上分布穩(wěn)定。焦石壩區(qū)塊龍馬溪組二段的粉砂巖孔隙度平均值為2.4%，滲透率平均值為0.001 6×10-3μm2，在80 ℃條件下，地層突破壓力為69.8～71.2 MPa；下伏臨湘組孔隙度平均值為1.58%，滲透率平均值為0.001 7×10-3μm2，在80 ℃條件下，地層突破壓力為 64.5～70.4 MPa，高頂?shù)装逋黄茐毫搸r氣的聚集起到重要作用[18]。

涪陵頁巖氣田五峰組—龍馬溪組頁巖干酪根和天然氣的δ13C值與四川盆地各層系烴源巖干酪根對比表明，涪陵頁巖氣田五峰組—龍馬溪組的天然氣應來源于自身層系烴源巖[19]，且氬離子掃描電鏡照片中豐富的瀝青以及瀝青質(zhì)孔證實了早期烴類滯留。據(jù)涪陵頁巖氣田13口井多批次取樣分析，氣體存在δ13C1＞δ13C2＞δ13C3的碳同位素值完全倒轉現(xiàn)象（見圖8），同源不同期生成的天然氣混合是造成這種現(xiàn)象的主要原因[20-23]；也有學者根據(jù)四川盆地頁巖氣、常規(guī)氣烷烴碳同位素組成的對比分析，提出封閉體系是倒轉的先決條件和主要因素，同源不同期是次要因素[4]。五峰組—龍馬溪組頁巖TOC值高，其演化程度處于干氣階段，原油已大量裂解為氣，由于頁巖以納米級微孔隙為主，天然氣被有機質(zhì)和黏土礦物等大量吸附，形成了天然氣運移的阻力。據(jù) Jarvie等研究[24]，受毛細管阻力等的影響，最后頁巖內(nèi)部仍殘留生成烴量的 40%～50%。此外據(jù) Tissot等人研究，排烴過程只會發(fā)生在一定范圍內(nèi)，只有在靠近比頁巖物性更好的儲集層約14 m的范圍內(nèi)，頁巖與儲集層產(chǎn)生濃度差，頁巖中的烴類才能夠向儲集層有效排出[25]。對于涪陵頁巖氣田而言，五峰組—龍馬溪組頁巖厚度一般在85～105 m，頁巖頂?shù)装鍘r性致密，頁巖的排烴率更低，烴源巖內(nèi)油氣排運不暢而形成封閉體系。因此，致密的頂?shù)装鍙纳鸁N開始就能有效阻止烴類散失，保存條件好是頁巖氣富集的前提。

圖8 涪陵頁巖氣田五峰組—龍馬溪組一段天然氣碳同位素組成特征

2.2.2 頁巖氣保存受后期構造作用的強度與持續(xù)時間控制

涪陵頁巖氣田五峰組—龍馬溪組頁巖在早三疊世開始快速深埋，熱演化程度迅速增高，至中三疊世末，Ro值增大到0.7%～1.3%，進入成油高峰期；中侏羅世后，Ro值演化至1.3%～2.0%，有機質(zhì)演化達到高成熟階段，生成大量濕氣及油裂解氣；早白堊世后以生成干氣為主，白堊紀末期達到最大埋藏深度，Ro值增大到2.65%。晚白堊世以后，燕山期—喜馬拉雅期構造運動破壞區(qū)域蓋層的完整性及封蓋性能，構造活動強度越大、抬升剝蝕越嚴重、影響時間越長，對頁巖氣破壞越嚴重。涪陵焦石壩區(qū)塊處于盆內(nèi)隔擋變形帶，燕山期—喜馬拉雅期抬升剝蝕作用起始時間相對較晚（距今85 Ma），構造形變相對弱，地層傾角小，一般為0°～10°，構造保存條件總體較好。

2.2.2.1 抬升剝蝕作用強度弱有利于頁巖氣保存

四川盆地海相烴源巖在整個地質(zhì)歷史過程中，基本都經(jīng)歷了深埋生烴以及后期抬升過程。抬升過程不僅會使油氣的生成停滯，同時會使含氣頁巖層段之上的上覆巖層和區(qū)域蓋層減薄或剝蝕，導致上覆壓力變小，從而會使頁巖氣突破蓋層向上逸散；另外，抬升剝蝕作用使頁巖氣層和蓋層脆性破裂或已形成的斷裂變成開啟狀態(tài)，降低泥頁巖自身封堵性能和蓋層的封閉能力。涪陵頁巖氣田 JY1井龍馬溪組頁巖樣品三軸物理實驗模擬顯示，頁巖抬升至1 000～1 500 m，圍壓從50.0 MPa下降至16.2 MPa左右，巖石發(fā)生剪切破裂，產(chǎn)生微裂縫（見圖 9）；JY2井龍馬溪組樣品在圍壓降低至15.0 MPa左右微裂縫開始大規(guī)模開啟，孔隙度和滲透率大幅度提高，頁巖自身的封閉性隨埋深變淺快速變差（見圖10）。涪陵頁巖氣田埋深適中，保證了持續(xù)的封堵性。

圖9 JY1井龍馬溪組炭質(zhì)頁巖構造抬升圍壓泄壓下的破壞模擬圖

圖10 JY2井2 566.96 m頁巖孔隙度、滲透率、有效壓力關系曲線

2.2.2.2 斷裂規(guī)模小和裂縫發(fā)育強度弱有利于頁巖氣保存

涪陵頁巖氣田主體構造穩(wěn)定區(qū)與斷裂、裂縫發(fā)育帶保存條件差異明顯，東南部與西南部斷裂發(fā)育帶保存條件差，產(chǎn)量相對主體構造穩(wěn)定區(qū)較低，鉆井液漏失量較大，壓力系數(shù)一般顯示為常壓區(qū)，如東南部JY3-3 HF井五峰組—龍馬溪組頁巖儲集層實測壓力系數(shù)只有0.97[26]。涪陵頁巖氣田南部鉆探效果差異較大，單井產(chǎn)能主要與距斷裂的遠近和斷裂的規(guī)模、性質(zhì)相關。根據(jù)斷裂性質(zhì)，將涪陵頁巖氣田斷裂發(fā)育規(guī)模劃分為四級，其中一級斷裂為控盆斷裂，二級斷裂為控制二級構造單元的斷裂，三級斷裂為控制局部構造的斷裂，四級斷裂為局部構造內(nèi)部小斷裂（見圖11）。對川東南地區(qū)斷裂的影響范圍進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，距一級斷裂10 km以上保存條件較好；距二級走滑斷裂3 km以上保存條件較好，距二級走滑較弱的斷裂2 km以上保存條件較好；距三級斷裂1 km以上保存條件較好，四級斷裂影響范圍較小，有的穿過斷裂的井也有較好的產(chǎn)量。

圖11 涪陵頁巖氣田五峰組—龍馬溪組斷裂分布圖

頁巖地層側向上擴散作用是頁巖氣發(fā)生散失的主要作用方式之一[18]。JY4井五峰組—龍馬溪組全直徑巖心樣品縱橫向滲透率差異巨大，頁巖水平滲透率是垂直滲透率的2～8倍。深埋的頁巖地層若其側向出露、或側向與開啟性斷層接觸，由于橫向順層散失，氣藏豐度會逐漸降低乃至徹底破壞。

單斜及向斜構造也能獲高產(chǎn)氣流，保存條件與構造形態(tài)無關。JY87-3井位于焦石壩北西方向的江東斜坡區(qū)，采用 12 mm油嘴、27 mm孔板，井口壓力為20.3 MPa，獲得 15.37×104m3/d的工業(yè)氣流；JY60-5井位于焦石壩東南方向的白濤向斜，按 6×104m3/d配產(chǎn)，截至2017年3月31日，連續(xù)生產(chǎn)423 d，累計產(chǎn)氣 2 022.9×104m3，目前日產(chǎn)氣 3.00×104m3/d，套壓8.23 MPa。

2.2.2.3 構造抬升作用時間較晚有利于頁巖氣保存

油氣在地層中發(fā)生運移的基本方式有滲濾、擴散兩種，而在總體保存條件較好、頁巖頂?shù)装鍡l件好、斷裂或裂縫發(fā)育較少的頁巖層中，天然氣的逸散破壞以擴散作用為主。由等溫吸附實驗結果可知，隨著頁巖地層的抬升，上覆壓力卸載使得頁巖孔隙流體壓力下降，溫度也隨之降低，游離氣向吸附氣轉換[27]；此時，甲烷有效擴散系數(shù)隨孔隙壓力的降低也明顯增加（見圖12），擴散作用成為頁巖氣逸散的主要方式。因此，現(xiàn)今處于同樣埋藏深度的頁巖氣藏，其保存程度還要關注抬升時間早晚。

圖12 頁巖孔隙壓力與有效擴散系數(shù)關系（JY1井）

李明誠等[28]曾經(jīng)統(tǒng)計和分析過油氣藏的“年齡”，認為對于一個含氣面積為50 km2、地質(zhì)儲量為300×108m3的中型氣田，若以5 m3/（km2·a）為自然擴散速率，則在 1 Ma中將因擴散散失 250×106m3天然氣，那么該氣田的天然氣將在 120 Ma中散失殆盡?？梢姡瑲馓镌诼L的地質(zhì)歷史演化時期，若擴散作用較強，也具有較大的破壞作用，甚至完全喪失工業(yè)價值。即地層抬升時間越晚，頁巖氣散失量越小，保存條件越好。

四川盆地東南緣的起始抬升時間，從盆外彭水向斜的125 Ma至武隆向斜的93 Ma，再到盆內(nèi)焦石壩構造區(qū)的80 Ma逐漸變晚，頁巖氣擴散散失作用時間逐漸變短，保存條件依次變好。這幾個地區(qū)的勘探實踐也證實了這個特點。

2.3 頁巖儲集層高產(chǎn)主控因素

川東南地區(qū)部署實施了大量的頁巖氣鉆井，在下古生界五峰組—龍馬溪組都鉆遇了厚度大于30 m的優(yōu)質(zhì)頁巖（TOC＞2%），原始生烴條件優(yōu)越，但在整個地質(zhì)歷史過程中經(jīng)歷了復雜的、多期次的構造演化（包括埋藏、抬升、斷裂和褶皺等）、熱演化（多期次、多種方式的生排烴）和頁巖氣的聚集和散失，泥頁巖含氣性表現(xiàn)為區(qū)域上分布的不連續(xù)性，取得的鉆探效果差異較大。研究表明，富有機質(zhì)頁巖的發(fā)育、高頁巖氣層壓力系數(shù)、先進的壓裂工藝技術及合理的開采工藝共同控制了涪陵頁巖氣田五峰組—龍馬溪組一段氣藏高產(chǎn)。

涪陵頁巖氣田五峰組—龍馬溪組一段處于深水陸棚相帶，巖性主要為灰黑色含放射蟲炭質(zhì)頁巖、含炭含粉砂泥頁巖，巖性純，無隔層，縱向連續(xù)，厚度大，且平面分布穩(wěn)定，頁巖TOC值高，生氣量大。涪陵頁巖氣田五峰組—龍馬溪組一段頁巖孔隙度較大，平均值達4.87%，能夠儲集大量的游離態(tài)天然氣；頁巖儲集空間以1.5～50.0 nm的納米孔隙為主，頁巖比表面積大，平均達18.9 m2/g，同時有機質(zhì)孔發(fā)育，有利于頁巖氣的吸附和儲集。在以上有利儲集條件的情況下，頁巖現(xiàn)場總含氣量平均達到4.61 m3/t。

壓力系數(shù)是保存條件的綜合判斷標準，高壓或超壓意味著良好的保存條件，壓力高也是較好孔隙性和含氣性特征的指示。以JY2井、DY1井和RY1井為例，這 3口井都位于川東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組深水陸棚相區(qū)，但處于不同構造，保存條件代表好、中、差3個層次，壓力系數(shù)分別為1.55、1.08、1.00，其中JY2和 DY1 井測試產(chǎn)量分別為 33.69×104、3.40×104m3/d，RY1井氣測顯示差，未測試；保存條件好則含氣性好，頁巖儲集層表現(xiàn)為高壓和高產(chǎn)。同一口井同一孔隙流體壓力狀態(tài)下，泥頁巖孔隙度與有機碳含量呈較好的正相關性，但相同TOC值的樣品孔隙度差異較大（見圖 13a）；將孔隙度與含氣量交會發(fā)現(xiàn)相關性較好（見圖13b），而含氣性好往往具備高壓或超壓（見圖13c），地層高壓或超壓可以有效保護頁巖儲集層不被上覆巖層有效應力壓實[20]。根據(jù)Gluyas 等[29]理論推導，1 MPa的超壓相當于減小80 m 的有效埋深，保護了儲集層的儲集空間?？梢?，保存條件是頁巖氣富集的關鍵，保存條件好則含氣性好，頁巖儲集層表現(xiàn)為（超）高壓，儲集層孔隙發(fā)育良好。

圖13 川東南地區(qū)不同井五峰組—龍馬溪組優(yōu)質(zhì)泥頁巖關鍵參數(shù)關系圖

超壓地層壓力系數(shù)越高，氣體壓縮因子越大，游離氣含量越高，頁巖孔隙度越高，為游離氣提供了更多的儲集空間，同時隨著壓力增加，吸附氣量增加，高壓或超壓意味著相對更高的總含氣量，為頁巖氣高產(chǎn)奠定了基礎。

當然，氣田高產(chǎn)還取決于鉆探工程和壓裂改造技術及效果。圍繞涪陵地區(qū)海相頁巖氣復雜的工程地質(zhì)特點、鉆完井及分段壓裂技術難題，探索形成了適合于涪陵頁巖氣田海相地層特點的鉆完井及分段壓裂技術體系，創(chuàng)新采用了前置酸預處理、混合壓裂、組合加砂、高排量、大液量、低砂比的大規(guī)模壓裂施工模式，并優(yōu)選龍馬溪組一亞段深水陸棚優(yōu)質(zhì)頁巖氣層段作為水平段穿越層位。涪陵地區(qū)水平地應力差異小、埋深適中，壓裂改造效果好，容易形成高產(chǎn)工業(yè)氣流[30]。

3 結論

頁巖氣富集的基礎是氣體的生成和儲集，保存條件是頁巖氣形成和富集的關鍵因素。

深水陸棚相帶有利于有機質(zhì)的富集與保存，其有機質(zhì)類型好；頁巖熱演化程度適中、生烴強度高，有機孔發(fā)育，高TOC值與高硅質(zhì)含量利于儲集層改造，是頁巖氣“成烴控儲”的基礎地質(zhì)條件。

保存條件與構造形態(tài)無關，后期構造作用的強度與持續(xù)時間決定了頁巖氣保存條件。良好的頁巖頂?shù)装鍡l件，從頁巖生烴開始就有效阻止烴類縱向散失而滯留聚集，是頁巖氣富集的前提。斷裂作用與頁巖側向出露是導致頁巖氣散失的主要作用方式，構造抬升作用時間較晚，有利于頁巖氣保存。

保存條件好、含氣性好、頁巖儲集層（超）高壓，高孔隙度和高含氣量，有利于形成頁巖氣富集高產(chǎn)區(qū)。

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（編輯 張朝軍）

Geological factors controlling shale gas enrichment and high production in Fuling shale gas field

GUO Xusheng, HU Dongfeng, LI Yuping, WEI Zhihong, WEI Xiangfeng, LIU Zhujiang
(Exploration Branch, Sinopec, Chengdu 610041, China)

Based on the understandings on enrichment rules of marine shale gas in southern China and data obtained from exploration and development in Fuling shale gas field, this article discusses the key controlling factors on shale gas enrichment and their relationships,it also discusses further the theory of Two-Factor Enrichment of marine shale gas in southern China. The bases for shale gas enrichment are shale gas generation and accumulation, the shale gas reservoirs of deep-water shelf are characterized by high TOC, high porosity, high gas content and high siliceous content, with high hydrocarbon-generation intensity, they are rich in organic pores, favorable for reformation, so they are the base for large scale hydrocarbon accumulation. Preservation conditions are vital to the formation and enrichment of shale gas reservoir, good top and base layers can effectively prevent hydrocarbon from escaping vertically at the beginning of hydrocarbon generation. Shale gas preservation conditions depend on the intensity and duration of tectonic movements, good preservation conditions are key geological factors for shale gas accumulation, shale reservoirs have high gas content, high porosity and high pressure and are likely to form high yield area of shale gas.

Sichuan Basin; Fuling shale gas field; Lower Silurian; Longmaxi Formation; shale gas; enrichment and high production;control factors

中國石油化工股份有限公司基礎研究項目“川渝地區(qū)海相優(yōu)質(zhì)頁巖氣層形成主控因素及預測技術”（P15074）；中國石油化工股份有限公司油氣勘探重大導向項目“四川盆地及周緣頁巖氣勘探綜合評價與目標優(yōu)選”

TE122.1

A

1000-0747(2017)04-0481-11

10.11698/PED.2017.04.01

郭旭升, 胡東風, 李宇平, 等. 涪陵頁巖氣田富集高產(chǎn)主控地質(zhì)因素[J]. 石油勘探與開發(fā), 2017, 44(4)： 481-491.GUO Xusheng, HU Dongfeng, LI Yuping, et al. Geological factors controlling shale gas enrichment and high production in Fuling shale gas field[J]. Petroleum Exploration and Development, 2017, 44(4)： 481-491.

郭旭升（1965-），男，山東茌平人，博士，中國石化勘探分公司教授級高級工程師，主要從事石油地質(zhì)綜合研究和勘探工作。地址：四川省成都市高新區(qū)吉泰路688號，中國石化勘探分公司，郵政編碼：610041。E-mail：guoxs.ktnf@sinopec.com

聯(lián)系作者簡介：李宇平（1969-），男，湖北應城人，博士，中國石化勘探分公司教授級高級工程師，主要從事石油地質(zhì)綜合研究工作。地址：四川省成都市高新區(qū)吉泰路688號，中國石化勘探分公司科技處，郵政編碼：610041。E-mail：liyp.ktnf@sinopec.com

2016-12-29

2017-05-04