湖南永順區(qū)塊龍家寨向斜龍馬溪組頁巖氣資源潛力評價(jià)

萬洪波，胡端義，易宗兵

中石化江漢石油工程有限公司測錄井公司，湖北 潛江

湖南永順區(qū)塊龍家寨向斜龍馬溪組頁巖氣資源潛力評價(jià)

萬洪波，胡端義，易宗兵

中石化江漢石油工程有限公司測錄井公司，湖北 潛江

湖南永順區(qū)塊內(nèi)龍家寨向斜志留系龍馬溪組頁巖為深水陸棚沉積環(huán)境，具有頁巖氣成藏和保存條件，在永頁3井的鉆探過程中，運(yùn)用生油巖綜合評價(jià)儀分析巖心樣品的試驗(yàn)方法，獲得了總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和熱解峰溫等地化參數(shù)。分析表明，有效頁巖有機(jī)質(zhì)類型為I型，且已進(jìn)入到成熟演化階段，生氣強(qiáng)度約為9 × 108m3/km2，利用成因體積法計(jì)算該向斜頁巖氣總地質(zhì)儲量為288 × 108m3，資源豐度類比法計(jì)算總地質(zhì)儲量為87 × 108m3。

永順區(qū)塊，龍家寨向斜，龍馬溪組，頁巖氣，儲量

Copyright ? 2017 by authors, Yangtze University and Hans Publishers Inc.

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Received: Aug.8th, 2017; accepted: Sep.12th, 2017; published: Oct.15th, 2017

AbstractThe shale of Silurian Longmaxi Formation in Longjiazhai Syncline of Yongshun Block in Hunan Province was a deposit of deep water continental shelf facies with shale gas accumulation and preservation conditions.During the drilling of Well Yongye 3, w (TOC)and tmaxetc parameters of source rock were obtained from core analysis by the source rock comprehensive evaluation device.The analysis shows that the effective shale has type I organic matter and gas generation intensity is 9 × 108m3/km2, and it enters into a mature stage.The total geologic shale gas reserves of the syncline calculated by volumetric method and abundance analogue method are 288 × 108m3and 87 × 108m3respectively.

KeywordsYongshun Block, Longjiazhai Syncline, Longmaxi Formation, Shale Gas, Reserves

1.前言

頁巖氣是以吸附或游離狀態(tài)存在于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中的天然氣。它主要是通過熱成熟作用或連續(xù)生物作用以及兩者相互作用聚集在烴源巖中，表現(xiàn)為“原地成藏”模式，即典型的烴源巖層內(nèi)就近聚集[1]。自2012年3月3日，國家發(fā)展和改革委員會、財(cái)政部、國土資源部、國家能源局正式發(fā)布《頁巖氣發(fā)展規(guī)劃》以來，基本完成全國頁巖氣資源潛力調(diào)查與評價(jià)，建成了國家級涪陵頁巖氣示范區(qū)，湖南永順區(qū)塊與涪陵區(qū)塊類似，在志留紀(jì)沉積了較厚的龍馬溪組頁巖。然而，目前對永順區(qū)塊龍馬溪組頁巖氣的資源量評價(jià)、形成、保存條件以及“甜點(diǎn)”預(yù)測等基礎(chǔ)地質(zhì)研究相對較少[2][3][4][5]。利用永頁3井的鉆井、錄井和頁巖地球化學(xué)分析測試等資料，對永順區(qū)塊龍家寨向斜龍馬溪組的烴源巖地球化學(xué)特征進(jìn)行分析，并與永頁1井、焦頁1井對比，為永順區(qū)塊頁巖氣資源量的評價(jià)提供理論依據(jù)。

2.區(qū)域概況

湖南永順頁巖氣區(qū)塊位于中揚(yáng)子地塊湘鄂西沖斷褶皺帶“桑植–石門復(fù)向斜帶”的西南部，整體以發(fā)育具復(fù)雜結(jié)構(gòu)的擠壓逆沖構(gòu)造為特征。受印支–燕山期區(qū)域擠壓應(yīng)力作用的控制，全區(qū)以發(fā)育北北東向展布的褶皺構(gòu)造為主，由東南向北西方向依次分布有賀虎–搖灣背斜、青安坪向斜、沙壩–也莊背斜、龍家寨向斜、鹽井–首車背斜、馬蹄寨向斜6個次級構(gòu)造單元帶。永頁3井位于永順區(qū)塊西部龍家寨向斜，該向斜呈北東向展布，呈近對稱結(jié)構(gòu)，向斜核部平緩，翼部較陡。地表出露地層產(chǎn)狀西翼為12～15?，東翼為9～12?，西翼產(chǎn)狀略陡于東翼。向斜在工區(qū)內(nèi)長軸方向約33 km，短軸方向約20 km。地層分布相對較穩(wěn)定，斷裂發(fā)育較少，以發(fā)育逆沖斷層為主。

永順頁巖氣區(qū)塊地層發(fā)育較全，除加里東晚期區(qū)內(nèi)因地層抬升剝失，造成缺失上志留統(tǒng)和下泥盆統(tǒng)外，其他地層均有發(fā)育，其中下志留統(tǒng)龍馬溪組大多與下伏上奧陶統(tǒng)呈平行不整合接觸。晚奧陶世–早志留世，揚(yáng)子地區(qū)海域多為半封閉滯流海沉積環(huán)境。龍馬溪組下段發(fā)育黑色碳質(zhì)泥頁巖，局部含有硅質(zhì)和黃鐵礦，自上而下筆石化石逐漸增多；上段以灰色、黃綠色泥頁巖、粉砂質(zhì)頁巖、粉砂巖為主，夾薄層砂巖或團(tuán)塊狀泥質(zhì)灰?guī)r。其中，下段厚層狀的黑色碳質(zhì)頁巖是區(qū)內(nèi)的主要目的層段。

3.試驗(yàn)方法

在地質(zhì)歷史時(shí)期，烴源巖經(jīng)過長時(shí)間的演化生烴，而在實(shí)驗(yàn)室條件下無法重演該演化過程，因此實(shí)驗(yàn)室一般需通過提高溫度來加快有機(jī)質(zhì)演化，用來補(bǔ)償有機(jī)質(zhì)自然演化所需要的時(shí)間。生油巖綜合評價(jià)儀正是利用時(shí)–溫互補(bǔ)的原理模擬有機(jī)質(zhì)的演化過程，通過記錄不同溫度下烴源巖的生烴量來評價(jià)烴源巖。具體實(shí)驗(yàn)方法如下：首先將采集的巖樣進(jìn)行粉碎后稱取100 mg作為分析樣品，將樣品先在380℃下恒溫預(yù)熱，直至沒有烴類產(chǎn)生為止，樣品中的干酪根在該溫度下瞬間不會熱解生烴，利用熱蒸發(fā)測定巖石中的游離烴量；接下來把經(jīng)過恒溫加熱的樣品利用儀器升溫至600℃，以測定該樣品的剩余熱解烴量，直接測取的參數(shù)有S0(原始生烴量)，S1(可溶烴量)，S2(熱解烴潛量)，S3(熱解產(chǎn)生的CO2量)，tmax(熱解峰溫)。

4.有機(jī)地球化學(xué)特征

4.1. 有機(jī)質(zhì)豐度

據(jù)前人研究，控制頁巖氣成藏的關(guān)鍵內(nèi)在因素之一是頁巖的有機(jī)化學(xué)性質(zhì)，單位體積內(nèi)頁巖氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)主要由頁巖有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型和熱演化程度等決定?？傆袡C(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w(TOC))是衡量巖石有機(jī)質(zhì)豐度的一個重要指標(biāo)，通常認(rèn)為w(TOC)越高，生烴能力和吸附甲烷氣的能力也越強(qiáng)。聶海寬等曾發(fā)現(xiàn)黑色頁巖中，在w(TOC)為5%和10%時(shí)的吸附氣量分別是w(TOC)為2%時(shí)的2.6倍和5.5倍。而湘西北下志留統(tǒng)龍馬溪組w(TOC)變化大，永頁3井49個頁巖樣品中w(TOC)最高達(dá)到2.9%，最小僅為0.19%，平均為1.24%，較高的離散性表現(xiàn)出一定程度的非均質(zhì)性。同時(shí)，w(TOC)自上而下逐漸增加，從井深2524.00～2532.00 m，w(TOC)開始明顯抬升，最小0.19%，最大0.85%，平均0.43%；自2532.00 m開始到龍馬溪組底界 (2548.50 m)，w(TOC)成跳躍式增長，最大高達(dá)2.9%，平均1.63%，整體一致性變化趨勢較為明顯。由此可見，永頁3井富含有機(jī)質(zhì)頁巖分布于龍馬溪下部。通過與永頁1井對比(圖1)，發(fā)現(xiàn)該井整體w(TOC)略有抬高，但和焦頁1井對比，整體依然偏低。

參照有機(jī)質(zhì)豐度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，永頁3井龍馬溪組下部頁巖可判定為好的烴源巖類型。前人研究認(rèn)為，頁巖中殘余w(TOC)達(dá)到1%即可以作為中國南方海相地區(qū)頁巖氣的有效層段，以該結(jié)論統(tǒng)計(jì)可得永頁3井有效頁巖厚度為16.50 m。

4.2. 有機(jī)質(zhì)類型

南方志留系龍馬溪組頁巖的鏡質(zhì)體反射率(Ro)分布在 2.3%～3.5%，表明其處于高–過成熟階段，演化程度高。由于在熱演化過程中，干酪根不斷降解脫氫、脫氧，導(dǎo)致碳元素相對富集，使得干酪根的成熟度級別“降低”。不同類型干酪根的生烴潛力差別較大，產(chǎn)物性質(zhì)也不同。對于頁巖氣而言，干酪根類型還關(guān)系其成藏機(jī)理及勘探思路的確定。因此，在頁巖氣勘探開發(fā)及油氣資源評價(jià)中，正確判別干酪根的類型有著重要的意義。

早古生代，全球范圍內(nèi)高等植物缺乏，沉積有機(jī)質(zhì)主要來源于水生浮游植物、低等浮游動物。湘西北地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組富含筆石，沉積顆粒細(xì)，為強(qiáng)還原環(huán)境。參考有機(jī)質(zhì)類型評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算結(jié)果表明，永頁3井井深2524～2532 m，D(干酪根烴降解率)為35%，表現(xiàn)為II1型腐殖腐泥干酪根的特征；2532.00～2548.5 m，D為80%，表現(xiàn)為為I型腐泥干酪特征。

Figure 1.The contrast ofw(TOC)among Well Jiaoye 1-Well Yongye 3-Well Yongye 1圖1.焦頁1井–永頁3井–永頁1井w(TOC)對比

4.3. 有機(jī)質(zhì)成熟度

有機(jī)質(zhì)成熟度是以干酪根的Ro作為直觀表征參數(shù)。針對區(qū)內(nèi)龍馬溪組頁巖Ro數(shù)據(jù)缺乏的情況，可用tmax來判斷烴源巖成熟度，tmax隨成熟度的增高而增大。永頁3井龍馬溪組49個烴源巖樣品的tmax為433.00℃～554.10℃ (平均 500.36℃)?？傮w而言，研究區(qū)龍馬溪組頁巖有機(jī)質(zhì)已經(jīng)進(jìn)入過成熟演化階段，且以生成干氣為主。

5.頁巖氣資源潛力評價(jià)

5.1. 有效頁巖的生氣強(qiáng)度

生氣強(qiáng)度包括有效頁巖厚度、頁巖的巖石密度、w(TOC)和有機(jī)質(zhì)的產(chǎn)烴率幾個主要參數(shù)，是衡量頁巖氣氣藏品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)和巖屑樣品分析化驗(yàn)資料，頁巖的巖石密度平均為2.60 t/m3。研究表明，腐泥型干酪根氣態(tài)烴產(chǎn)率平均為575.00 m3/t，該井頁巖有效厚度為16.5 m，殘余有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為1.63%。

有機(jī)碳產(chǎn)氣率計(jì)算頁巖氣生氣強(qiáng)度公式為：

式中：H為頁巖的有效厚度，m；ρr為頁巖的密度(測井)，t/m3；wc為頁巖殘余有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；E為原始有機(jī)質(zhì)氣態(tài)烴產(chǎn)率，m3/t；?q為頁巖的生氣強(qiáng)度，108m3/km2；K為修正系數(shù)，無量綱,)。

根據(jù)上述公式可計(jì)算出永頁1井、焦頁1井、永頁3井的有效頁巖生氣強(qiáng)度，結(jié)果如表1所示。從表1中可以看出，永頁3井龍馬溪組有效頁巖生氣強(qiáng)度與永頁1井基本相當(dāng)，為(9～10)× 108m3/km2，在涪陵焦石一帶，龍馬溪組有效頁巖的生氣強(qiáng)度較高，可達(dá)60 × 108m3/km2以上。

Table 1.The contrast of shale-gas generation intensity in Well Yongye 3-Well Yongye 1-Well Jiaoye 1表1.永頁3井–永頁1井–焦頁1井有效頁巖生氣強(qiáng)度對比

5.2. 資源量估算

永順區(qū)塊龍馬溪組頁巖氣勘探程度較低，目前位置僅鉆3口井，且僅有2口井進(jìn)行了w(TOC)分析，故筆者采用靜態(tài)法中的成因體積法與體積豐度類比法來估算研究區(qū)龍馬溪組有效頁巖的天然氣資源量。

5.2.1. 體積成因法

體積成因法是目前國內(nèi)使用最普遍的方法，計(jì)算公式為：

式中：Qz為頁巖氣資源量，108m3；Kp為頁巖的排烴系數(shù)，%；S為有效頁巖分布面積，km2。

Kp是成因體積法估算頁巖氣資源量的關(guān)鍵參數(shù)。國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于頁巖研究結(jié)果的統(tǒng)計(jì)表明，高–過成熟頁巖的排烴系數(shù)一般在50%以上。研究區(qū)龍馬溪組下部有效頁巖的單層厚度較小，參考涪陵龍馬溪組下部Kp為90%，區(qū)內(nèi)取80%。永順區(qū)塊龍家寨向斜龍馬溪組一類有利區(qū)面積為152 km2(來自華電集團(tuán)清潔能源公司數(shù)據(jù))，計(jì)算得研究區(qū)頁巖氣資源量為288 × 108m3。

5.2.2. 資源豐度類比法

針對勘探開發(fā)程度較低地區(qū)，一種簡單快速的評價(jià)方法是資源豐度類比法，其簡要過程是：首先確定評價(jià)區(qū)頁巖展布面積、有效頁巖厚度、評價(jià)區(qū)頁巖吸附氣含量等關(guān)鍵參數(shù)；需要考慮到吸附氣和游離氣的含量，但為了簡便，不用仔細(xì)計(jì)算游離氣的含量，以巖心解析后產(chǎn)生的氣量加上損失氣量作為計(jì)算參數(shù)[6][7]。永頁1井解析氣量為0.59 m3/t，永頁2井解析氣量為1.69 m3/t，永頁3井解析氣量為1.34 m3/t。據(jù)王世謙等對中國四川盆地南部五峰組–龍馬溪組及北美地區(qū)多套頁巖氣的含氣量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，指出頁巖含氣量與頁巖埋藏深度、儲層壓力相關(guān)，即埋藏較深、儲層壓力為異常高壓時(shí)，頁巖含氣量較高。由于永頁1井龍馬溪組頁巖僅530.00 m埋深，雖然具有生烴能力，可保存條件差，而永頁3井龍馬溪組有效頁巖埋深達(dá)2532.00 m，具有代表性。類比法的計(jì)算公式為：

式中：JY3為永頁3井的解析氣量，m3/t。

通過上述公式計(jì)算得研究區(qū)頁巖氣資源量87 × 108m3。

6.結(jié)論

1)永順區(qū)塊龍家寨向斜龍馬溪組下部頁巖可判定為好的烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型表現(xiàn)為I型腐泥干酪根特征，有利于頁巖氣的生成。

2)研究區(qū)龍馬溪組下部頁巖tmax平均為500.36℃，有機(jī)質(zhì)進(jìn)入過成熟演化階段，以生成干氣為主。

3)研究區(qū)龍馬溪組下部有效頁巖生氣強(qiáng)度為9 × 108m3/km2，與涪陵區(qū)塊相比偏低，頁巖氣總地質(zhì)儲量約為(87～288)× 108m3，具有商業(yè)開采價(jià)值。

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[編輯]鄧?yán)?/p>

The Resource Potential Evaluation of Shale Gas in Longmaxi Formation of Longjiazhai Syncline of Yongshun Block in Hunan Province

Hongbo Wan, Duanyi Hu, Zongbing Yi
Well Logging and Mud Logging Company, Jianghan Petroleum Engineering Co.Ltd., Qianjiang Hubei

2017年8月8日；錄用日期：2017年9月12日；發(fā)布日期：2017年10月15日

萬洪波(1980-)，男，高級工程師，現(xiàn)主要從事錄井技術(shù)研究與管理工作。

文章引用: 萬洪波, 胡端義, 易宗兵.湖南永順區(qū)塊龍家寨向斜龍馬溪組頁巖氣資源潛力評價(jià)[J].石油天然氣學(xué)報(bào),2017, 39(5): 199-204.

10.12677/jogt.2017.395084

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