Response Relationship between Shale Gas Productivity and Structural Deformation in JD Block of Large Jiaoshiba Area

Xiaochun Yi, Jian Sun, Lianbo Zeng, Cuiping Meng

1Wuhan Exploration Company, SINOPEC, Wuhan Hubei

2Sinopec Jianghan Oilfield Company, Qianjiang Hubei

3College of Geosciences, China University of Petroleum, Beijing

4Geophysical Prospecting Research Institute, Jianghan Oilfield Company, SINOPEC, Wuhan Hubei

Abstract A set of high-quality shale formation was developed in the lower segment in Wufeng Formation of the Upper Ordovician-Longmaxi Formation of Lower Silurian in Jiaoshiba Area, where the quality of shale was stable in lateral distribution. Through development practices of Fuling Shale Gas Field in recent years, it was found out that the horizontal single well production was closely related with gas buried depth, the morphology of microstructure, dip angle of formation and strata curvature. However, the main controlling factors of shale gas single well production were varied in different blocks. Based on the structural factors, the difference of single well production in JD Block was analyzed, and the main structural factors controlling production in the block were identified. It is considered that buried depth and dip angle of formation are the key factors restricting shale gas productivity, while microstructures and strata curvature only control shale gas productivity in local blocks.

Keywords Single Well Production, Structural Deformation, Burial Depth, Formation Dip Angle,Microstructural Morphology, Jiaoshiba Structure

1. 引言

受深水陸棚相制約，大焦石壩地區(qū)晚奧陶世五峰期-早志留世龍馬溪期發(fā)育一套厚度較為穩(wěn)定的富碳、高硅質(zhì)優(yōu)質(zhì)頁巖，是頁巖氣“成烴控儲”的基礎(chǔ)[1] [2]。同時，成巖、成氣以來的良好保存條件使得焦石壩主體箱狀構(gòu)造頁巖氣富集且高產(chǎn)，成為中國最大的頁巖氣田[3] [4] [5]。在焦石壩主體箱狀構(gòu)造獲取頁巖氣商業(yè)開發(fā)后，如何實現(xiàn)頁巖氣的穩(wěn)產(chǎn)及擴大勘探領(lǐng)域是亟需解決的問題。

JD區(qū)塊位于焦石壩箱狀背斜的北西翼北段，目前，鉆井揭示該區(qū)具有較好的頁巖氣勘探潛力[6] [7] [8] [9]。構(gòu)造變形是制約中國海相頁巖氣富集的核心因素之一，立足于構(gòu)造變形的差異性，構(gòu)建頁巖氣產(chǎn)能與構(gòu)造變形的響應(yīng)關(guān)系，查明構(gòu)造對頁巖氣富集的關(guān)鍵控制作用，以有效推進大焦石壩地區(qū)二期頁巖氣的產(chǎn)建發(fā)展。

2. 區(qū)域地質(zhì)背景

大焦石壩位于中上揚子過渡帶、齊岳山斷層中段西緣，為湘鄂西隔槽式褶皺向川東隔擋式褶皺轉(zhuǎn)換處[10] [11] [12]。大焦石壩地區(qū)古生代為克拉通型沉積，中新生代經(jīng)歷了雪峰內(nèi)陸拆離造山改造和內(nèi)陸構(gòu)造疊加。在江南雪峰陸內(nèi)造山作用下，受湘鄂西-川東遞進式擴展變形，焦石壩箱狀構(gòu)造發(fā)育[10]。垂向上,受寒武系、志留系、雷口坡組-嘉陵江組 3套滑脫層影響，發(fā)生多層系滑脫作用，形成上、中、下 3套構(gòu)造形變層，并發(fā)生構(gòu)造解體。

焦石壩箱狀背斜形態(tài)完整，東西兩側(cè)受北東向和近南北向兩組逆斷層夾持圍限而成，地表主要出露三疊系。JD區(qū)塊位于焦石壩箱狀背斜向川東構(gòu)造過渡處，構(gòu)造上為焦石壩背斜西翼轉(zhuǎn)折端及西傾斜坡，東側(cè)以吊水巖斷層為界，西側(cè)和北側(cè)為珍溪場寬緩向斜，南部被近南北向的烏江斷層改造，內(nèi)部主要發(fā)育西傾的天臺場1號斷層和天臺場2號斷層。

3. 構(gòu)造變形特征

受江南-雪峰造山帶北西-南東方向遞進構(gòu)造變形作用，大焦石壩地區(qū)自東向西變形逐漸變?nèi)?圖1)。受滑脫層逐級升高，大焦石壩地區(qū)由前寒武系區(qū)域性滑脫層轉(zhuǎn)變?yōu)楹湎祷搶覽13]，因此在焦石壩箱狀背斜西緣形成西傾斜坡構(gòu)造，并發(fā)生反沖作用，西傾天臺場斷層發(fā)育(圖2)。

Figure 1. The sectional view of line seismic interpretation of NW-SE direction in Large Jiaoshiba Area圖1. 大焦石壩地區(qū)北西-南東方向測線地震解釋剖面圖

Figure 2. The superposition diagram between reflection layer structure and single well production on the bottom of Wufeng Formation of Ordovician in JD Block圖2. JD區(qū)塊奧陶系五峰組底界反射層構(gòu)造與單井產(chǎn)量疊合圖

JD區(qū)塊構(gòu)造變形總體較弱，可以劃分為6個局部構(gòu)造區(qū)(圖2)：以北西方向傾沒的天臺場1號鼻狀構(gòu)造(④)為主，另外還包括焦石壩背斜西翼(①)、天臺場2號斷鼻(②)、吊水巖北斜坡(③)、沿江鞍部(⑤)以及烏江1號斷背斜(⑥)。各分區(qū)局部構(gòu)造特征差異明顯，以斷鼻、斜坡局部構(gòu)造類型為主；主控斷層天臺場1、2號斷層斷面較緩，為層間斷層，伴生斷層不發(fā)育，具有活動強度較弱的特點，平面上斷距南大北小，鼻狀構(gòu)造附近斷距基本小于100 m。

4. 頁巖氣產(chǎn)能與構(gòu)造變形響應(yīng)關(guān)系

JD區(qū)塊斷層不發(fā)育，構(gòu)造保存條件好，整體具有較好的產(chǎn)能。但受差異構(gòu)造作用，不同區(qū)頁巖氣產(chǎn)能亦具一定差異。

4.1. 頁巖氣產(chǎn)能特征

目前，①～④號構(gòu)造分區(qū)的高部位和翼部均有完鉆試氣井，水平井軌跡方向以平行構(gòu)造走向為主，也有少量基本垂直于構(gòu)造走向的?？傮w來看，①號分區(qū)內(nèi)單井平均產(chǎn)量最高，②號分區(qū)次之，③號和⑥號分區(qū)內(nèi)單井平均產(chǎn)量較低。同一構(gòu)造分區(qū)內(nèi)的單井產(chǎn)量差異也較大，如②號構(gòu)造分區(qū)內(nèi)單井最高測試產(chǎn)量是最低測試產(chǎn)量的4倍多，并且相鄰單井的產(chǎn)量也出現(xiàn)較大差異(圖2)。

4.2. 頁巖氣產(chǎn)能與構(gòu)造變形響應(yīng)關(guān)系

勘探顯示，JD區(qū)塊頁巖氣產(chǎn)能與埋深、微構(gòu)造形態(tài)、巖層傾角以及巖層曲率密切相關(guān)。

1) 埋深。JD區(qū)塊總體埋深變化較大，已試氣井的埋深平均在3000～4000 m。通過對JD區(qū)塊單井埋深與破裂壓力、單井產(chǎn)量的交會分析表明，單井的埋深越大，破裂壓力越大，單井產(chǎn)量越低(圖 3)。JD區(qū)塊①號分區(qū)內(nèi)構(gòu)造埋深最小，單井的平均產(chǎn)量最高，④號分區(qū)內(nèi)埋深較大，其單井的平均產(chǎn)量較低。YY1井位于②號分區(qū)鼻狀構(gòu)造的高部位，構(gòu)造埋深為最小，穿行地層構(gòu)造平緩，該井的測試產(chǎn)量為該分區(qū)的最高值。

Figure 3. The intersection diagram between single well buried depth, fracturing pressure and single well production in JD Block圖3. JD區(qū)塊單井埋深與破裂壓力(a)、單井產(chǎn)量(b)的交會圖

2) 微構(gòu)造形態(tài)。在埋深基本相似的情況下，構(gòu)造形態(tài)的差異也會導(dǎo)致單井產(chǎn)量的差異。正向構(gòu)造主要表現(xiàn)為張應(yīng)力，地應(yīng)力相對較小，負(fù)向構(gòu)造以壓應(yīng)力為主，疊加上構(gòu)造應(yīng)力后，地應(yīng)力往往較大，壓裂施工難度會明顯高于正向構(gòu)造，造成單井產(chǎn)量偏低。YY4井與相鄰水平井產(chǎn)量相比出現(xiàn)異常低值，該井水平段在相鄰井中最長，①～③號分區(qū)的穿行率與其他井差異不大，分析原因認(rèn)為該現(xiàn)象與井水平段穿行的局部構(gòu)造形態(tài)的變化有關(guān)。該井水平段A靶點穿行于斜坡構(gòu)造，地層具正向變形特征，到了B靶點附近穿行于兩條逆沖斷層夾持的洼槽構(gòu)造部位，地層具負(fù)向變形特征(圖2)，局部構(gòu)造形態(tài)的變化代表著應(yīng)力已經(jīng)發(fā)生改變，說明井水平段從A靶點到B靶點應(yīng)力的非均質(zhì)性較強，影響了壓裂改造，造成產(chǎn)量偏低。

3) 巖層傾角。統(tǒng)計分析表明，在地質(zhì)條件、埋深基本相當(dāng)?shù)那闆r下，單井的產(chǎn)量與地層平均傾角為負(fù)相關(guān)關(guān)系，即地層傾角越小，垂直埋深差越小，產(chǎn)量越高。在鼻狀構(gòu)造北東方向低部位鉆探的YY3井其埋深相對較大，穿行地層產(chǎn)狀較陡，地層傾角超過25°，水平段的方向基本垂直構(gòu)造方向，靶點的垂直埋深差異大，超過了800 m，測試產(chǎn)量為該區(qū)塊最低值，YY2井與YY3井構(gòu)造部位相同，但垂直埋深較小，故產(chǎn)能較高(圖4)。

Figure 4. The superposed plane diagram between buried depth and single well production on the bottom of Wufeng Formation of Ordovician in JD Block圖4. JD區(qū)塊奧陶系五峰組底埋深與單井產(chǎn)量疊合平面圖

4) 巖層曲率。構(gòu)造大尺度裂縫的發(fā)育不利于頁巖氣保存，還會造成鉆井的泥漿漏失及壓裂改造效果差。實際中采用疊后巖層曲率屬性值的大小及平面展布特征來表征構(gòu)造裂縫的發(fā)育程度。統(tǒng)計分析表明，單井產(chǎn)量與巖層曲率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但不是主要控制因素，僅在局部區(qū)域控制單井產(chǎn)能。

5. 結(jié)論

1) JD區(qū)塊位于焦石壩箱狀背斜西翼向川東構(gòu)造過渡處，構(gòu)造上表現(xiàn)為向西傾斜的單斜構(gòu)造，僅受西傾的天臺場斷層局部改造，局部發(fā)生低幅撓曲，整體構(gòu)造改造弱，為較為穩(wěn)定的西傾斜坡。

2) 埋深與巖層傾角是制約JD區(qū)塊單井產(chǎn)能的主要控制因素，埋深大、巖層傾角小，有利于頁巖氣的保存，因此產(chǎn)量高。微構(gòu)造形態(tài)以及巖層曲率是該區(qū)單井產(chǎn)量差異的非主控因素，在埋深相當(dāng)?shù)那闆r下，寬緩的正向構(gòu)造形態(tài)有利于壓裂改造，該部位井的測試產(chǎn)量高，同時巖層曲率在局部區(qū)域控制單元產(chǎn)能。

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