涪陵區(qū)塊涼高山組頁巖氣儲層特征及關鍵參數(shù)評價

王 燕，雷有為，付小平，陳 超，劉苗苗

（中國石化勘探分公司物探研究院，四川成都610041）

涪陵區(qū)塊位于重慶市梁平區(qū)、 忠縣和萬州區(qū)境內，構造上隸屬于川東高陡構造帶，發(fā)育一系列北東—南西向延伸的隔擋式分布的大型復背斜和復向斜［1-4］。

侏羅系涼高山組發(fā)育兩套優(yōu)質頁巖層、 三套近源河道砂，具有自生自儲、近源、源內富集成藏的有利背景，資源規(guī)模大，是頁巖油氣、致密砂巖油氣立體勘探有利區(qū)。 兩套優(yōu)質頁巖層為涼高山組一段上亞段 （涼一上） 和涼高山組二段下亞段（涼二下）淺—半深湖富有機質泥頁巖，生烴中心主要位于泰來地區(qū)，其巖性為灰黑色頁巖、灰色石英砂巖及灰綠色、紫紅色泥巖互層，厚度大、總有機碳含量較高、范圍廣，油氣顯示好，為頁巖氣勘探的新層系。 涼高山組在8口井14回次共計取心124.55 m， 另外T601井在涼高山組三段開展了井壁鉆井取心，取心14顆。 涪陵地區(qū)涼高山組分析測試資料1 491項次， 分析化驗主要集中在有機地化、物性及薄片鑒定等方面。

本文在系統(tǒng)整理涪陵地區(qū)涼高山組分析測試資料的基礎上，開展頁巖氣儲層特征的定性評價，同時應用陸相頁巖氣測井解釋評價技術對儲層參數(shù)開展定量計算。

1 儲層特征

1.1 有機質豐度、類型及熱演化程度

對7口井216個巖心或巖屑的有機碳含量實驗分析數(shù)據統(tǒng)計可知， 研究區(qū)涼高山組泥頁巖總有機碳含量TOC 實測一般為0.5%～3.58%， 平均1.16%， 其中TOC 在2%以上的樣品占總樣品的7.73%；TOC在1%～2%的樣品占總樣品的48.97%；TOC在0.5%～1%的樣品占總樣品的43.3%。

對1口井17個氯仿瀝青“A”含量實驗分析數(shù)據統(tǒng)計可知，研究區(qū)涼高山組氯仿瀝青“A”含量一般為0.000 8%～0.176 6%， 平均為0.042 3%； 對3口井147個巖石熱解分析數(shù)據統(tǒng)計可知，研究區(qū)涼高山組（S1+S2）含量一般為0.10～1.94 mg/g，平均為0.69 mg/g。 綜上可知，涪陵地區(qū)涼高山組有機質豐度較好。

由5口井26個有機質顯微組分測定和7口井76個干酪根掃描顯示可知， 涪陵區(qū)塊涼高山組泥頁巖有機質以腐植無定形體、鏡質組為主，見少量絲質體和孢粉體（圖1）。

由4口井27個干酪根碳同位素檢測結果表明，δ13CPDB值主要分布于-22.5%～-27%之間， 平均值為-24.53%。 其中，Ⅰ型占總樣品的3.13%，Ⅱ1型占總樣品的23.44%，Ⅱ2型占總樣品的64.05%，Ⅲ型占總樣品的9.38%。綜合分析研究區(qū)涼高山組泥頁巖有機質類型主要為Ⅱ2型，Ⅱ1型、Ⅲ型次之，Ⅰ型最少， 表明沉積演化過程中生源母質為多源混合Ⅱ2型。

由6口井43個鏡質體反射率實驗可知，涪陵區(qū)塊涼高山組泥頁巖RO一般為0.98%～1.5%， 平均為1.21%， 其中RO在0.5%～1.2%的樣品占總樣品的56.25% ；RO在1.2%～2.0% 的 樣 品 占 總 樣 品 的43.75%，處于成熟～高成熟階段。

1.2 儲集空間及儲集性能

1.2.1 孔隙類型

通過對2口井94個氬離子拋光掃描電鏡的觀察， 在涪陵區(qū)塊涼高山組頁巖氣儲層中識別出有機質孔、黏土礦物孔、黃鐵礦晶間孔、溶蝕孔等孔隙和微裂縫（圖2），其中以有機孔、黏土礦物孔和微裂縫為主。

①有機質孔

在F4井、F5井涼高山組頁巖RO低于1.3%情況下，仍然存在大量的有機質孔，并能較清晰地見到兩種類型：一種是分散狀的干酪根有機質孔，以脆性礦物之間粒間孔內的有機質顆粒為主要載體，呈分散狀分布（圖2a）；一種是瀝青孔，以微裂縫內充填的瀝青為主要載體，呈蜂窩狀分布（圖2b）。

②黏土礦物孔

黏土礦物孔是涪陵區(qū)塊涼高山組泥頁巖中常見孔隙之一，孔隙直徑一般較大，多呈狹長的長條形，內部多相互溝通（圖2c）。

③微裂縫

涪陵區(qū)塊涼高山組頁巖氣儲層中也見大量微裂縫，它的存在既可作為早期油氣的運移通道，為瀝青孔提供一定的儲集空間， 同時又可溝通不同的儲集空間，形成有效儲集空間體（圖2d）。

由2口井8個樣品的微孔蓋層實驗可知， 涪陵區(qū)塊涼高山組頁巖氣儲層孔隙直徑5 nm以下的孔體積占比在0%～28%之間，平均值為6.97%；孔隙直徑在5～10 nm之間的孔體積占比在1%～21.1%之間，平均值為6.00%；孔隙直徑在10～100 nm之間的孔體積占比在25.8%～45.8%之間， 平均值為37.60%； 孔隙直徑100 nm以上的孔體積占比在24%～58.6%之間，平均值為49.5%。

涪陵區(qū)塊涼高山組頁巖氣儲層孔隙直徑主要分布在10～100 nm和100 nm以上這兩個區(qū)間內，以介孔和大孔為主，微裂縫約占30%儲集空間。 該頁巖氣儲層與五峰組～龍馬溪組頁巖氣儲層顯著不同，相較于龍馬溪組頁巖氣儲層，涼高山組頁巖氣儲層大孔比例明顯增多。

1.2.2 裂縫發(fā)育特征

泥頁巖儲層中發(fā)育的裂隙系統(tǒng)不僅有利于游離氣的富集， 同時還是頁巖氣滲流運移的主要通道，同時對頁巖氣的開發(fā)也起到關鍵性的作用［5-7］。因此，有必要對裂縫的特征進行系統(tǒng)描述。

通過對涪陵地區(qū)涼高山組8口井14回次共計124.55 m巖心進行觀察可知，F(xiàn)1井發(fā)育低角度縫5條，高角度縫1條；F4井發(fā)育低角度縫2條，層理縫1條；F3-2井發(fā)育低角度縫3條，層理縫23條，高角度縫10條。 涼高山組巖心觀察顯示，不同類型的巖石均發(fā)育裂縫，泥巖主要發(fā)育層理縫，見少量高角度裂縫（圖3）。

1.2.3 物性特征

對4口井187個氦氣法巖心柱塞樣品的物性分析統(tǒng)計可知， 涪陵地區(qū)涼高山組頁巖氣儲層物性總體較好， 孔隙度一般為0.15%～12.02%， 平均2.58%。 其中孔隙度在6%以上的樣品占總樣品的3.74%； 孔隙度在4%～6%的樣品占總樣品的13.9%；孔隙度在2%～4%的樣品占總樣品的35.83%；孔隙度在2%以下的樣品占總樣品的46.52%。 樣品的滲透率介于 （0.002 8～9.96）×10-3μm2之間， 平均為0.12×10-3μm2。

1.3 礦物特征

涪陵區(qū)塊涼高山組頁巖通常含石英、長石、方解石、白云石、黃鐵礦、黏土等礦物，其中黏土礦物主要為伊蒙混層、伊利石、高嶺石和綠泥石。

由4口井146個全巖X衍射分析結果可知，脆性礦物含量相對較高， 介于30.7%～88.8%， 平均為48.81%。 脆性礦物組分以石英為主， 石英含量為17.3%～53.0%， 平均為33.56%； 鉀長石為0%～1.3%，平均為0.12%；斜長石為0%～25.0%，平均為9.43%；方解石為0%～50.8%，平均為3.31%；白云石為0%～5.7%，平均為0.33%；黃鐵礦為0%～6.1%，平均為0.36%；菱鐵礦為0%～7.2%，平均為0.70%。 黏土含量總體相對低，為11.2%～69.3%，平均52.19%。

由5口井194個黏土礦物X衍射分析結果可知，涪陵地區(qū)黏土礦物中伊蒙混層含量較高， 伊蒙混層含量為15%～69%，平均47.24%，混層比為20%～30%。其余黏土礦物中，伊利石含量為7%～66%，平均30.89%；高嶺石含量為2%～68%，平均9.04%；綠泥石含量為0%～37%，平均12.83%。

1.4 含氣性特征

涪陵區(qū)塊8口井鉆遇涼高山組均有油氣顯示，其中4 口井獲得良好油氣顯示， 全烴在4.73%～17.32%之間，整體含氣性好。

由3口井39個樣品的現(xiàn)場含氣量測試結果顯示， 涪陵區(qū)塊涼高山組頁巖氣儲層總含氣量介于0.86～2.32 m3/t之間，平均1.58 m3/t，泥頁段含氣性相對較好。

2 儲層參數(shù)定量評價

2.1 總有機碳含量計算模型

將F4井65個總有機碳（TOC）含量實驗數(shù)據與測井響應值做相關性分析（表1），由表可知聲波時差、中子與TOC實驗數(shù)據相關性最好，分別為0.710 0和0.709 4。在此基礎上，可以應用數(shù)理統(tǒng)計方法建立二元線性方程評價頁巖氣儲層TOC，計算模型如下：

式中：TOC為有機碳含量，%；Δt為聲波時差測井值，μs/ft；ΦCNL為中子測井值，%；a，b，c為區(qū)域經驗系數(shù)，a=0.034，b=0.034，c=-2.216。

表1 測井響應值與TOC實驗數(shù)據的相關系數(shù)統(tǒng)計表

應用上述計算模型開展研究區(qū)TOC解釋評價，圖4為測井解釋TOC和巖心實驗分析TOC的交會圖，由圖可知測井計算TOC值與巖心實驗分析TOC值之間具有較好的相關性，相關系數(shù)為0.925 6，說明此TOC評價模型具有較高的解釋精度。

2.2 孔隙度計算模型

孔隙度是反映儲層物性特征的一個重要參數(shù)［8-10］。常規(guī)測井確定地層孔隙度的方法主要為聲波時差、補償中子和體積密度測井。 本次研究以F4井58個孔隙度實驗分析數(shù)據為基礎， 建立聲波時差、巖性密度、中子與孔隙度的三元線性方程，孔隙度計算模型如下：

式中：Φ為孔隙度，%；Δt為聲波測井值，μs/ft；ρ為密度測井值，g/cm3；ΦCNL為中子測井值，%；

a，b，c，d 為 區(qū) 域 經 驗 系 數(shù)，a=-66.258，b=0.133，c=22.328，d=0.016。

圖5為利用上述模型得到的測井解釋孔隙度和巖心實驗分析孔隙度的交會圖，由圖可知，測井計算孔隙度和巖心實驗分析孔隙度之間具有較好的相關性，相關系數(shù)為0.893 4，說明此孔隙度評價模型具有較高的解釋精度。

2.3 裂縫參數(shù)計算模型

涪陵地區(qū)涼高山組F4井進行了FMI成像測井，該測井技術具有高密度采樣、 高分辨率和高井眼覆蓋率的特征，使得FMI成像測井不僅能夠用于識別裂縫、劃分裂縫類型、確定裂縫發(fā)育層段，還能夠用于裂縫的定量分析，計算裂縫參數(shù)，其計算模型為：

式中：c、b為儀器參數(shù)， 取決于儀器的具體結構，b無量綱，c的單位是μm-1；W為裂縫張開度；A為由裂縫造成的電導異常面積，m2；Rxo為裂縫巖石骨架電阻率， 由所測圖像電阻率計算而得，Ω·m；Rm為裂縫中流體電阻率， 即井底溫度下的泥漿電阻率，Ω·m。

目前FMI成像測井技術可以提供下述四類定量評級參數(shù)，即裂縫密度、裂縫長度、裂縫平均寬度和裂縫孔隙度， 其物理意義分別為每米井段所見到的裂縫總條數(shù)、 每平方米井壁所見到的裂縫長度之和、 裂縫軌跡寬度的平均值和每米井段上裂縫在井壁上所占面積與FMI成像測井覆蓋井壁的面積之比。研究區(qū)FY4井裂縫各參數(shù)統(tǒng)計特征如下表（表2）。

表2 F4井裂縫發(fā)育參數(shù)統(tǒng)計表

2.4 礦物含量計算模型

2.4.1 常規(guī)測井

涪陵區(qū)塊涼高山組泥頁巖礦物成分復雜，目前主要利用常規(guī)測井資料評價黏土礦物含量。 通常認為自然伽瑪GR、鉀含量K、釷含量TH及無鈾伽瑪KTH與黏土含量的關系較好， 本文選用F4井22個全巖X衍射分析結果與測井曲線值進行相關性分析（表3），可知黏土礦物含量同鉀含量值相關性最好，相關系數(shù)為0.563 0，因此選用K曲線計算黏土含量。黏土礦物計算模型如下，主要分兩步實現(xiàn)：

表3 測井曲線值與黏土實驗數(shù)據的相關系數(shù)統(tǒng)計

①利用鉀相對值（DK）的變化計算出黏土含量指數(shù)CLAY:

式 中：K 為 測 井 鉀 值，%；Kmax為 泥 巖 層 的 鉀值，%；Kmin為砂巖的鉀值，%；DK為鉀相對值，無量綱。

②將黏土含量指數(shù)CLAY 轉化為黏土含量VCLAY:

式中：VCLAY為黏土含量，%；GCUR為地層常數(shù)，一般新地層取3.7，老地層取2。

圖6為利用以上模型測井解釋黏土含量和巖心實驗分析黏土含量的交會圖，由圖可以看出，巖心實驗分析黏土含量與測井解釋黏土含量之間具有較好的相關性，相關系數(shù)為0.884 1，說明此黏土含量評價模型具有較高的解釋精度。

2.4.2 ECS元素俘獲測井

研究區(qū)F4井在目的層段測得有ECS元素俘獲測井，該測井方法能測得地層中七種元素含量，即鋁（Al）、硅（Si）、鈣（Ca）、鐵（Fe）、硫（S）、鈦（Ti）和釓（Gd）。 其中Si與石英關系密切，Ca與方解石、白云石密切相關， 利用S和Ca可以計算石膏的含量，F(xiàn)e與黃鐵礦和菱鐵礦等有關系，鋁元素與黏土（高嶺石、伊利石、蒙脫石、綠泥石、海綠石等）含量密切相關。

ECS通過對地層中元素的直接測量，能夠提供地層中元素含量，對于特定的巖石（碎屑巖、碳酸鹽等），可以通過元素含量計算地層中不同礦物組分的含量，進而利用組分對巖性進行劃分識別。

以F4井涼高山組地層為例，ECS測井井段為2 481～2 621 m，根據ECS處理成果可知，該段巖性主要為泥質砂巖、砂質泥巖，黏土礦物質量百分含量介于40%～70%之間，平均為50.5%；硅質礦物質量百分含量介于30%～70%之間，平均為48.1%；局部有鈣質膠結， 鈣質礦物質量百分含量平均為1.4%；偶見黃鐵礦，其質量百分含量低于2%。

3 結論

（1）涼高山組頁巖儲層總有機碳含量較高，演化程度適中、厚度大、儲集性能較好、整體含氣性較好，表明其富有機質泥頁巖地質條件好，具有良好的頁巖油氣地質條件。

（2）應用陸相頁巖氣測井評價技術，對涪陵區(qū)塊涼高山組的總有機碳含量、孔隙度、礦物含量等儲層評價參數(shù)進行定量計算，通過精度分析，其計算模型的解釋精度均在80%以上。