中國南方海相地層牛蹄塘組頁巖氣“甜點段”識別和優(yōu)選

吳詩情，郭建華，李智宇，秦明陽，黃儼然,3，何昊楠

[1.中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長沙 410083； 2. 有色金屬成礦預(yù)測與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測教育部重點實驗室(中南大學(xué))，湖南 長沙 410083； 3.湖南科技大學(xué) 頁巖氣資源利用湖南省重點實驗室，湖南 湘潭 411201；4.中國石油大學(xué)(北京) 克拉瑪依校區(qū)，新疆 克拉瑪依 834000]

伴隨著中國“頁巖氣革命”的成功，2018年我國頁巖氣年產(chǎn)量已經(jīng)超過100×108m3，成為油氣增儲上產(chǎn)的新增長點。然而，我國頁巖氣勘探與開發(fā)也面臨著新的挑戰(zhàn)[1-2]，頁巖氣工業(yè)生產(chǎn)主要集中在四川盆地涪陵、長寧—威遠以及昭通等地區(qū)五峰組—龍馬溪組[3-4]，而四川盆地外僅有少量地區(qū)(如湖北宜昌地區(qū)[5]、貴州安場[6])取得工業(yè)突破，要實現(xiàn)“頁巖氣發(fā)展規(guī)劃(2016—2020年)”提出的2020年300×108m3年產(chǎn)量的目標(biāo)任重而道遠。牛蹄塘組具有分布面積廣、有機質(zhì)含量高、厚度大、脆性礦物含量高、資源潛力大等優(yōu)點，是中國南方海相地層的頁巖氣重要勘探目的層，也是未來頁巖氣產(chǎn)量大規(guī)模提升的關(guān)鍵領(lǐng)域，但是目前牛蹄塘組頁巖氣勘探效果整體不理想[1,7-8]。在原始儲層中，頁巖氣主要以吸附態(tài)或游離態(tài)賦存，其中游離氣的含量和體積分數(shù)不僅直接影響頁巖氣井產(chǎn)量，而且是識別“甜點段”的主要參數(shù)[9]。國內(nèi)學(xué)者根據(jù)四川盆地海相頁巖氣勘探實踐相繼提出“二元富集[10]”、“三元聚集[11]”、“源-蓋控藏[12]”、“頁巖吸附能力及總含氣量變化模式[13]”以及“四層樓式油氣聚集模式[6]”等聚集理論。頁巖氣“甜點區(qū)”應(yīng)該具備“甜、脆、好”的特征，筆者前期研究提出南方復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)海相頁巖氣“甜點區(qū)”評價參數(shù)體系，并進行量化，加以權(quán)重。目前針對頁巖氣原始儲層賦存狀態(tài)和機理研究較少，這制約了整個南方頁巖氣勘探開發(fā)。頁巖氣勘探和開發(fā)離不開儲層縱向上“甜點段”的識別與優(yōu)選，打進“甜點段”是頁巖氣水平井獲得高產(chǎn)的重要保證[14]。國內(nèi)文獻尚未明確定義“甜點段”，一般將“厚度適中、有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)高、有機質(zhì)孔發(fā)育較好、含氣量高、甲烷體積分數(shù)高、游離氣體積分數(shù)高、脆性礦物質(zhì)量分數(shù)高”的頁巖層作為勘探開發(fā)有利層段[15-16]。針對五峰組-龍馬溪組頁巖氣聚集特點，金之鈞[17]等提出“五性一體”(有機質(zhì)、有機質(zhì)孔、層理(縫)、硅質(zhì)含量和壓力系數(shù))特征來識別“甜點段”，但牛蹄塘組具有厚度、縱向特征變化顯著、“五性分離”的特點，針對牛蹄塘組“甜點段”的識別和研究較少。本文以中國南方多口頁巖氣鉆井資料為對象，通過液氮低溫吸附/脫附實驗和甲烷等溫吸附實驗分別表征儲層對吸附氣和游離氣的儲集能力，結(jié)合典型井含氣性特點，研究原始儲層中頁巖氣賦存機理，分析有機質(zhì)豐度對巖石力學(xué)性質(zhì)的影響，預(yù)測和識別儲層“甜點段”，指導(dǎo)未來牛蹄塘組頁巖氣勘探和開發(fā)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)湘西北和四川盆地都屬于上揚子地臺。早寒武世中國南方泛大陸的解體導(dǎo)致區(qū)域沉降加劇，形成了最大海泛面[18]。牛蹄塘組大規(guī)模富有機質(zhì)頁巖形成于低能、安靜和缺氧的深水陸棚環(huán)境中，富含硅質(zhì)和炭質(zhì)，局部發(fā)育2～3層石煤，在常德鐘家鋪等地見大量磷結(jié)核(圖1)。研究區(qū)以保靖-慈利斷裂為界，西北側(cè)屬于揚子地臺褶皺帶，而東南側(cè)屬于江南-雪峰隆起區(qū)，武陵期—燕山期多期次壓扭性構(gòu)造運動形成了區(qū)內(nèi)NEE或NE向斷裂和褶皺體系，并最終對頁巖氣的聚集和保存產(chǎn)生重大影響[19]。

圖1 湘西北地區(qū)構(gòu)造位置及井位分布Fig.1 Sketch map showing the location of structures and distribution of wells in northwestern Hunan Province

牛蹄塘組黑色頁巖向上粒度逐漸變粗，顏色變淺。下部發(fā)育黑色炭質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖，而上部發(fā)育黑色-灰黑色粉砂質(zhì)頁巖。受熱液活動影響，牛蹄塘組頁巖富含部分微量元素(如Zn，Cr，As，Se，Ba，P，V和U)以及礦物(如黃鐵礦和重晶石)，是南方地區(qū)重要的多金屬礦床富集層(圖2,圖3)。

2 樣品與實驗

受地表風(fēng)化影響，露頭樣品不能真實準確反映頁巖有機地球化學(xué)和儲層特征[20]，本次研究的頁巖樣品全部為地下巖心(或巖屑)。圖4所示為本次的主要實驗流程。

圖2 湘西北地區(qū)花頁1井地層綜合柱狀圖Fig.2 Integrated column chart of Well Huaye1 in northwestern Hunan Province

圖3 湘西北地區(qū)慈頁1井綜合柱狀圖Fig.3 Integrated column of Well Ciye 1 in northwestern Hunan Province

圖4 實驗流程Fig.4 Experimental workflow

第一，解吸氣量在鉆井現(xiàn)場通過《頁巖含氣量測試方法 SY/T 6940—2013》獲得，并在室內(nèi)進一步分析解吸氣各組分的體積分數(shù)，殘余氣量通過實驗室內(nèi)粉碎的巖心的含氣性獲得，而損失氣量采用USBM (United States Bureau of Mines)方法直接計算。

第二，利用691型透射電鏡樣品前制備系統(tǒng)完成預(yù)處理后，采用FEI Quanta 200F場發(fā)射掃描電子顯微鏡(分辨率小于1.2 nm)觀察孔隙類型、結(jié)構(gòu)及形態(tài)。

第三，在NOVA-2000e型比表面積測試儀上，針對平行樣品開展低溫液氮吸附/脫附實驗，依據(jù)曲線隆起形狀判斷孔隙結(jié)構(gòu)特征，并分別依據(jù)BET (Brunauer-Emmett-Teller)和BJH (Barrett-Joyner-Halenda)模型計算比表面積和孔隙體積。測試的孔徑范圍0.35～500 nm，涉及部分微孔(<2 nm)、中孔(2～50 nm)和部分大孔(>50 nm)。

第四，在30℃恒溫條件下，針對平行樣品測試頁巖對甲烷吸附能力。實驗結(jié)果與Langmuir方程進行擬合，獲得等溫吸附曲線，并計算飽和吸附能力。

3 結(jié)果

3.1 巖性特征

深水陸棚環(huán)境下，發(fā)育了1～2層高質(zhì)量烴源巖(TOC>2.0%)。主要巖性為黑色-灰黑色頁巖、硅質(zhì)頁巖，并含有水平層理。黃鐵礦呈現(xiàn)放射狀、塊狀、層狀或似層狀。慈頁1井發(fā)育石煤層(一種腐泥煤，發(fā)熱量超過800 kcal/kg)，呈鱗片狀、半明亮，有玻璃光澤。巖層面上可以觀察到大量滑動擦痕，并富集大量炭質(zhì)，具有明顯污手現(xiàn)象。光學(xué)顯微鏡下，炭質(zhì)呈現(xiàn)浸染狀、斑點狀，且炭質(zhì)、水云母和粘土礦物等呈現(xiàn)定向排列(圖2，圖3)。

中國南方古生界有機地球化學(xué)特征和礦物含量如表1所示。湘西北牛蹄塘組頁巖的礦物組成以石英和粘土礦物為主，碳酸鹽巖、長石和黃鐵礦次之。本次以石英+長石+黃鐵礦、碳酸鹽巖和粘土礦物為三端元制作三角圖，牛蹄塘組主要巖性為硅質(zhì)頁巖，類似與北美Barnett頁巖和焦頁1井，具有較高的石英/硅質(zhì)含量(圖5)，有利于在水力壓裂過程中形成復(fù)雜的裂縫[21]。

3.2 孔隙類型與結(jié)構(gòu)

近年來，依據(jù)孔隙尺寸、產(chǎn)狀-結(jié)構(gòu)和成因等，國內(nèi)外學(xué)者提出多種頁巖孔隙劃分方案[18,26-31]。筆者在電子掃描電鏡觀察(SEM)的基礎(chǔ)上，結(jié)合液氮低溫吸附/脫附實驗和甲烷等溫吸附實驗，認為對頁巖氣勘探和開發(fā)最有效孔隙主要是有機質(zhì)孔(兩端開口的圓柱孔)、粘土礦物層間孔(四面開口的狹窄平板孔)以及粒間孔和晶間孔(四面開口的錐形平板孔)等(圖6，表2)。

3.2.1 有機質(zhì)孔(兩端開口的圓柱孔)

有機質(zhì)孔(兩端開口的圓柱孔)是頁巖中最重要和最常見的孔隙類型。牛蹄塘組頁巖中含豐富的有機質(zhì)，原始沉積時呈層狀分布，受后期壓實作用和構(gòu)造作用影響，有機質(zhì)呈浸染狀、塊狀和填隙狀分布于無機礦物顆粒之間，并呈定向排列。熱演化過程中，干酪根生烴后消耗有機組分產(chǎn)生球形、橢圓形或者彎月形等孔隙，孔徑一般僅幾納米至幾十納米，部分可達100～200 nm。有機質(zhì)體內(nèi)往往含有上百個有機質(zhì)孔，而大的有機質(zhì)孔內(nèi)含次級有機質(zhì)孔[28]。筆者前期研究認為，有機質(zhì)孔具有較大的比表面積和良好的吸附能力，決定了頁巖儲層吸附能力強弱，而且提供游離氣的賦存空間[19]。頁巖氣屬于典型的“原地”聚集模式，有機質(zhì)體以及內(nèi)部的有機質(zhì)孔共同構(gòu)成了最佳的“源-儲匹配”關(guān)系，形成典型的蜂窩狀“微氣藏”，且定向排列的有機質(zhì)體也有利于提升儲層橫向滲流能力。

3.2.2 四面開口的狹窄平板孔(粘土礦物層間孔)

頁巖中粘土礦物質(zhì)量分數(shù)一般在20%～30%，且伊利石平均質(zhì)量分數(shù)超過90%。伊利石常呈層狀分布，相鄰的伊利石礦物層之間發(fā)育大量四面開口的狹窄平板型孔隙，孔徑一般在200 nm左右。粘土礦物層間孔對甲烷具有較好的吸附能力，并提供游離氣賦存空間，提高儲層儲集能力。需要注意的是，粘土礦物層間孔對頁巖儲集能力的貢獻不如有機質(zhì)孔，而且作為不穩(wěn)定因素，粘土礦物也有可能在水力壓裂過程中損害儲層。

3.2.3 四面開口的錐形平板孔(粒間孔與晶間孔)

頁巖中富含石英、長石以及黃鐵礦等無機礦物，并構(gòu)成巖石骨架。無機礦物骨架顆粒之間發(fā)育大量原生粒間孔和晶間孔，但是在成巖過程中，粘土礦物、有機質(zhì)在壓實作用下會充填至原生孔隙中，且后期碳酸鹽巖膠結(jié)作用導(dǎo)致原生孔隙進一步損失嚴重。殘留的粒間孔、晶間孔呈四面開口的錐形平板狀，對甲烷的吸附能力弱，但可以賦存部分游離態(tài)甲烷。脆性礦物提高巖石的整體脆性，有利于在水力壓裂過程中產(chǎn)生裂縫。

表1 中國南方古生界海相頁巖參數(shù)對比

3.3 含氣性特征

頁巖含氣性特征是評價是否具有工業(yè)價值的重要指標(biāo)。通常，游離氣主要決定頁巖氣井的產(chǎn)量，而吸附氣部分決定了頁巖氣井的壽命[1]。由表3可見，美國Barnett頁巖含氣量為4.2～9.9 m3/t，其中吸附氣體積分數(shù)僅占20%。四川盆地焦頁1井的五峰組-龍馬溪組含氣量(主要成分為甲烷)為0.44～5.19 m3/t，平均為1.97 m3/t，吸附氣體積分數(shù)20%～40%[22]。湘西北永頁2井五峰組-龍馬溪組總含氣量1.0～3.5 m3/t，其中，解吸氣體積分數(shù)33.8%～79.0%，平均為55.4%；而殘余氣體積分數(shù)是4.0%～40.5%，平均為20.4%[21]。龍參2井1 913～1 916 m五峰組-龍馬溪組頁巖總含量是1.56～3.04 m3/t，其中，殘余氣僅為0.22～0.31 m3/t。湖北宜昌地區(qū)鄂宜頁1井水井沱組頁巖(井深1 786～1 872 m)含氣量(損失氣和解吸氣)是0.58～5.48 m3/t，平均為2.05 m3/t，獲得較好的工業(yè)氣流[5]。

圖5 中國南方海相地層牛蹄塘組富有機質(zhì)頁巖礦物組成Fig.5 Mineral composition of organic-rich shale in the Niutitang Formation in South China

受基質(zhì)孔隙不發(fā)育以及保存條件較差等影響，中國南方海相地層牛蹄塘組頁巖含氣量低，氣體組分中甲烷體積分數(shù)低，而氮氣體積分數(shù)高。慈頁1井是研究區(qū)含氣性最好的一口井[32]，總含氣量為0.33～0.95 m3/t，平均為0.68 m3/t。其中，殘余氣體積分數(shù)是44.8%～83.5%，平均為69.7%；而解吸氣體積分數(shù)只占8.3%～22.3%，平均為14.9%。

4 討論

4.1 儲層特征對頁巖氣賦存狀態(tài)的影響

不同層系頁巖現(xiàn)場實驗獲得含氣性之間的差異反映頁巖氣原始賦存狀態(tài)的差異。原始儲層中，頁巖氣主要由吸附氣和游離氣組成(忽略溶解氣)；而地表條件下，人工計算和實驗獲得了損失氣、解吸氣和殘余氣這3個部分。湘西北地區(qū)牛蹄塘組儲層致密，吸附能力較強，賦存游離氣能力較弱，而賦存吸附氣能力較強。在巖心上提至地表過程中，隨著溫度和壓力的降低，游離氣部分會逸散變成損失氣，大部分會隨著解吸實驗轉(zhuǎn)化為解吸氣，但有少量會留在頁巖內(nèi)形成殘余氣。在此過程中，頁巖中僅有少量的吸附氣轉(zhuǎn)變?yōu)榻馕鼩夂蛽p失氣(需要先轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x氣)，大部分仍然滯留在頁巖中，形成殘余氣。

圖6 湘西北地區(qū)花頁1井牛蹄塘組SEM下孔隙特征Fig.6 SEM images showing the pore characteristics of samples from Well Huaye 1 in the Niutitang Formation,northwestern Hunan Provincea.埋深2 468 m，有機質(zhì)及其內(nèi)部孔隙；b.埋深2 456 m，石英及其粒間孔；c.埋深2 468 m，黃鐵礦及晶間孔；d.埋深2 548 m，粘土礦物及層間孔，自然斷面下觀察

表2 湘西北地區(qū)花頁1牛蹄塘組典型樣品儲層特征

表3 中國南方典型的頁巖氣井以及Barnett頁巖含氣性特征Table 3 Gas-bearing features of typical shale gas wells in South China and Barnett shale

圖7所示為有機質(zhì)孔(兩端開口的圓柱形孔)中甲烷賦存模型。吸附態(tài)甲烷遵循Langmuir理論，占據(jù)約1個分子厚度的孔隙體積(吸附態(tài)甲烷層典型平均厚度約為0.7 nm)，對于100 nm圓柱形孔隙(以最常見的有機質(zhì)孔為例)，吸附態(tài)甲烷占孔隙體積僅約4%；但隨著孔隙孔徑減小，吸附態(tài)甲烷占孔隙體積的百分數(shù)逐步增加[33]。通過SEM觀察，牛蹄塘組有機質(zhì)孔隙孔徑普遍較小，推測原始儲層中吸附態(tài)甲烷占孔隙體積超過50%。

假設(shè)儲層埋深為2 500 m，儲層壓力約為25 MPa，溫度約為95 ℃(參考地面溫度為20 ℃，大氣壓力為0.101 MPa，地溫梯度為30 ℃/km)，通過甲烷偏差系數(shù)圖版，查詢甲烷偏差系數(shù)取0.96，參考下式計算原始天然氣體積系數(shù)約0.004 87[34]。

(1)

式中：Bgi為原始天然氣體積系數(shù)，無量綱；psc為地面標(biāo)準壓力，0.101 MPa；Zi為原始甲烷偏差系數(shù)，無量綱；T為地層溫度，K；pi為原始地層壓力，MPa；Tsc為地表標(biāo)準溫度，293.15 K。

深水泥質(zhì)陸棚微相下牛蹄塘組VBJH(BJH體積)平均約0.011 cm3/g，用天然氣體積系數(shù)對地下頁巖游離氣體積進行換算后，得出游離氣儲集能力為2.258 cm3/g；吸附氣儲集能力VL(Langmuir體積)平均達4.57 cm3/g，經(jīng)計算，吸附氣儲集能力占頁巖總儲集能力66.9%(表3)。對比之下，五峰組-龍馬溪組VBJH平均約0.016 cm3/g，換算后儲層對游離氣體積儲集能力約3.285 cm3/g，而吸附氣儲集能力約1.16 cm3/g[35]，吸附氣儲集能力占儲層總儲集能力26.1%。

圖7 有機質(zhì)孔(兩端開口的圓柱形孔)中甲烷賦存模型Fig.7 Methane occurrence model in organic-matter pores (cylindrical pores with both ends open)

花頁1井牛蹄塘組2 526～2 595 m有機質(zhì)平均質(zhì)量分數(shù)約為7.0%，有機質(zhì)約占平均巖石體積分數(shù)約為14.0%，有機質(zhì)體承擔(dān)部分上覆地層壓力，有機質(zhì)孔的發(fā)育受到抑制，不僅大孔隙發(fā)育的較少，而且容易被坍塌轉(zhuǎn)變?yōu)樾】紫?圖8)。而五峰組-龍馬溪組時代較早，經(jīng)受的壓實、膠結(jié)等作用相對較弱，且有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)(一般僅2.0%～6.0%)低于牛蹄塘組，導(dǎo)致有機質(zhì)孔發(fā)育相對較好。Yang等指出[36]，四川盆地南部龍馬溪組頁巖原始儲層中，開放連通的有機質(zhì)孔賦存78%的甲烷(55%吸附態(tài)，23%游離態(tài))，而無機質(zhì)孔僅賦存22%的甲烷(主要是游離氣)。中國南方在焦頁1井中五峰組-龍馬溪組頁巖中，孔徑為100～300 nm的有機質(zhì)孔較多，且發(fā)育大量順層的頁理(縫)，導(dǎo)致頁巖儲層具有較好的賦存游離氣能力[37]。

4.2 有機質(zhì)豐度對頁巖力學(xué)性能的影響

巖石良好的力學(xué)性能(高彈性模量和低泊松比)有利于過程中的水力壓力施工，進一步形成大量人工網(wǎng)狀縫隙。由圖9可見，隨著TOC的增加，彈性模量逐漸降低，而泊松比卻逐漸升高。

當(dāng)頁巖氣中含有的有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)較低，即TOC小于2.0%時，有機質(zhì)在巖石中體積分數(shù)一般小于4.0%，有機質(zhì)呈浸染狀分布，不構(gòu)成頁巖的骨架，此時的彈性模量為30～50 GPa，而泊松比為0.15～0.20，均呈現(xiàn)了較大的隨機性和波動性，說明巖石的力學(xué)性能受有機質(zhì)影響較小，主要受脆性的巖石骨架影響。當(dāng)巖石中有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)增加時，有機質(zhì)在巖石中呈層狀分布，并具有定向分布特征，頁巖中的頁理發(fā)育的更加充分，塑性的有機質(zhì)對頁巖的力學(xué)性能影響逐漸增大，導(dǎo)致頁巖彈性模量逐漸降低，而泊松比卻逐漸增大。當(dāng)TOC超過8.0%時，有機質(zhì)在巖石中成塊狀、填隙狀分布，有機質(zhì)占巖石的體積分數(shù)可達16%以上，成為巖石骨架的不可忽視的一部分，彈性模量降低至25 GPa左右，而泊松比增至0.25～0.30。

4.3 “甜點段”的識別和優(yōu)選

中國南方地區(qū)五峰組-龍馬溪組烴源巖僅厚20～30 m，含氣性較好，觀音橋段附近(WF2—WF3，LM1—LM4)，頁巖具有“五性一體”特征，根據(jù)現(xiàn)場巖性特征或有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)直接識別“甜點段”[17,38]，可以有效指導(dǎo)勘探開發(fā)過程中的水力壓裂。

中國南方牛蹄塘組頁巖氣勘探鮮有工業(yè)氣流，推測是儲層致密、吸附能力強導(dǎo)致游離氣含量低，進而影響開發(fā)效果。由圖10可見，花頁1井中頁巖儲集能力隨有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)TOC而不斷變化，并在TOC達到8%時達到臨界點(表2)；慈頁1井中(實驗)殘余氣體積分數(shù)與花頁1井(理論計算)吸附氣體分數(shù)相一致，花頁1井吸附氣體積分數(shù)隨TOC而變化，并在TOC在4%～8%達到最低[39]。

以往忽視在整個地層中識別“甜點段”，導(dǎo)致成功壓裂之后頁巖氣井獲得較低產(chǎn)量。鑒于牛蹄塘組TOC高(普遍大于2.0%)，且進入高成熟—過成熟階段，生烴潛力已不是關(guān)鍵問題，在良好保存條件前提下，未來勘探應(yīng)該重點選擇TOC含量為4%～8%，游離氣儲集能力強的層段做為“甜點段”目標(biāo)。如圖2所示，花頁1井和常頁1井分別優(yōu)選出2個“甜點段”?？梢娕Ｌ闾两M具有“甜”和“脆”特征，即硅質(zhì)頁巖、炭質(zhì)頁巖發(fā)育于深水泥質(zhì)陸棚相，厚度為20～40 m，TOC為4%～8%，而石英質(zhì)量分數(shù)超過40%，粘土礦物質(zhì)量分數(shù)30%～40%，碳酸鹽巖質(zhì)量分數(shù)低于20%，VBJH為(10～17)×10-3cm3/g，VL為4～6cm3/g，游離氣體積分數(shù)超過40%，彈性模量為25～35 GPa，泊松比為0.20～0.25(表4)。

圖8 四川盆地五峰組-龍馬溪組頁巖有機質(zhì)孔發(fā)育[37]Fig.8 Organic-matter pores in samples from the Wufeng-Longmaxi Formations in the Sichuang Basin[37]a.有機質(zhì)孔，焦頁1井，埋深2 385 m；b.有機質(zhì)孔，焦頁2井，埋深2 570 m

圖9 湘西北地區(qū)花頁1井有機質(zhì)豐度對巖石力學(xué)性能的影響Fig.9 Impact of organic matter abundance (TOC) on the mechanical properties of rocks from Well Huaye 1 in northwestern Hunan Provincea.有機質(zhì)豐度與彈性模量的相關(guān)性；b.有機質(zhì)豐度與泊松比的相關(guān)性

圖10 湘西北牛蹄塘組頁巖儲層特征Fig.10 Shale reservoir characteristics in the Niutitang Formation,northwestern Hunan Provincea.花頁1井中頁巖儲集能力與有機質(zhì)質(zhì)量百分數(shù)的關(guān)系；b.慈頁1井殘余氣(實驗)體積分數(shù)與花頁1井吸附氣(計算)體積分數(shù)特征對比

表4 中國南方海相地層牛蹄塘組頁巖“甜點段”特征Table 4 Characteristics of “sweet spots” in the Niutitang Formation of marine strata in South China

5 結(jié)論

1) 深水泥質(zhì)陸棚環(huán)境下發(fā)育富有機質(zhì)頁巖(TOC>2.0%)，巖性以黑色硅質(zhì)頁巖為主，頁巖儲層微觀主要發(fā)育有機質(zhì)孔(兩端開口的圓柱孔)，粘土礦物層間孔(四面開口的狹窄平板孔)以及粒間孔與晶間孔(四面開口的錐形平板孔)。

2) 牛蹄塘組頁巖儲層賦存甲烷特征隨TOC而變化，由于有機質(zhì)孔孔徑較小(一般僅幾至幾十納米)，導(dǎo)致原始儲層中賦存吸附氣能力較強，而賦存游離氣能力較弱。

3) 有機質(zhì)豐度影響頁巖的力學(xué)性能，隨著TOC的增加，彈性模量逐漸降低，而泊松比卻逐漸升高。

4) 牛蹄塘組“甜點段”具有“甜”和“脆”特征，即厚度為20～40 m，TOC含量為4%～8%，而石英質(zhì)量分數(shù)超過40%，粘土礦物質(zhì)量分數(shù)30%～40%，碳酸鹽巖質(zhì)量分數(shù)低于20%，VBJH在(10～17)×10-3cm3/g，VL在4～6 cm3/g，游離氣體積分數(shù)超過40%，彈性模量為25～35 GPa，泊松比為0.20～0.25。