四川盆地涪陵氣田焦石壩區(qū)塊上部氣層地質(zhì)特征分析及有利區(qū)優(yōu)選

舒志國(guó)，王 進(jìn)

(中國(guó)石化 江漢油田分公司 勘探開發(fā)研究院，武漢 430223)

隨著勘探開發(fā)的不斷突破，頁(yè)巖氣已成為一種重要的非常規(guī)油氣資源。美國(guó)是世界上頁(yè)巖氣勘探開發(fā)時(shí)間最早、研究程度最高的國(guó)家，頁(yè)巖氣產(chǎn)量從2006年的311億立方米迅速增加到2019年的6 321億立方米。我國(guó)頁(yè)巖氣勘探起步相對(duì)較晚，但近年來發(fā)展迅速。隨著四川盆地涪陵、長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)等一批頁(yè)巖氣田開發(fā)投產(chǎn)，一方面極大提升了我國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量，同時(shí)也推動(dòng)了我國(guó)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)技術(shù)不斷進(jìn)步，尤其是涪陵頁(yè)巖氣田的成功開發(fā)，標(biāo)志著我國(guó)頁(yè)巖氣加速邁入大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展階段[1-4]。

目前，國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣的四大產(chǎn)區(qū)分別為涪陵頁(yè)巖氣田、川南頁(yè)巖氣田、威榮頁(yè)巖氣田和長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣田，勘探層系主要為上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組一段，開發(fā)層系集中在五峰組—龍馬溪組下部氣層。涪陵頁(yè)巖氣田焦石壩區(qū)塊五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣層厚度 85～102 m，縱向上可劃分為9個(gè)小層，其中下部的①～⑤小層為主力含氣頁(yè)巖段，簡(jiǎn)稱下部氣層，是早期頁(yè)巖氣開發(fā)的主要目的層段；上部的⑥～⑨小層為上部含氣頁(yè)巖段，簡(jiǎn)稱上部氣層，未進(jìn)行開發(fā)。2013—2017年采用水平井在下部①～③小層穿行并進(jìn)行大規(guī)模水力壓裂，獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流。但一次井網(wǎng)實(shí)施發(fā)現(xiàn)，縱向儲(chǔ)層儲(chǔ)量動(dòng)用率和采收率均較低。在分析頁(yè)巖氣富集高產(chǎn)因素過程中，眾多學(xué)者研究認(rèn)為，下部氣層有機(jī)質(zhì)豐度高、孔隙度大，下部氣層穿行率越高，氣井初期產(chǎn)量也越高，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇厚度與單井測(cè)試產(chǎn)量正相關(guān)[5-10]。隨著氣田投產(chǎn)年限的逐漸增加，部分氣井遞減較快，給氣田穩(wěn)產(chǎn)帶來較大壓力，迫切需要開辟新的勘探開發(fā)領(lǐng)域[11-12]。研究發(fā)現(xiàn)焦石壩區(qū)塊氣層縱向上無明顯巖性隔層，作為較低品位的上部氣層是否具備分層開發(fā)潛力？下部氣層開發(fā)建立的有利區(qū)劃分技術(shù)在上部氣層是否適用？為解決這些問題，還需進(jìn)一步攻關(guān)低品質(zhì)頁(yè)巖甜點(diǎn)評(píng)價(jià)方法、頁(yè)巖氣分層開發(fā)評(píng)價(jià)方法與技術(shù)。本文通過研究焦石壩區(qū)塊上部氣層頁(yè)巖地質(zhì)特征，建立上部氣層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，開展上部氣層縱向選層、平面選區(qū)等工作，明確上部氣層有利開發(fā)層系和開發(fā)區(qū)域，為涪陵頁(yè)巖氣田持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)提供技術(shù)支撐，研究成果可為類似海相低品位頁(yè)巖(有機(jī)質(zhì)豐度在1%～2%)的勘探開發(fā)提供借鑒。

1 地質(zhì)概況

涪陵焦石壩區(qū)塊地理位置屬重慶市涪陵區(qū)，構(gòu)造位置位于四川盆地川東高陡褶皺帶(圖1a)。焦石壩區(qū)塊靠近四川盆地邊部，位于盆地邊界斷裂—齊岳山深大斷裂帶以西，華鎣山深大斷裂以東，被天臺(tái)場(chǎng)、吊水巖和大耳山西、石門等兩組北東向和近南北向逆斷層夾持圍限，近似呈菱形(圖1b)。自基底形成后，焦石壩區(qū)塊先后經(jīng)歷了加里東運(yùn)動(dòng)、海西運(yùn)動(dòng)、印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，受雪峰、大巴山等方向多期構(gòu)造影響，該區(qū)主要發(fā)育北東向和北西向兩組斷層。早期為北東向的斷層，形成東西分塊、隆洼相間的格局，主體構(gòu)造走向?yàn)楸睎|向，從西到東表現(xiàn)為“三隆三凹”的特征；后期為北西向的斷層，形成南北分帶的特征。

圖1 四川盆地涪陵氣田焦石壩區(qū)塊地理位置及焦頁(yè)A井五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖地層綜合柱狀圖

五峰組—龍馬溪組一段為焦石壩區(qū)塊勘探開發(fā)的目的層段。目的層橫向分布穩(wěn)定，厚度約80～100 m，其中下部氣層(①～⑤小層)約35～40 m，巖性以灰黑色硅質(zhì)頁(yè)巖為主；上部氣層(⑥～⑨小層)約45～60 m，巖性主要為灰黑色黏土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖、灰黑色混合頁(yè)巖和灰黑色黏土質(zhì)頁(yè)巖。上、下部氣層巖性、巖相、地化特征、孔隙特征、含氣性等特征均存在一定差異(圖1c)。

2 上部氣層地質(zhì)特征

2.1 地層特征

志留紀(jì)早期，受華南板塊擠壓，揚(yáng)子板塊由臺(tái)地轉(zhuǎn)換為前陸盆地沉積環(huán)境[13]。涪陵焦石壩地區(qū)位于四川盆地川東隔檔式褶皺帶南段石柱復(fù)向斜、方斗山復(fù)背斜和萬縣復(fù)向斜等多個(gè)構(gòu)造單元的結(jié)合部，南邊是黔中隆起，西邊為川中古隆起，受古隆起的夾持，涪陵焦石壩區(qū)塊處于相對(duì)安靜的深水陸棚沉積環(huán)境，發(fā)育一套暗色富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖。

以焦頁(yè)A井為例，上部氣層厚度約58.4 m，依據(jù)測(cè)井曲線特征將其自下至上依次劃分4個(gè)小層。底部⑥小層發(fā)育灰黑色含粉砂質(zhì)泥巖，自下而上粉砂質(zhì)紋層逐漸增加，與下伏⑤小層碳質(zhì)頁(yè)巖整合接觸。測(cè)井曲線具有相對(duì)低伽馬、相對(duì)高電阻的特征，電阻率齒化高值，密度平均值為2.64 g/cm3，U/Th相對(duì)較低，平均值為0.41。古生物欠發(fā)育，偶見單列式筆石化石。⑦小層巖性以灰黑色含粉砂質(zhì)泥巖為主，自下而上粉砂質(zhì)含量逐漸減少，與下伏⑥小層含粉砂質(zhì)泥巖整合接觸。伽馬測(cè)井曲線相對(duì)低值，電阻率呈箱形中高值，密度曲線、U/Th曲線縱向變化不大。古生物自下而上由發(fā)育—欠發(fā)育，見單列式筆石化石。⑧小層上部為灰黑色含碳質(zhì)灰質(zhì)泥巖，電性上表現(xiàn)為低伽馬；中部為含粉砂質(zhì)灰質(zhì)頁(yè)巖；下部為灰黑色含碳質(zhì)頁(yè)巖，與下伏⑦小層含粉砂質(zhì)泥巖整合接觸。整體上伽馬曲線為中高值，電阻率曲線齒狀低值，密度平均值2.63 g/cm3。古生物發(fā)育—欠發(fā)育，可見筆石及角石化石。⑨小層上部為灰黑色頁(yè)巖夾灰色粉砂質(zhì)泥巖，自下而上粉砂質(zhì)含量增加；下部巖性為夾灰色薄層粒屑灰?guī)r及灰黑色含粉砂質(zhì)泥巖，本段總體上自下而上粉砂質(zhì)含量增加，灰質(zhì)含量減少。自然伽馬呈箱形中高值，電阻率曲線低值，密度較高，平均為2.68 g/cm3，U/Th平均為0.29。

2.2 巖相特征

目前頁(yè)巖巖相劃分和表征已成為頁(yè)巖氣層地質(zhì)評(píng)價(jià)的重要基礎(chǔ)工作。梁超等[14]將四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖劃分為碳質(zhì)頁(yè)巖等5類；李卓等[15]以頁(yè)巖有機(jī)碳含量和礦物組分作為巖相劃分參數(shù)，將頁(yè)巖巖相劃分為富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖等12種；朱逸清等[16]認(rèn)為在劃分頁(yè)巖巖相時(shí)，必須將石英成因考慮進(jìn)去，依據(jù)石英含量、石英成因及紋層類型，將頁(yè)巖巖相劃分為富硅紋層頁(yè)巖等7種。由上可知，目前關(guān)于頁(yè)巖巖相的劃分尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[7-19]。筆者認(rèn)為合理的巖相劃分既需考慮頁(yè)巖礦物組分等靜態(tài)參數(shù)，也應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)開發(fā)實(shí)際應(yīng)用。因此，本文以硅質(zhì)礦物、碳酸鹽礦物和黏土礦物三端元礦物法為基礎(chǔ)，先將頁(yè)巖劃分為硅質(zhì)頁(yè)巖、鈣質(zhì)頁(yè)巖、黏土頁(yè)巖和混合頁(yè)巖4類，同時(shí)參考巖性分級(jí)命名體系，對(duì)上述四大類巖相進(jìn)一步細(xì)化。即以三端元含量的 10%、25%、50%、75%為分界，并以單組分、雙組分和三組分為命名層級(jí)。例如：當(dāng)硅質(zhì)礦物含量為 50%～75%，黏土礦物含量為 25%～50%時(shí)，可命名為黏土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖，當(dāng)三組分含量均在 25%～50%時(shí)，為混合頁(yè)巖。

以小層劃分為垂向剖析單元，對(duì)焦石壩區(qū)塊上部氣層頁(yè)巖巖相發(fā)育類型開展系統(tǒng)分析，可知上部氣層巖相縱向具有“三分性”特征。⑥～⑦小層巖相以黏土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖為主，見薄層狀黏土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖。⑧小層巖相類型由下部硅質(zhì)類頁(yè)巖過渡為混合類頁(yè)巖，以黏土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖和含鈣黏土質(zhì)硅質(zhì)混合頁(yè)巖為主，偶見薄層狀含鈣黏土質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖。此外，該段可見厚層狀硅質(zhì)黏土頁(yè)巖。⑨小層巖相以厚層狀硅質(zhì)黏土頁(yè)巖為主。整體來看，上部氣層頁(yè)巖巖相由下向上依次發(fā)育硅質(zhì)類頁(yè)巖—混合類頁(yè)巖—黏土類頁(yè)巖，其中硅質(zhì)類頁(yè)巖和黏土類頁(yè)巖呈厚層狀，混合類頁(yè)巖多以薄層狀互層發(fā)育。平面上，該區(qū)上部氣層頁(yè)巖巖相南北存在一定差異(圖2)，北部⑥～⑧小層以混合頁(yè)巖巖相為主，⑨小層以黏土頁(yè)巖巖相為主；南部⑧～⑨小層均以黏土頁(yè)巖巖相為主。

圖2 四川盆地焦石壩區(qū)塊五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖巖相對(duì)比

2.3 地化特征

焦頁(yè)A井上部氣層共完成有機(jī)碳含量(TOC)測(cè)試57塊樣品，實(shí)測(cè)⑥～⑨小層有機(jī)碳含量為0.50%～2.41%，平均1.61%，縱向上呈現(xiàn)三分性特征(表1)：⑥小層TOC平均值1.57%，⑦小層TOC平均值1.60%，⑧小層TOC平均值2.02%，⑨小層TOC平均值1.10%；⑧小層最優(yōu)，其次為⑥～⑦小層，⑨小層有機(jī)碳含量最低。

表1 四川盆地焦石壩區(qū)塊焦頁(yè)A井上部氣層龍馬溪組有機(jī)碳含量縱向分段統(tǒng)計(jì)

平面上，焦石壩區(qū)塊上部氣層TOC整體變化較小(圖3a)，北部焦頁(yè)A井⑥～⑨小層TOC平均為1.61%，東南部焦頁(yè)B井⑥～⑨小層TOC平均為1.52%，西南區(qū)焦頁(yè)C井⑥～⑨小層TOC平均為1.49%。

2.4 孔隙特征

根據(jù)焦頁(yè)A井58塊樣品氦氣法實(shí)測(cè)孔隙度分析結(jié)果表明，焦石壩區(qū)塊上部氣層實(shí)測(cè)孔隙度具有“中間高，兩頭低”的特征，⑧小層孔隙度高，⑥～⑦小層和⑨小層略低。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，上部氣層孔隙度為3.38%～5.12%，平均孔隙度4.50%，其中⑧小層最優(yōu)，孔隙度達(dá)5.12%。按照能源行業(yè)《頁(yè)巖氣藏描述技術(shù)規(guī)范：NB/T 14001—2015》評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[20]，上部氣層總體以Ⅱ類儲(chǔ)層為主，其中⑧小層最優(yōu)，為Ⅰ類儲(chǔ)層。

平面上，焦石壩區(qū)塊上部氣層自北向南孔隙度呈降低趨勢(shì)(圖3b)，北部焦頁(yè)A井⑥～⑨小層孔隙度平均為4.50%，東南部焦頁(yè)B井⑥～⑨小層孔隙度平均為4.20%，西南區(qū)焦頁(yè)C井⑥～⑨小層孔隙度平均為3.52%，反映出構(gòu)造變形對(duì)頁(yè)巖孔隙度有著明顯的控制作用。

圖3 四川盆地焦石壩區(qū)塊上部氣層地質(zhì)參數(shù)平面分布

從孔隙類型上看，上部氣層發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔隙、碎屑孔隙和黏土孔隙，孔隙類型縱向具備三分性特征：⑥～⑦小層以有機(jī)質(zhì)孔隙和碎屑孔隙為主；⑧小層以有機(jī)質(zhì)孔隙和黏土孔隙為主；⑨小層以微裂隙為主(圖4)。

圖4 四川盆地焦石壩地區(qū)焦頁(yè)B井上部氣層頁(yè)巖氬離子拋光照片

2.5 含氣性特征

含氣性特征表征通常采用含氣量和含氣飽和度2個(gè)參數(shù)。針對(duì)涪陵焦石壩其他地區(qū)單井實(shí)測(cè)含氣量與測(cè)試產(chǎn)量存在明顯矛盾的問題，有學(xué)者提出了使用測(cè)井解釋含氣量來代替實(shí)測(cè)含氣量的方法[21-24]。

縱向上，從焦石壩區(qū)塊焦頁(yè)A井上部氣層測(cè)井解釋結(jié)果看，自下而上表現(xiàn)為中—高—低三分性特征：⑥～⑦小層含氣量3.92 m3/t，其中游離氣含量1.60 m3/t；⑧小層含氣量4.69 m3/t，其中游離氣1.83 m3/t；⑨小層含氣量3.23 m3/t，游離氣含量1.02 m3/t。從測(cè)井解釋含氣量方面來看，⑧小層最優(yōu)。從焦頁(yè) A井實(shí)測(cè)含氣飽和度來看，自下而上含氣飽和度逐漸降低，⑥～⑦小層含氣飽和度62.02%～62.62%，⑧小層含氣飽和度55.72%，⑨小層含氣飽和度49.97%。因此，就含氣性而言，⑥～⑧小層為上部氣層中有利開發(fā)層系。

平面上，焦石壩區(qū)塊上部氣層⑥～⑨小層平面差異較大(圖3c)，平均值為2.87～4.69 m3/t。分析認(rèn)為，頁(yè)巖儲(chǔ)層的含氣性受多方因素控制，除頁(yè)巖自身的品質(zhì)，還受熱演化程度、保存條件等外在因素的影響，含氣性結(jié)果需要綜合分析。

2.6 脆性特征

巖石脆性用來評(píng)價(jià)頁(yè)巖基質(zhì)破碎和形成多維破裂面的難易程度，可反映壓裂后形成裂縫的復(fù)雜程度，脆性表征可以從脆性礦物含量和脆性指數(shù)兩方面進(jìn)行[25-26]。其中脆性礦物含量定義為長(zhǎng)英質(zhì)礦物含量和碳酸鹽礦物含量之和；脆性指數(shù)定義為脆性礦物與脆性礦物、黏土礦物含量之和的比值。

根據(jù)58塊樣品全巖X衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果，焦頁(yè)A井頁(yè)巖脆性礦物包括石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、碳酸鹽和黃鐵礦，自下而上總體呈現(xiàn)逐漸減小趨勢(shì)。⑥～⑦小層脆性礦物含量介于56.81%～60.32%，平均為58.57%；⑧小層脆性礦物含量平均為54.65%；⑨小層脆性礦物含量最低，平均值為44.84%。脆性指數(shù)也具有自下而上逐漸減小的特征，其中⑥～⑦小層平均為61.13%，⑧小層56.93%，⑨小層46.30%(表2)。

表2 四川盆地焦石壩區(qū)塊焦頁(yè)A井上部氣層五峰組—龍馬溪組89 m含氣頁(yè)巖段礦物含量分段統(tǒng)計(jì)

平面上，根據(jù)焦石壩區(qū)塊導(dǎo)眼井X衍射分析結(jié)果，上部氣層脆性礦物含量比較穩(wěn)定，平均在50%～55%之間(圖3d)，分析主要是因?yàn)樯喜繗鈱映练e時(shí)期，焦石壩地區(qū)處于遠(yuǎn)離物源區(qū)的深水陸棚沉積區(qū)，平面沉積環(huán)境沒有明顯變化，因此脆性礦物含量平面展布較為穩(wěn)定。

3 上部氣層綜合地質(zhì)評(píng)價(jià)

依據(jù)上部氣層頁(yè)巖氣富集高產(chǎn)主控因素，分別優(yōu)選了上部氣層含氣性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和可壓性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)參考下部氣層開發(fā)井頁(yè)巖氣壓裂改造影響因素分析結(jié)果，建立上部氣層開發(fā)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

3.1 含氣性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

焦石壩上部氣層平面上厚度大于40 m，厚度因素暫不用考慮，結(jié)合焦石壩上部氣層目前實(shí)際資料狀況，優(yōu)選上部氣層含氣性評(píng)價(jià)指標(biāo)，明確有機(jī)碳含量、孔隙度、含氣飽和度和含氣量4項(xiàng)指標(biāo)體系(表3)。有機(jī)碳含量、孔隙度和含氣量參考能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)結(jié)合下部氣層開發(fā)效果，含氣飽和度分別以60%和45%作為標(biāo)準(zhǔn)界線，將頁(yè)巖氣層劃分為Ⅰ、Ⅱ和￣Ⅲ類(表3)。

表3 四川盆地焦石壩上部氣層含氣性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3.2 可壓性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

焦石壩區(qū)塊頁(yè)巖可壓性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，參考能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中頁(yè)巖儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)規(guī)范[20]，將脆性評(píng)價(jià)分為三級(jí)，其中，脆性礦物含量大于55%或脆性指數(shù)大于60%，巖石脆度大，壓裂中易于形成復(fù)雜縫網(wǎng)，可壓裂性好，為Ⅰ類脆性層；脆性礦物含量40%～55%或脆性指數(shù)45%～60%，壓裂中縫網(wǎng)形態(tài)較復(fù)雜，可壓裂性較好，為Ⅱ類脆性層；脆性礦物含量小于40%或脆性指數(shù)小于45%，形成縫網(wǎng)形態(tài)以雙翼縫或多縫為主，可壓裂性較差，為Ⅲ類脆性層。

焦石壩區(qū)塊上部氣層⑥～⑦小層脆性礦物平均為58.57%，脆性指數(shù)為61.13%，可評(píng)價(jià)為Ⅰ類；⑧小層脆性礦物含量平均為54.65%，脆性指數(shù)為56.93%，可評(píng)價(jià)為Ⅱ類；⑨小層脆性礦物含量平均為44.84%，脆性指數(shù)為46.3%，可評(píng)價(jià)為Ⅱ類。

3.3 上部氣層縱向有利層段優(yōu)選

綜合評(píng)價(jià)后認(rèn)為，焦石壩區(qū)塊上部氣層以Ⅱ類氣層為主，⑧小層含氣性最優(yōu)(有機(jī)碳平均值2.02%，孔隙度5.12%，測(cè)井解釋含氣量4.69 m3/t，脆性礦物平均為54.65%，計(jì)算的脆性指數(shù)56.93%)。綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為⑥～⑧小層為Ⅱ類頁(yè)巖層段，其中⑧小層含氣性最優(yōu)，可壓性較差，為Ⅱ1類，⑥～⑦小層含氣性中等，可壓性較好，為Ⅱ2類；⑨小層含氣性和可壓性均較差，為Ⅲ類(圖5)。

圖5 四川盆地焦頁(yè)A井五峰組—龍馬溪組上部氣層綜合評(píng)價(jià)

3.4 上部氣層平面有利區(qū)優(yōu)選

涪陵氣田下部氣層開發(fā)證實(shí)，構(gòu)造變形強(qiáng)度是頁(yè)巖氣富集的關(guān)鍵因素[27]。眾多學(xué)者研究認(rèn)為，構(gòu)造變形強(qiáng)度是造成焦石壩區(qū)塊含氣性差異的關(guān)鍵因素，通過優(yōu)選主斷裂斷距、地層增厚比例、斷裂密度、曲率值等參數(shù)，建立了構(gòu)造變形強(qiáng)度指數(shù)。本次研究綜合上部氣層頁(yè)巖氣富集高產(chǎn)動(dòng)靜態(tài)分析成果，參考下部氣層開發(fā)井壓裂效果評(píng)價(jià)成果，針對(duì)上部氣層優(yōu)選頁(yè)巖原生品質(zhì)、含氣性、構(gòu)造變形強(qiáng)度、裂縫、埋深共5大類8項(xiàng)開發(fā)選區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立了焦石壩上部氣層分層開發(fā)選區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表4)，將頁(yè)巖氣層劃分為3類。其中，Ⅱ類開發(fā)區(qū)依據(jù)構(gòu)造保存條件評(píng)分、裂縫及埋深，進(jìn)一步劃分為Ⅱ1類和Ⅱ2類；Ⅲ類開發(fā)區(qū)依據(jù)含氣量、構(gòu)造保存條件和裂縫，進(jìn)一步劃分為Ⅲ1類和Ⅲ2類。

表4 四川盆地焦石壩區(qū)塊上部氣層分層開發(fā)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

綜合上部氣層頁(yè)巖儲(chǔ)層品質(zhì)、含氣性、構(gòu)造變形強(qiáng)度、裂縫發(fā)育特征，將整個(gè)焦石壩區(qū)塊上部氣層劃分為4個(gè)區(qū)——焦頁(yè)A井區(qū)、焦頁(yè)B井區(qū)、焦頁(yè)C井區(qū)和焦頁(yè)D井區(qū)(圖6)。其中，焦頁(yè)A井區(qū)位于焦石壩區(qū)塊北部，地層傾角0°～5°，斷裂不發(fā)育，構(gòu)造變形弱，保存條件好，綜合評(píng)價(jià)為Ⅱ1類區(qū)；焦頁(yè)B井區(qū)位于焦石壩區(qū)塊中部，地層傾角0°～5°，斷裂不發(fā)育，裂縫發(fā)育程度中等，構(gòu)造變形較弱，保存條件較好，綜合評(píng)價(jià)為Ⅱ2類區(qū)；焦頁(yè)C井區(qū)位于焦石壩區(qū)塊東南部，地層傾角5°～15°，靠近東翼石門1號(hào)斷層附近，地層增厚，斷裂較發(fā)育，構(gòu)造保存條件較差，綜合評(píng)價(jià)為Ⅲ1類區(qū)；焦頁(yè)D井區(qū)位于焦石壩區(qū)塊西南部，受烏江斷裂影響較大，地層傾角5°～20°，斷裂發(fā)育，構(gòu)造變形強(qiáng)，保存條件差，綜合評(píng)價(jià)為Ⅲ2類區(qū)。

圖6 四川盆地焦石壩區(qū)塊上部氣層地質(zhì)綜合分區(qū)

4 開發(fā)效果及富集主控因素分析

4.1 開發(fā)效果評(píng)價(jià)

目前針對(duì)焦石壩區(qū)塊上部氣層部署實(shí)施了評(píng)價(jià)井6口，從已完鉆的上部氣層評(píng)價(jià)井測(cè)試產(chǎn)量來看，與地質(zhì)分區(qū)具有一致性。部署在Ⅱ1類區(qū)的5口評(píng)價(jià)井測(cè)試壓力9.6～17.6 MPa，平均13.4 MPa，測(cè)試產(chǎn)量(15.0～24.8)×104m3/d，平均19.9×104m3/d；部署在Ⅱ2類區(qū)的1口評(píng)價(jià)井測(cè)試壓力7.0 MPa，測(cè)試產(chǎn)量5.3×104m3/d。整體上上部氣層評(píng)價(jià)井測(cè)試產(chǎn)量呈現(xiàn)北高南低的趨勢(shì)，與地質(zhì)特征的分布趨勢(shì)一致。

4.2 上部氣層頁(yè)巖氣富集高產(chǎn)主控因素

4.2.1 頁(yè)巖氣富集主控因素

頁(yè)巖氣與常規(guī)油氣的最大區(qū)別在于自生自儲(chǔ)，因此頁(yè)巖氣富集要求頁(yè)巖儲(chǔ)層自身具備良好的生氣和儲(chǔ)集能力；其次良好的保存條件也是必要的，可為頁(yè)巖氣井的高產(chǎn)提供有效保障。

具備高熱演化程度的焦石壩區(qū)塊，在保存條件良好的地區(qū)，有機(jī)碳含量與含氣量之間呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)。眾多學(xué)者認(rèn)為影響頁(yè)巖氣含量的因素主要有有機(jī)碳含量、孔隙度、地層溫度和壓力、保存條件等[28-29]，針對(duì)焦石壩區(qū)塊上部氣層而言，最關(guān)鍵的是有機(jī)質(zhì)豐度、孔隙度和保存條件。

(1)有機(jī)質(zhì)豐度。頁(yè)巖氣富集首先要解決源和儲(chǔ)的問題，頁(yè)巖氣屬于典型的自生自儲(chǔ)性天然氣，因此有機(jī)碳豐度決定了頁(yè)巖氣生成量的問題。從目前具備高熱演化程度的焦石壩區(qū)塊研究結(jié)果來看，在保存條件良好的焦石壩區(qū)塊主體區(qū)，有機(jī)碳含量與含氣量呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系，表明有機(jī)碳是頁(yè)巖氣生成的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。其次，有機(jī)碳熱演化過程中生成大量的有機(jī)質(zhì)孔隙，是頁(yè)巖主要的孔隙類型，孔徑以微孔和中孔為主，不僅為吸附氣提供了豐富的比表面積，也為游離氣的賦存提供了重要的孔隙空間。因此，有機(jī)質(zhì)豐度為頁(yè)巖氣提供了生氣和儲(chǔ)集兩方面的保障，是頁(yè)巖氣富集的物質(zhì)基礎(chǔ)。

(2)孔隙度。分析焦石壩區(qū)塊已開發(fā)的下部氣層井含氣量的影響因素，孔隙度對(duì)含氣量的影響較大。頁(yè)巖氣主要存在游離和吸附2種賦存方式，而游離氣含量決定氣井初產(chǎn)，孔隙度對(duì)游離氣的影響主要是通過孔隙體積實(shí)現(xiàn)的，孔隙體積表示游離氣的賦存空間，游離氣的賦存需要足夠的空間，在微孔中，由于沒有足夠的賦存空間，游離氣含量較低。因此，足夠的賦存空間是影響游離氣含量和賦存機(jī)理的重要因素。焦石壩區(qū)塊上部氣層孔隙度平面差異較大，自北向南孔隙度逐漸降低，孔隙度的變化是造成頁(yè)巖含氣量平面差異的原因之一。

(3)保存條件。焦石壩區(qū)塊目前開發(fā)實(shí)踐證實(shí)，構(gòu)造變形強(qiáng)度越大，頁(yè)巖儲(chǔ)層含氣性相對(duì)變差，構(gòu)造保存條件對(duì)于頁(yè)巖氣富集而言至關(guān)重要。此外，保存條件對(duì)于頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙尺度也有著重要的影響，保存條件變差，氣層壓力下降，受上覆地層的壓實(shí)作用，孔隙尺度會(huì)變小[30]?？紫冻叨鹊淖兓?/p>

對(duì)頁(yè)巖氣的賦存狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生較大的影響，孔隙尺度變小導(dǎo)致游離氣含量減少，而吸附氣含量增加，影響單井初期產(chǎn)能。

4.2.2 頁(yè)巖氣高產(chǎn)主控因素

影響頁(yè)巖氣改造效果的地質(zhì)因素主要有脆性礦物含量、埋深、裂縫發(fā)育特征等。根據(jù)焦石壩區(qū)塊實(shí)際地質(zhì)特征，脆性礦物含量平面差異較小，因此在開展上部氣層有利區(qū)優(yōu)選時(shí)，重點(diǎn)根據(jù)埋深和裂縫發(fā)育特征開展研究。

(1)埋深與地應(yīng)力。國(guó)內(nèi)外研究表明，埋深對(duì)地應(yīng)力有著最為直接和顯著的影響，隨著埋深的增加，垂直地應(yīng)力和水平地應(yīng)力均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，而且?guī)r石強(qiáng)度隨溫度升高而降低，泥頁(yè)巖在高溫高壓環(huán)境下塑性變形能力增強(qiáng)，形成復(fù)雜縫網(wǎng)難度增大[25,31]。

埋深是通過影響地應(yīng)力而間接對(duì)壓裂改造施工難度產(chǎn)生影響，主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：①埋深增大導(dǎo)致形成的復(fù)雜縫網(wǎng)難度增大，上覆巖層壓力增加導(dǎo)致層間縫剪切難度增加，最小水平主應(yīng)力、溫度增加導(dǎo)致巖石塑性增強(qiáng)，巖石力學(xué)參數(shù)變化導(dǎo)致誘導(dǎo)應(yīng)力強(qiáng)度及作用區(qū)域減?。虎诼裆钤黾訒?huì)導(dǎo)致施工壓力提高，限制了壓裂改造施工規(guī)模；③埋深增加使得人工縫網(wǎng)的剪切滑移面由粗糙變得光滑，從而導(dǎo)致壓裂縫的導(dǎo)流能力、保持能力降低。統(tǒng)計(jì)涪陵地區(qū)已完鉆井壓裂段閉合壓力與埋深關(guān)系發(fā)現(xiàn)，二者呈明顯正相關(guān)關(guān)系，在深度3 500～3 700 m附近，二者變化趨勢(shì)出現(xiàn)拐點(diǎn)，施工閉合壓力增加速度加快(圖7)。表明在地質(zhì)背景類似的情況下，隨著埋深的增加，壓裂改造難度增加，埋深對(duì)壓裂改造效果有負(fù)面影響。

圖7 四川盆地涪陵地區(qū)完鉆井壓裂段閉合壓力與埋深相關(guān)關(guān)系

(2)裂縫發(fā)育特征。裂縫發(fā)育情況對(duì)水平井壓裂改造效果影響較大，可使與之相遇的水力裂縫停止、轉(zhuǎn)向或產(chǎn)生新縫，從而影響水力壓裂的縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)[31]。焦石壩區(qū)塊開發(fā)實(shí)踐證實(shí)，在焦石壩西南區(qū)，以條帶狀裂縫為主的區(qū)域，人工縫網(wǎng)復(fù)雜度低，壓裂效果差；而在裂縫不發(fā)育區(qū)或弱曲率區(qū)，人工縫網(wǎng)復(fù)雜程度高，壓裂效果較好。分析原因可能是在裂縫發(fā)育區(qū)，人工裂縫易優(yōu)先進(jìn)入已存在的天然裂縫，使其發(fā)生膨脹，導(dǎo)致縫內(nèi)凈壓力降低，影響復(fù)雜縫網(wǎng)形成。

此外，大尺度裂縫對(duì)上部氣層的高產(chǎn)也存在一定的負(fù)面影響。從已實(shí)施的上部氣層評(píng)價(jià)井來看，大尺度裂縫發(fā)育區(qū)，在下部氣層開發(fā)井壓裂過程中壓裂縫網(wǎng)易波及上部氣層，可能已動(dòng)用部分上部氣層儲(chǔ)量，導(dǎo)致上部氣層初期產(chǎn)能相對(duì)較差。比如在地質(zhì)評(píng)價(jià)的Ⅱ1類區(qū)內(nèi)部，測(cè)試產(chǎn)量也有差異，焦頁(yè)X平臺(tái)上部氣層井位于裂縫發(fā)育區(qū)，⑧小層高導(dǎo)縫及微斷層相對(duì)發(fā)育，該區(qū)⑧小層相對(duì)穩(wěn)定區(qū)壓裂難度降低，壓裂曲線表現(xiàn)為開井壓力低，破裂壓力低，施工壓力低，壓裂加液順暢，地應(yīng)力偏低，表明天然裂縫發(fā)育程度對(duì)上部氣層壓裂改造效果有較大影響。

5 結(jié)論

(1)焦石壩區(qū)塊五峰組—龍馬溪組一段上部氣層具備“中低碳、中低硅、非均質(zhì)性強(qiáng)”的地質(zhì)特征，縱向上地化、孔隙、含氣性具備三分性特征，即⑥～⑦小層低，⑧小層高，⑨小層低。

(2)綜合評(píng)價(jià)后認(rèn)為，焦石壩區(qū)塊上部氣層以Ⅱ類氣層為主，其中，⑧小層含氣性最優(yōu)，可壓性較差，為Ⅱ1類；⑥～⑦小層含氣性中等，可壓性較好，為Ⅱ2類；⑨小層含氣性和可壓性均較差，為Ⅲ類。

(3)針對(duì)焦石壩區(qū)塊上部氣層，建立了頁(yè)巖原生品質(zhì)、含氣性、構(gòu)造變形強(qiáng)度、裂縫、埋深共5大類8項(xiàng)開發(fā)選區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，將焦石壩區(qū)塊上部氣層劃分為4個(gè)區(qū)，即焦頁(yè)A井區(qū)，焦頁(yè)B井區(qū)，焦頁(yè)C井區(qū)，焦頁(yè)D井區(qū)。其中，焦頁(yè)A井區(qū)最有利，評(píng)價(jià)井效果好，可作為焦石壩區(qū)塊上部氣層開發(fā)有利區(qū)。

(4)有機(jī)質(zhì)豐度、孔隙度和保存條件是影響焦石壩區(qū)塊上部氣層富集的主要因素，埋深與地應(yīng)力、天然裂縫發(fā)育程度對(duì)上部氣層壓裂改造效果有較大影響，是上部氣層高產(chǎn)的主控因素。