四川盆地江東地區(qū)龍馬溪組一段上部頁巖儲層含氣性評價

蔡 進，劉 莉，劉 超，舒志恒，鄧佳琪

中國石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院，湖北 武漢 430223

奧陶系上統(tǒng)五峰組—志留系下統(tǒng)龍馬溪組下部龍一段為涪陵頁巖氣田的主要開發(fā)層段，目前已投入商業(yè)開發(fā)[1]，前期研究認識中將該層段細分為九個小層，其中①～⑤小層稱為下部氣層；⑥～⑨小層稱為上部氣層[2-4]，為研究區(qū)此次研究的主要目的層段。目前江東區(qū)塊已有下部氣層完試井69口，測試產量1.8～62.9萬方/天，平均為18.5萬方/天，上部氣層井缺少生產資料，目前僅2口上部氣層完鉆。前人研究主要針對本區(qū)的下部氣層開展，上部氣層的勘探、開發(fā)及相關研究工作尚處于初步階段，本區(qū)取心評價井焦頁X-3井五峰組—龍馬溪組①～⑨小層共完成沉積、地化、儲層、含氣性、開發(fā)試驗等5大類2 071塊次的樣品分析，論文主要對其中上部氣層五峰組—龍馬溪組沉積、地化特征、儲層特征、巖石學特征及含氣性特征進行分析，對儲層及含氣性特征進行綜合評價。

1 研究區(qū)地質概況

江東區(qū)塊隸屬川東褶皺帶，處于萬縣復向斜、方斗山復背斜隔擋式褶皺與齊岳山隔槽式褶皺帶的交匯區(qū)域，構造上隸屬川東高陡構造帶萬縣復向斜東南部，處于焦石壩背斜帶、烏江背斜帶和江東向斜帶的結合部位[5-7]。江東區(qū)塊整體可分為南、北兩個構造帶，北部構造帶可分為天臺場1號、2號斷鼻、吊水巖向斜三個次級構造單元（圖1），呈北東向展布；南部構造帶可細分為江東鞍部及烏江1號斷背斜兩個次級構造單元，呈北西向展布，整體來看由北向南構造逐漸復雜[8]，評價井焦頁X-3井位于區(qū)塊核部。

圖1 江東區(qū)塊構造劃分平面圖及焦頁X-3井上部氣層柱狀圖Fig. 1 Tectonic location of the Jiangdong block and The lithology stratigraphic column of Well JiaoyeX-3

2 頁巖儲層特征

2.1 沉積特征

江東區(qū)塊五峰組—龍馬溪組上部氣層主要發(fā)育四種含碳量不同的巖石類型，自下而上分別為灰黑色中碳粉砂質泥頁巖、灰黑色中—低碳粉砂質泥頁巖、深灰黑色中—高碳細砂—粉砂質泥頁巖、深灰色低中碳砂質泥頁巖，四種巖石類型有機質均較為發(fā)育，黃鐵礦較為發(fā)育，且發(fā)育水平紋層，指示了安靜、還原性條件的深水沉積特征[9]。

⑥—⑦小層：巖性整體顯灰黑色，巖心觀察表明含碳量較低，多為中碳，⑥小層較⑦小層略高，多為黏土質粉砂質頁巖，巖心硬度較低，易于刻劃，碳質含量與龍馬溪組底部—五峰組相比明顯降低，巖心污手程度較低，觀察巖心斷切面可知硅質含量占切面的35%左右，巖心薄片可觀察到大量的水平粉砂質細—粗紋層（圖2a），其自生硅質含量較下伏的①—⑤小層明顯減少，薄片下未觀察到明顯的硅質骨骼類生物化石，指示了較為安靜的深水、還原性沉積環(huán)境。

⑧小層：巖性整體顏色為灰黑色—深灰色，含碳量較下伏⑦小層增高，主要為中碳及少量高碳粉砂質粘土頁巖，觀察巖心斷面可知，其硅質含量介于30%～35%之間，碳質含量與⑥—⑦小層大體相當，在局部井區(qū)有機碳含量高于⑥—⑦小層，局部段夾有中薄層的灰黑色含灰質頁巖，薄片顯示黏土被炭質浸染嚴重（圖2b），呈平行于紋層的細條紋狀分布（圖2c），整體指示了較為安靜的深水、還原性沉積環(huán)境。

⑨小層：巖心主要為灰黑色，含碳量較低，為低碳粉砂質粘土頁巖：其硅質含量約為35%左右，碳酸鹽巖含量明顯減少，黏土礦物含量顯著增高，約為65%左右，巖心斷面觀察可知碳質含量普遍在1%左右，平均值低于1%，局部井區(qū)可高于1%。巖心可觀察到粉砂質條帶，自下而上粉砂質條帶逐漸變寬，趨于發(fā)育。薄片下可看到片狀黏土礦物定向排列（圖2d），整體指示了深水、安靜、弱還原性的沉積環(huán)境，但水體深度較下伏層段淺、還原性較下伏層段弱[10]。

從評價井焦頁X-3井巖心觀察結果來看，該井區(qū)整個含氣頁巖段具備深水陸棚的沉積特征，其中上部氣層⑧小層可見大量筆石化石（圖2e），局部見星散狀黃鐵礦（圖2f），反映出強還原的深水陸棚沉積環(huán)境，有利于有機質富集，為最優(yōu)開發(fā)層段。

圖2 焦頁X-3井五峰組—龍馬溪組⑧小層巖石薄片與巖心照片Fig. 2 The core photos of Well JiaoyeX-3

從江東區(qū)塊已完鉆3口導眼井含氣頁巖段（①—⑨小層）厚度劃分來看，北部厚度分別為88～90 m，而南部厚度略有增加，實鉆顯示厚度為120 m，其中上部氣層（⑥—⑨小層）厚度在北部為50～52 m，而在區(qū)塊南部厚度略有增加，約70 m，全區(qū)厚度整體在40～70 m。

2.2 地化特征

江東區(qū)塊焦頁X-3井在五峰組—龍馬溪組取心段共檢測TOC樣品88塊，上部氣層50塊，TOC值為0.54%～2.37%，平均值為1.48%，從數值分布來看，大部分樣品TOC值為1.5%～2.0%；分小層統(tǒng)計結果表明，⑧小層TOC最高，⑥、⑦小層次之，⑨小層最差（表1）。

表1 焦頁X-3井巖心TOC分析數據統(tǒng)計Table 1 The Organic carbon content of Well JiaoyeX-3

焦頁X-3井干酪根鏡檢分析有機質類型結果來看，區(qū)塊主體處于淺海沉積環(huán)境，生物以水生生物為主，具有大量的浮游生物和菌藻類，尤以筆石占絕對優(yōu)勢，局部有放射蟲和硅質海綿骨針，有機質類型以腐泥型干酪根為主，上部氣層⑨小層為II1型干酪根，類型指數65.5，⑥—⑧小層為II2型干酪根，類型指數20.5～34.0。

焦頁X-3井五峰組—龍馬溪組進行9塊鏡煤樣品分析，其中上部氣層有效測點7個，瀝青質反射率3.49%～5.98%，鏡質體反射率（Ro）是國際上公認的標定有機質成熟度的指標，古生界地層干酪根組成缺乏鏡質體，瀝青反射率已成為表征那些缺乏鏡質體而含有瀝青的海相烴源巖有機質成熟度的一個重要指標，利用Ro=0.3195+0.679×Rb公式換算鏡質體反射率[11]，上部氣層鏡質體反射率2.69%～4.38%，結果表明江東區(qū)塊五峰組—龍馬溪組上部氣層進入過成熟演化階段，以生成干氣為主[12]。

2.3 物性特征

江東區(qū)塊焦頁X-3井五峰組—龍馬溪組取心段共檢測物性樣品88塊，其中上部氣層49塊，巖心孔隙度為1.5%～6.6%，平均值為3.7%，從數值分布來看，大部分樣品孔隙度值為2%～4%；分小層統(tǒng)計結果表明，⑥小層孔隙度最高，⑧、⑨小層次之，⑦小層最低（表2）。

表2 焦頁X-3井巖心孔隙度分析數據統(tǒng)計表Table 2 The core porosity of Well JiaoyeX-3

從焦頁X-3井巖心觀察結果來看，上部氣層⑨小層構造縫欠發(fā)育，高導流縫主要在⑧小層，整體構造縫欠發(fā)育，多為方解石全充填，開啟程度較低。有機質孔隙以微孔和中孔為主，呈圓形和橢圓形，空間上呈片狀、管柱狀和洞穴狀、主要為中孔，內部連通性及其與外部連通性好；黏土孔隙主要為大孔，呈片狀和不規(guī)則狀，內部連通性及其與外部連通性較好；碎屑孔隙主要為大孔，呈不規(guī)則狀，連通性差[13]。

從焦頁X-3井樣品掃描電鏡顯示，上部氣層主要發(fā)育有機孔，孔徑以中孔為主，黃鐵礦晶間孔（圖3a、3b），有機質內孔較發(fā)育（圖3c、3d）?？傮w而言，頁巖儲層孔隙主要以中孔為主，孔隙主要分布在孔隙直徑≤24 nm以下的孔徑范疇，中孔孔隙體積占總孔隙體積的80%以上，不同類型的孔隙和不同尺度的孔隙組合形態(tài)呈兩端開放的楔形和墨水瓶型，孔隙開放程度較好，對頁巖氣在基質中的滲流較為有利[14]。

圖3 焦頁X-3井五峰組—龍馬溪組上部氣層掃描電鏡Fig. 3 The scanning electron microscope photos of Well JiaoyeX-3

2.4 巖石學特征

江東區(qū)塊焦頁X-3井巖心分析數據表明，五峰組—龍馬溪組脆性礦物含量較高，且自上而下逐漸增加，其中上部氣層石英含量平均為34.85%，碳酸鹽含量平均為12.24%，分小層統(tǒng)計表明，⑦、⑧小層脆性礦物含量較高，⑨小層較低（圖4）。從52塊巖心分析粘土礦物X衍射結果來看，上部氣層黏土礦物含量平均為40.82%，以伊利石和伊蒙混層為主，少量綠泥石，不含高嶺石，具備較好的可壓性[15]（表3）。

表3 焦頁X-3井巖心全巖X衍射礦物組分分析數據統(tǒng)計表Table 3 The mineral composition of whole rock X-ray diffraction in core of Well JiaoyeX-3

圖4 焦頁X-3井⑥—⑨小層巖石礦物組分三角圖Fig. 4 The triangle diagram of rock mineral composition for ⑥—⑨ sublayer of Well JiaoyeX-3

3 含氣性

焦頁X-3井鉆探過程中，五峰組—龍馬溪組整體見良好油氣顯示，上部氣層段氣測全烴顯示最高值達14.08%，甲烷值達9.88%，錄井解釋含氣層25 m/層；焦頁X-3井共取氣組分分析樣品94塊，分析結果表明氣體組分以甲烷為主，甲烷體積分數平均值達59.70%。

焦頁X-3井現場實測總含氣量平均值3.49 m3/t，其中上部氣層實測總含氣量平均值為2.25 m3/t，⑦小層含氣量最高，⑥、⑧小層次之，⑨小層最低。從焦頁X-3導眼井整個含氣頁巖段實測總含氣量看，江東區(qū)塊上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣層含氣量縱向上整體呈現出自上而下總含氣量增高的特征；核磁法進行含水飽和度測試，上部氣層含水飽和度36.6%～57.68%，平均值為44.84%，其中⑧小層含水飽和度平均值38.76%，是含氣飽和度最好的層段，其次為⑦小層，⑥、⑨小層含氣飽和度相對較差。

從含氣性分析結果來看，江東區(qū)塊上部氣層整體比下部氣層含氣性差，總體評價為II2類頁巖氣儲層，其中以⑦、⑧小層為最優(yōu)層段，⑨小層最差。

表4 焦頁X-3井含氣性分析測試數據統(tǒng)計Table 4 The gas bearing property of Well Jiaoye X-3

4 結論

（1）涪陵頁巖氣田江東區(qū)塊上部氣層⑥—⑨小層厚度40～70 m，區(qū)塊北部厚度較低，往南逐漸增厚，主要發(fā)育灰黑色粉砂頁巖、粉砂質黏土頁巖。

（2）上部氣層⑥—⑨小層TOC含量0.54%～2.37%，平均值為1.48%，有機質豐度較高，其中⑦小層和⑧小層最優(yōu)，有機質類型為II1和II2型，鏡質體反射率2.69%～4.38%，有機質處于高成熟—過成熟階段，以生干氣為主。

（3）上部氣層⑥—⑨小層孔隙度為1.5%～6.6%，平均值為3.70%，有機質孔隙以微孔、中孔為主，脆性礦物含量較高，石英含量平均為34.85%，碳酸鹽含量平均為12.24%，粘土礦物以伊利石和伊蒙混層為主，現場實測含氣量1.45%～2.74 m3/t，平均值為2.25 m3/t，含氣性與可壓性較好，其中⑦小層和⑧小層為最優(yōu)層段。