頁巖氣綜合評價分析
——以四川盆地川南地區(qū)為例

原梅香 杜文全

（中石化經(jīng)緯有限公司 西南測控公司，四川 綿陽 621000）

1 中國頁巖氣發(fā)展

中國頁巖氣起步較晚，受北美頁巖氣成功勘探開發(fā)影響，從2002 年開始關(guān)注頁巖氣，僅用6 年時間就實(shí)現(xiàn)了年產(chǎn)100 億方，到2020 年已經(jīng)實(shí)現(xiàn)3500m 以淺地層年產(chǎn)200億方的歷史性跨越。[1]四川盆地海相頁巖氣勘探開發(fā)取得重大突破，建設(shè)了四川長寧—威遠(yuǎn)、昭通、重慶涪陵等國家級頁巖氣示范區(qū)，推動頁巖氣規(guī)?；_發(fā)。

川南頁巖氣開發(fā)區(qū)塊主要有威榮、榮昌-永川以及丁山區(qū)塊。主要的開發(fā)層系為海相深水陸棚相上奧陶統(tǒng)五峰組一下志留統(tǒng)龍馬溪組龍一段頁巖層段，優(yōu)質(zhì)頁巖厚度大，橫向分布穩(wěn)定。龍馬溪組細(xì)分為龍一、龍二、龍三段，龍一段又分為三個亞段，進(jìn)一步將五峰組-龍馬溪組一段細(xì)分出①-⑨號小層，油氣顯示主要集中在底部五峰組和龍一亞段，特別是底部①-⑤小層中。

2 綜合評價

根據(jù)相關(guān)研究成果及地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合目前實(shí)鉆情況，從沉積特征、生烴潛力、儲集性、含氣性、可壓裂性等幾個方面對頁巖氣進(jìn)行評價。

2.1 頁巖沉積特征評價

頁巖巖石相分類是根據(jù)硅質(zhì)（長石+石英）、碳酸鹽巖礦物（方解石+白云石）和黏土礦物作為三端元，劃分為硅質(zhì)類、鈣質(zhì)類、黏土類和混合頁巖4 類。川南五峰組-龍馬溪組頁巖主要分為6 個基本類型（其中硅質(zhì)頁巖、筆石頁巖和頁巖合稱為頁巖巖石相）。然后根據(jù)碳質(zhì)、脆性礦物及古生物（筆石）標(biāo)志進(jìn)一步定名（表1）。川南地區(qū)頁巖氣高產(chǎn)層主要富集于五峰組-龍馬溪組一段底部富碳（高碳）高脆頁巖相中，主要是①-⑤小層，⑥-⑨主要為中碳到含碳、高脆到中脆，總體上從上到下碳質(zhì)含量、脆性礦物、筆石含量逐漸增加，黏土質(zhì)減少。

表1 川南五峰組-龍馬溪組巖石相分類

2.2 頁巖生烴潛力評價

研究認(rèn)為，較高的有機(jī)質(zhì)豐度、較好的有機(jī)質(zhì)類型和適當(dāng)?shù)臒嵫莼潭仁切纬删哂猩虡I(yè)價值頁巖氣藏的必備條件。

2.2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

對高一過成熟頁巖應(yīng)使用總有機(jī)碳含量（TOC）作為有效評價指標(biāo)，同時結(jié)合富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度來評價，TOC＞ 1%有效厚度以30m、15-30m、＜15 m，對應(yīng)有機(jī)碳含量≥4%、2-4%、＜2%評價為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類。川南地區(qū)五峰組-龍馬溪組一段含氣頁巖厚度大約80-100m，其中優(yōu)質(zhì)頁巖段主要分布在下部30-40m 范圍內(nèi)，黑色頁巖有機(jī)碳含量值多在1.5-3%之間，在榮昌-永川探區(qū)為1-8%，威遠(yuǎn)-榮縣探區(qū)為3.5-6.5%，總體含量較高。具備形成商業(yè)油氣聚集的有效氣源巖的有機(jī)碳含量和儲層厚度條件。

2.2.2 有機(jī)質(zhì)類型

采用干酪根類型指數(shù)TI 計(jì)算公式進(jìn)行劃分，Ⅰ、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ干酪根值域、生油氣類型、有機(jī)質(zhì)分類分別對應(yīng)TI＞80（生油，腐泥型）、40-80（生油、氣，混合型）、0-40（生油、氣，混合型）、＜0（煤、氣，腐植型）。其中Ⅰ、Ⅱ型是頁巖生氣的主要類型。川南地區(qū)志留系為海相沉積，生物組合主要為低等水生動物和菌藻植物，有機(jī)質(zhì)類型主要由動物、低等水生浮游生物和藻類等，干酪根主要為腐泥型，威遠(yuǎn)地區(qū)、永川地區(qū)主要為Ⅰ型干酪根，少量Ⅱ1型。

2.2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

判別頁巖有機(jī)質(zhì)成熟度的技術(shù)最為基礎(chǔ)、能夠成為共識的是鏡質(zhì)體反射率（R。），R。（%）以0.6、1.0、1.3、3 劃分為未成熟、成熟、高成熟和過成熟，0.6-1.3%為成油階段，過成熟又分為早、中、晚期，早期（1.3-2.0）成凝析油-濕氣，中（2.0-3.0）、晚期（＞3.0）主要為干氣。區(qū)域上，大川南地區(qū)龍馬溪組頁巖有機(jī)質(zhì)R。一般在1.5-3.3%之間，均達(dá)到了成熟-過成熟階段。榮昌-永川探區(qū)為2.5-3%，威遠(yuǎn)-榮縣探區(qū)為2-3%，有機(jī)質(zhì)演化程度適中。

2.3 頁巖儲集性評價

頁巖儲層主要為微納米孔隙結(jié)構(gòu)特征，有機(jī)質(zhì)孔隙和黏土礦物層間微孔隙為頁巖基質(zhì)孔隙的主要貢獻(xiàn)者。威遠(yuǎn)、永川地區(qū)龍馬溪組頁巖儲集空間類型豐富，基質(zhì)孔隙發(fā)育，見有機(jī)質(zhì)孔、粘土礦物晶間孔、黃鐵礦晶間孔、粒間孔等，亦見較多微裂縫。縱向自上而下，有機(jī)質(zhì)孔逐漸增加，粘土礦物孔逐漸降低。（孔隙度評價標(biāo)準(zhǔn)見表2）川南地區(qū)五峰組-龍馬溪組龍一段孔隙度為2.31-5.44%，平均3.9%，威遠(yuǎn)地區(qū)為2.73-8.75%，總體分布于2-5%的范圍，自上而下孔隙度變高。頁巖滲透率相差甚大，可達(dá)幾個數(shù)量級的差異，椐北美地區(qū)頁巖氣開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為基質(zhì)滲透率大于10-9um2時頁巖氣藏具有經(jīng)濟(jì)可采價值。

表2 龍馬溪組頁巖氣儲層綜合評價參數(shù)表

2.4 含氣性評價

針對海相頁巖氣，含氣量＞2m3/t，含水飽和度＜40%，地層壓力常壓-超壓為頁巖儲層有利區(qū)段。威遠(yuǎn)、永川龍馬溪組一段-五峰組總共可以劃分為3 類，①-③號小層含氣量兩探區(qū)評價為I 類，④號小層以上為Ⅱ類，自上而下含氣量逐漸增加。

2.5 頁巖可壓裂性評價

影響頁巖可壓裂性因素主要有礦物組分、天然裂縫、地應(yīng)力、構(gòu)造形態(tài)、埋深、溫度及壓力等。[2]綜合認(rèn)為頁巖中脆性礦物如石英、長石、碳酸鹽等礦物的含量越高，頁巖的脆性越強(qiáng)，在壓裂過程中更易形成裂縫；各種構(gòu)造弱面發(fā)育，頁巖儲層的可壓裂性較好；地應(yīng)力大小和方向也是壓裂方案設(shè)計(jì)的重要參考依據(jù)，根據(jù)以上分析建立綜合評價參數(shù)（表2）。

以四川盆地五峰組-龍馬溪組頁巖層系為代表的涪陵、長寧、威遠(yuǎn)、昭通等頁巖儲層普遍具埋深適中（4500m以淺）、巖石脆性大、構(gòu)造變形弱、層理縫發(fā)育、應(yīng)力環(huán)境適中等特點(diǎn)。優(yōu)質(zhì)頁巖礦物組成整體上表現(xiàn)出中-高脆性礦物、中-低粘土礦物特征。威遠(yuǎn)為中硅較高碳酸鹽低粘土，永川為高硅中粘土。

3 結(jié)論

頁巖有別于常規(guī)儲層，其既是烴源巖，也是儲集層，是集生、儲、蓋、運(yùn)、聚于一體的地質(zhì)體。川南地區(qū)頁巖氣有如下特征：頁巖氣高產(chǎn)富集于底部頁巖中、沉積亞相為深水陸棚亞相，干酪根類型為Ⅰ型、少量Ⅱ1型，有機(jī)質(zhì)達(dá)到成熟-過成熟階段，總體為高碳-富碳特征，生烴潛力大。從上到下具有明顯特征，顏色變深，有機(jī)質(zhì)含量、硅質(zhì)含量逐漸增加、孔隙度變高、古生物化石逐漸增加，粘土礦物逐漸減少，含氣性變好。研究建立川南頁巖沉積特征、生烴潛力、儲集性、含氣性以及可壓裂性綜合評價指標(biāo)，為實(shí)際生產(chǎn)提供劃分依據(jù)。目前川南海相頁巖氣3500m 以淺地層已經(jīng)形成規(guī)模開發(fā)，以深地層也已經(jīng)取得了重大突破，已逐步在川南地區(qū)建成萬億立方米儲量、千億立方米產(chǎn)量的頁巖氣大氣區(qū)。