鄂爾多斯盆地西緣奧陶系烏拉力克組海相頁(yè)巖氣儲(chǔ)層甜點(diǎn)分類評(píng)價(jià)

張琳琳,王孔杰,賴楓鵬,郭 偉,苗麗麗

1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院,北京 100083;2.非常規(guī)天然氣能源地質(zhì)評(píng)價(jià)與開(kāi)發(fā)工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100083;3.中國(guó)石油 川慶鉆探工程有限公司 長(zhǎng)慶井下技術(shù)作業(yè)公司,西安 710016;4.中國(guó)石油 長(zhǎng)城鉆探工程有限公司 地質(zhì)研究院,遼寧 盤錦 124010;5.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京),北京 100083

我國(guó)埋深4 500 m以淺頁(yè)巖氣可采資源量約22×1012m3,2022年我國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量達(dá)到240×108m3,涪陵、長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)和昭通國(guó)家級(jí)海相頁(yè)巖氣示范區(qū)開(kāi)發(fā)技術(shù)的提升,有力支撐了頁(yè)巖氣產(chǎn)量的增長(zhǎng)[1-8]。甜點(diǎn)評(píng)價(jià)是頁(yè)巖氣實(shí)現(xiàn)高效勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中的關(guān)鍵工作,系統(tǒng)分析不同參數(shù)對(duì)頁(yè)巖氣甜點(diǎn)的影響,明確地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)的主要特征,以及構(gòu)建甜點(diǎn)分級(jí)分類評(píng)價(jià)體系,均有助于提高甜點(diǎn)評(píng)價(jià)效果。目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要通過(guò)建立評(píng)價(jià)模型[9-13]和分級(jí)分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[14-18]兩種方法,進(jìn)行頁(yè)巖氣甜點(diǎn)評(píng)價(jià)研究。在評(píng)價(jià)模型研究方面,主要有應(yīng)用地球物理方法完成甜點(diǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)選[19-20]、使用“甜點(diǎn)”核心參數(shù)分析法進(jìn)行核心參數(shù)指標(biāo)判別[21]、利用多元參數(shù)擬合和層次分析法確定甜點(diǎn)參數(shù)與指標(biāo)參數(shù)擬合[22]等;在分級(jí)分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)方面,前人在評(píng)價(jià)模型研究的基礎(chǔ)上,增加甜點(diǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)[23-25]及主控指標(biāo)的篩選[26],建立了頁(yè)巖氣甜點(diǎn)評(píng)價(jià)體系。

雖然關(guān)于頁(yè)巖氣甜點(diǎn)評(píng)價(jià)的方法越來(lái)越多樣,考慮到的參數(shù)范圍也越來(lái)越廣泛,但缺乏對(duì)不同參數(shù)與頁(yè)巖氣甜點(diǎn)評(píng)價(jià)關(guān)系的分析,且各參數(shù)之間的相關(guān)性較強(qiáng),而大部分研究都是根據(jù)地質(zhì)甜點(diǎn)參數(shù)和工程甜點(diǎn)參數(shù)分類進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià),很少根據(jù)地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)的主要特征進(jìn)行關(guān)系相近性參數(shù)的細(xì)分類。鑒于此,以鄂爾多斯盆地西緣某中高成熟度海相頁(yè)巖氣儲(chǔ)層為研究對(duì)象,通過(guò)巖石薄片分析、X射線衍射、SEM掃描電鏡、低溫氮?dú)馕?、等溫吸附、總有機(jī)碳(TOC)含量、有機(jī)質(zhì)鏡質(zhì)體反射率(Ro)和三軸巖石力學(xué)測(cè)試8個(gè)實(shí)驗(yàn),明確不同參數(shù)對(duì)甜點(diǎn)評(píng)價(jià)的影響。同時(shí),根據(jù)頁(yè)巖儲(chǔ)層地質(zhì)甜點(diǎn)的吸附性能和儲(chǔ)集性能兩個(gè)典型特征,以及工程甜點(diǎn)的可壓性特征,進(jìn)行不同特征對(duì)應(yīng)的參數(shù)指標(biāo)細(xì)分類,初步建立鄂爾多斯盆地海相頁(yè)巖氣儲(chǔ)層地質(zhì)甜點(diǎn)和可壓性甜點(diǎn)的分類分級(jí)評(píng)價(jià)方案,并根據(jù)建立的方案對(duì)研究區(qū)進(jìn)行甜點(diǎn)評(píng)價(jià)分析。

1 目標(biāo)區(qū)域概況

鄂爾多斯盆地是我國(guó)北方主要的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)潛力區(qū)之一,處于多個(gè)構(gòu)造單元的交接處(圖1)[27]。盆地西部地區(qū)面積大約為5×104km2,在后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響下,褶皺逆沖強(qiáng)烈,變形更為復(fù)雜,與中東部的沉積特征表現(xiàn)明顯不同。研究區(qū)位于盆地西緣底部,地層發(fā)育從早奧陶世早期到中晚奧陶世,由于此期間鄂爾多斯盆地內(nèi)部構(gòu)造及沉積差異演化的顯著性越來(lái)越高,導(dǎo)致研究區(qū)在演化過(guò)程中發(fā)生大幅沉降,沉積了一套中晚奧陶世泥頁(yè)巖[28]。目的層為烏拉力克組,位于下古生界奧陶系,厚度可達(dá)1 200 m[29],具有低孔高滲、微裂縫和水平層理發(fā)育的特征。烏拉力克組普遍含氣且存在局部富集,因此依據(jù)甜點(diǎn)評(píng)價(jià)方案明確其甜點(diǎn)分布,對(duì)鄂爾多斯盆地海相頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)具有重要意義。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造區(qū)劃及研究區(qū)位置[27]

2 實(shí)驗(yàn)樣品及步驟

2.1 樣品準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)樣品為鄂爾多斯盆地西緣某海相頁(yè)巖氣儲(chǔ)層鉆井巖心,取自2 861.90、2 864.43、2 864.90 m深度各兩塊,分別命名為R1、R2、R3、R4、R5、R6。各個(gè)樣品的孔隙度和滲透率如表1所示,樣品整體表現(xiàn)為低孔低滲特征。

表1 實(shí)驗(yàn)樣品孔滲數(shù)據(jù)

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

巖石薄片分析測(cè)試按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《巖石薄片鑒定:SY/T 5368—2016》[30],依次對(duì)巖石標(biāo)本進(jìn)行肉眼觀察、顏色描述、致密度分類、構(gòu)造描述、巖性分類及宏觀結(jié)構(gòu)構(gòu)造觀察等。X射線衍射實(shí)驗(yàn)流程參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《沉積巖中黏土礦物和常見(jiàn)非黏土礦物X射線衍射分析方法:SY/T 5163—2018》[31]。SEM掃描電鏡測(cè)試流程按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《巖石樣品掃描電子顯微鏡分析方法:SY/T 5162—2021》[32]執(zhí)行。低溫氮?dú)馕綔y(cè)試參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《氣體吸附BET法測(cè)定固態(tài)物質(zhì)比表面積:GB/T 19587—2017》[33]?？傆袡C(jī)碳測(cè)定實(shí)驗(yàn)流程參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《沉積巖中總有機(jī)碳測(cè)定:GB/T 19145—2022》[34]。等溫吸附實(shí)驗(yàn)流程參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《頁(yè)巖甲烷等溫吸附測(cè)定方法第2部分:重量法:GB/T 35210.2—2020》[35]。有機(jī)質(zhì)鏡質(zhì)體反射率測(cè)試流程參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《沉積巖中鏡質(zhì)體反射率測(cè)定方法:SY/T5124—2012》[36]。三軸巖石應(yīng)力測(cè)試流程參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)規(guī)程第20部分:巖石三軸壓縮強(qiáng)度試驗(yàn):DZ/T 0276.20—2015》[37]。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 巖石學(xué)特征

3.1.1 巖石薄片分析

巖石類型以灰褐色泥頁(yè)巖為主,主要由泥質(zhì)組成,其次為粉砂質(zhì)石英、鐵白云石和有機(jī)質(zhì)條帶等,含有少量黃鐵礦,其中泥質(zhì)物約占巖石總體積的95%,粉砂質(zhì)顆粒約占4%,顆粒粒徑約為0.01～0.02 mm。實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果如圖2所示,在R1—R4不同深度樣品中均有混雜分布的石英顆粒和鐵白云石顆粒(圖2b,d),位于儲(chǔ)層下部的R3樣品可見(jiàn)灰黑色零散分布的黃鐵礦(圖2a),約占巖石總體積的1%,說(shuō)明同一井區(qū)儲(chǔ)層的泥質(zhì)含量會(huì)隨著深度的改變表現(xiàn)出差異。除此之外,在儲(chǔ)層上部的R1樣品中可以觀察到明顯順層排列分布的有機(jī)質(zhì)條帶(圖2c)。

圖2 光學(xué)顯微鏡下的礦物分布

3.1.2 礦物組成

X射線衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖3)表明,儲(chǔ)層礦物組分按含量由高到低依次為石英和黏土礦物、碳酸鹽巖礦物、長(zhǎng)石類礦物;根據(jù)國(guó)內(nèi)巖石脆性指數(shù)公式(公式1)計(jì)算得到目標(biāo)區(qū)脆性指數(shù)為36.23%～50.89%,平均為44.19%,達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《海相頁(yè)巖氣勘探目標(biāo)優(yōu)選方法:GB/T 35110—2017》規(guī)定的脆性較大的標(biāo)準(zhǔn)[38],脆性礦物含量高,為勘探甜點(diǎn)區(qū)優(yōu)選、儲(chǔ)層實(shí)施壓裂改造及人工裂縫的形成提供了重要前提保證。

圖3 X射線衍射實(shí)驗(yàn)礦物含量

(1)

式中:BI為脆性指數(shù),單位%;mqua為石英含量,單位%;mcla為黏土礦物含量,單位%;mcar為碳酸鹽巖礦物含量,單位%。

儲(chǔ)層黏土礦物組成主要為伊利石和伊蒙混層,其次為綠泥石,蒙皂石最少(圖4),不同深度樣品表現(xiàn)相似。黏土礦物對(duì)頁(yè)巖氣吸附能力的大小主要取決于伊蒙混層和高嶺石[39],對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)集能力的影響程度主要受控于伊利石和高嶺石[40]。研究區(qū)樣品的伊利石和伊蒙混層含量較高,平均含量分別為50.50%和28.83%,因此該儲(chǔ)層在利于壓裂改造的情況下,其吸附性能和儲(chǔ)集能力也較好。

圖4 X射線衍射實(shí)驗(yàn)黏土礦物含量

3.2 微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征

3.2.1 掃描電鏡實(shí)驗(yàn)

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖5)可以看到,不同深度的樣品均發(fā)育粒內(nèi)孔、粒間孔及黏土礦物層間孔3種孔隙類型,少見(jiàn)有機(jī)質(zhì)孔。其中,黃鐵礦晶間孔占粒內(nèi)孔比例最大(圖5c,f),呈草莓狀或裙帶狀分布,多以介孔為主,在分散的黃鐵礦晶體間可見(jiàn)少量孤立或聚集分布的不規(guī)則有機(jī)質(zhì)孔;粒間孔(晶間孔)里宏孔占比居多,存在于碎屑顆粒間和一些未被有機(jī)質(zhì)與黏土充填的晶體間(圖5a,e),多呈不規(guī)則狀分布;黏土礦物層間孔大多呈窄條狀分布,長(zhǎng)度在幾微米到幾十納米之間,被有機(jī)質(zhì)充填(圖5b,d),同時(shí)具備黏土礦物的吸附及儲(chǔ)集性能。整體上看,研究區(qū)發(fā)育的孔隙類型豐富,孔徑多以介孔為主,儲(chǔ)層的吸附能力和儲(chǔ)集能力俱佳。

圖5 樣品掃描電鏡實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.2.2 低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)

通過(guò)低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn),研究?jī)?chǔ)層的孔隙體積和孔比表面積特征。實(shí)驗(yàn)得到的微孔孔徑分布如圖6所示,樣品的孔隙體積分布均表現(xiàn)為“雙峰”特點(diǎn),峰值對(duì)應(yīng)的孔徑分別為2～4 nm和35～61 nm。根據(jù)BET和BJH方法計(jì)算得到平均孔徑(表2),深度較小樣品R1、R2的平均孔徑相對(duì)較大,但總體上表現(xiàn)為介孔(2～50nm)占比最大,有利于頁(yè)巖氣的儲(chǔ)集。BET比表面解釋表明(表2),深度較大樣品R3—R6的孔比表面積大,為16.83～19.66 cm2/g,深度較小樣品R1、R2的孔比表面積小,為13.46～15.37 cm2/g。

表2 低溫氮?dú)馕綔y(cè)試孔徑解釋結(jié)果

圖6 微孔孔徑分布

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,孔徑越小的樣品其孔比表面積越大?？讖?jīng)Q定了頁(yè)巖氣的儲(chǔ)集能力,孔比表面積是頁(yè)巖氣吸附性能的主控因素。研究區(qū)不同深度表現(xiàn)出的孔徑、孔比表面積雖然略有不同,但整體上都利于頁(yè)巖氣的吸附和儲(chǔ)集,具有甜點(diǎn)開(kāi)發(fā)區(qū)的良好特征。

3.3 儲(chǔ)層地球化學(xué)特征

3.3.1 總有機(jī)碳含量與等溫吸附測(cè)試

總有機(jī)碳含量測(cè)定結(jié)果(表3)表明,研究區(qū)深度大樣品的總有機(jī)碳含量值較深度小樣品略大,整體上有機(jī)質(zhì)含量平均為1.005%。根據(jù)我國(guó)頁(yè)巖氣資源/儲(chǔ)量計(jì)算與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范[41],總有機(jī)碳含量1%以上的頁(yè)巖儲(chǔ)層即具有生烴潛力,研究區(qū)儲(chǔ)層雖有機(jī)質(zhì)豐度較低,但為有效海相烴源巖,可以生烴。

表3 樣品總有機(jī)碳含量測(cè)定和等溫吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)等溫吸附測(cè)試結(jié)果(表3),蘭氏體積平均為1.11 m3/t,表明該區(qū)域吸附能力較強(qiáng);蘭氏壓力平均為13.65 MPa,頁(yè)巖氣吸附量增加主要集中在高壓區(qū)段;吸附相密度平均為0.27 g/mL。在等溫吸附圖(圖7)中,Vex為過(guò)剩吸附量,Vabs為絕對(duì)吸附量,其中深度較大樣品R3—R6的最大氣體絕對(duì)吸附量較R1、R2樣品的大。

圖7 樣品等溫吸附曲線

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看到,樣品的最大氣體絕對(duì)吸附量與總有機(jī)碳含量具有較好的正相關(guān)關(guān)系,進(jìn)一步表明了總有機(jī)碳含量通過(guò)控制頁(yè)巖氣的吸附能力來(lái)影響泥頁(yè)巖甜點(diǎn)評(píng)價(jià)。

3.3.2 有機(jī)質(zhì)鏡質(zhì)體反射率

測(cè)試結(jié)果表明,泥頁(yè)巖鏡質(zhì)體反射率分布在1.52%～1.98%范圍內(nèi),平均為1.71%,主要為Ⅰ型(腐泥型),其次為Ⅱ1型(腐殖腐泥型)(圖8)。烴源巖整體表現(xiàn)為高成熟生氣階段。燕繼紅等[42]通過(guò)熱模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)泥頁(yè)巖的高演化程度對(duì)吸附性能有影響。當(dāng)烴源巖處于中高演化程度(Ro介于0.7%～3.5%)時(shí),泥頁(yè)巖孔隙以大孔為主,有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育且表面粗糙,利于頁(yè)巖氣吸附的比表面積也較大;當(dāng)烴源巖處于低水平或過(guò)高演化階段時(shí),孔隙體積小且孔隙變光滑,孔比表面積變小,從而導(dǎo)致頁(yè)巖的吸附能力變差。

圖8 泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型頻率分布

3.3.3 三軸巖石應(yīng)力

三軸應(yīng)力實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如表4所示。根據(jù)最大和最小水平主應(yīng)力計(jì)算(公式2)得到樣品的地應(yīng)力差異系數(shù)分布在0.071 8～0.08范圍內(nèi),頁(yè)巖儲(chǔ)層的地應(yīng)力差異系數(shù)在影響壓裂后裂縫形態(tài)的同時(shí)也控制了體積壓裂縫網(wǎng)的形成,對(duì)儲(chǔ)層可壓裂性有一定影響。

表4 樣品三軸應(yīng)力實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(2)

式中:Δσ為地應(yīng)力差異系數(shù),無(wú)量綱;σH為最大水平主應(yīng)力,單位MPa;σh為最小水平主應(yīng)力,單位MPa。

根據(jù)國(guó)內(nèi)基于巖石力學(xué)參數(shù)的簡(jiǎn)易脆性指數(shù)計(jì)算方法(公式3),計(jì)算得到巖石脆性指數(shù)為46.43%～56.36%,平均為51.395%,與基于礦物組分計(jì)算得到的脆性指數(shù)相近。研究區(qū)不同深度樣品的地應(yīng)力差異系數(shù)和脆性指數(shù)相差不大,且地應(yīng)力差異系數(shù)平均值低于0.3,脆性指數(shù)平均值大于50%,脆性程度較高,因此在人工壓裂的作用下易形成可作為甜點(diǎn)開(kāi)發(fā)區(qū)的縫網(wǎng)。

(3)

式中:E為楊氏模量,單位104MPa;μ為泊松比,無(wú)量綱;BI為脆性指數(shù),單位%。

4 甜點(diǎn)評(píng)價(jià)分類

頁(yè)巖氣甜點(diǎn)一般指儲(chǔ)層物性好、富有機(jī)質(zhì)、可進(jìn)行壓裂改造并具商業(yè)開(kāi)采價(jià)值的層位或區(qū)域,主要包括地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)兩方面[43-45]。

4.1 地質(zhì)甜點(diǎn)分類評(píng)價(jià)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究得到,孔隙類型、孔徑大小控制了頁(yè)巖氣儲(chǔ)集性能;孔比表面積、總有機(jī)碳含量通過(guò)影響頁(yè)巖氣的吸附量控制了其吸附性能;Ro值通過(guò)影響頁(yè)巖氣的生成間接控制了其吸附性能;黏土礦物組分對(duì)頁(yè)巖氣的儲(chǔ)集性能和吸附性能具有雙重影響。頁(yè)巖氣的吸附性能和儲(chǔ)集性能是地質(zhì)甜點(diǎn)評(píng)價(jià)的主要指標(biāo),因此以兩個(gè)指標(biāo)為相近關(guān)系的判別標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行不同特征對(duì)應(yīng)的參數(shù)指標(biāo)細(xì)分類分析。

在地質(zhì)甜點(diǎn)評(píng)價(jià)中:①通過(guò)對(duì)同類型頁(yè)巖氣藏調(diào)研認(rèn)為[23],硅質(zhì)組分的增加會(huì)伴隨黏土礦物含量的減少,即頁(yè)巖儲(chǔ)層的吸附能力會(huì)隨之減弱,因此認(rèn)為45%為甜點(diǎn)評(píng)價(jià)中硅質(zhì)礦物和黏土礦物組分含量的極佳值,35%為兩個(gè)參數(shù)的下限值;②通過(guò)對(duì)其他地區(qū)同類型氣藏分析得到,海相頁(yè)巖的解吸氣量與比表面積具有較好的正相關(guān)性,認(rèn)為比表面積5.2 m2/g是頁(yè)巖氣富集的下限,當(dāng)其大于14.1 m2/g時(shí),頁(yè)巖的吸附能力好,頁(yè)巖氣富集明顯;③通過(guò)其他學(xué)者對(duì)同一區(qū)域的地質(zhì)特征研究[46]得到,海相泥頁(yè)巖甜點(diǎn)區(qū)的生烴下限為總有機(jī)碳含量0.5%,大于0.7%的烴源巖為甜點(diǎn)區(qū)優(yōu)選;④通過(guò)總結(jié)國(guó)內(nèi)外研究成果[39]認(rèn)為,有機(jī)質(zhì)成熟度處在0.7%～3.5%范圍內(nèi)時(shí)適合成為海相泥頁(yè)巖的甜點(diǎn)區(qū),儲(chǔ)層的吸附能力最強(qiáng)出現(xiàn)在Ro為2.6%左右,此時(shí)孔隙以大孔為主,同時(shí)吸附的比表面積達(dá)到最大;⑤通過(guò)該區(qū)域孔隙結(jié)構(gòu)特征分析認(rèn)為,介孔占比高,孔隙體積大的區(qū)域?yàn)楹Ｏ囗?yè)巖氣甜點(diǎn)區(qū)。一般介孔的孔徑范圍為2～50 nm,因此將2 nm作為甜點(diǎn)評(píng)價(jià)的孔徑下限;粒內(nèi)孔和黏土礦物層間孔多以介孔為主,粒間孔中宏孔占比居多,從而發(fā)育任一種孔隙類型的儲(chǔ)層都可以作為甜點(diǎn)區(qū)。根據(jù)以上兩個(gè)指標(biāo)7個(gè)參數(shù)將地質(zhì)甜點(diǎn)劃分為Ⅰ(充分具備甜點(diǎn)區(qū)優(yōu)選條件)、Ⅱ(基本達(dá)到甜點(diǎn)區(qū)評(píng)選標(biāo)準(zhǔn))、Ⅲ(未達(dá)到作為甜點(diǎn)開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn))三個(gè)等級(jí),建立的鄂爾多斯盆地海相頁(yè)巖氣儲(chǔ)層地質(zhì)甜點(diǎn)分類評(píng)價(jià)如表5所示。

表5 鄂爾多斯盆地海相頁(yè)巖氣儲(chǔ)層地質(zhì)甜點(diǎn)分類評(píng)價(jià)

研究區(qū)的脆性礦物含量為34.6%～48.7%,黏土礦物含量為37.4%～49.4%,孔比表面積為13.46～19.66 cm2/g,總有機(jī)碳含量為0.85%～1.14%,Ro值為1.52%～1.98%,孔徑為7.78～13.64 nm,發(fā)育粒間孔、粒內(nèi)孔和黏土礦物層間孔三種孔隙類型,所有參數(shù)都在地質(zhì)甜點(diǎn)分類評(píng)價(jià)中的Ⅱ級(jí)以上,說(shuō)明研究區(qū)的吸附能力和儲(chǔ)集能力符合成為甜點(diǎn)區(qū)的標(biāo)準(zhǔn),可進(jìn)行勘探開(kāi)發(fā)。

4.2 可壓性分類評(píng)價(jià)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究得到,脆性礦物含量、泊松比和楊氏模量通過(guò)控制脆性指數(shù),最大和最小水平主應(yīng)力通過(guò)控制地應(yīng)力差異系數(shù),分別對(duì)頁(yè)巖氣的可壓性特征造成一定程度的影響。本文從儲(chǔ)層的可壓性特征方面進(jìn)行工程甜點(diǎn)評(píng)價(jià)研究,因此以脆性指數(shù)和地應(yīng)力差異系數(shù)為主要參數(shù)進(jìn)行分級(jí)分析。

可壓性甜點(diǎn)評(píng)價(jià)中:①通過(guò)總結(jié)前人研究結(jié)果[47]得到,當(dāng)頁(yè)巖儲(chǔ)層的脆性指數(shù)大于50%時(shí),脆性表現(xiàn)最優(yōu),有利于頁(yè)巖儲(chǔ)層進(jìn)行壓裂改造,而國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《海相頁(yè)巖氣勘探目標(biāo)優(yōu)選方法:GB/T 35110—2017》[38]中認(rèn)為脆性指數(shù)大于35%時(shí)頁(yè)巖脆性較大,因此將35%作為可壓性評(píng)價(jià)中脆性指數(shù)的下限;②根據(jù)國(guó)外研究成果,地應(yīng)力差異系數(shù)影響了裂縫分布形態(tài),當(dāng)其小于0.3時(shí),儲(chǔ)層越易形成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)狀的壓裂改造縫網(wǎng),當(dāng)數(shù)值超過(guò)0.3后,形成的裂縫數(shù)量較多,但逐漸由復(fù)雜交錯(cuò)向簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)變,當(dāng)數(shù)值超過(guò)0.5后,形成的裂縫數(shù)量減少,且呈對(duì)稱規(guī)律分布,因此將0.5作為可形成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)縫的地應(yīng)力差異系數(shù)上限。根據(jù)以上2個(gè)參數(shù)將可壓性甜點(diǎn)劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(等級(jí)概念同地質(zhì)甜點(diǎn))三個(gè)等級(jí),建立的鄂爾多斯盆地海相頁(yè)巖氣儲(chǔ)層可壓性甜點(diǎn)分類評(píng)價(jià)如表6所示。

表6 鄂爾多斯盆地海相頁(yè)巖氣儲(chǔ)層可壓性甜點(diǎn)分類評(píng)價(jià)

研究區(qū)根據(jù)脆性礦物和巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算得到的脆性指數(shù)分別為36.23%～50.89%、46.43%～56.36%,地應(yīng)力差異系數(shù)為0.071 8～0.08,全部在可壓性甜點(diǎn)分類評(píng)價(jià)方案的Ⅱ級(jí)以上,說(shuō)明研究區(qū)的可壓性特征較好,可在壓裂改造措施后形成縫網(wǎng),有利于頁(yè)巖氣的開(kāi)采。

5 結(jié)論

(1)儲(chǔ)層巖石類型為灰褐色泥頁(yè)巖,黏土礦物以伊利石和伊蒙混層為主;孔徑范圍集中分布在2～4 nm和35～61 nm,主要發(fā)育的孔隙類型為粒間孔、黏土礦物層間孔和粒內(nèi)孔;總有機(jī)碳含量平均為1.005%,鏡質(zhì)體反射率平均為1.75%;根據(jù)礦物含量和巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算得到脆性指數(shù)分別平均為44.19%和51.4%。

(2)脆性礦物含量、楊氏模量、泊松比影響脆性指數(shù)及儲(chǔ)層實(shí)施壓裂可能性;烴源巖吸附氣量主控因素為巖石有機(jī)質(zhì)數(shù)量與分布、有機(jī)質(zhì)成熟度;黏土礦物內(nèi)發(fā)育的微孔結(jié)構(gòu)、孔比表面積、有機(jī)質(zhì)孔及總有機(jī)碳含量與頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的吸附能力具有較好的正相關(guān)關(guān)系;礦物連接形成的縫隙、不同空間展布的孔隙類型和孔隙體積決定了儲(chǔ)集層的儲(chǔ)集能力。

(3)鄂爾多斯盆地海相頁(yè)巖氣儲(chǔ)層地質(zhì)甜點(diǎn)分類評(píng)價(jià)應(yīng)重點(diǎn)考慮硅質(zhì)礦物含量、黏土礦物含量、孔比表面積、總有機(jī)碳含量、Ro值、孔徑大小和孔隙類型數(shù)量;建立了鄂爾多斯盆地西緣烏拉力克組海相頁(yè)巖氣儲(chǔ)層可壓性甜點(diǎn)分類評(píng)價(jià)方案,工程甜點(diǎn)評(píng)價(jià)應(yīng)以脆性指數(shù)和地應(yīng)力差異系數(shù)為主要參數(shù);目標(biāo)區(qū)所有參數(shù)都達(dá)到了Ⅱ級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn),初步認(rèn)為可作為甜點(diǎn)開(kāi)發(fā)區(qū)。

利益沖突聲明/Conflict of Interests

所有作者聲明不存在利益沖突。

All authors disclose no relevant conflict of interests.

作者貢獻(xiàn)/Authors’Contributions

張琳琳完成實(shí)驗(yàn)操作,參與論文撰寫(xiě)及修改;王孔杰參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);賴楓鵬參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和論文修改;郭偉和苗麗麗完成實(shí)驗(yàn)操作。所有作者均閱讀并同意最終稿件的提交。

ZHANG Linlin completed experimental operation, and participated in manuscript drafting and modification. WANG Kongjie participated in experimental design. LAI Fengpeng participated in experimental design and manuscript modification. GUO Wei and MIAO Lili completed expe-rimental operation. All the authors have read the last version of paper and consented for submission.