四川盆地下志留統(tǒng)頁(yè)巖含氣性及其影響因素研究

張 快，李 東，王天依，林 璠，李 李

（成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都 610059）

頁(yè)巖氣屬于非常規(guī)天然氣資源，是指泥頁(yè)巖在各種地質(zhì)條件下生成且尚未完全排出的天然氣，往往以吸附態(tài)、游離態(tài)、溶解態(tài)等多種形式存在于泥頁(yè)巖地層當(dāng)中[1]。吸附態(tài)氣體主要吸附在粘土礦物和有機(jī)質(zhì)表面，游離態(tài)氣體主要存在于孔隙和天然裂縫當(dāng)中，溶解態(tài)氣體主要是溶解于頁(yè)巖油中[2]。主要分布在盆地內(nèi)厚度較大、分布較為廣泛的泥頁(yè)巖地層中。由于大部分產(chǎn)氣頁(yè)巖分布范圍廣、厚度大，且普遍含氣，這使得頁(yè)巖氣井與常規(guī)天然氣相比穩(wěn)產(chǎn)周期更長(zhǎng)。

四川盆地東南部下志留統(tǒng)頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)地球化學(xué)條件優(yōu)越，具有TOC 含量高、Ro 適中、Ⅰ類母質(zhì)的特點(diǎn)[3]。焦頁(yè)1 井龍馬溪組的平均TOC 含量為2.42 %；其中，中-低有機(jī)質(zhì)：TOC＜2 %，厚度約40 m；高有機(jī)質(zhì)：TOC 2 %～4 %，厚度約35 m ；富有機(jī)質(zhì)：TOC≥4 %，厚度約15 m；自下而上有機(jī)質(zhì)豐度總體呈減小的趨勢(shì)。其中下部有機(jī)質(zhì)豐度高，中部為4.01 %，上部為3.03 %。該井下部高產(chǎn)氣頁(yè)巖的Ro＞2.6 %，處于過(guò)成熟生氣窗內(nèi)的最佳的地化指標(biāo)范圍之內(nèi)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

北美勘探開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)表明，富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖能夠獲得重大突破的一個(gè)不可忽視的原因是普遍發(fā)育較深水、缺氧滯流沉積相帶[4]。四川盆地東南部下志留統(tǒng)頁(yè)巖處于陸棚背景，以深水陸棚亞相沉積為特色，有利于頁(yè)巖氣富集。根據(jù)巖心觀察，以及生物（放射蟲(chóng)與筆石）、巖性組合、沉積構(gòu)造、有機(jī)質(zhì)含量等沉積標(biāo)志確定焦頁(yè)1井下志留統(tǒng)龍馬溪組發(fā)育深水陸棚相黑色頁(yè)巖，而優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖（TOC＞2.0 %）厚度約為40 m。

2 頁(yè)巖地質(zhì)特征

下志留統(tǒng)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖主要集中在龍馬溪組底部，其巖性組合特征為自下而上黑色炭質(zhì)頁(yè)巖、灰黑色粉砂質(zhì)頁(yè)巖。其中焦頁(yè)1 井龍馬溪組埋深為2 150 m～2 420 m，下志留統(tǒng)龍馬溪組沉積時(shí)期，焦頁(yè)1 井反映了一個(gè)自下而上水體逐漸變淺的過(guò)程，底部發(fā)育硅質(zhì)頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖，向上陸源碎屑物質(zhì)逐漸增多。其中，底部發(fā)育黑色硅質(zhì)頁(yè)巖，向上發(fā)育粉砂質(zhì)頁(yè)巖和少量炭質(zhì)頁(yè)巖。彭頁(yè)1 井龍馬溪組埋深為1 750 m～2 150 m。與焦頁(yè)1 井相比，彭頁(yè)1 井展示了近乎相似的沉積特征，底部發(fā)育黑色炭質(zhì)頁(yè)巖，向上逐漸過(guò)渡為粉砂質(zhì)頁(yè)巖。河頁(yè)1 井龍馬溪組埋深為1 780 m～2 170 m。河頁(yè)1 井與焦頁(yè)1 井和彭頁(yè)1 井龍馬溪組整體沉積特征相似，但是其陸源碎屑較為發(fā)育。

圖1 焦頁(yè)1 井游離氣含量和吸附氣含量關(guān)系圖

3 含氣量分析

3.1 現(xiàn)場(chǎng)解吸方法與含氣量變化

四川盆地東南部頁(yè)巖含氣性極好。焦頁(yè)1 井在巖心出筒時(shí)，巖心表面氣泡密布，巖心浸水試驗(yàn)氣泡呈幕狀，直觀的說(shuō)明了頁(yè)巖高含氣性。從焦頁(yè)1 井現(xiàn)場(chǎng)含氣量解吸結(jié)果來(lái)看，龍馬溪組總含氣量介于0.44 m3/t～5.19 m3/t，平均值為1.97 m3/t，損失氣含量介于0.11 m3/t～3.9 m3/t，平均值為1.14 m3/t；解吸氣含量介于0.31 m3/t～1.4 m3/t，平均值為0.79 m3/t；殘余氣含量介于0.01 m3/t～0.07 m3/t，平均值為0.04 m3/t。據(jù)此焦頁(yè)1 井主要以損失氣與解吸氣為主。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析從上向下，巖心含氣量和游離氣含量逐漸增高，吸附氣變化不大，絕對(duì)含氣量逐漸增加。在2 370 m 界面以上，含氣量以吸附氣為主，在此界面之下含氣量以游離氣為主，吸附氣和游離氣含量呈正相關(guān)關(guān)系（見(jiàn)圖1、圖2）。

3.2 等溫吸附實(shí)驗(yàn)方法與頁(yè)巖儲(chǔ)層的吸附能力

據(jù)焦頁(yè)1 井8 塊實(shí)測(cè)等溫吸附分析化驗(yàn)數(shù)（見(jiàn)圖3測(cè)量溫度30 ℃），龍馬溪組下部?jī)?yōu)質(zhì)頁(yè)巖的吸附氣量最小值為3.64 m3/t，最大值為4.66 m3/t，平均值為4.1 m3/t；中部吸附氣量最小值為1.72 m3/t，最大值為2.56 m3/t，平均值為2.21 m3/t；上部吸附氣量最小值為2.22 m3/t，最大值為2.76 m3/t，平均值為2.49 m3/t，向上具備上、下高，中間低的兩高夾一低的三分特征。并且吸附氣量隨著TOC 含量的增加而升高，表明吸附能力也逐漸增強(qiáng)。

圖2 焦頁(yè)1 井游離氣占比和吸附氣占比關(guān)系圖

圖3 焦頁(yè)1 井龍馬溪組和五峰組頁(yè)巖等溫吸附特征

圖4 游離氣與孔隙度、脆性礦物、TOC、納米孔的關(guān)系

由于30 ℃條件下的等溫吸附實(shí)驗(yàn)未能反映地層條件下的真實(shí)情況，為此，利用郭少斌[5]實(shí)驗(yàn)結(jié)論，對(duì)焦頁(yè)1 井等溫吸附試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度校正，龍馬溪組溫度校正后最大吸附氣量平均值為1.28 m3/t；下部吸附氣量介于1.75 m3/t～2.77 m3/t，平均值為2.21 m3/t；中部介于0.45 m3/t～0.67 m3/t，平均值為0.56 m3/t；上部介于0.33 m3/t～0.87 m3/t，平均值為0.60 m3/t。校正后各樣品點(diǎn)真實(shí)的吸附氣量明顯小于等溫吸附試驗(yàn)結(jié)果，但總體趨勢(shì)相近。

4 含氣量影響因素

限于四川盆地東南部的局限性，為了反映更大范圍、更多類型、更加全面的含氣性變化，選取了焦頁(yè)1井、彭頁(yè)1 井、黃頁(yè)1 井、河頁(yè)1 井，4 口關(guān)鍵井，代表了成功井、失利井，以及高產(chǎn)井、低產(chǎn)井、空井的情況。由于含氣量的影響因素較多，本次研究選取孔喉半徑、有機(jī)質(zhì)面孔率、Smin 最小非飽和孔隙體積百分?jǐn)?shù)等參數(shù)進(jìn)行研究。

分析可知游離氣與TOC、孔隙度、脆性礦物含量呈一定的正相關(guān)，與粘土礦物含量呈一定的負(fù)相關(guān)性，增加而增加，且TOC≥3.0 %，孔隙度≥1.4 %后呈跳躍升高（見(jiàn)圖4）。

分析可知吸附氣與TOC、納米孔隙度、脆性礦物含量具有一定的正相關(guān)性，與粘土礦物含量具有一定的負(fù)相關(guān)性，但相關(guān)性均欠佳，沒(méi)有明顯的跳躍，也無(wú)快速的升高（見(jiàn)圖5）。

游離氣、吸附氣均受保存條件影響。盆地之內(nèi)，壓力系數(shù)一般較高，保存條件好，游離氣多；盆地之外，壓力系數(shù)一般低，保存條件差，游離氣、吸附氣含量均不高。

圖5 吸附氣與孔隙度、脆性礦物、TOC、納米孔的關(guān)系

5 結(jié)論

根據(jù)焦頁(yè)1 井的分析結(jié)果認(rèn)為：總含氣量（吸附氣和游離氣）隨著深度的增加而呈明顯的增加趨勢(shì)，各地質(zhì)分段游離氣量均明顯高于吸附氣量，具備自上而下氣測(cè)異常值逐漸增加的特點(diǎn)。根據(jù)多口特征井分析認(rèn)為：游離氣主要受孔隙度、脆性礦物、TOC 和納米孔孔隙度的影響，吸附氣主要受TOC 控制，二者均受保存條件影響。

［1］ 唐顯春，曾輝，張培先，等.宜城地區(qū)荷塘組頁(yè)巖含氣性淺析［J］.油氣藏評(píng)價(jià)與開(kāi)發(fā)，2011，4（1）：78-84.

［2］ Curtis J B.Fractured shale-gas system ［J］.AAPG bulletin，2002，86（11）：1921-1938.

［3］ 徐國(guó)盛，張震，羅小平，等.湘中和湘潭東南拗陷上古生界泥頁(yè)巖含氣性及其影響因素［J］. 成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，10（5）：577-586.

［4］ 曾祥亮，劉樹(shù)根，黃文明，等，四川盆地志留系龍馬溪組頁(yè)巖與美國(guó)Fort worth 盆地石炭系Barrnet 組頁(yè)巖地質(zhì)特征對(duì)比［J］.地質(zhì)通報(bào)，2011，30（2/3）：372-384.

［5］ 郭少斌，黃磊.頁(yè)巖氣儲(chǔ)層含氣性影響因素及儲(chǔ)層評(píng)價(jià)-以上揚(yáng)子古生界頁(yè)巖氣儲(chǔ)層為例［J］.石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2013，35（6）:601-606.