彭水地區五峰-龍馬溪組頁巖儲層特征研究

曹晶晶 ，朱聯強

(成都理工大學能源學院,四川 成都 610059)

目前頁巖氣勘探和開發的研究工作已引起國內外學者的廣泛關注，頁巖儲層是影響頁巖氣儲集能力和開采效果的主要因素。為了深入研究彭水地區五峰-龍馬溪組頁巖儲層的孔隙特征，本文在前人研究的基礎之上，通過氬離子拋光掃描電鏡觀察、氮氣吸附脫附等實驗對研究區頁巖儲層的微觀孔隙結構等進行研究，并有了一定認識，這對研究區目的層位頁巖氣的勘探開發工作有指導意義。

1 區域地質概況

圖1 研究區地理位置圖(據華東油氣分公司，2017)

彭水地區位于重慶市東南部，地處渝鄂黔隆起帶向渝東中臺坳下降的斜坡上，構造上以槽-檔過渡區為主。東部發育湘黔鄂沖斷帶，南面發育峨眉山-涼山沖斷帶，西面為龍門山沖段帶，北部為米蒼山-大巴山沖斷帶[1]。出露地層從震旦系至第四系均可見，沉積厚度為6000～12000m，奧陶-志留系至今儲層厚度為0～1600m(圖1)。

研究區在燕山早期受NW向擠壓，晚期發生SN向壓扭走滑，是目前東西分帶、南北分塊構造格局形成的原因。燕山早期來自NW-SE向的擠壓應力，形成NE走向褶皺；燕山晚期，受限于揚子板塊西緣和黔中古隆，發育SN向壓扭走滑斷層。

2 孔隙特征

在前人研究的基礎上通過掃描電鏡觀察，可以將五峰-龍馬溪組的泥頁巖儲層孔隙劃分為無機孔隙和有機孔隙兩大類，其中無機孔隙可進一步劃分為粒間孔、溶蝕孔、晶間孔。

2.1 孔隙類型

2.1.1 粒間孔

彭水地區五峰-龍馬溪組泥頁巖中粒間孔不常見，其中以脆性礦物間的孔隙和粘土礦物間的孔隙為主要存在形式；一般而言，脆性礦物間的孔隙被有機質充填，孔滲都比較差[2]。粘土礦物間的孔隙主要分為兩大類：①顆粒脫水導致其體積縮小而形成的粒間孔；②沿著粘土礦物表面發育的長條形粒緣微隙。因此粘土礦物的組分和含量、粘土礦物間的轉化以及在轉化過程中生成的礦物都會影響孔隙的發育特征。

2.1.2 溶蝕孔

次生溶蝕孔形成于中成巖期，主要分為粒間溶蝕孔和粒內溶蝕孔。

粒間溶蝕孔主要是由于礦物被沉積物或膠結物所交代溶解形成的孔隙。研究區五峰-龍馬溪組粒間溶蝕孔邊緣主要表現為不規則的鋸齒狀，可見明顯的溶蝕痕跡，常見于長石和碳酸鹽巖中。

粒內溶蝕孔孔徑大小和分布都相對均勻，主要由于礦物內部溶解而形成。研究區五峰-龍馬溪組粒內溶孔以石英顆粒內部溶孔和方解石顆粒內部溶孔常見。其中石英顆粒內部溶孔分布密集，表現為規則的圓形和橢圓形，孔隙邊緣較平滑；而方解石顆粒內部溶孔，呈現不規則形態，孔隙兩頭小中間大。

2.1.3 晶間孔

研究區五峰-龍馬溪組基質中廣泛分布著草莓狀黃鐵礦集合體，而研究區晶間孔通常以黃鐵礦晶粒間孔的形式存在，大多為納米級別的不規則形態的單晶粒間孔。

2.1.4 有機質孔

有機質孔作為頁巖氣的主要保存場所，于生烴過程中產生，儲存在有機質顆粒內部孔隙中。主要為納米級有機質孔，通常呈似蜂窩狀的不規則橢圓形或圓孔形。有機質孔的孔隙特征與有機質類型、含量以及成熟度有關，有機質孔發育程度與成熟度呈正相關[3]。

2.2 孔隙大小

根據前人研究成果，建立泥頁巖孔徑分類標準，將頁巖孔隙分為超大孔(>100μm)，大孔(1～100μm)，中孔(0.05～1μm)，小孔(0.002～0.05μm)和微孔(0～0.002μm)五類。

研究區五峰-龍馬溪組泥頁巖儲層孔隙基本為小孔和微孔，孔徑大小介于0～0.005μm，占總體的76.39%，中孔和大孔所占比例很小；其中又以小于30nm為主，占孔隙總體的63.43%，表明小孔是研究區泥頁巖儲層的主要儲集空間，其次為微孔。

2.3 氮氣吸附實驗分析孔隙結構

De Boer對氮氣吸附實驗進行大量研究，將吸附曲線和脫附曲線在相對壓力較高處分離形成的脫附回線進行歸納總結，結合IUPAC(國際純化學與應用化學聯合會)建立劃分標準，最終將其劃分為H1、H2、H3、H4共四種類型，且不同類型的吸附回線對應不同的孔隙類型(圖2)。H1類型的脫附曲線與吸附曲線趨向于平行且與相對壓力軸呈近90°上升，這種類型的脫附回線說明微孔的大小和排列十分規則；H2類型主要是脫附曲線在分離時與相對壓力軸呈近90°的趨勢急速上升；H3類型則是吸附曲線在相對壓力P/Po趨近1.0時，與相對壓力軸呈近90°的趨勢上升；這兩類脫附回線反映了微孔的大小與排列都不規則，且對應的孔隙結構呈現兩端未封閉的狀態；與H1類型相反，H4類型是脫附曲線與吸附曲線趨向于平行且與相對壓力軸呈近水平狀的形態，反映了儲層孔隙主要是以微孔為主。

圖2 吸脫附回線分類及孔隙類型(據De Boer及IUPAC，1989)

彭水地區龍馬溪組頁巖孔隙形態復雜，實驗中樣品的吸附脫附曲線具有如下特征：總體上樣品的吸附曲線在壓力達到飽和蒸氣壓之前很陡，脫附曲線在中值壓力處很陡，表明研究區頁巖儲層具有納米級孔隙[4]。

通過氣體吸附法對孔隙結構的分析表明孔隙的類型主要是以兩端開口的圓筒形和平行板孔型為主，并含有少量的墨水瓶狀孔。

3 物性特征

3.1 孔隙度

研究區隆頁1井取心段測定巖石物性樣品，測得孔隙度分布在0.228%～5.87%之間，平均為4.25%；南頁1井取心段測定巖石物性樣品，測得的孔隙度介0.63%～5.313%，平均為3.25%。

3.2 滲透率

研究區隆頁1井的滲透率主要介于0.0045～1.16×10-3μm2，平均為0.28×10-3μm2；南頁1井的滲透率主要介于0.000592～0.18734×10-3μm2，平均為0.031×10-3μm2(表2)。

總體來說，研究區孔隙度分布大多2%以上，占總樣品的 90%。研究區整體滲透率較低，滲透率平均為 0.174×10-3μm2。由南頁1井的孔滲關系可以看出其孔隙度與滲透率的相關性較差，可能是由于孔隙不連通導致的；泥頁巖儲層整體呈特低孔特低滲的特點。

表1 研究區五峰-龍馬溪組物性統計表

4 結論

(1)彭水地區五峰-龍馬溪組頁巖孔隙類型可分為有機質孔(包括生物孔)、無機孔(粒間孔、溶蝕孔、晶間孔)。其中有機質孔分布最為廣泛，且有機質孔的孔隙特征與有機質類型、含量以及成熟度有關，且有機質成熟度與孔隙發育程度呈正相關。

(2) 研究區五峰-龍馬溪組泥頁巖儲層孔隙基本為小孔和微孔，其中小孔是研究區泥頁巖儲層的主要儲集空間，其次為微孔；根據物性數據得知，該區孔滲差，且相關性也很差，可能是由于孔隙不連通導致的。

(3) 彭水地區龍馬溪組頁巖孔隙形態復雜，研究區樣品的吸附脫附曲線表明研究區頁巖儲層具有納米級孔隙；通過氣體吸附法對孔隙結構進行分析，結果表明：孔隙的類型主要是以兩端開口的圓筒形和平行板孔型為主，并含有少量的墨水瓶狀孔。