川西南威遠(yuǎn)地區(qū)五峰—龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)層特征及甜點(diǎn)分布規(guī)律研究

胡 凱

(中石油長(zhǎng)城鉆探地質(zhì)研究院,遼寧 盤(pán)錦 124010)

四川威遠(yuǎn)國(guó)家頁(yè)巖氣示范區(qū)位于四川盆地西南部,構(gòu)造上處于川西南古中斜坡低褶帶,目的層五峰—龍馬溪組地層自西北向東南傾斜,五峰組自下而上分為五一段和五二段,龍馬溪組分為龍一段和龍二段,龍一段細(xì)分為龍一1和龍一2亞段,龍一1亞段分為4個(gè)小層:龍一11、龍一12、龍一13和龍一41。該示范區(qū)于2009年鉆探我國(guó)第一口頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)井——威X1井,并在目的層獲測(cè)試產(chǎn)量0.26×104m3/d,實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣勘探重大突破。發(fā)現(xiàn)威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田,為實(shí)現(xiàn)示范區(qū)地質(zhì)-工程一體化高效勘探開(kāi)發(fā)[1],有必要開(kāi)展儲(chǔ)層特征[2-3]及其甜點(diǎn)分布規(guī)律研究,進(jìn)而為地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)的選定提供依據(jù)。

目前,對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層特征及其甜點(diǎn)預(yù)測(cè)方面的研究較少,許多研究?jī)H局限于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部微觀尺度儲(chǔ)層特征研究,而對(duì)于宏觀尺度的研究較少。針對(duì)這一問(wèn)題,該研究利用已完鉆評(píng)價(jià)井測(cè)井、巖心分析、地震等資料對(duì)目的層的礦物組分及巖相特征、地球化學(xué)特征、儲(chǔ)層物性及孔隙結(jié)構(gòu)特征、地層壓力特征、含氣性特征、地質(zhì)力學(xué)特征及甜點(diǎn)分布規(guī)律等進(jìn)行研究,明確了地質(zhì)-工程甜點(diǎn),刻畫(huà)了頁(yè)巖甜點(diǎn)縱向和平面分布特征,進(jìn)而為優(yōu)化井位部署、鉆井壓裂地質(zhì)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

1 川西南威遠(yuǎn)地區(qū)頁(yè)巖儲(chǔ)層特征

1.1 礦物組分及巖相特征

之前的研究成果[4-12]表明頁(yè)巖中脆性礦物含量與儲(chǔ)層的物性、含氣性、可壓裂性、巖石力學(xué)特性等有著直接關(guān)系,因而要進(jìn)行儲(chǔ)層特征研究,首先要研究礦物組分特征,尤其是脆性礦物含量和黏土含量。

全巖分析結(jié)果表明,頁(yè)巖礦物組成成分復(fù)雜,主要造巖礦物有石英、長(zhǎng)石、方解石、白云石、黏土等,如表1所示,縱向上總體呈現(xiàn)出黏土含量減小,脆性礦物含量增加的特征,并且龍一11小層中下部脆性礦物含量約為80%,脆性最好。

表1 全巖分析結(jié)果Table 1 Whole rock analysis results

在儲(chǔ)層礦物含量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,依據(jù)硅質(zhì)含量、碳酸鹽巖含量、黏土含量的不同,將頁(yè)巖劃分為5種巖相,劃分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。利用該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行單井相劃分,如圖1所示,縱向上,龍一1亞段硅質(zhì)頁(yè)巖比例自上而下逐漸增大,龍一11小層中下部巖相主要為硅質(zhì)頁(yè)巖,而硅質(zhì)頁(yè)巖物性、烴源巖特性、電性、含氣性、脆性最佳,儲(chǔ)層品質(zhì)最優(yōu),因而優(yōu)勢(shì)巖相主要分布在龍一11小層中下部。

表2 頁(yè)巖巖相劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Standard for lithofacies division of shale

圖1 威X7井巖相劃分綜合圖Fig.1 Lithofacies division result of Wei X7 well

1.2 地球化學(xué)特征

有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)類(lèi)型及其特性[13-14]是頁(yè)巖氣聚集成藏重要的控制因素之一,是評(píng)價(jià)頁(yè)巖儲(chǔ)層生烴能力的重要指標(biāo),只有達(dá)到一定門(mén)限值時(shí),才能形成有工業(yè)價(jià)值的頁(yè)巖氣藏。

1.2.1 有機(jī)質(zhì)類(lèi)型及其成熟度

有機(jī)質(zhì)類(lèi)型影響烴源巖生烴量及干酪根吸附能力。可利用巖心進(jìn)行有機(jī)質(zhì)類(lèi)型檢測(cè),如表3所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為I或II1型,滿(mǎn)足大規(guī)模生烴的條件。

表3 威X7井全巖顯微組分測(cè)定結(jié)果Table 3 Maceral result of Wei X7 well

有機(jī)質(zhì)成熟度是評(píng)價(jià)頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)熱演化程度的重要指標(biāo)。威X7井成熟度測(cè)試分析結(jié)果表明:鏡質(zhì)體反射率Ro為2.76%～2.82%,平均2.79%,其全巖筆石體反射率測(cè)定結(jié)果如表4所示,表明烴源巖已達(dá)到主生氣階段,達(dá)到過(guò)成熟階段,以產(chǎn)干氣為主。

表4 威X7井全巖筆石體反射率測(cè)定結(jié)果Table 4 Roresult of graptolite

1.2.2 有機(jī)碳特征

威X2,威X7及自X3這3口井巖心分析TOC結(jié)果如圖2所示。可以看出,龍一1亞段有機(jī)碳平面上各井可對(duì)比性好,縱向上總體自上向下逐漸增加,龍一14上部TOC基本小于2%,龍一11中下部最大,TOC為4%～8%,龍一14中下部TOC比龍一13和龍一12值高,五峰組TOC主要分布在0%～4%。

圖2 威X2,威X7和自X3井有機(jī)碳含量圖Fig.2 TOCprofile of Wei X2,Wei X7 and Zi X3

1.3 儲(chǔ)層物性及孔隙結(jié)構(gòu)特征

1.3.1 儲(chǔ)集空間類(lèi)型及孔隙結(jié)構(gòu)特征

威遠(yuǎn)地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)集空間類(lèi)型復(fù)雜多樣,按其成因主要可分為4種孔隙類(lèi)型:有機(jī)質(zhì)孔、粒間孔、晶間孔及晶內(nèi)溶孔,如圖3所示。

圖3 威遠(yuǎn)地區(qū)掃描電鏡圖Fig.3 SEMof Weiyuan area

氮?dú)馕椒ㄔ诒碚骺紫督Y(jié)構(gòu)時(shí)既能反映微觀結(jié)構(gòu)又能體現(xiàn)總體特征。威X7井分析化驗(yàn)結(jié)果表明,龍一11、龍一13和龍一14小層中下部孔體積和比表面積較大,如表5所示,表明儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征與有機(jī)質(zhì)發(fā)育程度緊密相關(guān)[15]。

表5 威X7井氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 Nitrogen adsorption experimental results of Wei X7 Well

1.3.2 孔隙度特征

巖心分析孔隙度如表6所示,結(jié)果表明:縱向上龍一11小層孔隙度最大,之后依次為龍一13、龍一14、龍一12和五峰組,并且小層內(nèi)孔隙度變化較大,表明儲(chǔ)層在縱向上和平面上非均質(zhì)性較強(qiáng)。

表6 威遠(yuǎn)地區(qū)頁(yè)巖巖心分析孔隙度Table 6 Core analysis porosity of Weiyuan area

1.3.3 滲透率特征

巖心分析基質(zhì)滲透率如表7所示,結(jié)果表明:縱向上龍一11小層滲透性最好,之后依次為龍一13、龍一12、龍一14、五峰組,并且不同井滲透率分布范圍變化較大,表明儲(chǔ)層在縱向上和平面上非均質(zhì)性較強(qiáng),如圖4所示。

表7 威遠(yuǎn)地區(qū)頁(yè)巖巖心分析基質(zhì)滲透率Table 7 Core analysis per meability of Weiyuan area

圖4 威X2井龍馬溪組基質(zhì)滲透率縱向分布圖Fig.4 Longitudinal matrix per meability distribution of Wei X2 well

1.4 地層壓力特征

壓力系數(shù)見(jiàn)表8,測(cè)試結(jié)果表明:壓力系數(shù)為1.40～1.99,并且壓力系數(shù)與埋深有較好的相關(guān)性,埋深越深,壓力系數(shù)越大,壓力系數(shù)大于1.2,為超壓地層,表明頁(yè)巖氣藏保存條件較好。

表8 威遠(yuǎn)地區(qū)頁(yè)巖壓力系數(shù)Table 8 Pressure coefficient of Weiyuan area

1.5 含氣性特征

取心井解析法[16-17]實(shí)測(cè)含氣量見(jiàn)表9,結(jié)果表明:五峰-龍一1 亞段含氣量均大于2.0 m3/t,縱向上龍一11含氣量最高,之后依次為龍一12、龍一13、龍一41,五峰組含氣性最差。

表9 威遠(yuǎn)地區(qū)巖心井實(shí)測(cè)含氣量表Table 9 Core gas content of Weiyuan area

1.6 地質(zhì)力學(xué)特征

頁(yè)巖儲(chǔ)層的壓裂改造對(duì)頁(yè)巖氣的經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)至關(guān)重要,而儲(chǔ)層的巖石力學(xué)和地應(yīng)力特性是影響壓裂改造效果的重要參數(shù)。

1.6.1 巖石力學(xué)特征

巖石力學(xué)[16-17]實(shí)驗(yàn)和單井評(píng)價(jià)結(jié)果表明:目的層具有楊氏模量較高、泊松比較低的特征,并且龍一11小層中下部楊氏模量較大,泊松比最低,脆性指數(shù)最高,為儲(chǔ)層壓裂改造的工程甜點(diǎn)[18-19],如圖5所示。

圖5 威X7井巖石力學(xué)成果圖Fig.5 Geomechanics result of Wei X7 well

1.6.2 地應(yīng)力特征

室內(nèi)應(yīng)力實(shí)驗(yàn)表明,目的層為正斷層應(yīng)力狀態(tài),即δV＞δH＞δh。自X1井區(qū)的水平應(yīng)力差異系數(shù)明顯低于威X2井區(qū)和威X4井區(qū),指示地應(yīng)力場(chǎng)較為簡(jiǎn)單,儲(chǔ)層均質(zhì)性相對(duì)較好,更加有助于形成體積縫網(wǎng)。威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田典型井地應(yīng)力參數(shù)統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表10。

表10 威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田典型井地應(yīng)力參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table 10 Geomechanical parameter of typical well in Weiyuan area

2 頁(yè)巖儲(chǔ)層甜點(diǎn)分布規(guī)律

2.1 縱向甜點(diǎn)分布特征

在儲(chǔ)層特征研究的基礎(chǔ)上,依據(jù)威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”劃分標(biāo)準(zhǔn)(如表11)所示,對(duì)目的層段進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),結(jié)果表明,龍一11小層有機(jī)碳含量為4.9%,孔隙度為5.3%,含氣量為6.5 m3/t,脆性礦物含量為77.4%,為Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層,其他層為Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ類(lèi)儲(chǔ)層。龍一11小層具有儲(chǔ)層物性好、優(yōu)勢(shì)巖相、有機(jī)碳含量高、含氣量高、脆性指數(shù)高[19]的特征,為縱向上的地質(zhì)-工程“甜點(diǎn)”,如圖6所示。

表11 威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田甜點(diǎn)劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 11 Dessert classification standard of Weiyuan area

圖6 威X7井“甜點(diǎn)”評(píng)價(jià)綜合圖Fig.6 Sweet spot evaluation of Wei X7 well

2.2 平面甜點(diǎn)分布特征

目前,地震反演是刻畫(huà)頁(yè)巖氣平面甜點(diǎn)分布特征的主要技術(shù)手段,并且應(yīng)用效果較好。該研究基于疊前道集資料,采用疊前同時(shí)反演方法對(duì)目的層的有機(jī)碳含量、孔隙度、含氣量等參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè),同時(shí)依據(jù)威遠(yuǎn)地區(qū)頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”劃分標(biāo)準(zhǔn),對(duì)地震反演預(yù)測(cè)的各種儲(chǔ)層參數(shù)進(jìn)行歸一化處理和模糊優(yōu)化分析,形成綜合評(píng)價(jià)參數(shù),利用該參數(shù)對(duì)“甜點(diǎn)”區(qū)平面分布特征進(jìn)行評(píng)價(jià)[20-25]。綜合評(píng)價(jià)指數(shù)≥1為Ⅰ類(lèi)甜點(diǎn)區(qū),0.9≤綜合評(píng)價(jià)參數(shù)＜1為Ⅱ類(lèi)甜點(diǎn)區(qū),0.7≤綜合評(píng)價(jià)參數(shù)＜0.9為Ⅲ類(lèi)甜點(diǎn)區(qū),綜合評(píng)價(jià)參數(shù)＜0.7為Ⅳ類(lèi)甜點(diǎn)區(qū),如圖7所示。預(yù)測(cè)結(jié)果表明,平面上甜點(diǎn)區(qū)主要分布在研究區(qū)的東部,整體上由東向西具有由Ⅰ類(lèi)甜點(diǎn)逐漸過(guò)渡為Ⅳ類(lèi)甜點(diǎn)的特征,南部甜點(diǎn)級(jí)別好于北部,工區(qū)東南區(qū)域甜于西北區(qū)域。

圖7 工區(qū)甜點(diǎn)分布平面圖Fig.7 Plan of dessert distribution in work area

3 結(jié)論

1)儲(chǔ)層特征研究結(jié)果表明,五峰-龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)層的優(yōu)勢(shì)巖相為硅質(zhì)頁(yè)巖,縱向上主要分布在龍一11小層;有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為Ⅰ或Ⅱ1型,烴源巖已達(dá)到過(guò)成熟階段,有機(jī)碳含量整體上自上而下逐漸增加,其中龍一11小層最高;儲(chǔ)集空間主要類(lèi)型分為有機(jī)質(zhì)孔、粒間孔、晶間孔及晶內(nèi)溶孔,物性特征龍一11小層優(yōu)于龍一12、龍一13、龍一14;地層壓力系數(shù)大于1.2,為超壓地層;縱向上龍一11含氣量最高,龍一14下部次之,之后依次為龍一13、龍一12、龍一14上部;龍一11小層楊氏模量較高,泊松比較低,為儲(chǔ)層壓裂改造的工程甜點(diǎn)。

2)頁(yè)巖儲(chǔ)層七性關(guān)系綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明龍一11小層為縱向上的地質(zhì)-工程甜點(diǎn)。

3)平面上甜點(diǎn)區(qū)主要分布在研究區(qū)的東部,整體上由東向西具有由Ⅰ類(lèi)甜點(diǎn)逐漸過(guò)渡為Ⅳ類(lèi)甜點(diǎn)的特征,南部甜點(diǎn)級(jí)別好于北部,工區(qū)東南區(qū)域甜于西北區(qū)域。