黔北地區(qū)牛蹄塘組頁巖氣成藏規(guī)律及開采技術(shù)分析

寧凡

（長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054）

貴州省頁巖氣資源豐富，勘探前景較好，黔北地區(qū)牛蹄塘組富有機(jī)質(zhì)巖石厚度大，是目前勘探開發(fā)重點(diǎn)地區(qū)，最新勘探結(jié)果顯示，該地區(qū)頁巖氣含量占貴州省頁巖氣總儲(chǔ)量的49.33%[1]。目前，許多學(xué)者已對(duì)黔北不同地區(qū)牛蹄塘組沉積環(huán)境、烴源巖、有機(jī)質(zhì)成熟度及巖石物性特征等進(jìn)行了大量研究[2-3]，取得較大成果。但對(duì)牛蹄塘組在黔北地區(qū)的分布、頁巖氣成藏規(guī)律及開采技術(shù)方面研究較少，影響該地區(qū)頁巖氣開發(fā)。因此，總結(jié)前人在該地區(qū)的鉆井資料，對(duì)富有機(jī)質(zhì)巖石特征進(jìn)行研究，評(píng)價(jià)不同地區(qū)頁巖氣開采潛力，并結(jié)合開采技術(shù)研究現(xiàn)狀，為該地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)提供參考。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)屬于上揚(yáng)子地塊黔北隆起區(qū)，橫跨遵義斷陷內(nèi)畢節(jié)NE向和鳳岡NNE向構(gòu)造變形區(qū)，區(qū)內(nèi)褶皺、斷層發(fā)育[4]。研究區(qū)內(nèi)震旦系至第四系均有出露，富有機(jī)質(zhì)巖石主要賦存層位是下寒武統(tǒng)牛蹄塘組、下志留統(tǒng)龍馬溪組及晚二疊世龍?zhí)督M[5]，其中下寒武統(tǒng)牛蹄塘組黑色巖系分布最為穩(wěn)定，且富含有機(jī)質(zhì)，是該區(qū)頁巖氣勘探的重點(diǎn)層位[6]。

研究區(qū)烴源巖形成于早寒武世早期，古地理格局呈西北高東南低，因此水體向東南向逐漸加深，沉積環(huán)境由淺海陸棚向深水陸棚轉(zhuǎn)換，并在地層上有所反應(yīng)，如圖1所示[2]。圖1顯示，牛蹄塘組富有機(jī)質(zhì)巖石巖性主要為黑色炭質(zhì)頁巖、泥巖、黑色鈣質(zhì)頁巖等碎屑巖，偶夾有灰色鈣質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)灰?guī)r，巖性變化穩(wěn)定，其中在遵義、鳳岡地區(qū)厚度較大，均超過100 m，埋深大于1 000 m，并向南西、北東向逐漸遞減。

圖1 黔北地區(qū)牛蹄塘組富有機(jī)質(zhì)巖石分布圖

2 有機(jī)質(zhì)含量及成熟度

黔北地區(qū)有機(jī)質(zhì)類型主要有腐泥組、殼質(zhì)組，惰性組與鏡質(zhì)組很少。其中金沙地區(qū)牛蹄塘組巖石中有機(jī)質(zhì)含量在0.36%～11.8%之間，平均為4.79%，有機(jī)質(zhì)成熟度平均為3.02%[5]；遵義地區(qū)牛蹄塘組有機(jī)質(zhì)平均含量在5.8%左右，有機(jī)質(zhì)成熟度平均為3.85%[7]；鳳岡地區(qū)牛蹄塘組有機(jī)質(zhì)含量在1.13%～7.19%之間，平均為5.97%，有機(jī)質(zhì)成熟度平均為1.99%[8]；沿河地區(qū)牛蹄塘組有機(jī)質(zhì)含量在0.51%～9.83%之間，平均為4.06%，有機(jī)質(zhì)成熟度小于3%[9-10]。因此，黔北地區(qū)北西—南東向牛蹄塘組有機(jī)質(zhì)含量變化不大，平均在4%左右，其中鳳岡地區(qū)有機(jī)質(zhì)含量最高，達(dá)5.97%；有機(jī)質(zhì)成熟度除鳳岡地區(qū)處于高成熟階段，金沙、遵義及沿河地區(qū)有機(jī)質(zhì)均處于過高成熟階段，烴源巖進(jìn)入生氣階段。

3 礦物組成及孔滲特征

3.1 礦物特征

根據(jù)前人資料，金頁1井牛蹄塘組巖石中以石英和黏土礦物（主要為伊利石和綠泥石）為主，平均含量分別為30%、47%，碳酸鹽礦物為9.2%，黃鐵礦為7.0%，長(zhǎng)石為6.7%，另外含有極少的磷灰石及其他礦物；綏頁1井中牛蹄塘組中巖石礦物成分以石英和長(zhǎng)石等碎屑礦物為主，平均含量為66.12%，方解石、白云石、黃鐵礦等含量總體較低，平均為14.60%，黏土礦物平均含量為19.8%，以伊蒙混層為主，其次為綠泥石；永鳳1井牛蹄塘組巖石中礦物以石英、長(zhǎng)石為主，平均含量為42.3%，黏土礦物（主要為伊利石和綠泥石）平均含量為20.5%，碳酸鹽礦物平均含量為12.1%，其他如黃鐵礦、菱鐵礦等含量較少，在9.2%左右；渝科1井牛蹄塘組巖石中碎屑礦物以石英和長(zhǎng)石為主，平均含量為51.34%，黏土礦物（主要為伊利石、其次為綠泥石）平均含量為32.74%，碳酸鹽礦物含量為13.02%，黃鐵礦含量較少，平均為2.81%。因此，黔北南西—北東向富有機(jī)質(zhì)巖石中礦物成分以石英、長(zhǎng)石、方解石、白云石等脆性礦物和黏土礦物為主，其中脆性礦物含量大于50%。

3.2 孔滲特征

金頁1井牛蹄塘組巖石孔隙度為0.52%～6.92%，平均2.70%，滲透率除個(gè)別異常點(diǎn)外，普遍在0.001～0.3 mD之間，平均為0.044 mD；綏頁1井牛蹄塘組巖石有效孔隙度為0.31%～1.54%，平均為0.93%；滲透率為0.000 7～0.007 8 mD，平均為0.003 4 mD；永鳳1井牛蹄塘組巖石孔隙度為1.39%～2.13%，平均為1.87%，滲透率為0.001 6～0.007 3 mD，平均為0.003 6 mD；渝科1井牛蹄塘組巖石孔隙度為0.6%～2.0%，平均為1.36%，滲透率為0.005 2～0.007 2 mD，平均為0.005 7 mD。因此，黔北地區(qū)牛蹄塘組巖石物性變化未呈規(guī)律性變化，其中金沙地區(qū)牛蹄塘組巖石物性最好，其次為沿河地區(qū)，遵義地區(qū)最差。

4 頁巖氣開采潛力及開采技術(shù)分析

金沙地區(qū)烴源巖埋深淺，有效厚度為61.4 m，有機(jī)質(zhì)處于過成熟階段，孔滲性好，含氣量為2.44 m3/t，其上部巖性為灰黑色碳質(zhì)頁巖、粉砂巖，具有較好的封閉性，是良好的蓋層，頁巖氣勘探潛力大；遵義地區(qū)牛蹄塘組厚度較大，富有機(jī)質(zhì)巖石厚117.8 m，有機(jī)質(zhì)含量高，成熟度大于3%，含氣量1.14 m3/t，但巖石物性差，勘探開發(fā)前景小；鳳岡地區(qū)牛蹄塘組富有機(jī)質(zhì)巖石埋深較大，有機(jī)質(zhì)含量及成熟度高，孔滲性較差，含氣量為0.99 m3/t，其上部巖性為頁巖、碳質(zhì)頁巖，封閉性較好，因此也具備一定開發(fā)潛力；沿河地區(qū)牛蹄塘組富有機(jī)質(zhì)巖石埋深小于80 m，有效烴源巖厚57.7 m，有機(jī)質(zhì)及其成熟度較高，孔滲性較差，含氣量為1.01 m3/t，但埋深淺，仍具備一定勘探前景。

目前針對(duì)黔北地區(qū)頁巖氣的開采主要采取水力壓裂方式，但開采過程中水鎖效應(yīng)和壓裂液的選取是影響開采效果的重要因素。前人研究表明，采用清水+1%陶粒作支撐劑[11]可改善頁巖孔隙結(jié)構(gòu)，以烯丙基聚乙二醇、環(huán)氧氯丙烷、含氫硅油、有機(jī)胺合成有機(jī)硅表面活性劑，可減小頁巖氣開采過程中的水鎖效應(yīng)[12]。黔北地區(qū)牛蹄塘組頁巖氣開采潛力分析如表1所示。

表1 黔北地區(qū)牛蹄塘組頁巖氣開采潛力分析

5 結(jié)論

黔北地區(qū)牛蹄塘組頁巖氣含量自南西—北東向呈逐漸遞減趨勢(shì)，烴源巖厚度則以遵義、鳳岡地區(qū)為中心向南西—北東向遞減。勘探潛力分析顯示出金沙地區(qū)牛蹄塘組頁巖氣具備較好的開發(fā)潛力，遵義地區(qū)勘探開發(fā)前景低，鳳岡、沿河地區(qū)牛蹄塘組頁巖氣具備一定勘探前景。頁巖氣開采過程中應(yīng)用清水+1%陶粒支撐劑及合成有機(jī)硅表面活性劑，采取水力壓裂技術(shù)可取得較好效果。