鄂爾多斯盆地頁巖地質特征及“甜點區”預測方法研究

馮 晟

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

非常規天然氣作為一種接替石油和常規天然氣產能的重要資源，具有清潔環保、儲量豐富等優點，一般分為煤層氣、致密氣和頁巖氣三種[1]。其中煤層氣通常具有埋深較淺、開發難度較低的優點，主要以低成本、低難度、大批量的淺層開發為主。隨著勘探技術的進一步提高，埋深較深、儲層物性較差的致密氣逐漸進入開發范圍，但目前致密氣藏儲層改造成本較高，極大制約了工業化開采的進程。為響應持續勘探開發頁巖氣的政策要求，對鄂爾多斯盆地頁巖氣藏進行更加深入的研究迫在眉睫[2-3]。

本文綜合運用巖心、露頭、測井、錄井等資料，綜合分析了鄂爾多斯盆地山西組2段至本溪組2段的沉積環境及對泥頁巖分布的控制作用，在對泥頁巖地質特征認識基礎上，形成了一套研究區塊頁巖儲層甜點區預測方法，對鄂爾多斯盆地頁巖氣藏勘探開發具有重要指導意義。

1 鄂爾多斯盆地頁巖氣開發難點分析

目前鄂爾多斯盆地主要以煤層氣和致密氣開采為主，對頁巖氣的勘探潛力進行系統研究相對較少，認識不夠深入。該區塊頁巖氣研究主要難點集中于：（1）整體地質沉積以海陸過渡相為主，富有機質泥頁巖單層厚度都不大，不利于頁巖氣單層獨立開發。因此，除了針對純泥頁巖進行研究外，還需要考慮泥頁巖夾層的薄砂層、粉砂及泥包砂層等巖性；（2）頁巖氣儲層復雜，包括富有機質暗色頁巖及夾層狀的粉砂質泥頁巖、泥質粉砂巖、粉砂巖或砂巖，不同的頁巖氣儲層特征差異明顯；（3）頁巖儲層孔隙度、滲透率極低，頁巖氣開發一般無自然產能或低產，單井生產周期長，經濟開采需要大型多級水力體積壓裂和水平井技術[4-5]。

2 目標區塊地質構造分析

2.1 整體沉積環境分析

在區域沉積體系研究的基礎上，通過巖心觀察分析，并對比周緣露頭剖面的研究資料，結合鉆井綜合錄井、地震解釋成果和地球化學等資料，對單井進行詳細的沉積微相、亞相、相研究，進行沉積相綜合對比，揭示在不同沉積時間內的沉積體系類型及變化。

按照臨興中區氣田不同時代沉積特點，依據沉積結構、構造，并結合測井響應特征，申報區主要目的層上古生界沉積環境經歷了太原組海相潮坪-障壁-潟湖沉積到山西組海陸過渡相三角洲沉積的發展演變。因此，將該地區石炭-二疊系劃分為海相障壁潮坪-潟湖沉積體系和陸相湖泊-三角洲沉積體系兩種類型。

2.2 沉積相劃分

（1）本溪組、太原組。鄂爾多斯盆地在經歷了早奧陶世末－晚石炭世末1億多年的抬升剝蝕后，于本溪-太原期開始整體下沉接受沉積，華北海和秦祁海大范圍海侵，形成了廣泛分布的海相碳酸鹽巖和海陸過渡相陸源碎屑沉積，其沉積特征總體可概括為海相三角洲沉積體系、障壁海岸沉積體系與廣海陸棚沉積體系，如圖1所示。

圖1 本溪組、太原組沉積相圖

（2）山西組。山西期海水退出鄂爾多斯盆地，沉積環境由海相轉變為陸相，東西差異基本消失，而南北差異沉降和相帶分異增強，在臨興地區發育了河流-三角洲沉積體系。臨興中氣田山西組發育三角洲前緣亞相。該期的突出特征是以水下分流河道微相和水下分流間灣微相為主，其展布方向近南北向。由于曲流河的側向遷移，多期道砂體疊置使山西組砂體具有以帶狀分布為主，局部成連片狀分布的特點，泥巖主要分布在水下分流間灣中。

2.3 泥頁巖分布的控制作用

沉積環境直接控制泥巖發育情況，其中，在本溪組、太原組，泥坪、泥炭坪泥巖厚度較大，砂坪、障壁島砂體厚度較大，灰巖多局限發育。

（1）本溪組。本1段泥地比在21%～80%之間，在研究區北部東緣泥地比較高，泥巖發育，表征穩定的泥坪沉積環境；中部泥巖不發育，泥地比較小，表征砂坪、混合坪等較高能沉積環境，南部西緣泥地比較高，表征局限的泥坪沉積環境，東部泥地比較低，局部發育砂坪沉積；本2段較本1段泥巖發育程度高，在13%～90%之間，研究區大部分區域泥地比在80%以上，反映本2段沉積時，較為穩定的低能沉積環境，表征大片的泥坪沉積環境。

（2）太原組。太1段泥地比在26%～91%之間，大部分區域泥地比在60%以上，呈現東西分帶的特點，中部泥地比較高，西部和東部泥地比較低；太2段泥地比區域差異較大，南部泥巖發育，泥地比大都在60%以上，北部較低，表征南部主要發育泥坪相，北部障壁島、砂坪發育。

（3）山西組。本次研究主要針對山西組2段，全區泥地比大都在40%以上，具有南北分區的特點，其中南部泥巖最發育，泥地比大都在80%以上，北部泥地比零星區域較高，中部泥地比低。

3 頁巖儲層“甜點區”預測方法研究

3.1 “甜點區”預測方法

研究區為海陸過渡相頁巖層系，在埋深、厚度、有機質含量、熱演化程度、含氣量等方面具有良好的頁巖氣地質條件及勘探開發前景。與海相頁巖相比具有以下地質特征：（1）巖相變化大，與煤層（線）、致密粉砂巖（砂巖）互層；（2）有機質類型以Ⅱ-Ⅲ型干酪根為主，偏生氣，有機質豐度和成熟度較高，生氣能力強；（3）儲集層介孔發育，具備高儲集能力；（4）富有機質夾薄層砂巖條帶的巖性組合脆性礦物含量高，脆性指數可達到40%以上。為更好指導海陸過渡相頁巖氣勘探潛力評價，結合工區海相頁巖氣勘探目標優選方法和測井解釋方法，建立海陸過渡相頁巖氣“五步四關鍵三原則”的勘探評價流程。

“甜點區”評價五步分別為：實驗測試及評價、基礎地質評價、巖心標定建立測井解釋數據庫、測井解釋評價、選區及潛力評價。

四關鍵分別為：建立現場含氣測試段與室內巖心實驗相統一的實驗測試數據庫、生產測試相結合篩選顯示層段及優選關鍵解釋參數、優選“地質+工程”甜點地質參數測井解釋模型、結合富集關鍵參數下限構建選區參數體系。

同時在構建選區參數體系及潛力評價中需遵循三個對比原則：優先采用工區富集下限參數、優先借鑒鄰近已獲突破或成熟區塊類似層段選區參數、優先類比鄰近已獲突破或成熟區塊類似層段生產數據。

3.2 參數體系建立

遵循構建選區參數體系及潛力評價三個對比原則，在參考現有海相頁巖氣評價指標基礎上，優先采用本區TOC、孔隙度等富集參數與含氣量為1 m3/t時對應的下限指標，優先借鑒鄂爾多斯東緣某層段評價標準，建立了海陸過渡相頁巖氣有利區評價參數體系，見表1。

表1 海陸過渡相頁巖氣有利區評價參數表

富集參數重點考慮頁巖厚度、TOC值、孔隙度、含氣量。可壓性參數，由于研究區頁巖層段埋深1 000～2 300 m，總體埋藏深度相對適中，以大于1 500 m為主，僅紫金山火山影響的構造復雜區局部埋深淺于1 400 m，因此重點考慮脆性指數。以一類有利區為例，其評價指標主要為頁巖厚度≥20 m、TOC值≥4%、孔隙度≥4%、含氣量≥2 m3/t、脆性指數≥40%、1 500 m≤埋深＜3 500 m。鑒于該區尚未進行頁巖氣井壓裂試采工作，采用優先類比鄰近已獲突破或成熟區塊類似層段生產數據的原則，類比鄂爾多斯東緣某層段頁巖甜點選區參數（TOC＞2%、孔隙度＞2%、含氣量＞2 m3/t、脆性礦物含量＞50%、發育微裂縫、頁巖厚度＞25 m、埋深＞1 500 m）范圍內的直井壓裂平均日產氣量可達0.6×104m3，預測工區一類有利區地質參數相對優于或者趨近于鄰區，勘探潛力較大；二類有利區潛力相對降低；三類有利區和構造復雜區資源潛力相對有限，勘探風險最高。

4 結論與認識

（1）鄂爾多斯盆地頁巖氣的勘探開發具有地質沉積復雜，富有機質泥頁巖單層厚度薄；地層巖性復雜特征不明顯，難以準確發現頁巖儲層；儲層物性較差，經濟開采需要大型多級水力體積壓裂等特點，為該區塊頁巖氣勘探開發帶來巨大困難。

（2）通過巖心觀察分析，研究區塊主要目的層上古生界沉積環境經歷了太原組海相潮坪-障壁-潟湖沉積到山西組海陸過渡相三角洲沉積的發展演變。其中本溪組、太原組沉積特征為海相三角洲沉積體系、障壁海岸沉積體系與廣海陸棚沉積體系；山西組為河流-三角洲沉積體系，部分地區發育三角洲前緣亞相。

（3）研究區頁巖氣藏在埋深、厚度、有機質含量、熱演化程度、含氣量等方面具有良好的地質條件及勘探開發前景，為更好指導海陸過渡相頁巖氣勘探潛力評價，結合工區海相頁巖氣勘探目標優選方法和測井解釋方法，建立了海陸過渡相頁巖氣“五步四關鍵三原則”的勘探評價流程。