重庆地区页岩气资源及储层评价内容

雍海燕，黄 茜，王善善，徐 园，杨凌海，智松林

（西南石油大学，四川 成都610500）

前 言

页岩气是指以吸附和游离状态存在于页岩（或泥岩）及其间所夹砂质、粉砂质岩地层中的天然气，赋存状态和聚集模式不同于常规天然气藏，具有典型的“自生自储”成藏特征。作为最有可能接替常规天然气的油气资源，页岩气已在全球能源结构中扮演着重要角色。目前我国页岩气勘探开发的重点在四川盆地。四川盆地东南部和东部的重庆地区，页岩气资源量巨大。从国内外页岩气藏勘探开发成功的事例中，我们发现，高效合理开发页岩气藏的关键是准确的认识和评价页岩气储层。只有对储层进行详细的评价后，才能充分认识页岩气储层特征，找出页岩气“甜点区”，进行商业开发和生产，获得最大经济效益。因此，对页岩气资源丰富，但勘探程度较低的重庆地区来说，对页岩气储层进行准确评价显得尤为重要。

1 重庆页岩气资源

重庆位于川东高陡构造带和川南中低缓构造带，地跨扬子准地台和秦岭地槽褶皱系两大构造单元。经历多期次构造演化，沉积了一套有机质含量高、成熟度高、成藏条件好且厚度大的下古生界海相优质页岩。

根据全国页岩气资源战略选取评价预测，重庆地区页岩气地质资源量达12.75×1012m3，可采储量达2.05×1012m3。作为非常规天然气能源，页岩气资源在重庆的分布范围广，主要分布在渝东南的秀山－酉阳－彭水－黔江一带，渝东北的城口－巫溪一带，渝西南綦江、南川以及渝中西涪陵地区（图1），页岩气勘探开发潜力巨大。其中，涪陵焦石坝地区龙马溪组页岩气获得重大突破，标志着我国下古生界海相页岩勘探开发的成功。

图1 重庆地区页岩气资源分布图

2 储层评价内容

页岩本身既是源岩又是储集层，具有自生自储特征。页岩气储层致密，孔隙度、渗透率极低。孔隙结构区别于常规储层，具有脆性强、构造裂缝及微裂缝发育等特点。页岩储层性质的特殊性决定了其评价内容不同于常规油气储层。

重庆地区含气页岩储层主要位于下寒武统牛蹄塘组／水井沱组、上奥陶统五峰组、下志留统龙马溪组、上二叠统龙潭组（吴家坪组）、上三叠统须家河组、下侏罗统自流井组。国内黄勇斌、蒋裕强对页岩气储层的基本特征以及页岩气储层选区评价等方面进行过深入研究。结合重庆地区页岩气资源特征，对页岩气储层的评价内容包括：地化特征、矿物组成、孔渗参数、总含气量、有效厚度、裂缝发育程度、储层埋深、岩石力学特征。

2.1 地化特征

不同类型的干酪根具有不同的生烃潜力。研究证明，干酪根的类型影响天然气吸附率和扩散率。干酪根只有在达到一定成熟度后才能生烃。总有机碳含量（TOC）控制着气体含气量，决定着页岩的生气潜力，并受到沉积环境和热演化程度的影响。TOC含量越高，对气体的吸附能力越强。有机碳含量（TOC）对页岩气储层物性的控制作用体现在：一方面控制着页岩的物理和化学性质。有机质含有大量微孔隙，会增加页岩孔隙空间，直接影响吸附气的数量；另一方面控制着页岩的裂缝发育程度。

有机质成熟度（R0）反映有机质是否已经进入热成熟生气阶段（生气窗）。有机质成熟度越高，含气量越高。在热演化过程中，易形成有机质孔，有机质减少会增加脆性矿物的含量。

研究表明，重庆地区发育Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型有机质，生烃能力均较好，区内有机碳含量均大于1%，部分地区有机碳含量平均达到了5.6%，区内有机质热演化程度适中，一般在2% ～3%，未见小于1%的区域。

2.2 矿物组成

页岩的矿物组成主要由石英、长石等脆性矿物和伊利石、蒙脱石、伊－蒙混层矿物、高岭石、绿泥石等粘土矿物，常见黄铁矿。这些矿物对页岩气藏物性有两方面的作用：一是高脆性矿物含量易产生天然裂缝和应力诱导裂缝；二是粘土矿物具有高微孔隙体积和比表面积，吸附性能较强，吸附气量随粘土矿物含量增加而增加，但是蒙脱石等粘土矿物在钻井和水力压裂时会遇水膨胀，会给页岩钻井和完井带来风险。脆性矿物的含量越高、脆性越大，储层越容易改造。黄铁矿是无生物扰动的缺氧深水沉积的良好指标。

研究发现，重庆地区脆性矿物主要以石英为主，含量基本都大于40%，粘土矿物主要以伊利石、蒙脱石为主，含少量黄铁矿。

2.3 孔渗特征

岩石孔隙是储存油气的重要空间。孔隙度是确定游离气含量的关键参数，渗透率则是表征气体运移能力的重要物理量。孔隙度和渗透率直接影响着页岩气的产能。页岩的渗透率极低，一般在（0.001～0.000 01）×10－3μm2之间，是超低孔低渗的致密沉积岩。

含气页岩储集空间以纳米级有机孔为主，孔隙度大小直接控制着游离态天然气的含量，并与游离气量呈正相关。通常，优质页岩气层孔隙以大量的有机孔和少量的粘土矿物孔为主。高有机碳的页岩脆性好，构造裂缝极为发育，可以为页岩气的储集提供空间，增加页岩储层的孔隙度和相对渗透率。Sagar等人研究发现，页岩孔隙度与方解石等脆性矿物含量有一定相关性，方解石含量越低，储层的孔隙度越高，当方解石含量低于20%，储层的孔隙度介于2% ～10%。

国内学者对重庆地区页岩气储层物性进行分析后，认为下志留统龙马溪组孔隙度介于1.5%～7%，渗透率极低。

2.4 总含气量

富有机质页岩含气量的大小除受到页岩内部因素（有机地化参数、矿物组成、物性参数）的影响，同时还受到外部因素（温度、地层压力、深度）的影响。富有机质页岩吸附气含量随地层压力的增加而增加，吸附能力随着温度的增加而降低。

页岩气赋存形式具有多样性。含气量包括游离气、吸附气和溶解气，溶解气可忽略不计。吸附态页岩气的吸附场所主要位于有机质颗粒、中孔、微孔、宏孔隙和裂缝的孔壁上。页岩的气体吸附能力通常受到有机碳含量、矿物成分、含水量、孔隙结构、温度和压力等因素的影响。游离态页岩气主要储存于岩石孔隙与裂隙之中，保存条件成为制约其含量高低的重要因素。

国内目前对吸附气含量的测定主要通过解吸和测井获得，游离气测定主要通过确定游离气含气饱和度，建立岩电关系获得。吸附气、游离气含量的计算与区内页岩含气面积、有效厚度、地层压力等因素相关。

2.5 有效厚度

页岩达到一定厚度并连续分布，才能保证页岩气有足够的有机质和充足的储集空间，从而形成工业性页岩气藏。含气页岩有效厚度是指达到储量起算要求的含气层段中具有产气能力的储层厚度，即高伽马、富含有机质页岩储层（气层）的厚度。富含有机质页岩厚度越大，页岩气藏富集程度越高，含气量越丰富。要达到一定规模的页岩气藏，页岩厚度要在有效排烃厚度以上。含气页岩的有效厚度一般＞15m。

2.6 裂缝发育程度

裂缝可有效地改善储层的渗流能力。裂缝发育程度与脆性矿物含量呈正相关，脆性矿物含量高，脆性大，造缝能力强。裂缝的发育程度与游离气和吸附气含量呈正相关。裂缝越发育，有利于游离态天然气体积的增加和吸附态天然气的解吸。裂缝的发育程度决定着页岩气藏的品质和产量高低，页岩裂缝发育的气藏，品质越好，气藏的富集程度越高。

2.7 储层埋深

含气页岩的埋藏深度是评价页岩能否进行经济开发的重要参数。足够的埋藏深度保证有机质具备向油气转化所必需的温度和压力。储层的埋藏深度直接影响页岩气的生产和聚集。当埋深增加时，上覆岩层压力增大，页岩裂隙闭合，渗透率降低，产气量低。国内李武广等人研究发现，页岩层的产气能力与页岩气的渗透率呈正相关。

扬子地台下古生界海相页岩的埋藏深度主体分布在1 200～5 300m，页岩有利富集区分布在构造相对稳定的盆地斜坡或中心部位。研究表明，重庆地区页岩气层的埋藏深度一般在300～5 000m之间，属中－深层埋深。

2.8 岩石力学特征

在页岩开发过程中需要对储层进行压裂改造，岩石力学参数影响裂缝的形态、方位，决定了页岩储层改造的效果。因此，储层的岩石力学性质是评价页岩储层造缝能力的重要内容之一。借鉴国内外页岩气勘探开发的成功经验，将杨氏模量和泊松比作为评价页岩脆性的主要依据。

研究表明，泊松比低，杨氏模量高，可压性较好，利于复杂裂缝形成。以重庆焦石坝为例，含气页岩岩石力学具有典型的低泊松比、高杨氏模量特征。

3 结论

1）区内下古生界发育富有机质页岩，有机质影响着页岩生气能力和储集能力。埋藏深度适中、有机质含量高，有机质成熟度高，页岩含气量越高。

2）页岩矿物组成众多，石英方解石类的脆性矿物越多，脆性越大，越利于储层的压裂改造。粘土中的膨胀性矿物含量越低越好。

3）页岩储层致密、低孔低渗。脆性影响储层的物性，页岩脆性越好，构造裂缝越发育，可大大增加特低渗致密页岩储层的孔隙度和相对渗透率。

4）富含有机质页岩厚度越大，裂缝越发育，页岩气藏富集程度越高，含气量越高。

［J］5）低泊松比、高杨氏模量，页岩可压性好，利于储层改造。

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