PS区块页岩裂缝发育特征及其对储集能力的影响

郭君宇，王宁

（1.长江大学地球科学学院，湖北武汉430100；2.中国石化华东分公司石油勘探开发研究院，江苏南京210011）

PS区块页岩裂缝发育特征及其对储集能力的影响

郭君宇1，王宁2

（1.长江大学地球科学学院，湖北武汉430100；2.中国石化华东分公司石油勘探开发研究院，江苏南京210011）

通过采用扫描电镜、成像测井等分析方法分析了PS区块微裂缝的发育对泥页岩储集性能的影响。研究结果表明PS区块优质页岩段发育的微裂隙主要有高导缝、诱导缝和高阻缝。高导缝的存在对于页岩气含量是把双刃剑，高导缝发育有利于提高页岩气的储集空间，增加游离气含量，但裂缝规模较大，页岩气容易散失；而诱导缝与闭合缝通过后期压裂改造有助于气体产出。三种缝的存在说明PS区块具有较好的开发潜力。

龙马溪组；页岩气；裂缝发育；储集能力；PS区块

页岩气复杂孔隙结构及微纳米尺度流动通道的刻画给页岩气勘探开发带来了挑战[1-3]。特别是页岩储集体裂缝特征的描述是目前制约页岩气开发的瓶颈问题。裂缝是岩石中没有明显位移的断裂，它既是油气储集空间，也是渗流通道，国内外大量泥岩裂缝油气藏不断发现和北美地区对天然气勘探获得的巨大成功表明：在低孔、低渗富有机质泥页岩中可发育有足够的天然裂缝或岩石内的微裂缝和纳米级孔隙、裂缝时，经压裂改造可获得高产。因此，对页岩微裂缝的发育和分布特征进行研究具有重要的意义。

1 裂缝类型

通过对岩心的宏观描述及薄片、扫描电镜的微观分析认为，泥页岩中主要存在构造缝（张性缝和剪性缝）、层间页理缝、层面滑移缝、成岩收缩微裂缝和有机质演化异常压力缝5种裂缝[4-5]。

1.1 构造缝

构造缝是指由于局部构造作用所形成或与局部构造作用相伴而生的裂缝，主要是与断层和褶曲有关的裂缝，其方向、分布和形成均与局部构造的形成和发展有关。构造缝是泥页岩中最常见也是最主要的裂缝类型。根据力学性质的差别，又分为张性缝、剪性缝两种。张裂缝常切穿顺层缝，起到连通顺层裂缝的作用；剪性缝较张裂缝少，其产状变化也较大，有近垂直层面的菱形共轭剪节理，也有高角度的剪切裂缝。

1.2 层间页理缝

层间页理缝主要为具剥离线理的平行层理纹层面间的孔缝，为沉积作用所形成。一般为强水动力条件的产物，由一系列薄层页岩组成，页岩间页理为力学性质薄弱的界面，极易剥离，这种界面即为层间页理缝，层间页理缝是泥页岩中最基本的裂缝类型。

1.3 层面滑移缝

层面滑移缝是指平行于层面且具有明显滑移痕迹的裂缝，和层间页理缝相似，也是泥页岩中基本的裂缝类型之一。泥页岩层面发生的这种相对滑动主要与岩层在埋藏过程中平行于层面方向伸展率或收缩率的差异有关。层面结构是泥页岩最基本的岩石结构，层面也是最薄弱的力学结构面，无论在拉张盆地还是在挤压盆地中，层面滑移缝都是泥页岩中最基本的裂缝类型。层面滑移缝一般存在大量平整、光滑或具有划痕、阶步的面，且在地下不易闭合。

1.4 成岩收缩微裂缝

成岩收缩微裂缝指成岩过程中由于岩石收缩体积减小而形成的与层面近于平行的裂缝，形成这些裂缝的主要原因是干缩作用、脱水作用、矿物相变作用或热力收缩作用，与构造作用无关。成岩收缩裂缝包括脱水收缩缝和矿物相变缝。

1.5 有机质演化异常压力缝

结果表明，将苯、甲苯、环己烷、甲基环己烷等组分进行单独定量分析时，分别采用气体标准物质中n-C4架桥定量分析和样品气中n-C5架桥定量分析时，其中甲基环己烷分析结果的偏差最大，为0.0012%。

有机质演化异常压力缝指有机质在演化过程中产生局部异常压力使岩石破裂而形成的裂缝，有机质演化异常压力缝在有机碳含量较高的碳质泥页岩中普遍发育。这种裂缝一般缝面不规则，不成组系，多充填有机质，地下泥质岩超压微裂缝带在垂向上一般集中分布在一定的深度区间，在横向上呈区域性分布。

2 控制裂缝发育的地质因素

控制裂缝形成的因素复杂，从地质角度来看，主要受内因和外因2大因素控制。其中，外因主要包括区域构造应力、构造部位、沉积成岩作用和生烃过程产生的高异常地层压力；内因主要包括岩石、岩相和岩石矿物组成特征。在不同的地区可能有不同的控制因素[6]。总的来说影响裂缝的主要因素有岩性和矿物成分、构造作用、沉积成岩作用等。

3 PS区块页岩微裂缝发育类型和特征

3.1 区块地质概况

图1 PY1井FMI成像测井显示裂缝发育Fig.1Fissure development displayed by FMI image logging of well PY1

PS区块构造位置属于川东南武陵褶皱带，页岩主要发育在下寒武统水井沱组、上奥陶统五峰组和下志留统龙马溪组。PY1井位于区块桑柘坪向斜内，主力页岩位于志留系龙马溪组，该井在五峰―龙马溪组钻遇深水―半深水陆棚相黑色泥页岩103 m,气测录井解释含气层94 m，气测值全烃高达22.5%，为主要含气页岩段。取心显示页岩段有机碳TOC含量2%～4%，平均含气量0.19～2.46 m3/t，镜质体反射率在1.9%～3.1%，属于高成熟到过成熟阶段。储层有机孔隙发育相对无机孔隙较少，裂缝发育以高导缝与高阻缝（闭合缝）为主，脆性矿物含量适中，利于压裂改造。

3.2 龙马溪组页岩微裂缝特征

PY1井FMI成像测井显示本井裂缝相对发育的层段有：1 984～1 988 m，2 057～2 069 m，2 082～2 102 m，2 109～2 125 m，共50 m，发育在龙马溪组地层。龙马溪组地层发育2组裂缝：高导缝与高阻缝（图1）。

从PY1井五峰―龙马溪组层段的成像测井（FMI）资料（图2）和Ar离子抛光扫描电子显微镜照片中（图3）反映：

1）目的层段裂缝不太发育，主要发育有高导缝、闭合缝（高阻缝）和诱导缝三种类型的裂缝[7-8]；

3）目的层段的泥页岩容易产生诱导裂缝，反映了储层易于改造；

4）裂缝发育段在目的层段中间歇性出现，相当于龙马溪组泥页岩具有自生、自储、自盖的生储盖匹配模式；

5）Ar离子抛光扫描电镜照片中微裂缝多是被有机质充填。

高导缝属于以构造作用为主形成的天然裂缝，对于储层的形成和改造具有重要作用，整体上看高导缝发育的深度段（龙马溪组下部灰色泥岩段）气测录井全烃值和甲烷值均比较低，表明高导缝不利于页岩气富集；闭合缝（高阻缝）被电阻率较高的矿物如方解石充填，无法为页岩气提供储集空间，但能在后期的压裂改造中优先开启；诱导缝属于钻井过程中产生的人工缝，对储层原始储渗空间是没有贡献的，但可以反映泥页岩储层脆性特征较好，易于压裂改造，即龙马溪组底部含气量相对较高，黑色泥页岩易于压裂改造[8]。

图2 PY1井五峰—龙马溪组泥页岩FMI裂缝显示Fig.2Shale FMI fissure display of Wufeng-Longmaxi formation of well PY1

图3 PY1井五峰—龙马溪组泥页岩扫描电镜裂缝显示Fig.3Shale SEM fissure display of Wufeng-Longmaxi formation of well PY1

图4 PY1井五峰—龙马溪组泥页岩裂缝评价Fig.4Shale fissure evaluation of Wufeng-Longmaxi formation of well PY1

综上分析，区块龙马溪组页岩微裂缝宽度及延伸长度分布范围较大，受构造作用形成的高导缝较发育，闭合缝在龙马溪组底部较发育，钻井产生诱导缝在整个龙马溪组分布比较均匀，这些微裂缝在储层的压裂改造中优先开启，可以作为页岩气运移的通道，但从裂缝分布与页岩含气量对比来看，区块龙马溪组页岩微裂缝发育层段全烃值较低，不利于页岩气富集。

4 微裂缝发育对储集能力的影响

裂缝的发育程度对泥页岩的储集性能具有“有利”和“不利”两方面的影响。泥页岩的基质孔隙度很小，微裂缝的存在将极大提高页岩的储集空间，储存有足够的页岩气，进行商业生产（表1）。

从表1可以看出，页岩裂缝发育程度与总含气量和游离气量呈正相关关系，表现为页岩裂缝越发育，其含气量越大，气藏富集程度、产气量就越高。这主要是由于页岩气藏特殊的产气机制与常规低渗气藏不同，页岩气在裂缝和基质中的流动机理是微小的基质孔隙中的气体向大孔隙和裂缝作扩散运动，遵循达西定律；但基质孔隙表面的吸附气不再是达西流，而是在一定压力下发生解吸，裂缝的发育则有助于页岩层中游离态天然气体积的增加和吸附态天然气的解吸。天然裂缝发育程度决定着页岩气藏的品质和产量高低，一般来说，页岩裂缝越发育的气藏，其品质越好，气藏的富集程度越高。如果天然裂缝发育不够充分，则需要进行压裂来产生更多的裂缝与井筒相连，为天然气解析提供更大的压降和面积，在页岩气的储存和开发中，特别是在其单井初期的高产中，裂缝起了相当大的作用。但是如果裂缝规模过大，也会导致天然气的散失。

表1 各页岩气勘探区裂缝发育情况（盆地类型据丁文龙，2012）Table 1Fissure development state of each shale gas exploration area

研究区五峰―龙马溪组的顶部、底部以及中部发育有少量成像测井所能识别的裂缝（图4）。通过分析PY1井龙马溪组泥页岩层段裂缝发育特征与气测录井全烃值（全烃值高的深度点对应着泥页岩气含量也相对较高）的关系，认为研究区目的层的主要生气时期要早于国外成功探区，而且后期构造抬升明显强于国外成功探区，高导缝发育的深度段不利于页岩气富集。

5 结论

1）控制裂缝形成的因素复杂，从地质角度来看影响裂缝的主要因素主要表现3方面：岩性和矿物成分、构造作用、沉积成岩作用。PS区块页岩裂缝主要受构造作用影响较大。

2）PS区块五峰―龙马溪组泥页岩优质页岩段主要发育有高导缝、诱导缝、闭合缝，裂缝总体不发育。闭合缝（高阻缝）、诱导缝均能在后期的压裂改造中优先开启，易于压裂改造。

3）PS区块为两翼出露的宽缓向斜，微裂缝的发育对泥页岩的储集性能影响具有双重作用。由于微裂缝存在，提高了页岩气的储集空间，增加游离气含量；但裂缝发育规模过大，也导致页岩气的散失。

[1]闫存章，黄玉章，葛春梅，等.页岩气是潜力巨大的非常规天然气资源[J].天然气工业，2009，29（5）：1-2.

[2]王红岩，刘玉章，董大忠，等.中国南方海相页岩气高效开发的科学问题[J].石油勘探与开发，2013，40（5）：574-575.

[3]魏明强，段永刚，方全堂，等.页岩气藏孔隙结构特征和渗流机理研究现状[J].油气藏评价与开发，2011，1（4）：73-74.

[4]吴元燕，吴胜和，蔡正其.油矿地质学[M].北京：石油工业出版社，2005.

[5]张金功，袁政文.泥质岩裂缝油气藏的成藏条件及资源潜力[J].石油与天然气地质，2002，23（4）：336-338.

[6]龙鹏宇，张金川，唐玄，等.泥页岩裂缝发育特征及其对页岩气勘探开发的影响[J].天然气地球科学，2011，22（3）：526-527.

[7]丁文龙，许长春，久凯，等.泥页岩裂缝研究进展[J].地球科学进展，2011，26（2）：135-136.

[8]赖生华，刘文碧，李德发，等.泥质岩裂缝油藏特征及控制裂缝发育的因素[J].矿物岩石，1998，18（2）：47-51.

（编辑：严骏）

Feature of shale fissure and its effects on reservoir performance affected by micro-fractures

Guo Junyu1and Wang Ning2
(1.College of Geosciehce,Yangtze University,Wuhan,Hubei 430100,China; 2.Research Institute of Petroleum Exploration and Development Nanjing,Jiangsu 210011,China)

The influences of the development of micro-fissure in PS block on the reservoir performance were analyzed by scanning electron microscope,imaging logging and so on.The results show that the main micro-fissure developed in high grade shale of PS block are highly conductive fissure,induced fissure and high resistance fissure.For the shale gas content,the existence of high grade shale is a double-edged sword.The developed high grade fissure is conducive to enlarging the reservoir space of the shale and increasing free gas content.However,the fissure scale is comparatively large which leads to the easily lost of shale gas.More⁃over,by the fracturing of induced fissure and closed fissure in the late period,shale gas is easy to product.The existence of these three fissures proved that the PS block has great development potential.

Longmaxi formation,shale gas,developed fissure,reservoir performance,PS block

TE122.2

A

2014-11-18。

郭君宇（1993—），男，大学本科，资源勘查工程专业。