黔西南晴页2井旧司组页岩特征及勘探意义

2016-09-23张本杰

天然气技术与经济 2016年4期

关键词：脆性页岩勘探

张本杰　秦　琴　刘　甲，2　张　伟，2　罗　沙

（1.贵州煤矿地质工程咨询与地质环境监测中心，贵州　贵阳　550081；2.贵州能矿织金磷化工有限公司，贵州　贵阳　550003）

黔西南晴页2井旧司组页岩特征及勘探意义

张本杰1秦琴1刘甲1，2张伟1，2罗沙1

（1.贵州煤矿地质工程咨询与地质环境监测中心，贵州贵阳550081；2.贵州能矿织金磷化工有限公司，贵州贵阳550003）

通过晴页2井旧司组页岩岩心样品测试，结合地质录井资料，对页岩气储层特征及开采有利的重要因素进行了分析研究。揭示了旧司组页岩具有效厚度较大、泥地比高（81.43%）、有机质含量较高、脆性矿物含量高（平均为48.69%）、纳米孔及微裂缝较发育、生烃能力较强等特点；随深度增加，有机碳含量、含气量具增大趋势，含气性与有机碳含量呈正相关性；据页岩气赋存及环境条件优选出有利区预测地质资源量为7 885×108m3，可采资源量为1 419.3×108m3，勘探开发前景广阔。分析认为：海相页岩是页岩气勘探开发的重要层系，富含脆性矿物的有机质页岩是良好的勘探开发目标。

页岩脆性矿物纳米孔和微裂缝勘探意义旧司组

0　引言

中国页岩气研究和勘探开发工作起步晚，近年，中国石化、中国石油在重庆、四川龙马溪组页岩气勘探开发取得重大突破并获工业气流，上扬子地区下古生界海相页岩层系成为研究的焦点，而上古生界含气页岩层系研究甚少，部分学者［1-3］对华南及中、上扬子地区上古生界有机质页岩分布、有机地球化学、矿物成分、沉积环境、含气性、保存条件、资源及其勘探潜力、有利区优选等进行了初步研究工作，对页岩气成藏条件取得了初步认识，对页岩气储层变化规律及特征、开采有利的重要因素等系统研究尚存不足。

贵州省页岩气资源丰富，页岩有机质含量较高，目前对旧司组等页岩气储层研究不够，影响页岩气勘探开发进展。通过对晴页2井旧司组页岩岩心采样并测试，结合地质录井资料分析和总结，研究储层特征及其变化规律，旨在揭示旧司组海相页岩气成藏特征及储层有利因素，为勘探开发提供依据。

1　地质背景

泥盆纪末期，贵州发生了紫云运动，除黔南、黔西、黔西南地域仍保持深水盆地连续沉积外，其余地区均呈现不同程度的隆升并遭受剥蚀，进入石炭纪，贵州仍处在不均衡的拉张沉陷环境，海侵方向由南东向北西。晴隆地区石炭纪早期出现了拉张裂陷作用形成硅质岩、灰岩沉积，此后，张裂沉陷作用持续发展，海侵范围逐渐扩大，石炭纪晚期海侵规模达到最大，而中二叠世梁山期深水环境则开始不同程度的海退。

晴页2井位于扬子准地台黔北台隆六盘水断陷普安旋扭构造变形区中营向斜南东翼南段。区域构造发育北东向断裂及褶皱为主，次为北西向。井区地层主要呈NE—SW走向，倾向NW，倾角一般10～20°，井位2 km范围内未发现断距大于20 m的断层（图1）。晴页2井开钻层位为下二叠统龙吟组（P1l），完钻层位为下石炭统汤粑沟组（C1t），主要目的层为旧司组（C1j），钻遇地层剖面、岩性及采样位置如图2所示。

2　页岩特征

2.1厚度特征

旧司组（C1j）近底部为黑色页岩与薄层硅质灰岩互层，中上部夹0.33 m泥质灰岩，其余为黑色页岩，黑色页岩连续厚度为60.01 m，总有效厚度为67.9 m，组厚83.38 m，泥地比为81.43%，富有机质页岩泥地比高。晴页2井区域PM1—PM4剖面旧司组页岩有效厚度为38.9～82 m，平均为62.7 m，页岩有效厚度较大。平面上，晴隆—关岭区域旧司组页岩总体呈北西厚、北东逐渐变薄的趋势。2.2有机质特征

图1　晴隆地区构造纲要及钻井位置图

图2　钻遇地层剖面柱状及采样位置图

有机质含量高低决定页岩生烃能力、孔隙空间大小及吸附能力，对富有机质页岩含气量起决定性作用［4］。49件样品测试结果显示：有机碳（TOC）含量为0.60%～5.76%，一般为1.45%～3.22%，平均为1.79%；TOC含量大于或等于4%的占3.4%，TOC含量大于或等于2%的占30.6%，TOC含量大于或等于1%的占79.6%；在677～693 m、711～743 m共两个层段页岩有机质含量较其他层段高，TOC含量总体较高，随深度增加TOC含量具增高趋势。有机质成熟度Ro含量为4.02%～4.87%，平均为4.43%，热演化程度高。随深度增加，Ro值略具增大趋势。页岩埋深增加，压力增大，温度升高，随着热演化时间增长，有机质成熟度高。7件样品测试有机质类型有6件为Ⅱ1型，仅1件为Ⅰ型，以腐泥型为主。页岩具较强的生烃能力，处于过成熟生干气阶段。钻井区域采3件（CY1—CY3）地表样经测试，TOC为2.19%～2.74%，Ro含量为2.01%～3.50%。页岩有机质含量较高，有机质类型以腐泥型为主，具备页岩气形成的物质基础［5］，热演化程度越高越有利于页岩气富集［6］。

2.3脆性矿物特征

9件页岩样品脆性矿物石英含量为15.53%～49%，平均为29.96%，长石含量为6%～27.72%，平均为12.69%，碳酸盐岩含量为1.0%～27.08%，平均为6.04%，脆性矿物总含量为32%～65.70%，平均为48.69%，总量大于50%的占56%，脆性指数为32.65%～67.73%，平均为51.85%，脆性矿物含量高，其中石英含量最高，石英含量越高，储层物性越好［7］，脆性矿物含量越高，页岩脆性越强，储层天然裂缝就越发育，在水力压裂外力作用下越易形成诱导裂缝网络，利于页岩气开采［8］。从图3可以看出，TOC与脆性矿物含量略具正相关性。

2.4物性特征

10件页岩样品的孔隙度为1.67%～3.76%，平均为2.66%，孔隙度大于2%的占90%，孔隙度大于2.4%占50%，孔隙度大于3%的占30%；10件样品的渗透率为0.004 5～0.028 8 mD，平均为0.009 1 mD，渗透率大于0.007 mD的占50%，大于0.01 mD的占20%。TOC含量与孔隙度、渗透率略具正相关性。随深度增加，渗透率略具增大趋势。

图3　页岩TOC含量与脆性矿物关系图

2.5储渗空间特征

孔隙特征。氩离子抛光分析，有机孔较发育，以纳米孔为主，孔径一般为10～48.6 nm，QY2-44样还见晶内孔，孔径为1 μm左右。页岩以有机纳米孔为主，TOC含量高，质优［9］。

裂缝特征。页岩微裂缝较发育，微裂缝长一般为10～40 μm、宽0.4～1.6 μm，微裂缝略显张性。微裂缝为页岩气运移和储集提供了良好的空间［10］。

孔喉特征。经QY2-41样核磁共振分析，孔喉半径为30～125 nm的纳米孔分布频率占10%～15%，孔喉半径为1～15 nm的纳米孔分布频率为1%～10%，孔喉半径为1～10 μm的微米孔分布频率仅为0.2%～1%，表明页岩孔隙以纳米孔为主，纳米孔对页岩气储存起主要贡献作用，微米孔次之。

有机质纳米孔是页岩气的重要储集空间，纳米孔对页岩气吸附能力极强，增加页岩气的存储量［11］，石英等脆性矿物含量高并具较高脆度，是页岩微裂缝形成的内因［12］，微裂缝对页岩气渗流具重要作用，是连接微观孔隙和宏观孔隙的桥梁，微裂缝可改善储层的渗流能力［13］。

2.6含气性特征

页岩含气量为1.38～2.35 m3/t，平均为1.81 m3/t，主体在1.6～2 m3/t，12件样品含气量大于1.6 m3/t的占83%，大于1.8 m3/t的占58%，大于2 m3/t的占25%，含气性与TOC含量具良好的正相关关系（图4），总体上页岩含气性较好，能满足页岩气商业开发的要求，具资源开发潜力。在恒温30℃，对页岩QY2-41样作等温吸附实验，随压力增大吸附量增加，当压力增加到12 MPa时，吸附量达1.52 m3/t，该样解析气量为1.57 m3/t，解析气量与等温吸附值相近，表明页岩吸附天然气的能力较强。随深度增加，页岩含气量具增大趋势。

图4　页岩含气性与TOC关系图

3　勘探开发意义

3.1成功经验借鉴

北美页岩气勘探开发的成功经验对中国南方海相页岩的启示：页岩TOC一般大于2%、Ro普遍大于1.1%、石英含量为27%～52%，脆性矿物含量一般大于30%，微裂缝较发育，构造较简单，具良好封盖层保存条件，地形有利，水源充足［14］。美国页岩储层属海相沉积，层位深度在76～2 440 m，厚度通常大于30 m［15］。我国南方古生界海相页岩分布广、厚度大，属页岩气勘探前景最好的区域［16］。重庆涪陵地区焦页1井等龙马溪组页岩TOC为0.55%～6.89%，平均为2.62%，孔隙度为1.17%～8.61%，渗透率为0.001 1～0.1 mD，纳米孔及裂缝较发育，纳米孔孔径以23～43 nm为主，裂缝宽0.02～1 μm，脆性矿物总含量为33.9%～80.3%，优质页岩层总含气量（直线法）为0.29～5.34 m3/t，焦页1井等4口井截至2015年3月累计产量超过1.6×108m3［17］。勘探开发页岩气，其产量高低与泥页岩内部天然微裂缝有关，发育微裂缝将提高水力压裂的有效性［18］。裂缝与脆性矿物具相关性，页岩越含脆性矿物，脆性就越强，天然裂缝越易发育，因此，富含脆性矿物的有机质页岩是良好的勘探开发目标。

3.2旧司组勘探开发意义

1）储层及其环境意义。晴页2井地区旧司组埋深一般为200～3 000 m，以低中山为主，山间平坝有分布，盖层为下石炭统上司组（C1s）—中石炭统马平组（C2m）碳酸盐岩夹砂泥岩、龙吟组（P1l）页岩及砂泥岩。晴隆—关岭一带旧司组有利区位于中营向斜和郎岱向斜，大断裂不发育，构造活动相对较弱，保存条件较好。良好的封盖层可减少构造运动过程中页岩气向外渗流运移及扩散散失，保持较高的地层压力，维持最大的吸附量［19］。该有利区镇（镇宁）胜（胜境关）高速公路（G60）横穿全区，北盘江自北西向南东流经有利区，交通及用水便利。井区旧司组页岩具厚度较大、脆性矿物含量高、含气性较好等特点，页岩气成藏、赋存环境条件较好，储层特征与北美及涪陵地区页岩气勘探开发区储层相似，具备较好的勘探开发条件，具有勘探开发意义。

2）资源潜在意义。据晴页2井及所在区旧司组页岩有效厚度、有机质含量、含气性、构造等条件进行有利区优选，优选出晴隆有利区（埋深为500～3 500 m）面积2 970 km2（图1），P50概率条件下预测有利区页岩气地质资源量为7 885×108m3，可采资源量为1 419.3×108m3，地质资源丰度为2.65×108m3/ km2，页岩气资源丰富，勘探开发前景广阔，具有重大意义。

3）能源需求意义。随着产业结构调整，我国天然气消费量逐年上升，2015年全国消费量为2 310× 108m3，预测到2020年全国消费量将增至4 850× 108m3［20］。天然气能源将处于供不应求局面。目前天然气价格已上涨，这有助于提高页岩气开发的利润率［21］。页岩气是清洁环保和新型的气体能源，勘探开发页岩气对解决能源供求矛盾具有重要战略意义。