阳信洼陷沙一段页岩气富集规律

2016-12-20张波

特种油气藏 2016年2期

关键词：洼陷气藏灰岩

张波

(1.中国石油大学，山东青岛 266580；2.中国石化胜利油田分公司，山东东营 257015)

阳信洼陷沙一段页岩气富集规律

张波1，2

(1.中国石油大学，山东青岛 266580；2.中国石化胜利油田分公司，山东东营 257015)

为探明阳信洼陷沙一段页岩气富集规律，确定下一步勘探方向，利用地球化学资料分析了页岩气成因类型和来源，通过对已钻井进行剖析，总结了页岩气富集的主要控制因素和页岩气富集规律。研究表明：阳信洼陷沙一段页岩气藏属于生物成因的“自生自储”天然气藏。阳信洼陷沙一段页岩气资源量为400×108～500×108m3，气源较充足；沙一中下亚段灰岩及砂岩夹层较发育，并且沙一上亚段泥岩盖层分布稳定，构造活动也较弱，有利于页岩气的富集。研究区东部披覆构造带和南部斜坡带夹层发育，具有单层厚度大、物性好的特点，是研究区页岩气勘探的首选区带。

页岩气；富集规律；生物成因；沙一段；阳信洼陷；济阳坳陷

0 引言

页岩气是一种非常规天然气资源，主要以吸附和游离状态赋存于暗色泥页岩中，是一种连续型天然气聚集[1-2]。20世纪90年代以来，国内外多个盆地已经开始了商业性页岩气勘探[3-10]。渤海湾盆地是中国陆相泥页岩发育的六大主要盆地之一，主要勘探目的层是沙一段至沙三段[11]，其中济阳坳陷古近系沙河街组普遍发育泥页岩，具有页岩厚度大、分布范围广、有机质类型好、丰度高的特点，具备大量形成页岩气藏的物质基础[12]。济阳坳陷页岩气的研究与勘探相对较晚，目前还只是处于起步阶段。阳信洼陷是济阳坳陷发现页岩气最早的地区，早在1976年完钻的阳1井就在沙一段获得近万方的页岩气气流，2005年上报预测天然气含气面积为164.5 km2，天然气地质储量为146.2×108m3，具有连片含气的特征，展示了较大的天然气勘探潜力。从地球化学特征分析入手，在明确页岩气成因及来源的基础上，对已发现气藏进行了深入解剖，总结了页岩气富集主控因素，明确了页岩气的富集规律和重点勘探方向。

1 沙一段地质特征

阳信洼陷隶属于济阳坳陷惠民凹陷东北部的次一级负向构造单元，北以阳信断层与无棣凸起相邻，向南超覆于林樊家构造之上，勘探面积约为1 300 km2。研究区已完钻探井45口，沙一段见天然气显示井28口，14口井解释为气层，5口井试气，3口井获得工业气流。

1.1 构造特征

从研究区T2构造图分析来看(图1)，沙一段沉积时期断裂活动较弱，除北部控洼断层发育外，盆地内断层基本不发育。整体上呈“平底锅”的形态，沉积中心位于中西部。在洼陷东部，由于沙三沉积时期岩浆喷发形成了一条近东西走向的火山山脉，后期沉积的地层披覆其上形成了大型披覆构造带——商店鼻状构造带[13]。这种独特的地质构造特征为研究区页岩气的生成与聚集成藏创造了有利条件。

1.2 地层特征

沙一段沉积时期，阳信洼陷气候温暖潮湿，湖盆水体稳定，整体发育滨浅湖—半深湖沉积，地层厚度为0～170 m。根据岩性、电性特征的差异，将沙一段分为3个亚段。其中沙一段上亚段岩性以灰色、深灰色泥岩，砂质泥岩，灰质泥岩及褐灰色油泥岩为主，夹薄层泥质灰岩、粉砂岩和泥质粉砂岩，自然电位平直，电阻率测井值低，曲线形态为锯齿状；沙一段中亚段以深灰色的泥岩、灰质泥岩、褐灰色油页岩、油泥岩互层为主，夹浅灰色泥质灰岩、生物灰岩、生物白云岩薄层，自然电位整体平直，偶见低幅指状异常，电阻率测井值较高，灰岩发育段呈高幅尖峰状；沙一段下亚段为灰色、深灰色的泥岩、灰质泥岩为主，夹浅灰色粉砂岩、灰质粉砂岩、泥质粉砂岩和白云岩薄层，自然电位平直，偶见低幅指状异常，电阻率测井值略高于沙一上亚段，曲线形态为锯齿状。

图1 阳信洼陷T2构造

2 页岩气成因及来源

2.1 页岩气成因

通过对页岩气天然气地球化学特征的分析，阳信洼陷沙一段天然气相对密度一般为0.560 0～0.596 2，平均为0.571 1，甲烷含量为95.00%～98.49%，平均为97.30%；重烃(C2+)含量平均为0.14%左右；非烃(CO2+N2)含量平均为1.88%；甲烷系数为0.998 2～0.999 2，平均为0.998 6，干燥系数为543.1～1 214.5，平均为804.7，是典型的干气。天然气甲烷碳同位素δ13C1为-60.88‰～-56.46‰，平均为-59.31‰，具有与国内外典型生物气田δ13C1(小于-55.00‰)相似的特征[14]，由此可以判定阳信洼陷沙一段天然气属于生物成因气。

2.2 页岩气来源

阳信洼陷沙河街组存在沙一段、沙三段2套烃源岩，两者热演化程度较低，Ro值均小于0.5%，用δ13C1—Ro关系判断天然气来源较为困难。因此，利用源岩吸附气碳同位素对比的方法确定页岩气来源。分别对研究区阳24井沙一段和阳25井沙三段源岩段的岩屑罐装样品进行了脱气碳同位素地球化学分析。从分析结果来看(表1)，阳24井烃源岩吸附气甲烷碳同位素值范围为-61.6‰～-51.91‰，平均为-55.30‰；阳25井烃源岩吸附气甲烷碳同位素值范围为-51.04‰～-47.94‰，平均为-49.7‰。可见沙一段天然气甲烷碳同位素与沙一段源岩吸附气甲烷碳同位素更为接近，沙一段页岩气藏为自源气藏。

表1 阳信洼陷烃源岩罐装样脱气碳同位素

综上分析，阳信洼陷沙一段天然气藏属于生物成因的“自生自储”的天然气藏，且具有连片含气的特征，是典型的页岩气藏。

3 页岩气富集主控因素

3.1 充足的气源为页岩气富集提供了基础

较快的沉积速率和较强的还原环境是黑色页岩形成的重要条件[15]。阳信洼陷沙一段沉积速率可达0.6 mm/a[16]，属于较快速沉积环境，该沉积时期在阳信洼陷形成分布范围广、水体相对较深的半深湖环境，有利于早期沉积物得到迅速的埋藏和保存。岩心地球化学分析结果表明，阳信洼陷沙一段气源岩有机质类型为Ⅰ型，腐泥组含量可达91.7%～97.7%；有机碳含量一般为1.20%～3.50%，最高可达11.80%，平均含量为4.26%；氯仿沥青“A”含量平均为0.209 7%；Ro值为0.27%～0.35%[17]，综合评价为优质的气源岩。

还原环境和中性水介质条件有利于生物成因气的生成[18]。阳信洼陷沙一段微量元素(表2)分析可以看出，泥岩微量元素铁锰比小于1.0，锶钡比大于1.0，表明沙一段属于咸化沉积环境。泥岩抽提物气相色谱分析中姥植比为0.43～0.77，表现为植烷优势，而且沙一段源岩中富含黄铁矿，其含量最高可达4.50%，这些证据均表明沙一段为还原沉积环境。沙一段地层水pH值为6.0～7.0，为中性水介质条件[19]。以上分析表明，沙一段为咸水还原沉积环境和中性水介质条件，这为沙一段页岩气大量生成提供了重要保障。

表2 阳信洼陷沙一段岩样微量元素分析数据统计

生物气最有利的生成温度为30～65 ℃[20]，实钻井测温数据表明沙一段地温大多介于54～63 ℃，正处于生物气生烃有利温度区间。对阳信洼陷沙一段烃源岩进行了生气模拟实验，从沙一段生烃强度图中可以看出(图2)，主生气带内，生烃强度可以达到100×108m3/km3以上。研究表明，有机质母质类型越好总生气量就越大[21]，阳信洼陷沙一段气源岩有机质类型为I型，气源岩厚度一般为10～120 m，分布面积近1 200 km2，结合生烃强度初步测算页岩气资源量为400×108～500×108m3，资源潜力较大，为页岩气的富集提供了充足的保障。

3.2 夹层的发育程度决定了页岩地层的储集能力

在页岩气藏中，天然气不仅赋存于暗色泥页岩中，也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩甚至砂岩地层中[22]。阳信洼陷沙一段普遍发育薄层砂岩及灰岩夹层，且以灰岩夹层最为发育。灰岩夹层主要发育在滨浅湖区、水下高地上及周围[23-24]，研究区灰岩单层厚度一般为1.0～4.0 m，含有介形虫、螺等大量生物碎片，原生孔隙和次生孔隙比较发育，孔隙度一般为4.6%～20.3%，渗透率为2.0×10-3～19.2×10-3μm2。砂岩夹层单层厚度一般为0.5～1.0 m，泥质胶结，较疏松，孔隙度为8.8%～24.6%，渗透率为4.4×10-3～130.0×10-3μm2。这些夹层是天然气的良好储集体，其存在大大提高了页岩地层的储集能力，更有利于页岩气藏富集高产。

3.3 稳定分布的泥岩和较弱的构造活动提供了良好的保存条件

研究区沙一段暗色泥岩纵向厚度大，尤其是沙一上亚段连续沉积泥岩厚度可达50 m，而且在平面上分布广泛且稳定，为页岩气的富集提供了良好的盖层条件。同时研究区从沙一段沉积时期之后构造活动减弱，仅北部控洼断层有所活动，避免了页岩气因构造破坏而造成大量散失。

图2 阳信洼陷沙一段生烃强度

4 页岩气富集规律

在对页岩气富集主要控制因素分析的基础上，对阳信洼陷沙一段已钻遇页岩气藏进行了剖析，明确了天然气富集规律。

纵向上，沙一中、下亚段气藏富集。从东西向气藏剖面分析(图3)，沙一中、下亚段砂岩、灰岩夹层较发育，前已述及砂岩、灰岩夹层虽薄，但物性极好，大大提高了泥页岩的储集性能，因此，夹层累计厚度及气藏厚度越大，产能越高。研究区东部阳16井区夹层厚度大于中部阳101井区，产能提高了1倍；沙一上亚段岩性以泥岩为主，零星发育薄层砂质条带，气藏不发育，主要起到封盖沙一中、下亚段气藏的作用。可见天然气的富集程度取决于砂岩和灰岩夹层的发育程度。

图3 阳信洼陷沙一段东西向气藏剖面

平面上，靠近生气中心气藏更富集。从图1中的已钻井分析，在东部披覆构造带，阳16井区与阳17井区相比更靠近洼陷主体，阳16井区8口探井中有6口井解释气层，1口井试气获高产工业气流，而阳17井区2口探井均未解释气层。

通过页岩气富集规律的分析，砂岩与灰岩夹层发育区是下一步的重点勘探区。通过已完钻井的分析，研究区南部斜坡带及东部披覆构造带是夹层发育的有利区带，而且紧邻洼陷带，是页岩气勘探的有利区带。近期钻井也证实了这一点：南部缓坡带倾末端阳101井区3口开发井均钻遇厚度较大的灰岩夹层，并解释气层14层26.8 m。东部披覆构造带阳251井钻遇生物灰岩3层8.5 m，泥质白云岩1层4.8 m，解释气层10.6 m。

5 结论

(1) 阳信洼陷沙一段天然气藏属于生物成因的“自生自储”的天然气藏，且具有连片含气的特征，是典型的页岩气藏。

(2) 页岩气富集主要受控于3个因素：充足的气源为页岩气富集提供了基础；夹层的发育程度决定了页岩地层的储集能力，其存在更有利于页岩气藏富集高产；稳定分布的泥岩和较弱的构造活动减少了页岩气的散失量，为页岩气的富集提供了十分有利的保存条件。

(3) 阳信洼陷页岩气藏主要分布在沙一段中下部，其富集程度主要受控于夹层的发育程度。南部斜坡带及东部披覆构造带夹层较发育，具有单层厚度较大、物性好的特点，并且邻近生气中心，是研究区页岩气勘探的首选区带。

[1] CURTIS J B. Fractured shale-gas systems[J]. AAPG Bulletin， 2002， 86(11)：1921-1938.

[2] 邹才能，陶士振，白斌，等.论非常规油气与常规油气的区别和联系[J].中国石油勘探，2015，20(1)：1-16.

[3] HILL R J， JARVIE D M， ZUMBERGE J， et al. Oil and gas geochemistry and petroleum systems of the Fort Worth Basin[J].AAPG Bulletin， 2007，91(4)：445-473.

[4] BUSTIN R M. Gas shale tapped for big pay[J].AAPG Explorer， 2005，26(2)：5-7.

[5] 关德师，牛嘉玉，郭丽娜，等.中国非常规油气地质[M].北京：石油工业出版社， 1995：96-120.

[6] 孙梦迪，于炳松，李娟，等.渝东南地区龙马溪组页岩储层特征与主控因素[J].特种油气藏，2014，21(4)：63-66.

[7] 郑军卫，孙德强，李小燕，等.页岩气勘探开发技术进展[J].天然气地球科学，2011，22(3)：511-517.

[8] 何海清，李建忠.中国石油“十一五”以来油气勘探成果、地质新认识与技术进展[J].中国石油勘探，2014，19(6)：1-13.

[9] 秦佳，张威，刘晶，等.美国页岩气开发状况分析[J].大庆石油地质与开发，2014，33 (4)：170-174.

[10] 邢雅文，张金川，冯赫青，等.渝东南地区下寒武统页岩气聚集条件及有利区预测[J].东北石油大学学报，2014，38(3)：66-74.

[11] 贾承造，郑民，张永峰.中国非常规油气资源与勘探开发前景[J].石油勘探与开发，2012，39(2)：129-136.

[12] 张林晔，李政，朱日房，等.济阳坳陷古近系存在页岩气资源的可能性[J].天然气工业，2008，28(12)：26-29.

[13] 张波，吴智平，刘华.火成岩在阳信洼陷油气成藏中的地质意义[J].特种油气藏，2014，21(4)：80-84.

[14] 陈荣书.石油及天然气地质学[M]. 武汉：中国地质大学出版社，1994：116-118.

[15] 王祥，刘玉华，张敏，等.页岩气形成条件及成藏影响因素研究[J]. 天然气地球科学，2010，21(2)：350-356.