鄂西黄陵背斜南翼震旦系陡山沱组有利目标区页岩气资源潜力评价

2019-03-05李浩涵包书景张焱林

石油实验地质 2019年1期

李浩涵，陈科，包书景，张焱林，宋腾，王鹏

(1.中国地质调查局油气资源调查中心，北京 100083；2.湖北省地质调查院，武汉 430074)

自国家大力推进页岩气勘探开发工作以来，在南方海相地区尤其是四川盆地已经获得了页岩气井产量的重大突破[1-4]，在西部陆相地区也取得了良好的页岩气显示[5-6]。我国中扬子地区自震旦系起，主要发育震旦系、下寒武统、下志留统、下二叠统和上二叠统等为代表的8套黑色页岩[7-8]。其中下震旦统陡山沱组泥页岩虽然有机质丰度较高，有机质类型好，但限于其在武陵山地区普遍埋深较大、成熟度较高等不利因素，在页岩气有利区优选中往往不受重视[9]。针对这一套潜在含气页岩层系的研究仍限于基于地表露头样品测试的地质特征和资源潜力分析，其含气性长期以来未得到证实。

武陵山地区自震旦纪以来进入了以稳定沉积为主的拗陷型沉积盆地发育阶段。黄陵背斜南翼属陆棚台地相，在晚震旦世发育一套由黑色泥页岩、深灰—灰黑色泥晶灰岩及含碳含泥云岩组成的烃源岩。陡山沱组地层划分为一个二级层序(SS1)，其中包含4个三级层序(SQ1、SQ2、SQ3、SQ4)，其优质暗色泥页岩主要分布在SQ2 层序内，即上震旦统陡山沱组二段[10]。该地区陡山沱组主要为较有利的台间坳陷相沉积，陡山沱组二段主要岩性为碳质泥晶灰岩和白云岩，有机质类型主要为腐泥型(Ⅰ型)或腐植腐泥型(Ⅱ1型)；有机质丰度整体品位中等，TOC含量在0.55%～2.23%，平均值1.4%；Ro在1.49%～1.86%，平均为1.74%，基本处于过成熟阶段[11]。虽然武陵山地区陡山沱组泥页岩总体上埋藏较深、成熟度较高，但随着该地区全球最古老页岩气的发现，证明在以黄陵背斜为代表的古隆起区周边仍具备页岩气生成和储存的条件。

本文通过对宜昌—秭归地区黄陵背斜南翼秭地1井、秭地2井陡山沱组岩心进行现场含气量解析和损失气计算，首次获得了该层系泥页岩含气量数据，证实了震旦系暗色页岩的资源潜力；通过二维地震处理解释，落实了该地区有利页岩的厚度及分布情况，并通过概率体积法计算了页岩气资源量。

1 页岩气资源量计算方法

页岩气藏储层连续分布，具有较强的非均质性。在页岩气资源评价中，根据地质因素的不确定性，以及关键参数及其获取方式的不同，主要采用福斯潘(FORSPAN)法、单井(动态)储量估算法、资源丰度类比法和概率体积法等资源评价方法[12-19]。

在勘探实践中，本地区勘探程度仍较低，可获取的参数较为有限，如页岩含气量数据仅在部分井位有数据，还需通过概率法的基本原理对各项计算参数进行筛选和赋值，通过分析计算最终对结果进行表征[20]。因此本文在多种方法中选择采用概率体积法来进行研究区的页岩气资源评价工作。

根据概率体积法的基本原理，页岩气地质资源量应等于地层中页岩的质量与其单位质量所含页岩气之概率乘积[20]。假设Qt为页岩气资源量；V为含气页岩体积；ρ为泥页岩密度；q为页岩含气量，则：

Qt=Vρq

文中，通过二维地震处理解释可直接得出含气页岩的分布范围和厚度，可据此计算出含气页岩体积V，因此体积参数采用确定值；页岩密度ρ的取值直接采用含气页岩实测值；页岩含气量通过统计实测值，利用概率法对该项参数进行赋值。

2 有效页岩体积的确定

2.1 评价单元边界

页岩气属于连续型油气藏，一般不认为有明显的边界，计算资源量时，需要首先人为地限定一个边界，并在该边界范围内开展资源评价，并进行现有经济、技术条件下的勘探开发[21]。本文评价边界主要受断层、露头分布和地震控制范围约束。其中研究区西侧以仙女山断裂为界，南部和北部以震旦系地表出露为边界，东部以现有地震覆盖范围为边界(图1)。

图1 鄂西黄陵背斜南翼研究区构造概况

2.2 有效页岩厚度预测及体积计算

秭地1井和秭地2井实钻资料揭示了该地区陡山沱组厚度在150～200 m左右，其中主力泥页岩陡二段在秭地1井厚度为151.66 m，在秭地2井厚度为155.26 m。本文以总含气量(总含气量=解析气量+损失气量+残余气量)大于0.5 m3/t为下限划定有利页岩厚度，其中秭地1井有利含气页岩厚度为90.8 m，秭地2井有利含气页岩厚度为70 m(图2)。

图2 鄂西黄陵背斜南翼陡山沱组柱状图

有利含气页岩分布数据依赖于钻井含气性数据的获取，在实测数据有限的情况下，可利用地球物理手段预测富有机质页岩厚度进而替代有利含气页岩的厚度分布。富有机质页岩厚度可以通过地球物理反演、时间厚度换算等多种方法进行预测，需要根据不同的资料情况选择不同的方法进行。通过求取地震剖面的相对波组抗，取相对波阻抗0为富有机质页岩和普通页岩的门槛值，小于0的为富有机质页岩。依据综合标定成果，确定陡山沱组富有机质页岩在剖面的位置。通过地震道进行积分计算，获得相对波阻抗剖面，以标定成果在道积计算后的相对波阻抗剖面上以小于0为标准，确定陡山沱组富有机质页岩的分布，并进行平面成图，完成对陡山沱组富有机质页岩厚度的预测。从预测结果(图3)来看，秭地1井和秭地2井陡山沱组二段富有机质页岩模拟厚度分别为100 m和80 m，与实钻数据基本相符合。从总体上看陡山沱组富有机质页岩厚度为45～115 m，平均厚度85 m。

获得含气泥页岩厚度及分布后，通过以下步骤计算有效页岩体积：(1)将陡山沱组富有机质页岩等厚图网格化，并进行坐标校正；(2)根据评价边界划出评价范围，去掉评价范围以外的部分，确定有效页岩分布面积为1 238.54 km2；(3)根据含气页岩厚度参数和面积，通过计算获得有效页岩体积为7.42×1010m3。

3 参数的获取

3.1 页岩密度

在计算页岩气资源量的过程中，页岩密度值是一项必需的参数。在取值时，可直接在实验室中对其进行测定[21]。本测试应用的岩石密度测量仪基本原理是利用称重传感器，称出岩石标本在空气中的重量P1和水中的重量P2，将其转换成电信号送到处理器进行数据处理，最终显示出测试结果。秭地1井陡山沱组碳质页岩密度分析结果显示，陡二段页岩密度最大为2.66 g/cm3，最小为2.63 g/cm3，计算中取其平均值，为2.65 g/cm3(表1)。

3.2 页岩含气量

在泥页岩地层中，页岩气主要以游离态、吸附态或者溶解态等方式赋存，其中溶解气由于比重极小，一般可不做计算[20]。测量页岩含气量最直接的方法是解吸测定法，在解吸过程中通过模拟地层温度，进而在该条件下测量页岩中天然气的释放总量。获得的含气量通常包括吸附气量与游离气量之和[22-25]，因此这种方法能够真实、客观地反映岩石的含气性。总解析气量一般包括损失气、解吸气和残留气3 部分，即：总解析气量=损失气+解吸气+残余气。其中损失气为岩心地层钻开后到装罐前散失的气量，本文采用USBM直线回归法进行计算，页岩气损失气的起算时间为提钻到井深一半的时间[26]；解吸气为钻探现场通过排水法测得的标准状态下(101.325 kPa，0 ℃或 25 ℃)泥页岩解吸气含量；残余气为现场岩心解析后样品粉碎后，再次解吸获得的含气量[27-28]。

表1 鄂西黄陵背斜南翼秭地1井陡山沱组碳质页岩特征

图3 鄂西黄陵背斜南翼陡山沱组二段富有机质页岩厚度平面位置图见图1研究区。

通过现场含气量解析和计算，秭地1井陡山沱组二段泥页岩总含气量为0.473～1.48 m3/t，含气量大于0.5 m3/t的层段平均可达0.95 m3/t；秭地2井陡山沱组二段总含气量为0.337～1.666 m3/t，含气量大于0.5 m3/t的层段平均为0.91 m3/t(表2)。

在本研究区假设页岩含气量q分布服从正态分布，即假设在评价单元内获得的含气量数值分别为x1、x2、x3、…、xn，则平均数(μ)、方差(δ)及正态分布的概率密度函数[φ(x)]分别可用下列公式表示[13]：

μ=(x1+x2+x3+…+xn)/n

(1)

(2)

(3) 当参数从最小值变化到最大值时，概率密度积分为1。当计算数据的取值范围在数值a与b之间时，一定概率下的参数赋值同样也在从a到b的范围内，从最小值积分到x时的面积，x即为不同概率下所对应的参数值[20]。

获得不同概率下的参数对应值对概率密度函数积分即可，即令积分函数分别等于5%、25%、50%、75%、90%，即可计算相应结果。如概率为75%(P75)时的概率赋值为：

(4)

通过计算可得该地区P5含气量为1.54 m3/t，P25含气量为1.22 m3/t，P50含气量为0.99 m3/t，P75含气量为0.76 m3/t，P95含气量为0.43 m3/t(表3)。

4 页岩气资源量计算结果分析

通过概率法对参数赋值后，对研究区震旦系陡山沱组二段含气页岩的页岩气资源量进行了计算，结果表明该评价单元页岩气资源量为(845.78～3 029.08)×108m3，其中P50资源量为1 947.27×108m3，资源丰度为1.57×108m3/km2，证明研究区页岩气资源潜力大。

前人研究已经证明，与美国等已成功实现商业开采的页岩气产区相比，本地区陡山沱组海相暗色泥页岩，从地球化学特征、岩石矿物学特征等方面来说具备了页岩气形成的基本地质条件，主要表现为有机质丰度相对较低，热演化程度高，脆性矿物含量高，黏土矿物含量低，页岩孔隙度和渗透率低[10]。

表2 鄂西黄陵背斜南翼秭地1井、秭地2井陡山沱组二段泥页岩含气量统计

表3 鄂西黄陵背斜南翼秭归地区陡山沱组二段资源量计算结果

表4 鄂西黄陵背斜南翼陡山沱组页岩气特征与北美对比

注：北美页岩气数据据参考文献[29]。

而通过二维地震处理解释和地质调查井实钻资料，进一步证实了黄陵背斜南翼地区陡山沱组泥页岩含气性以及含气页岩的分布范围，证明该地区页岩气资源较为丰富。陡山沱组含气页岩各项指标与国外主要页岩[29]相比(表4)，除成熟度较高、埋藏深度较大外，其余无论从厚度、有机质丰度，还是含气性都具有可对比性，资源丰度更是与美国Ohio和Lewis页岩不相上下。因此，可以认为黄陵背斜南翼地区陡山沱组页岩气资源丰富，勘探开发的前景十分广阔。