武隆地区页岩储集层评价及水平井箱体优选

2020-07-07韩贵生张海杰田艳红庞江平

录井工程 2020年2期

韩贵生张海杰田艳红庞江平王君

(①中国石油川庆钻探工程有限公司地质勘探开发研究院；②重庆页岩气勘探开发有限责任公司；③四川省川冶陆零伍环保工程有限公司)

0 引言

中国页岩气勘探正处于快速发展阶段，探明了焦石坝、长宁-威远等千亿立方米的大气田，页岩气藏埋深主要集中在3 000～3 500 m。进入“十三五”期间，页岩气勘探在向深层不断发展的同时，也积极探索、评价和开发浅层页岩气资源，云南地区、南川地区的浅层页岩气评价相继有所突破[1]，中石油在重庆武隆地区也积极开展浅层页岩气资源的勘探与开发。本文以重庆武隆地区钻探的Y井五峰组-龙马溪组为研究对象，从构造特征、页岩品质各项参数等进行研究分析，优选水平段箱体，为武隆地区浅层页岩气的勘探开发提供技术支撑。

1 区域地质特征

武隆地区双河向斜位于川东高陡构造带，介于华蓥山断裂和齐岳山断裂之间，两侧为万县复向斜和石柱复向斜，受西侧华蓥山、东侧齐西深大断裂带的影响，广泛发育北-北东向和北东-北东东向隔挡式褶皱[2-3]：陡窄紧闭的背斜与开阔宽缓的向斜相间排列，背斜较窄，地层陡峭紧闭，两翼通常不对称，其中一翼陡倾斜甚至倒转，核部常伴随发育逆断层；向斜通常较为宽缓，呈“屉”状，内部构造相对简单。

该区地表出露层位为二叠系长兴组，五峰组底界埋深主要分布在1 500～3 500 m。Y井自上而下钻遇有二叠系长兴组、龙潭组、茅口组、栖霞组、梁山组，石炭系中统黄龙组、志留系韩家店组、小河坝组、龙马溪组，奥陶系上统五峰组，至奥陶系上统宝塔组完钻。龙马溪组又可分为龙一1亚段和龙一2亚段，龙一1亚段自下至上可进一步划分为龙一11、龙一12、龙一13、龙一144个小层。该井目的层是五峰组-龙马溪组龙一1亚段，五峰组底界埋深约1 624 m。

2 页岩储集层特征

页岩储集层品质对气井产量有重要影响。在沉积背景、构造特征相似的地区，页岩储集层差异主要体现在生气潜力、储集物性、可压裂性和含气性4方面，故分别选取总有机碳含量(TOC)、孔隙度、脆性矿物含量及总含气量4个参数描述页岩储集层静态特征[4]。

2.1 总有机碳含量(TOC)

TOC是页岩气藏评价的一个重要指标，它既是页岩生气的物质基础，也是页岩吸附气的载体之一，还是页岩孔隙空间增加的重要因素之一[5]。

对武隆地区五峰组-龙一1亚段页岩中有机碳含量进行了统计分析，结果表明，五峰组页岩TOC值在3.92%～5.59%之间，均值为4.53%，龙一1亚段页岩TOC值在0.44%～5.98%之间。龙一11小层页岩TOC均值5.49%，龙一12小层均值4.65%，龙一13小层均值3.76%，龙一14小层均值1.71%。总体而言，TOC高值主要集中在五峰组和龙马溪组底部黑色页岩层，这也是目前四川盆地页岩气开发的主力层段，且随着深度的增加，TOC含量有逐渐变大的趋势(图1)，自龙一13小层往下，TOC含量明显增大，大部分高于4%。

图1 五峰组-龙一1亚段页岩TOC纵向分布

2.2 孔隙度

孔隙度和渗透率是储集层研究中最重要的两个参数，一般含气页岩都属低孔隙度、低渗透率储集层[6]。

武隆地区五峰组页岩孔隙度在3.4%～7.7%之间，均值为5.2%，龙一1亚段页岩孔隙度在1.6%～6.6%之间。龙一11小层孔隙度均值为6.1%，龙一12小层均值为5.7%，龙一13小层均值为5.0%，龙一14小层均值为3.0%。

武隆地区五峰组页岩孔隙度与TOC具备同样的特征，自龙一13小层往下，孔隙度明显增大，大部分可达5%以上，随着深度的增加，孔隙度有逐渐变大的趋势(图2)，在龙一11小层和五峰组顶部达到最大。

图2 五峰组-龙一1亚段页岩孔隙度纵向分布

2.3 脆性矿物含量

页岩脆性是评价页岩气藏是否具有开发经济价值的重要参数，体现储集层改造的难易程度[7]。

页岩脆性矿物主要包括石英、长石以及碳酸盐矿物。根据Y井岩心全岩X射线衍射数据，武隆地区五峰组-龙一1亚段页岩矿物成分主要为石英、长石、方解石、白云石、黏土和黄铁矿等。脆性矿物含量在36%～91%之间，均值为63%，自上往下呈现逐渐增加的趋势(图3)；黏土矿物含量在7%～63%之间，均值为34%，自上往下呈现逐渐减少的趋势。龙一14小层黏土矿物含量较高，均值达42%，龙一13小层-五峰组黏土矿物含量急速降低，脆性矿物含量逐渐增大。

图3 五峰组-龙一1亚段页岩矿物含量纵向分布

2.4 总含气量

含气性是页岩气富集的主控因素之一。页岩气具有自生自储的特征，以游离态和吸附态赋存于孔隙和裂缝中，游离气主要充填于孔隙与微裂缝中，吸附气主要吸附于有机质和黏土矿物表面[8]。

武隆地区五峰组-龙一1亚段具有良好的含气性，含气量为1.3～5.8 m3/t，其中：五峰组含气量为3.5～5.0 m3/t，均值为4.3 m3/t；龙一11小层含气量为5.2 m3/t，龙一12小层为4.5 m3/t，龙一13小层为4.0 m3/t，龙一14小层为2.3 m3/t。从数据对比来看，五峰组-龙一13小层含气量相差不大，含气性好，只有龙一14小层含气性略差(图4)。

图4 五峰组-龙一1亚段页岩含气量纵向分布

3 水平段箱体选择

综上所述，武隆地区五峰组中上部-龙一13小层具有“四高”特征，即高TOC值(TOC≥4%)、高孔隙度(≥5%)、高含气量(≥3 m3/t)和高脆性矿物含量(≥55%)。

根据储集层静态评价参数，将页岩储集层由好到差依次分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3类，赋以单项分类权重系数，计算出综合品质，按综合品质将页岩储集层最终分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类(表1)。

按此分类，可将武隆地区五峰组中上部-龙一13小层划为Ⅰ类页岩储集层(图5)，垂向厚度达29 m。与长宁、威远地区相比，武隆地区Ⅰ类页岩储集层厚度更大，长宁地区“五峰组中上部+龙一11小层+龙一12小层”为Ⅰ类储集层，厚度近12 m，威远地区Ⅰ类储集层主要集中在龙一11小层，部分分布在龙一13小层，其厚度一般为5 m[9]。

根据已开发区块的钻探经验，为确保水平井获得高产，主要地质主控因素有：最优靶体位置、优质小层钻遇长度和Ⅰ类储集层钻遇率[9]，其中最优靶体位置是前提保障。根据前述分析，Y井优质储集层主要分布在五峰组中上部-龙一13小层，以龙一11小层为最优，因此将Y井水平井箱体设计为井段1 615～1 620 m，以龙一11小层(厚1.7 m)为主，箱体高度取5 m，包括五峰组顶部及龙一12小层底部。同时，龙一11小层GR值最高，一般在240～420 API之间，最高值可达420 API，曲线形态为单峰高尖状，为本区标志层，水平箱体中心线设置在龙一11小层最高GR值处，水平段钻进中依据龙一11小层GR曲线特征指导地质导向和地层追踪，确保水平段轨迹在龙一11小层和最优储集层内钻进，以利于获得较高水平井产能。