四川盆地江东地区龙马溪组一段上部页岩储层含气性评价

蔡 进，刘 莉，刘 超，舒志恒，邓佳琪

中国石化江汉油田分公司勘探开发研究院，湖北 武汉 430223

奥陶系上统五峰组—志留系下统龙马溪组下部龙一段为涪陵页岩气田的主要开发层段，目前已投入商业开发[1]，前期研究认识中将该层段细分为九个小层，其中①～⑤小层称为下部气层；⑥～⑨小层称为上部气层[2-4]，为研究区此次研究的主要目的层段。目前江东区块已有下部气层完试井69口，测试产量1.8～62.9万方/天，平均为18.5万方/天，上部气层井缺少生产资料，目前仅2口上部气层完钻。前人研究主要针对本区的下部气层开展，上部气层的勘探、开发及相关研究工作尚处于初步阶段，本区取心评价井焦页X-3井五峰组—龙马溪组①～⑨小层共完成沉积、地化、储层、含气性、开发试验等5大类2 071块次的样品分析，论文主要对其中上部气层五峰组—龙马溪组沉积、地化特征、储层特征、岩石学特征及含气性特征进行分析，对储层及含气性特征进行综合评价。

1 研究区地质概况

江东区块隶属川东褶皱带，处于万县复向斜、方斗山复背斜隔挡式褶皱与齐岳山隔槽式褶皱带的交汇区域，构造上隶属川东高陡构造带万县复向斜东南部，处于焦石坝背斜带、乌江背斜带和江东向斜带的结合部位[5-7]。江东区块整体可分为南、北两个构造带，北部构造带可分为天台场1号、2号断鼻、吊水岩向斜三个次级构造单元（图1），呈北东向展布；南部构造带可细分为江东鞍部及乌江1号断背斜两个次级构造单元，呈北西向展布，整体来看由北向南构造逐渐复杂[8]，评价井焦页X-3井位于区块核部。

图1 江东区块构造划分平面图及焦页X-3井上部气层柱状图Fig. 1 Tectonic location of the Jiangdong block and The lithology stratigraphic column of Well JiaoyeX-3

2 页岩储层特征

2.1 沉积特征

江东区块五峰组—龙马溪组上部气层主要发育四种含碳量不同的岩石类型，自下而上分别为灰黑色中碳粉砂质泥页岩、灰黑色中—低碳粉砂质泥页岩、深灰黑色中—高碳细砂—粉砂质泥页岩、深灰色低中碳砂质泥页岩，四种岩石类型有机质均较为发育，黄铁矿较为发育，且发育水平纹层，指示了安静、还原性条件的深水沉积特征[9]。

⑥—⑦小层：岩性整体显灰黑色，岩心观察表明含碳量较低，多为中碳，⑥小层较⑦小层略高，多为黏土质粉砂质页岩，岩心硬度较低，易于刻划，碳质含量与龙马溪组底部—五峰组相比明显降低，岩心污手程度较低，观察岩心断切面可知硅质含量占切面的35%左右，岩心薄片可观察到大量的水平粉砂质细—粗纹层（图2a），其自生硅质含量较下伏的①—⑤小层明显减少，薄片下未观察到明显的硅质骨骼类生物化石，指示了较为安静的深水、还原性沉积环境。

⑧小层：岩性整体颜色为灰黑色—深灰色，含碳量较下伏⑦小层增高，主要为中碳及少量高碳粉砂质粘土页岩，观察岩心断面可知，其硅质含量介于30%～35%之间，碳质含量与⑥—⑦小层大体相当，在局部井区有机碳含量高于⑥—⑦小层，局部段夹有中薄层的灰黑色含灰质页岩，薄片显示黏土被炭质浸染严重（图2b），呈平行于纹层的细条纹状分布（图2c），整体指示了较为安静的深水、还原性沉积环境。

⑨小层：岩心主要为灰黑色，含碳量较低，为低碳粉砂质粘土页岩：其硅质含量约为35%左右，碳酸盐岩含量明显减少，黏土矿物含量显著增高，约为65%左右，岩心断面观察可知碳质含量普遍在1%左右，平均值低于1%，局部井区可高于1%。岩心可观察到粉砂质条带，自下而上粉砂质条带逐渐变宽，趋于发育。薄片下可看到片状黏土矿物定向排列（图2d），整体指示了深水、安静、弱还原性的沉积环境，但水体深度较下伏层段浅、还原性较下伏层段弱[10]。

从评价井焦页X-3井岩心观察结果来看，该井区整个含气页岩段具备深水陆棚的沉积特征，其中上部气层⑧小层可见大量笔石化石（图2e），局部见星散状黄铁矿（图2f），反映出强还原的深水陆棚沉积环境，有利于有机质富集，为最优开发层段。

图2 焦页X-3井五峰组—龙马溪组⑧小层岩石薄片与岩心照片Fig. 2 The core photos of Well JiaoyeX-3

从江东区块已完钻3口导眼井含气页岩段（①—⑨小层）厚度划分来看，北部厚度分别为88～90 m，而南部厚度略有增加，实钻显示厚度为120 m，其中上部气层（⑥—⑨小层）厚度在北部为50～52 m，而在区块南部厚度略有增加，约70 m，全区厚度整体在40～70 m。

2.2 地化特征

江东区块焦页X-3井在五峰组—龙马溪组取心段共检测TOC样品88块，上部气层50块，TOC值为0.54%～2.37%，平均值为1.48%，从数值分布来看，大部分样品TOC值为1.5%～2.0%；分小层统计结果表明，⑧小层TOC最高，⑥、⑦小层次之，⑨小层最差（表1）。

表1 焦页X-3井岩心TOC分析数据统计Table 1 The Organic carbon content of Well JiaoyeX-3

焦页X-3井干酪根镜检分析有机质类型结果来看，区块主体处于浅海沉积环境，生物以水生生物为主，具有大量的浮游生物和菌藻类，尤以笔石占绝对优势，局部有放射虫和硅质海绵骨针，有机质类型以腐泥型干酪根为主，上部气层⑨小层为II1型干酪根，类型指数65.5，⑥—⑧小层为II2型干酪根，类型指数20.5～34.0。

焦页X-3井五峰组—龙马溪组进行9块镜煤样品分析，其中上部气层有效测点7个，沥青质反射率3.49%～5.98%，镜质体反射率（Ro）是国际上公认的标定有机质成熟度的指标，古生界地层干酪根组成缺乏镜质体，沥青反射率已成为表征那些缺乏镜质体而含有沥青的海相烃源岩有机质成熟度的一个重要指标，利用Ro=0.3195+0.679×Rb公式换算镜质体反射率[11]，上部气层镜质体反射率2.69%～4.38%，结果表明江东区块五峰组—龙马溪组上部气层进入过成熟演化阶段，以生成干气为主[12]。

2.3 物性特征

江东区块焦页X-3井五峰组—龙马溪组取心段共检测物性样品88块，其中上部气层49块，岩心孔隙度为1.5%～6.6%，平均值为3.7%，从数值分布来看，大部分样品孔隙度值为2%～4%；分小层统计结果表明，⑥小层孔隙度最高，⑧、⑨小层次之，⑦小层最低（表2）。

表2 焦页X-3井岩心孔隙度分析数据统计表Table 2 The core porosity of Well JiaoyeX-3

从焦页X-3井岩心观察结果来看，上部气层⑨小层构造缝欠发育，高导流缝主要在⑧小层，整体构造缝欠发育，多为方解石全充填，开启程度较低。有机质孔隙以微孔和中孔为主，呈圆形和椭圆形，空间上呈片状、管柱状和洞穴状、主要为中孔，内部连通性及其与外部连通性好；黏土孔隙主要为大孔，呈片状和不规则状，内部连通性及其与外部连通性较好；碎屑孔隙主要为大孔，呈不规则状，连通性差[13]。

从焦页X-3井样品扫描电镜显示，上部气层主要发育有机孔，孔径以中孔为主，黄铁矿晶间孔（图3a、3b），有机质内孔较发育（图3c、3d）。总体而言，页岩储层孔隙主要以中孔为主，孔隙主要分布在孔隙直径≤24 nm以下的孔径范畴，中孔孔隙体积占总孔隙体积的80%以上，不同类型的孔隙和不同尺度的孔隙组合形态呈两端开放的楔形和墨水瓶型，孔隙开放程度较好，对页岩气在基质中的渗流较为有利[14]。

图3 焦页X-3井五峰组—龙马溪组上部气层扫描电镜Fig. 3 The scanning electron microscope photos of Well JiaoyeX-3

2.4 岩石学特征

江东区块焦页X-3井岩心分析数据表明，五峰组—龙马溪组脆性矿物含量较高，且自上而下逐渐增加，其中上部气层石英含量平均为34.85%，碳酸盐含量平均为12.24%，分小层统计表明，⑦、⑧小层脆性矿物含量较高，⑨小层较低（图4）。从52块岩心分析粘土矿物X衍射结果来看，上部气层黏土矿物含量平均为40.82%，以伊利石和伊蒙混层为主，少量绿泥石，不含高岭石，具备较好的可压性[15]（表3）。

表3 焦页X-3井岩心全岩X衍射矿物组分分析数据统计表Table 3 The mineral composition of whole rock X-ray diffraction in core of Well JiaoyeX-3

图4 焦页X-3井⑥—⑨小层岩石矿物组分三角图Fig. 4 The triangle diagram of rock mineral composition for ⑥—⑨ sublayer of Well JiaoyeX-3

3 含气性

焦页X-3井钻探过程中，五峰组—龙马溪组整体见良好油气显示，上部气层段气测全烃显示最高值达14.08%，甲烷值达9.88%，录井解释含气层25 m/层；焦页X-3井共取气组分分析样品94块，分析结果表明气体组分以甲烷为主，甲烷体积分数平均值达59.70%。

焦页X-3井现场实测总含气量平均值3.49 m3/t，其中上部气层实测总含气量平均值为2.25 m3/t，⑦小层含气量最高，⑥、⑧小层次之，⑨小层最低。从焦页X-3导眼井整个含气页岩段实测总含气量看，江东区块上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气层含气量纵向上整体呈现出自上而下总含气量增高的特征；核磁法进行含水饱和度测试，上部气层含水饱和度36.6%～57.68%，平均值为44.84%，其中⑧小层含水饱和度平均值38.76%，是含气饱和度最好的层段，其次为⑦小层，⑥、⑨小层含气饱和度相对较差。

从含气性分析结果来看，江东区块上部气层整体比下部气层含气性差，总体评价为II2类页岩气储层，其中以⑦、⑧小层为最优层段，⑨小层最差。

表4 焦页X-3井含气性分析测试数据统计Table 4 The gas bearing property of Well Jiaoye X-3

4 结论

（1）涪陵页岩气田江东区块上部气层⑥—⑨小层厚度40～70 m，区块北部厚度较低，往南逐渐增厚，主要发育灰黑色粉砂页岩、粉砂质黏土页岩。

（2）上部气层⑥—⑨小层TOC含量0.54%～2.37%，平均值为1.48%，有机质丰度较高，其中⑦小层和⑧小层最优，有机质类型为II1和II2型，镜质体反射率2.69%～4.38%，有机质处于高成熟—过成熟阶段，以生干气为主。

（3）上部气层⑥—⑨小层孔隙度为1.5%～6.6%，平均值为3.70%，有机质孔隙以微孔、中孔为主，脆性矿物含量较高，石英含量平均为34.85%，碳酸盐含量平均为12.24%，粘土矿物以伊利石和伊蒙混层为主，现场实测含气量1.45%～2.74 m3/t，平均值为2.25 m3/t，含气性与可压性较好，其中⑦小层和⑧小层为最优层段。