川西南威远地区五峰—龙马溪组页岩储层特征及甜点分布规律研究

胡 凯

(中石油长城钻探地质研究院,辽宁 盘锦 124010)

四川威远国家页岩气示范区位于四川盆地西南部,构造上处于川西南古中斜坡低褶带,目的层五峰—龙马溪组地层自西北向东南倾斜,五峰组自下而上分为五一段和五二段,龙马溪组分为龙一段和龙二段,龙一段细分为龙一1和龙一2亚段,龙一1亚段分为4个小层:龙一11、龙一12、龙一13和龙一41。该示范区于2009年钻探我国第一口页岩气评价井——威X1井,并在目的层获测试产量0.26×104m3/d,实现页岩气勘探重大突破。发现威远页岩气田,为实现示范区地质-工程一体化高效勘探开发[1],有必要开展储层特征[2-3]及其甜点分布规律研究,进而为地质甜点和工程甜点的选定提供依据。

目前,对页岩气储层特征及其甜点预测方面的研究较少,许多研究仅局限于实验室内部微观尺度储层特征研究,而对于宏观尺度的研究较少。针对这一问题,该研究利用已完钻评价井测井、岩心分析、地震等资料对目的层的矿物组分及岩相特征、地球化学特征、储层物性及孔隙结构特征、地层压力特征、含气性特征、地质力学特征及甜点分布规律等进行研究,明确了地质-工程甜点,刻画了页岩甜点纵向和平面分布特征,进而为优化井位部署、钻井压裂地质设计奠定基础。

1 川西南威远地区页岩储层特征

1.1 矿物组分及岩相特征

之前的研究成果[4-12]表明页岩中脆性矿物含量与储层的物性、含气性、可压裂性、岩石力学特性等有着直接关系,因而要进行储层特征研究,首先要研究矿物组分特征,尤其是脆性矿物含量和黏土含量。

全岩分析结果表明,页岩矿物组成成分复杂,主要造岩矿物有石英、长石、方解石、白云石、黏土等,如表1所示,纵向上总体呈现出黏土含量减小,脆性矿物含量增加的特征,并且龙一11小层中下部脆性矿物含量约为80%,脆性最好。

表1 全岩分析结果Table 1 Whole rock analysis results

在储层矿物含量评价的基础上,依据硅质含量、碳酸盐岩含量、黏土含量的不同,将页岩划分为5种岩相,划分标准如表2所示。利用该标准进行单井相划分,如图1所示,纵向上,龙一1亚段硅质页岩比例自上而下逐渐增大,龙一11小层中下部岩相主要为硅质页岩,而硅质页岩物性、烃源岩特性、电性、含气性、脆性最佳,储层品质最优,因而优势岩相主要分布在龙一11小层中下部。

表2 页岩岩相划分标准Table 2 Standard for lithofacies division of shale

图1 威X7井岩相划分综合图Fig.1 Lithofacies division result of Wei X7 well

1.2 地球化学特征

有机碳含量、有机质类型及其特性[13-14]是页岩气聚集成藏重要的控制因素之一,是评价页岩储层生烃能力的重要指标,只有达到一定门限值时,才能形成有工业价值的页岩气藏。

1.2.1 有机质类型及其成熟度

有机质类型影响烃源岩生烃量及干酪根吸附能力。可利用岩心进行有机质类型检测,如表3所示。实验结果表明,有机质类型为I或II1型,满足大规模生烃的条件。

表3 威X7井全岩显微组分测定结果Table 3 Maceral result of Wei X7 well

有机质成熟度是评价页岩有机质热演化程度的重要指标。威X7井成熟度测试分析结果表明:镜质体反射率Ro为2.76%～2.82%,平均2.79%,其全岩笔石体反射率测定结果如表4所示,表明烃源岩已达到主生气阶段,达到过成熟阶段,以产干气为主。

表4 威X7井全岩笔石体反射率测定结果Table 4 Roresult of graptolite

1.2.2 有机碳特征

威X2,威X7及自X3这3口井岩心分析TOC结果如图2所示。可以看出,龙一1亚段有机碳平面上各井可对比性好,纵向上总体自上向下逐渐增加,龙一14上部TOC基本小于2%,龙一11中下部最大,TOC为4%～8%,龙一14中下部TOC比龙一13和龙一12值高,五峰组TOC主要分布在0%～4%。

图2 威X2,威X7和自X3井有机碳含量图Fig.2 TOCprofile of Wei X2,Wei X7 and Zi X3

1.3 储层物性及孔隙结构特征

1.3.1 储集空间类型及孔隙结构特征

威远地区五峰组—龙马溪组页岩储集空间类型复杂多样,按其成因主要可分为4种孔隙类型:有机质孔、粒间孔、晶间孔及晶内溶孔,如图3所示。

图3 威远地区扫描电镜图Fig.3 SEMof Weiyuan area

氮气吸附法在表征孔隙结构时既能反映微观结构又能体现总体特征。威X7井分析化验结果表明,龙一11、龙一13和龙一14小层中下部孔体积和比表面积较大,如表5所示,表明储层孔隙结构特征与有机质发育程度紧密相关[15]。

表5 威X7井氮气吸附实验结果Table 5 Nitrogen adsorption experimental results of Wei X7 Well

1.3.2 孔隙度特征

岩心分析孔隙度如表6所示,结果表明:纵向上龙一11小层孔隙度最大,之后依次为龙一13、龙一14、龙一12和五峰组,并且小层内孔隙度变化较大,表明储层在纵向上和平面上非均质性较强。

表6 威远地区页岩岩心分析孔隙度Table 6 Core analysis porosity of Weiyuan area

1.3.3 渗透率特征

岩心分析基质渗透率如表7所示,结果表明:纵向上龙一11小层渗透性最好,之后依次为龙一13、龙一12、龙一14、五峰组,并且不同井渗透率分布范围变化较大,表明储层在纵向上和平面上非均质性较强,如图4所示。

表7 威远地区页岩岩心分析基质渗透率Table 7 Core analysis per meability of Weiyuan area

图4 威X2井龙马溪组基质渗透率纵向分布图Fig.4 Longitudinal matrix per meability distribution of Wei X2 well

1.4 地层压力特征

压力系数见表8,测试结果表明:压力系数为1.40～1.99,并且压力系数与埋深有较好的相关性,埋深越深,压力系数越大,压力系数大于1.2,为超压地层,表明页岩气藏保存条件较好。

表8 威远地区页岩压力系数Table 8 Pressure coefficient of Weiyuan area

1.5 含气性特征

取心井解析法[16-17]实测含气量见表9,结果表明:五峰-龙一1 亚段含气量均大于2.0 m3/t,纵向上龙一11含气量最高,之后依次为龙一12、龙一13、龙一41,五峰组含气性最差。

表9 威远地区岩心井实测含气量表Table 9 Core gas content of Weiyuan area

1.6 地质力学特征

页岩储层的压裂改造对页岩气的经济开发至关重要,而储层的岩石力学和地应力特性是影响压裂改造效果的重要参数。

1.6.1 岩石力学特征

岩石力学[16-17]实验和单井评价结果表明:目的层具有杨氏模量较高、泊松比较低的特征,并且龙一11小层中下部杨氏模量较大,泊松比最低,脆性指数最高,为储层压裂改造的工程甜点[18-19],如图5所示。

图5 威X7井岩石力学成果图Fig.5 Geomechanics result of Wei X7 well

1.6.2 地应力特征

室内应力实验表明,目的层为正断层应力状态,即δV＞δH＞δh。自X1井区的水平应力差异系数明显低于威X2井区和威X4井区,指示地应力场较为简单,储层均质性相对较好,更加有助于形成体积缝网。威远页岩气田典型井地应力参数统计情况见表10。

表10 威远页岩气田典型井地应力参数统计表Table 10 Geomechanical parameter of typical well in Weiyuan area

2 页岩储层甜点分布规律

2.1 纵向甜点分布特征

在储层特征研究的基础上,依据威远页岩气“甜点”划分标准(如表11)所示,对目的层段进行综合评价,结果表明,龙一11小层有机碳含量为4.9%,孔隙度为5.3%,含气量为6.5 m3/t,脆性矿物含量为77.4%,为Ⅰ类储层,其他层为Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ类储层。龙一11小层具有储层物性好、优势岩相、有机碳含量高、含气量高、脆性指数高[19]的特征,为纵向上的地质-工程“甜点”,如图6所示。

表11 威远页岩气田甜点划分标准Table 11 Dessert classification standard of Weiyuan area

图6 威X7井“甜点”评价综合图Fig.6 Sweet spot evaluation of Wei X7 well

2.2 平面甜点分布特征

目前,地震反演是刻画页岩气平面甜点分布特征的主要技术手段,并且应用效果较好。该研究基于叠前道集资料,采用叠前同时反演方法对目的层的有机碳含量、孔隙度、含气量等参数进行预测,同时依据威远地区页岩气“甜点”划分标准,对地震反演预测的各种储层参数进行归一化处理和模糊优化分析,形成综合评价参数,利用该参数对“甜点”区平面分布特征进行评价[20-25]。综合评价指数≥1为Ⅰ类甜点区,0.9≤综合评价参数＜1为Ⅱ类甜点区,0.7≤综合评价参数＜0.9为Ⅲ类甜点区,综合评价参数＜0.7为Ⅳ类甜点区,如图7所示。预测结果表明,平面上甜点区主要分布在研究区的东部,整体上由东向西具有由Ⅰ类甜点逐渐过渡为Ⅳ类甜点的特征,南部甜点级别好于北部,工区东南区域甜于西北区域。

图7 工区甜点分布平面图Fig.7 Plan of dessert distribution in work area

3 结论

1)储层特征研究结果表明,五峰-龙马溪组页岩储层的优势岩相为硅质页岩,纵向上主要分布在龙一11小层;有机质类型为Ⅰ或Ⅱ1型,烃源岩已达到过成熟阶段,有机碳含量整体上自上而下逐渐增加,其中龙一11小层最高;储集空间主要类型分为有机质孔、粒间孔、晶间孔及晶内溶孔,物性特征龙一11小层优于龙一12、龙一13、龙一14;地层压力系数大于1.2,为超压地层;纵向上龙一11含气量最高,龙一14下部次之,之后依次为龙一13、龙一12、龙一14上部;龙一11小层杨氏模量较高,泊松比较低,为储层压裂改造的工程甜点。

2)页岩储层七性关系综合评价结果表明龙一11小层为纵向上的地质-工程甜点。

3)平面上甜点区主要分布在研究区的东部,整体上由东向西具有由Ⅰ类甜点逐渐过渡为Ⅳ类甜点的特征,南部甜点级别好于北部,工区东南区域甜于西北区域。