建南構(gòu)造東岳廟段頁巖氣層測錄井特征研究

陳志蓉，石文睿，張占松，田 芳，趙紅燕

（1.中國石化江漢石油工程有限公司測錄井公司，湖北 潛江433123；2.長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢430100；3.油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 長江大學(xué) ，湖北 荊州434023）

頁巖氣藏具有獨(dú)特的成藏與富集模式，低孔低滲透且天然裂縫發(fā)育、有機(jī)質(zhì)豐富、脆性礦物含量高、淺湖～半深湖及半深海沉積、儲層吸附氣含量高的特征突出，成功開采的關(guān)鍵是水平井完井和分段壓裂。這些都區(qū)別于常規(guī)天然氣層，而且我國正處于頁巖氣勘探與開發(fā)的早期，尚缺乏統(tǒng)一的評價方法與標(biāo)準(zhǔn)，需要系統(tǒng)研究的內(nèi)容非常豐富。

近年來，中國石化集團(tuán)在四川盆地建南構(gòu)造東岳廟段頁巖中取得勘探突破，其中建111、建頁 HF－1、建頁HF－2井東岳廟段頁巖氣層經(jīng)大型壓裂均獲得工業(yè)氣流，為研究頁巖氣層特征，建立頁巖氣綜合解釋評價標(biāo)準(zhǔn)，提供了豐富和翔實(shí)的實(shí)例資料。

1 地質(zhì)概況

中揚(yáng)子地區(qū)是國內(nèi)陸上盆地頁巖氣最為有利的勘探區(qū)域。建南構(gòu)造位于中揚(yáng)子地區(qū)石柱復(fù)向斜中部，地表為中低山地地貌，地面海拔一般為600m～1 200m，平均海拔800m左右，一般相對高差為200m～500m，最高處建南鎮(zhèn)東北處陳家灣海拔1 200m，最低處建南鎮(zhèn)河邊海拔為600m。建南構(gòu)造分北高點(diǎn)和南高點(diǎn)，建111、建頁 HF－1井位于北高點(diǎn)，建頁 HF－2井位于南高點(diǎn)。

1.1 地層特征

建南構(gòu)造的上組合地層自上而下依次為:侏羅系中統(tǒng)下沙溪廟組，下統(tǒng)自流井組涼高山段、大安寨段、馬鞍山段、東岳廟段、珍珠沖段以及三疊系上統(tǒng)須家河組須六段、須五段等，各組段均為整合接觸，東岳廟段主要巖性為泥頁巖、粉砂質(zhì)泥巖（見表1）。

表1 建南構(gòu)造地層劃分及主要巖性特征

1.2 沉積環(huán)境與油氣富集層位

東岳廟段處于淺湖－半深湖的沉積環(huán)境，沉積以黑色、黑灰色頁巖、深灰色及黑色泥巖為主，夾薄層深灰色粉砂巖、灰白色灰?guī)r，底部介殼泥頁巖發(fā)育，在整個石柱地區(qū)均為淺湖－半深湖沉積；本段有較豐富的介殼類化石。

多年的勘探與開發(fā)證實(shí)，建南構(gòu)造東岳廟段為油氣富集有利區(qū)域和層位。多口井在東岳廟段的泥頁巖中出現(xiàn)氣測顯示異常，鉆井液氣侵嚴(yán)重，表現(xiàn)為非常規(guī)頁巖氣特征。

2 頁巖氣層特征

2.1 巖性特征

東岳廟段頁巖發(fā)育，地層厚度120m～150m，中下部富含有機(jī)質(zhì)暗色泥頁巖厚度40m～80m，泥頁巖顏色可分兩段，上部以灰色為主，中下部以深灰色、灰黑色為主，整體由上至下顏色變深；典型巖性為黑色頁巖夾介殼灰?guī)r組合，上部為泥巖夾薄層粉砂巖，往下泥頁巖及灰?guī)r增多，逐漸變?yōu)槟囗搸r夾介殼灰?guī)r，下部為大套頁巖段，典型湖相沉積。

東岳廟段平均厚度為134m，北高點(diǎn)軸部較薄，厚度僅為110m。建111井頁巖層厚度較建頁HF－1井少22m（見圖1）。

圖1 建南構(gòu)造建111、建頁 HF－1、建頁 HF－2井自流井組地層對比圖

巖屑錄井表明，建頁HF－1井東岳廟段上部為泥巖夾薄層的粉砂巖，往下泥頁巖及灰?guī)r增多，逐漸變?yōu)槟囗搸r夾介殼灰?guī)r；而建111井上部為泥巖，下部為泥頁巖夾泥巖；巖心分析顯示，東岳廟段巖石礦物成分主要為:石英、長石、碳酸鹽巖、粘土等礦物，石英、碳酸鹽巖脆性礦物含量平均在60% 以上。

建111、建頁HF－1和建頁 HF－2井東岳廟段脆性物質(zhì)含量均在45% 以上，最高達(dá)82%，平均65%。北美及國內(nèi)頁巖氣勘探顯示，頁巖氣層的脆性礦物含量多大于40%，脆性礦物含量高易于壓裂，易于沿地應(yīng)力較大的方向形成人造裂縫，提高儲層滲透能力。

2.2 物性特征

泥頁巖中孔隙和微裂縫發(fā)育程度是頁巖氣藏評價的重要指標(biāo)。泥頁巖微裂縫越發(fā)育，頁巖氣藏中游離天然氣的聚集空間越多。此外，孔隙和裂縫發(fā)育也有效地增加了泥頁巖的比表面積，提高了泥頁巖的吸附天然氣的能力。

東岳廟段頁巖氣層段巖心孔隙度最小為0.1%，最大為6.9%，平均2.3%，集中分布在1.0%～3.0%；氣層上部孔隙度相對較高，建111井的596.0m～625.0m測井孔隙度平均值為6.0%、建頁 HF－1井的591.0m～625.0m測井孔隙度平均值為6.3%；下部孔隙度相對較低，建111井的625.0 m～643.0m測井孔隙度平均值為3.6%、建頁 HF－1井的625.0m～643.0m測井孔隙度平均值為3.8%。

東岳廟段頁巖氣層巖心滲透率極低，最小0.58md，最大12.0md，平均2.6md；其中，建111井平均滲透率3.6md，建頁 HF－1井平均滲透率2.1md，建頁 HF－2井平均滲透率2.1md。

東岳廟段頁巖氣儲層的孔隙度橫向上變化不大，儲層物性相對穩(wěn)定（見圖2）。

圖2 建111、建頁HF－1、建頁 HF－2井儲層參數(shù)對比圖

2.3 電性特征

頁巖氣儲層有“三高”，即高自然伽馬GR、高電阻RT（LLD、ILD）、高中子CNL的測井曲線特征。東岳廟段頁巖含灰“二低”，即低密度DEN、低PE值不明顯。東岳廟段富含有機(jī)質(zhì)，自然伽馬GR呈相對高值特征，一般為75API～148API；電阻率LLD（ILD）為18Ω·m～240Ω·m，聲波時差 AC 189μs／m～276μs／m；測井巖性密度2.50g／cm3～2.60g／cm3，干酪根相對密度0.95～1.05。

“聲波－電阻率（RT－DT）”法，即DT－ΔlogRt方法，是利用聲波曲線與電阻率曲線疊合，“幅度差”反映了地層富含有機(jī)質(zhì)的情況，在不含有機(jī)質(zhì)的泥巖段，聲波測井曲線與電阻率曲線基本重疊在一起，含頁巖氣層的泥巖段“幅度差”在10%～30% 之間（見圖3）。

圖3 “RT－DT”法識別建南構(gòu)造典型頁巖氣儲層

2.4 含油氣性特征

1）氣測烴顯示

建111井東岳廟段氣層全烴由0%上升到9.85%，C1由0% 上升到8.14%，C2由0% 上升到1.09%，C3由0% 上升到0.31%，iC4由0% 上升到0.04%，nC4由0% 上升到0.08%，烴對比系數(shù)為20～197，平均為30，計(jì)算含氣飽和度 ≥65.0%；建頁 HF－1井東岳廟段氣層全烴由0.02% 上升到1.20%，C1由0.01% 上升到0.69%，C2由0.001% 上升到0.043%，C3由0%上升到0.008%，iC4由0% 上升到0.001%，其他的組分均為0，烴對比系數(shù)最大為60，平均為10，計(jì)算含氣飽和度 ≥55.0%；建頁 HF－2井東岳廟段氣層全烴由0.50% 上升到8.51%，C1由0.14% 上升到7.08%，C2由0.010%上升到0.359%，C3由0% 上升到0.089%，iC4由0% 上升到0.008%，nC4由0% 上升到0.017%，烴對比系數(shù)最大為100，平均為20，計(jì)算含氣飽和度 ≥60.0%。建111、建頁HF－1和建頁HF－2井東岳廟段氣層烴對比系數(shù)－鉆時比值交會圖均顯示為典型油氣層。

東岳廟段氣測顯示明顯，烴對比系數(shù)在8～197之間，平均28，含氣飽和度55.0%～65.0%。

2）有機(jī)碳含量

東岳廟段頁巖氣儲層上部:建111井的596.0m～625.0m、建頁 HF－1井的591.0m～625.0m有機(jī)碳含量變化較大；儲層下部:建111井的625.0m～643.0m、建頁 HF－1井的625.0m～643.0m，有機(jī)碳含量相對穩(wěn)定；建111井有機(jī)碳含量在0.9%～2.2% 之間變化，平均有機(jī)碳含量1.55%，建頁 HF－1井有機(jī)碳含量在0.90%～2.3% 之間變化，平均有機(jī)碳含量1.60%。

東岳廟段有機(jī)碳含量TOC一般為1.0%～1.4%，有機(jī)質(zhì)熱演化程度Ro一般為0.8%～1.5%，處于頁巖氣勘探較有利的地化指標(biāo)范圍之內(nèi)。

3）地層含氣量

建111井、建頁HF－1井和建頁 HF－2井儲層的總含氣量在0.85m3／t～2.04m3／t之間，平均總含氣量約為1.28m3／t，其中吸附氣約占59.0%，游離氣大約占41.0%。東岳廟段頁巖氣儲層的吸附氣含量在縱、橫向上變化都不大，相對穩(wěn)定（見圖4）。

圖4 建111、建頁 HF－1、建頁HF－2井儲層含氣性對比圖

建頁HF－1井儲層游離氣縱向上整體變化平穩(wěn)；而建111井的含水飽和度在整個儲層段變化不大，但上部其孔隙度相對高些，致使上部的游離氣略高一些。其中，建111井穩(wěn)產(chǎn)氣2 200m3／d，建頁HF－1井試氣獲4 000m3／d；建頁 HF－2井日產(chǎn)油0.12m3，日產(chǎn)氣2 550m3，平均原油相對密度0.80，粘度5.04Mpa.s，凝固點(diǎn)20℃，屬于凝析氣藏。

2.5 地層壓力特征

建111、建頁HF－1和建頁HF－2井隨鉆地層壓力檢測顯示無異常壓力存在，地層壓力梯度1.07Mpa／Hm，即靜水壓力梯度鉆井液相對密度1.05～1.10，處于近平衡狀態(tài)；地層破裂壓力梯度2.2Mpa／Hm。

3 解釋標(biāo)準(zhǔn)研究

綜合建111、建頁 HF－1和建頁 HF－2井地質(zhì)、錄井和測井特征和前人的研究成果，建南構(gòu)造東岳廟段氣層綜合解釋標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 建南構(gòu)造東岳廟段頁巖氣層綜合解釋評價標(biāo)準(zhǔn)

泥頁巖氣層關(guān)鍵解釋參數(shù)下限參考標(biāo)準(zhǔn):頁巖厚度20.0m、孔隙度3.0%、含氣飽和度50.0%、總有機(jī)碳含量1.0%、鏡質(zhì)體反射率1.0%、脆性礦物含量40.0%、總含氣1.0m3／t（游離氣含量0.5m3／t）、地層壓力梯度1.07MPa／Hm（壓力系數(shù)1.0）；核心參數(shù)如頁巖厚度、孔隙度、游離氣含量、壓力梯度（壓力系數(shù) ）部分或同時分別突破 50.0m、10.0%、1.0m3／t和 1.25MPa／Hm（1.2），泥頁巖氣顯示層可評價為Ⅰ類氣層，試氣獲高產(chǎn)的概率較大；總含氣量大于等于2.0m3／t的頁巖氣層為Ⅰ類即優(yōu)質(zhì)氣層，總含氣量小于等于1.0m3／t頁巖氣層為Ⅲ類即差氣層，總含氣量介于1.0m3／t與2.0m3／t之間的頁巖氣層為Ⅱ類即中等儲層。

4 主要認(rèn)識

1）建南構(gòu)造東岳廟段頁巖氣層巖性主要為深灰色泥頁巖，主要礦物有石英、長石、碳酸鹽巖、粘土，脆性礦物含量 ≥65%；孔隙度3.0%～6.5%，滲透率2.1md～3.6md，且二者存在較強(qiáng)的相關(guān)性；電阻率18.0Ω·m～240.0Ω·m，聲波189μs／m～276μs／m；含氣飽和度 ≥55%，有機(jī)碳含量TOC為1.0%～1.4%，地層無異常高壓，呈正常壓力變化。

2）建南構(gòu)造東岳廟段厚度橫向變化不大，下部富含有機(jī)質(zhì)暗色泥頁巖相對發(fā)育，頁巖氣儲層的孔隙度、飽和度、有機(jī)碳含量、含氣量在橫向上相對穩(wěn)定，是頁巖氣勘探的有利層位。

3）建南構(gòu)造東岳廟段頁巖氣層核心參數(shù)如頁巖厚度、孔隙度、游離氣含量，部分或同時分別突破60.0m、10.0% 和2.0m3／t，泥頁巖氣顯示層可評價為Ⅰ類氣層，壓裂試氣易獲高產(chǎn)。

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