四川盆地下志留統(tǒng)頁巖含氣性及其影響因素研究

張 快，李 東，王天依，林 璠，李 李

（成都理工大學能源學院，四川成都 610059）

頁巖氣屬于非常規(guī)天然氣資源，是指泥頁巖在各種地質條件下生成且尚未完全排出的天然氣，往往以吸附態(tài)、游離態(tài)、溶解態(tài)等多種形式存在于泥頁巖地層當中[1]。吸附態(tài)氣體主要吸附在粘土礦物和有機質表面，游離態(tài)氣體主要存在于孔隙和天然裂縫當中，溶解態(tài)氣體主要是溶解于頁巖油中[2]。主要分布在盆地內厚度較大、分布較為廣泛的泥頁巖地層中。由于大部分產氣頁巖分布范圍廣、厚度大，且普遍含氣，這使得頁巖氣井與常規(guī)天然氣相比穩(wěn)產周期更長。

四川盆地東南部下志留統(tǒng)頁巖的有機質地球化學條件優(yōu)越，具有TOC 含量高、Ro 適中、Ⅰ類母質的特點[3]。焦頁1 井龍馬溪組的平均TOC 含量為2.42 %；其中，中-低有機質：TOC＜2 %，厚度約40 m；高有機質：TOC 2 %～4 %，厚度約35 m ；富有機質：TOC≥4 %，厚度約15 m；自下而上有機質豐度總體呈減小的趨勢。其中下部有機質豐度高，中部為4.01 %，上部為3.03 %。該井下部高產氣頁巖的Ro＞2.6 %，處于過成熟生氣窗內的最佳的地化指標范圍之內。

1 區(qū)域地質背景

北美勘探開發(fā)經驗表明，富有機質頁巖能夠獲得重大突破的一個不可忽視的原因是普遍發(fā)育較深水、缺氧滯流沉積相帶[4]。四川盆地東南部下志留統(tǒng)頁巖處于陸棚背景，以深水陸棚亞相沉積為特色，有利于頁巖氣富集。根據巖心觀察，以及生物（放射蟲與筆石）、巖性組合、沉積構造、有機質含量等沉積標志確定焦頁1井下志留統(tǒng)龍馬溪組發(fā)育深水陸棚相黑色頁巖，而優(yōu)質頁巖（TOC＞2.0 %）厚度約為40 m。

2 頁巖地質特征

下志留統(tǒng)富有機質頁巖主要集中在龍馬溪組底部，其巖性組合特征為自下而上黑色炭質頁巖、灰黑色粉砂質頁巖。其中焦頁1 井龍馬溪組埋深為2 150 m～2 420 m，下志留統(tǒng)龍馬溪組沉積時期，焦頁1 井反映了一個自下而上水體逐漸變淺的過程，底部發(fā)育硅質頁巖、炭質頁巖，向上陸源碎屑物質逐漸增多。其中，底部發(fā)育黑色硅質頁巖，向上發(fā)育粉砂質頁巖和少量炭質頁巖。彭頁1 井龍馬溪組埋深為1 750 m～2 150 m。與焦頁1 井相比，彭頁1 井展示了近乎相似的沉積特征，底部發(fā)育黑色炭質頁巖，向上逐漸過渡為粉砂質頁巖。河頁1 井龍馬溪組埋深為1 780 m～2 170 m。河頁1 井與焦頁1 井和彭頁1 井龍馬溪組整體沉積特征相似，但是其陸源碎屑較為發(fā)育。

圖1 焦頁1 井游離氣含量和吸附氣含量關系圖

3 含氣量分析

3.1 現場解吸方法與含氣量變化

四川盆地東南部頁巖含氣性極好。焦頁1 井在巖心出筒時，巖心表面氣泡密布，巖心浸水試驗氣泡呈幕狀，直觀的說明了頁巖高含氣性。從焦頁1 井現場含氣量解吸結果來看，龍馬溪組總含氣量介于0.44 m3/t～5.19 m3/t，平均值為1.97 m3/t，損失氣含量介于0.11 m3/t～3.9 m3/t，平均值為1.14 m3/t；解吸氣含量介于0.31 m3/t～1.4 m3/t，平均值為0.79 m3/t；殘余氣含量介于0.01 m3/t～0.07 m3/t，平均值為0.04 m3/t。據此焦頁1 井主要以損失氣與解吸氣為主。通過現場測試分析從上向下，巖心含氣量和游離氣含量逐漸增高，吸附氣變化不大，絕對含氣量逐漸增加。在2 370 m 界面以上，含氣量以吸附氣為主，在此界面之下含氣量以游離氣為主，吸附氣和游離氣含量呈正相關關系（見圖1、圖2）。

3.2 等溫吸附實驗方法與頁巖儲層的吸附能力

據焦頁1 井8 塊實測等溫吸附分析化驗數（見圖3測量溫度30 ℃），龍馬溪組下部優(yōu)質頁巖的吸附氣量最小值為3.64 m3/t，最大值為4.66 m3/t，平均值為4.1 m3/t；中部吸附氣量最小值為1.72 m3/t，最大值為2.56 m3/t，平均值為2.21 m3/t；上部吸附氣量最小值為2.22 m3/t，最大值為2.76 m3/t，平均值為2.49 m3/t，向上具備上、下高，中間低的兩高夾一低的三分特征。并且吸附氣量隨著TOC 含量的增加而升高，表明吸附能力也逐漸增強。

圖2 焦頁1 井游離氣占比和吸附氣占比關系圖

圖3 焦頁1 井龍馬溪組和五峰組頁巖等溫吸附特征

圖4 游離氣與孔隙度、脆性礦物、TOC、納米孔的關系

由于30 ℃條件下的等溫吸附實驗未能反映地層條件下的真實情況，為此，利用郭少斌[5]實驗結論，對焦頁1 井等溫吸附試驗數據進行溫度校正，龍馬溪組溫度校正后最大吸附氣量平均值為1.28 m3/t；下部吸附氣量介于1.75 m3/t～2.77 m3/t，平均值為2.21 m3/t；中部介于0.45 m3/t～0.67 m3/t，平均值為0.56 m3/t；上部介于0.33 m3/t～0.87 m3/t，平均值為0.60 m3/t。校正后各樣品點真實的吸附氣量明顯小于等溫吸附試驗結果，但總體趨勢相近。

4 含氣量影響因素

限于四川盆地東南部的局限性，為了反映更大范圍、更多類型、更加全面的含氣性變化，選取了焦頁1井、彭頁1 井、黃頁1 井、河頁1 井，4 口關鍵井，代表了成功井、失利井，以及高產井、低產井、空井的情況。由于含氣量的影響因素較多，本次研究選取孔喉半徑、有機質面孔率、Smin 最小非飽和孔隙體積百分數等參數進行研究。

分析可知游離氣與TOC、孔隙度、脆性礦物含量呈一定的正相關，與粘土礦物含量呈一定的負相關性，增加而增加，且TOC≥3.0 %，孔隙度≥1.4 %后呈跳躍升高（見圖4）。

分析可知吸附氣與TOC、納米孔隙度、脆性礦物含量具有一定的正相關性，與粘土礦物含量具有一定的負相關性，但相關性均欠佳，沒有明顯的跳躍，也無快速的升高（見圖5）。

游離氣、吸附氣均受保存條件影響。盆地之內，壓力系數一般較高，保存條件好，游離氣多；盆地之外，壓力系數一般低，保存條件差，游離氣、吸附氣含量均不高。

圖5 吸附氣與孔隙度、脆性礦物、TOC、納米孔的關系

5 結論

根據焦頁1 井的分析結果認為：總含氣量（吸附氣和游離氣）隨著深度的增加而呈明顯的增加趨勢，各地質分段游離氣量均明顯高于吸附氣量，具備自上而下氣測異常值逐漸增加的特點。根據多口特征井分析認為：游離氣主要受孔隙度、脆性礦物、TOC 和納米孔孔隙度的影響，吸附氣主要受TOC 控制，二者均受保存條件影響。

［1］ 唐顯春，曾輝，張培先，等.宜城地區(qū)荷塘組頁巖含氣性淺析［J］.油氣藏評價與開發(fā)，2011，4（1）：78-84.

［2］ Curtis J B.Fractured shale-gas system ［J］.AAPG bulletin，2002，86（11）：1921-1938.

［3］ 徐國盛，張震，羅小平，等.湘中和湘潭東南拗陷上古生界泥頁巖含氣性及其影響因素［J］. 成都理工大學學報，2013，10（5）：577-586.

［4］ 曾祥亮，劉樹根，黃文明，等，四川盆地志留系龍馬溪組頁巖與美國Fort worth 盆地石炭系Barrnet 組頁巖地質特征對比［J］.地質通報，2011，30（2/3）：372-384.

［5］ 郭少斌，黃磊.頁巖氣儲層含氣性影響因素及儲層評價-以上揚子古生界頁巖氣儲層為例［J］.石油實驗地質，2013，35（6）:601-606.