頁巖氣藏“甜點(diǎn)”構(gòu)成要素及富氣特征分析
——以四川盆地長寧地區(qū)龍馬溪組為例

潘仁芳　龔 琴　鄢 杰　金吉能

長江大學(xué)非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心

頁巖氣藏“甜點(diǎn)”構(gòu)成要素及富氣特征分析
——以四川盆地長寧地區(qū)龍馬溪組為例

潘仁芳龔 琴鄢 杰金吉能

長江大學(xué)非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心

潘仁芳等.頁巖氣藏“甜點(diǎn)”構(gòu)成要素及富氣特征分析——以四川盆地長寧地區(qū)龍馬溪組為例.天然氣工業(yè)，2016,36(2):7-13.

“甜點(diǎn)”的識(shí)別對(duì)確定頁巖氣有利區(qū)分布，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模經(jīng)濟(jì)開發(fā)具有重要的意義。為此，基于國內(nèi)外大量優(yōu)質(zhì)含氣頁巖的分析資料和研究數(shù)據(jù)，比較分析了頁巖氣藏的地質(zhì)特征，闡述其“甜點(diǎn)”的地質(zhì)要件：含氣頁巖有效厚度、有機(jī)碳含量（TOC）、有機(jī)質(zhì)類型與成熟度(Ro)、巖石骨架及其物性（孔隙度及滲透率）特征、天然裂縫發(fā)育狀況等。然后，結(jié)合頁巖氣經(jīng)濟(jì)開采的特點(diǎn)以及各要素間的相關(guān)性，以四川盆地長寧地區(qū)的相關(guān)資料為基礎(chǔ)，綜合考慮四川盆地威遠(yuǎn)區(qū)塊的情況，總結(jié)了頁巖氣富集的地質(zhì)規(guī)律，明確了該區(qū)海相頁巖氣藏有利“甜點(diǎn)”的構(gòu)成要素及其分布值：①有效頁巖連續(xù)厚度大于30 m、TOC＞2.0%、Ro介于2.4%～3.5%，保證了氣源巖的質(zhì)量；②脆性礦物含量介于30%～69%、黏土礦物含量小于30%、夾層厚度介于0.1～1.0 m，保證了儲(chǔ)層的質(zhì)量；③孔隙度大于2.0%、滲透率大于50 nD、含氣量大于1.45 m3/t、地層壓力介于常壓—超壓，決定了生產(chǎn)方式與產(chǎn)能。最后進(jìn)一步分析了頁巖氣藏“甜點(diǎn)”的主次控件，并探討了其相互制約關(guān)系。

頁巖氣 甜點(diǎn) 構(gòu)成要素 富氣規(guī)律 早志留世 四川盆地 長寧地區(qū) 威遠(yuǎn)區(qū)塊

北美地區(qū)在20世紀(jì)中葉以前發(fā)現(xiàn)頁巖氣，并最早進(jìn)行頁巖氣開采，然而在21世紀(jì)初才對(duì)頁巖氣開展系統(tǒng)的研究并取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展[1]，其頁巖油、氣革命浪潮也正推動(dòng)全球越來越多的國家開展頁巖氣研究。近年來，隨著頁巖氣勘探規(guī)模的擴(kuò)大，對(duì)頁巖氣的認(rèn)識(shí)也不斷豐富和更新，主要體現(xiàn)在頁巖氣富集規(guī)律的認(rèn)識(shí)和開采技術(shù)需求等方面：頁巖氣儲(chǔ)層巖石類型從原來的單一到現(xiàn)今的多樣[2]，頁巖氣成因[3]、賦存相態(tài)也多樣；頁巖氣藏雖為自生自儲(chǔ)的特殊油氣藏，儲(chǔ)集條件相當(dāng)重要，但其保存條件[4]則更為重要；頁巖孔隙系統(tǒng)對(duì)頁巖氣的賦存條件與富集機(jī)理有著直接的影響關(guān)系，吸附與解吸附作用是頁巖氣賦存及開發(fā)的重要因素，吸附氣量的多與少從根本上決定著頁巖氣的富集程度。這些控制頁巖氣富集程度及產(chǎn)量的要素稱之為頁巖氣“甜點(diǎn)”。要實(shí)現(xiàn)對(duì)頁巖氣的大規(guī)模經(jīng)濟(jì)開發(fā)，必須研究這些頁巖氣“甜點(diǎn)”的構(gòu)成要素及其相互關(guān)系。

1　頁巖氣藏地質(zhì)特征及“甜點(diǎn)”構(gòu)成要素

1.1頁巖氣藏地質(zhì)特征

頁巖氣主體上是以吸附和游離狀態(tài)同時(shí)賦存于泥頁巖層系地層（包括泥頁巖地層本身、夾層以及相鄰的地層等）、以自生自儲(chǔ)為成藏特征的天然氣聚集[5-7]。頁巖氣藏儲(chǔ)層具有低孔隙度、低滲透率的特征，區(qū)域性上呈多樣性分布，受多種因素共同影響(如構(gòu)造背景、沉積條件、有機(jī)質(zhì)類型及豐度、骨架巖石及礦物、裂縫和斷裂等)。

頁巖氣藏單憑其自身?xiàng)l件很難達(dá)到工業(yè)產(chǎn)能狀態(tài)，需要進(jìn)行人工改造。通過鉆水平井，對(duì)富集的井段進(jìn)行壓裂改造形成“繭形”采氣空間。因此，除富集的地質(zhì)因素外，供氣層具有何種結(jié)構(gòu)特征和骨架礦物組合等可改造的條件也是至關(guān)重要的。

1.2頁巖氣藏“甜點(diǎn)”構(gòu)成要素

頁巖氣藏“甜點(diǎn)”構(gòu)成要素主體上表現(xiàn)為3個(gè)方面：生烴能力、儲(chǔ)氣條件及易開采性。前兩項(xiàng)屬“地質(zhì)甜點(diǎn)”范疇，后者屬“工程甜點(diǎn)”范疇。

作為區(qū)域性連續(xù)聚集的非常規(guī)天然氣藏，優(yōu)質(zhì)生烴條件通常包括：位于盆地沉降中心，烴源巖具有一定的厚度、有機(jī)質(zhì)豐度高、類型好，處于生氣窗演化階段。良好儲(chǔ)集條件包括：具有良好保存條件的自生自儲(chǔ)式成藏模式、內(nèi)部天然裂縫發(fā)育、不間斷供氣和連續(xù)聚集。

地理位置、埋藏深度及巖石脆性是頁巖氣開采難易的關(guān)鍵因素和先決條件，也是頁巖氣的“工程甜點(diǎn)”要素。

2　北美頁巖氣藏“甜點(diǎn)”構(gòu)成要素分析

美國頁巖油、氣的成功勘探開發(fā)引發(fā)了全球范圍的石油科技革命，頁巖油氣正改變世界能源供需格局并強(qiáng)烈地推進(jìn)各國勘探開發(fā)頁巖氣的進(jìn)程。北美已發(fā)現(xiàn)的頁巖氣[8-11]產(chǎn)地主要為阿巴拉契亞盆地、福特沃斯盆地、圣胡安盆地、阿科馬盆地和德克薩斯—路易斯安那鹽盆（表1），主要沉積了下古生界的寒武系、奧陶系、志留系，上古生界的泥盆系、密西西比系（下石炭統(tǒng)）、賓夕法尼亞系（上石炭統(tǒng)）和中生界的白堊系等海相地層和大量富含有機(jī)質(zhì)的黑色頁巖，發(fā)育了大量的頁巖氣資源。

截至2014年底，美國已實(shí)現(xiàn)3 740×108m3頁巖氣的年產(chǎn)量，其頁巖油氣領(lǐng)域突飛猛進(jìn)的發(fā)展和取得的巨大成功也拓寬了石油地質(zhì)人員對(duì)于油氣資源的認(rèn)識(shí)，從美國典型優(yōu)質(zhì)頁巖氣產(chǎn)區(qū)得到的氣頁巖參數(shù)（表1）也給了頁巖氣行業(yè)發(fā)展值得借鑒的規(guī)律和標(biāo)準(zhǔn)。

表1　美國產(chǎn)氣區(qū)氣頁巖主要參數(shù)表

2.1生烴能力

Ross等[13]研究發(fā)現(xiàn)總有機(jī)碳含量（TOC）與甲烷吸附量之間具有正相關(guān)關(guān)系[14]，Boyer等[15]認(rèn)為頁巖儲(chǔ)層成為有效烴源巖的最低有機(jī)碳含量下限為2%；Chalmers等[16]研究發(fā)現(xiàn)腐泥型與混合型干酪根對(duì)應(yīng)的甲烷最大吸附量較混合/腐殖型與腐殖型干酪根要大；同時(shí)北美地區(qū)的統(tǒng)計(jì)資料[17]表明頁巖厚度越大，天然氣生成潛力與滯留量就越大；對(duì)熱演化程度與產(chǎn)烴率指數(shù)關(guān)系[4]的分析認(rèn)為最有利于頁巖氣形成與富集的鏡質(zhì)體反射率（Ro）值范圍為1.2%～2.7%。

2.2儲(chǔ)集條件

頁巖層系中，縫、隙系統(tǒng)的發(fā)育有效控制著氣藏的富集程度。頁巖儲(chǔ)層低孔隙度、低滲透率特性導(dǎo)致了頁巖中的游離氣主要儲(chǔ)集在頁巖基質(zhì)孔隙和裂縫空間中，頁巖的孔隙表面面積與其甲烷吸附能力之間呈正相關(guān)關(guān)系[18]。北美進(jìn)行商業(yè)開采的頁巖氣盆地一般經(jīng)歷較大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，從而在巖石表面形成了褶皺和裂縫。同時(shí)，強(qiáng)脆性的頁巖儲(chǔ)層中發(fā)育的豐富天然裂縫系統(tǒng)不僅為游離氣提供儲(chǔ)存空間，也為吸附氣的解吸和總的含氣量的增大提供有利條件[19]。

2.3易開采性

在北美典型的幾套頁巖儲(chǔ)層礦物組分中，頁巖膨脹性黏土礦物含量在25%～40%之間，硅質(zhì)、碳酸鹽巖等礦物含量在60%～80%之間。脆性巖石受力作用下，造縫能力相對(duì)增強(qiáng)，裂縫網(wǎng)格更容易產(chǎn)生[20]；有效的埋藏深度處的溫度和壓力是頁巖中干酪根向油氣轉(zhuǎn)化的前提。北美產(chǎn)氣頁巖地層具有埋深跨度大、厚度大的特點(diǎn)（表1），頁巖氣開發(fā)的黃金層段厚度為1 000～3 000 m[12]。

3　長寧地區(qū)頁巖氣藏“甜點(diǎn)”構(gòu)成要素

中國頁巖氣富集特征受盆地類型、沉積環(huán)境、構(gòu)造背景及巖相等多種因素的影響。相較北美地臺(tái)而言，中國的沉積盆地規(guī)模小、穩(wěn)定性差，由于區(qū)內(nèi)板塊構(gòu)造活動(dòng)較為復(fù)雜，形成了盆地類型和沉積模式的多樣性，表現(xiàn)為多類型頁巖氣藏特征。此外，我國多種沉積類型的盆地內(nèi)還同時(shí)存在海相、陸相和海陸過渡相的富有機(jī)質(zhì)泥頁巖，其中四川盆地及其周沿地區(qū)下古生界廣泛分布著海相富有機(jī)質(zhì)頁巖，而位于長寧—威遠(yuǎn)國家級(jí)頁巖氣示范區(qū)中的長寧區(qū)塊就是該盆地內(nèi)的一個(gè)典型示例。

長寧地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組主要發(fā)育著富含有機(jī)質(zhì)的黑色頁巖、碳質(zhì)頁巖、碳質(zhì)硅質(zhì)頁巖，其中富含筆石、腕足類等化石，厚度在400～900 m之間。長寧及其周緣地區(qū)成功鉆探的多口井表明：龍馬溪組頁巖厚度大，分布面積廣，有機(jī)質(zhì)類型好、豐度高，熱演化程度較高，頁巖骨架中脆性礦物組分適中，孔隙和裂縫發(fā)育且類型較多，呈現(xiàn)出明顯的特征優(yōu)勢(shì)，構(gòu)成了頁巖氣成藏的有利條件[21-22]。

3.1生烴要素

影響生氣因素主要體現(xiàn)在有機(jī)碳含量、頁巖厚度、類型及有機(jī)質(zhì)成熟度。下志留統(tǒng)頁巖是我國南方地區(qū)主力氣頁巖地層，有機(jī)碳含量普遍較高，為0.74%～5.98%，長寧地區(qū)產(chǎn)氣井有利儲(chǔ)層段TOC為2.70%～3.25%（圖1），有效厚度在30 m以上（圖2）；分析結(jié)果表明，單位巖石的含氣量與TOC呈正相關(guān)關(guān)系，與頁巖的厚度呈正相關(guān)關(guān)系（可能厚度決定保存條件）。

圖1　有機(jī)碳含量與頁巖含氣量關(guān)系圖

圖2　頁巖厚度與頁巖含氣量關(guān)系圖

干酪根顯微組分中腐泥組含量為71%～94%，鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組含量均在5%以下（圖3），干酪根類型以腐泥型為主，部分見偏腐泥混合型，為有利的有機(jī)質(zhì)類型；主要頁巖層系古埋深都很大，已進(jìn)入過成熟演化階段，具備形成頁巖氣藏的充分條件，從圖4可看出產(chǎn)氣段的Ro主要集中在2.1%～3.7%。

圖3　不同產(chǎn)氣井干酪根顯微組分圖

圖4　熱演化程度與產(chǎn)氣率指數(shù)關(guān)系圖

3.2儲(chǔ)氣要素

頁巖具有較低的孔隙度和滲透率，通常頁巖儲(chǔ)層的孔隙度小于10%，滲透率在10～50 nD之間。已鉆探井的資料表明儲(chǔ)層的孔隙度主要集中在2.78%～6.12%，孔隙度與含氣量具有較好的相關(guān)性，隨著孔隙度增加，頁巖含氣量也相對(duì)增大（圖5）。

頁巖的礦物成分也是影響頁巖氣儲(chǔ)集條件的因素。該區(qū)礦物組分主要包括黏土礦物、碳酸鹽巖、石英、長石及少量的黃鐵礦等（圖6），有利儲(chǔ)層段黏土礦物含量平均為30.51%，脆性礦物含量均大于50%。大的頁巖脆性有利于生成天然裂縫和誘導(dǎo)裂縫，進(jìn)而增強(qiáng)頁巖地層的滲透性和增多油氣儲(chǔ)集空間，促進(jìn)氣體的解吸和運(yùn)移，控制油氣的聚集和產(chǎn)出。

圖5　孔隙度與含氣量的關(guān)系圖

圖6　產(chǎn)氣井與非產(chǎn)氣井的礦物組分三角圖

勘探成果表明：類似于北美已開發(fā)頁巖氣田，長寧地區(qū)和威遠(yuǎn)地區(qū)也都發(fā)育有相當(dāng)?shù)牧芽p系統(tǒng)；長寧發(fā)育程度更高，威遠(yuǎn)多為微—細(xì)裂縫且呈閉合狀被石英、方解石和白云石等次生礦物所充填[23-24]。

3.3開采要素

李景新等[25]認(rèn)為并不是所有優(yōu)質(zhì)烴源巖都具有經(jīng)濟(jì)開采價(jià)值，只有那些含豐富的低泊松比和高彈性模量脆性礦物的富有機(jī)質(zhì)頁巖的才是勘探的主要目標(biāo)[26-27]。因此在生烴和儲(chǔ)氣條件較好時(shí)，工程“甜點(diǎn)”要素是決定頁巖氣產(chǎn)量的關(guān)鍵性因素。圖6顯示產(chǎn)氣井脆性礦物含量主要集中在50%～80%，脆性礦物含量較高的頁巖有利于頁巖氣后期的壓裂增縫開采。

基于實(shí)際資料，在研究區(qū)關(guān)鍵井識(shí)別的裂縫類型主要有高導(dǎo)縫、高阻縫及鉆井誘導(dǎo)縫等等。這些裂縫有助于儲(chǔ)層的形成和改造[27]，對(duì)油氣的儲(chǔ)、滲等物性和油氣藏的最終可采儲(chǔ)量起決定作用，對(duì)后期的壓裂改造等工程方案設(shè)計(jì)亦具有指導(dǎo)意義[28]。

4　長寧地區(qū)頁巖氣藏“甜點(diǎn)”富氣特征分析

截至2015年8月，長寧區(qū)塊日產(chǎn)頁巖氣量已達(dá)到236×104m3，并且僅其頁巖氣探明儲(chǔ)量也增至9 200×108m3，說明該區(qū)龍馬溪組頁巖中富含豐富的天然氣資源。針對(duì)該區(qū)有利頁巖段獨(dú)特的天然氣富集特征，以及上述對(duì)“甜點(diǎn)”要素的分析，理清了能適用并指導(dǎo)勘探開發(fā)頁巖氣資源的參數(shù)如下：Ro介于2.4%～3.5%，TOC>2%，有效厚度介于33.4～49.0 m，埋深介于1 285.0～3174.5 m，脆性礦物含量介于30%～69%，孔隙度介于2.0%～7.6%，含氣量介于1.45～6.50 m3/t，滲透率大于50 nD，含水飽和度小于45%，泊松比介于0.10～0.35，楊氏模量介于15～44 GPa，地層壓力系數(shù)介于1.00～2.03，夾層厚度介于0.1～1.0 m。

對(duì)照北美地區(qū)及中國頁巖氣地質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，確定出長寧地區(qū)頁巖氣成藏兼顧開采利用的根本要素為TOC、Ro、孔隙度、有效厚度、含氣量、脆性礦物含量、埋深以及裂縫發(fā)育程度，主控因素為Ro和含氣孔隙度，其次為含氣量、TOC和地層壓力（圖7）。

圖7　長寧地區(qū)龍馬溪組頁巖氣評(píng)價(jià)參數(shù)特征分布圖

5　頁巖氣藏“甜點(diǎn)”要素的相互制約關(guān)系

構(gòu)成頁巖氣藏的“甜點(diǎn)”要素并不是孤立存在的，它們之間一方面存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，如有機(jī)碳含量和氣體含量有很好的相關(guān)性[29]；頁巖脆性礦物含量越高，裂縫越發(fā)育等。但另一方面也存在相互制約關(guān)系（圖8）。

圖8　頁巖氣藏“甜點(diǎn)”要素相互制約關(guān)系圖

5.1黏土礦物與頁巖脆性

黏土礦物不僅與有機(jī)質(zhì)相伴生，也因其具有很強(qiáng)的吸附性和非常大的比表面，它可以增加吸附態(tài)頁巖氣的含量，從而增加總的含氣量。但頁巖中黏土含量高，則其脆性礦物含量就低，這樣的頁巖在外力作用下不易產(chǎn)生裂縫，不利于頁巖氣的開采。因此，要尋找得到黏土礦物與脆性礦物之間的最佳配比是深入研究頁巖氣藏“甜點(diǎn)”要素的關(guān)鍵。

5.2孔隙度與脆性礦物含量

一方面，脆性礦物的升高會(huì)降低儲(chǔ)層的孔隙度，如生物成因的硅質(zhì)，從而減少了游離氣[30]；另一方面，脆性礦物有利于巖石裂縫的產(chǎn)生，從而促進(jìn)頁巖氣的滲流。因此頁巖的脆性礦物含量并不是越高越好，隨著硅質(zhì)和碳酸鹽礦物含量的不斷增加，會(huì)堵塞頁巖流體滲流通道，降低頁巖的孔隙，使得游離氣的儲(chǔ)氣空間不斷減少。

方解石的形成通常是在裂隙中起膠結(jié)作用，這更進(jìn)一步減少了孔隙[29]，所以，對(duì)頁巖氣儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)必須在黏土礦物、水分、石英、碳酸鹽礦物含量之間達(dá)到一種平衡。

5.3裂縫與地層壓力

壓力越大，頁巖中吸附氣和游離氣就會(huì)相應(yīng)增加，存儲(chǔ)在其中總的氣體體積亦呈增大趨勢(shì)。但伴隨壓力增至一定范圍之后，受控于限定的孔隙和礦物比表面積，總的含氣體積的增速會(huì)放緩。另外，較高的地層壓力和溫度會(huì)影響地層內(nèi)礦物性質(zhì)，導(dǎo)致巖石塑性增強(qiáng)，因而裂縫發(fā)育程度會(huì)相應(yīng)地減弱。

此外，埋藏深度也會(huì)影響有機(jī)質(zhì)成熟度。隨著頁巖埋藏深度增加地溫增高，對(duì)同一類型的有機(jī)質(zhì)來說，不同熱演化階段生氣特征不同，當(dāng)頁巖的埋深過大時(shí)，有機(jī)質(zhì)成熟度就高，不利于頁巖氣的保存。

6　結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）頁巖氣藏“甜點(diǎn)”構(gòu)成要素主要概括為良好的生烴能力、有利的儲(chǔ)集條件以及易于頁巖氣開采的工程改造條件。

2）以北美頁巖氣富集區(qū)“甜點(diǎn)”特征為依據(jù)，結(jié)合長寧地區(qū)龍馬溪組有利頁巖層段地質(zhì)地球化學(xué)等基礎(chǔ)資料，分析得到該區(qū)頁巖氣藏“甜點(diǎn)”構(gòu)成要素為：TOC＞2.0%，Ro介于2.4%～3.5%，頁巖有效厚度大于30 m，孔隙度大于2.0%，脆性礦物含量介于30%～69%，含氣量大于2.0 m3/t，埋深小于3 500 m，裂縫發(fā)育豐富。

3）頁巖氣藏的“甜點(diǎn)”要素之間不僅相互關(guān)聯(lián)，也存在相互制約。因此在確定這些地質(zhì)要素時(shí)不僅僅要考慮單因素范圍，更要注意他們間的相互制約關(guān)系，從而來確定這些“甜點(diǎn)”要素的最佳分布范圍。

[1]肖賢明, 宋之光, 朱炎銘, 田輝, 尹宏偉. 北美頁巖氣研究及對(duì)我國下古生界頁巖氣開發(fā)的啟示[J]. 煤炭學(xué)報(bào), 2013, 38(5): 721-727．Xiao Xianming, Song Zhiguang, Zhu Yanming, Tian Hui, Yin Hongwei. Summary of shale gas research in North America and revelations to shale gas exploration of Lower Paleozoic strata in China south area[J]. Journal of China Coal Society, 2013, 38(5): 721-727.

[2]王香增, 高勝利, 高潮. 鄂爾多斯盆地南部中生界陸相頁巖氣地質(zhì)特征[J]. 石油勘探與開發(fā), 2014, 41(3): 294-304. Wang Xiangzeng, Gao Shengli, Gao Chao. Geological features of Mesozoic continental shale gas in south of Ordos Basin, NW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2014, 41(3): 294-304.

[3]姜呈馥, 程玉群, 范柏江, 高勝利. 陸相頁巖氣的地質(zhì)研究進(jìn)展及亟待解決的問題——以延長探區(qū)上三疊統(tǒng)延長組長7段頁巖為例[J]. 天然氣工業(yè), 2014, 34(2): 27-33. Jiang Chengfu, Cheng Yuqun, Fan Bojiang, Gao Shengli. Progress in and challenges to geologic research of terrestrial shale in China: A case study from the 7thmember of the Upper Triassic Yanchang Fm in the Yanchang exploration block, Ordos Basin[J]. Natural Gas Industry, 2014, 34(2): 27-33.

[4]潘仁芳, 唐小玲, 孟江輝, 張喜滿, 龔宇. 桂中坳陷上古生界頁巖氣保存條件[J]. 石油與天然氣地質(zhì), 2014, 35(4): 534-541. Pan Renfang, Tang Xiaoling, Meng Jianghui, Zhang Ximan, Gong Yu. Shale gas preservation conditions for the Upper Paleozoic in Guizhong Depression[J]. Oil & Gas Geology, 2014, 35(4): 534-541.

[5]Mavor M. Barnett shale gas-in-place volume including sorbed and free gas volume[C]//AAPG Southwest Section Meeting, 1-4 March 2003, Fort Worth, Texas, USA.

[6]張金川, 薛會(huì), 張德明, 蒲軍. 頁巖氣及其成藏機(jī)理[J]. 現(xiàn)代地質(zhì), 2003, 17(4): 466. Zhang Jinchuan, Xue Hui, Zhang Deming, Pu Jun. Shale gas and its reservoiring mechanism[J]. Geoscience, 2003, 17(4): 466.

[7]張金川, 金之鈞, 袁明生. 頁巖氣成藏機(jī)理和分布[J]. 天然氣工業(yè), 2004, 24(7): 15-18. Zhang Jinchuan, Jin Zhijun, Yuan Mingsheng. Reservoiring mechanism of shale gas and its distribution[J]. Natural Gas Industry, 2004, 24(7): 15-18.

[8]Hill RJ, Jarvie DM, Zumberge J, Henry M, Pollastro RM. Oil and gas geochemistry and petroleum systems of the Fort Worth Basin[J]. AAPG Bulletin, 2007, 91(4): 445-473.

[9]李新景, 胡素云, 程克明. 北美裂縫性頁巖氣 勘探開發(fā)的啟示[J].石油勘探與開發(fā), 2007, 34(4): 392-400. Li Xinjing, Hu Suyun, Cheng Keming. Suggestions from the development of fractured shale gas in North America[J]. Petroleum Exploration and Development, 2007, 34(4): 392-400.

[10]聶海寬, 張金川, 張培先, 宋曉薇. 福特沃斯盆地Ba rnett頁巖氣藏特征及啟示[J]. 地質(zhì)科技情報(bào), 2009, 28(2): 87-93. Nie Haikuan, Zhang Jinchuan, Zhang Peixian, Song Xiaowei. Shale gas reservoir characteristics of Barnett shale gas reservoir in FortWorth Basin[J]. Geological Science and Technology Information, 2009, 28(2): 87-93.

[11]Bowker KA. Recent development of the Barnett shale play, Fort Worth Basin[J]. West Texas Geological Society Bulletin, 2003, 42(6): 4-11.

[12]Curtis JB. Fractured shale-gas systems[J]. AAPG Bulletin, 2002, 86(11): 1921-1938.

[13]Ross DJK, Bustin RM. Shale gas potential of the Lower Jurassic Gordondale Member, northeastern British Columbia, Canada[J]. Bulletin of Canadian Petroleum Geology, 2007, 55(1): 51-75.

[14]童曉光, 郭建宇, 王兆明. 非常規(guī)油氣地質(zhì)理論與技術(shù)進(jìn)展[J].地學(xué)前緣, 2014, 21(1): 9-20. Tong Xi aoguang, Guo Jianyu, Wang Zhaoming. The progress of geological theory and technology for unconventional oil and gas[J]. Earth Science Frontiers, 2014, 21(1): 9-20.

[15]Boyer C, Kieschnick J, Lewis RE, Waters G. Producing gas from its source [J]. Oilfi eld Review, 2006,18: 36-49.

[16]Chalmers GRL, Bustin RM. The organic matter distribution and methane capacity of the Lower Cretaceous strata of northeastern British Columbia, Canada[J]. International Journal of Coal Geology, 2007, 70: 223-239.

[17]劉玉婷. 中外頁巖氣評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之研究[D]. 武漢: 長江大學(xué), 2012. Liu Yuting. The trade-off study on evaluation criterion of domestic and external shale gas[D]. Wuhan: Yangtze University, 2012.

[18]Clarkson CR, Bustin RM. Variation in micro-pore capacity and size distribution with composition in bituminous coal of the western Canadian sedimentary basin[J]. Fuel, 1996, 75(13): 1483-1498.

[19]王玉滿, 黃金亮, 李新景, 董大忠, 王淑芳, 管全中. 四川盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖裂縫孔隙定量表征[J]. 天然氣工業(yè), 2015, 35(9): 8-15. Wang Yuman, Huang Jinliang, Li Xinjing, Dong Dazhong, Wang Shufang, Guan Quanzhong. Quantitative characterization of fractures and pores in shale beds of the Lower Silurian, Longmaxi Formation, Sichuan Basin[J]. Natural Gas Industry, 2015, 35(9): 8-15.

[20]肖剛, 唐穎. 頁巖氣及其勘探開發(fā)[M]. 北京:高等教育出版社, 2012. Xiao Gang, Tang Ying. Shale gas and its exploration and development[M]. Beijing: Higher Education Press, 2012.

[21]蒲泊伶, 蔣有錄, 王毅, 包書景, 劉鑫金. 四川盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣成藏條件及有利地區(qū)分析[J]. 石油學(xué)報(bào), 2010, 31(2): 225-229. Pu Boling, JiangYoulu, Wang Yi, Bao Shujing, Liu Xinjin. Reservoirforming conditions and favorable exploration zones of shale gas in Lower Silurian Longmaxi Formation of Sichuan Basin[J]. Acta Petrolei Sinica, 2010, 31(2): 225-229.

[22]郭秀英, 陳義才, 張鑒, 滿玲, 鄭海橋, 童小俊, 等. 頁巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選及其權(quán)重確定方法——以四川盆地海相頁巖為例[J]. 天然氣工業(yè), 2015, 35(10): 57-64. Guo Xiuying, Chen Yicai, Zhang Jian, Man Ling, Zheng Haiqiao, Tong Xiaojun, et al. Assessment index selection and weight determination of shale gas plays: A case study of marine shale in the Sichuan Basin[J]. Natural Gas Industry, 2015, 35(10): 57-64.

[23]丁文龍, 李超, 李春燕, 許長春, 久凱, 曾維特. 頁巖裂縫發(fā)育主控因素及其對(duì)含氣性的影響[J]. 地學(xué)前緣, 2012, 19(2): 212-220. Ding Wenlong, Li Chao, Li Chunyan, Xu Changchun, Jiu Kai, Zeng Weite. Dominant factor of fracture development in shale and its relationship to gas accumulation[J]. Earth Science Frontiers, 2012, 19(2): 212-220.

[24]段永剛, 曹廷寬, 楊小瑩, 張穎, 吳貴平. 頁巖儲(chǔ)層納米孔隙流動(dòng)模擬研究[J]. 西南石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2015, 37(3): 63-68. Duan Yonggang, Cao Tingkuan, Yang Xiaoying, Zhang Ying, Wu Guiping. Simulation of gas flow in nano-scale pores of shale gas deposits[J]. Journal of Southwest Petroleum University: Science & Technology Edition, 2015, 37(3): 63-68.

[25]李新景, 呂宗剛, 董大忠, 程克明. 北美頁巖氣資源 形成的地質(zhì)條件[J]. 天然氣工業(yè), 2009, 29(5): 27-32. Li Xinjng, Lü Zonggang, Dong Dazhong, Cheng Keming. Geologic controls on accumulation of shale gas in North America[J]. Natural Gas Industry, 2009, 29(5): 27-32.

[26]于炳松.頁巖氣儲(chǔ)層的特殊性及其評(píng)價(jià)思路和內(nèi)容[J]. 地學(xué)前緣, 2012, 19(3): 252-258. Yu Bingsong. Particularity of shale gas reservoir and its evaluation[J]. Earth Science Frontiers, 2012, 19(3): 252-258.

[27]周德華, 焦方正. 頁巖氣“甜點(diǎn)”評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)——以四川盆地建南地區(qū)侏羅系為例[J]. 石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì), 2012, 34(2): 109-114. Zhou Dehua, Jiao Fangzheng. Evaluation and prediction of shale gas sweet spots: A case study in Jurassic of Jiannan area, Sichuan Basin[J]. Petroleum Geology and Experiment, 2012, 34(2): 109-114.

[28]鄢雪梅, 王欣, 張合文, 王永輝, 段瑤瑤. 頁巖氣藏壓裂數(shù)值模擬敏感參數(shù)分析[J]. 西南石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2015, 37(6): 127-132. Yan Xuemei, Wang Xin, Zhang Hewen, Wang Yonghui, Duan Yaoyao. Analysis of sensitive parameter in numerical simulation of shale gas reservoir with hydraulic fractures[J]. Journal of Southwest Petroleum University: Science & Technology Edition, 2015, 37(6): 127-132.

[29]陳尚斌, 朱炎明, 王紅巖, 劉洪林, 魏偉, 方俊華. 四川盆地南緣下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣儲(chǔ)層礦物成分特征及意義[J]. 石油學(xué)報(bào), 2011, 32(5): 775-782. Chen Shangbin, Zhu Yanming, Wang Hongyan, Liu Honglin, Wei Wei, Fang Junhua. Characteristics and signifi cance of mineral compositions of Lower Silurian Longmaxi Formation shale gas reservoir in the southern margin of Sichuan Basin[J]. Acta Petrolei Sinica, 2011, 32(5): 775-782.

[30]Ross DJK, Bustin RM. Characterizing the shale gas resource potential of Devonian-Mississippian strata in the Western Canada sedimentary basin: Application of an integrated formation evaluation[J]. AAPG Bulletin, 2008, 92(1): 87-125.

Elements and gas enrichment laws of sweet spots in shale gas reservoir: A case study of the Longmaxi Fm in Changning Block, Sichuan Basin

Pan Renfang, Gong Qin, Yan Jie, Jin Jineng
(Hubei Cooperative Innovation Center of Unconventional Oil and Gas, Yangtze University, Wuhan, Hubei 430100, China)
NATUR. GAS IND. VOLUME 36, ISSUE 3, pp.7-13, 3/25/2016. (ISSN 1000-0976; In Chinese)

Identification of sweet spot is of great significance in confirming shale gas prospects to realize large-scale economic shale gas development. In this paper, geological characteristics of shale gas reservoirs were compared and analyzed on the basis of abundant data of domestic and foreign shale gas reservoirs. Key elements of sweet spots were illustrated, including net thickness of gas shale, total organic carbon (TOC) content, types and maturity (Ro) of organic matters, rock matrix and its physical properties (porosity and permeability), and development characteristics of natural fractures. After the data in Changning and Weiyuan blocks, Sichuan Basin, were analyzed, the geologic laws of shale gas enrichment were summarized on the basis of the economic exploitation characteristics of shale gas and the correlation between the elements. The elements of favorable “sweet spots” of marine shale gas reservoirs in Changning block and their distribution characteristics were confirmed. Firstly, the quality of gas source rocks is ensured with the continuous thickness of effective gas shale larger than 30 m, TOC＞ 2.0% and Ro=2.4-3.5%. Secondly, the quality of reservoir is ensured with the brittle minerals content being 30-69%, the clay mineral content lower than 30% and a single lamination thickness being 0.1-1.0 m. And thirdly, the porosity is higher than 2.0%, the permeability is larger than 50 nD, gas content is higher than 1.45 m3/t, and formation is under normal pressure-overpressure system, which ensures the production modes and capacities. Finally, the primary and secondary elements that control the “sweet spots” of shale gas reservoirs were further analyzed and their restrictive relationships with each other were also discussed.

Shale gas; Sweet spot; Elements; Gas enrichment laws; Early Silurian; Sichuan Basin; Changning Block; Weiyuan Block

10.3787/j.issn.1000-0976.2016.03.002

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“頁巖油、氣甜點(diǎn)構(gòu)成要素比較研究”（編號(hào)：41472123）。

潘仁芳，1962年生，教授，博士生導(dǎo)師，博士；主要從事非常規(guī)油氣資源評(píng)價(jià)、天然氣地球物理表征等技術(shù)研究工作。地址：（430100）湖北省武漢市蔡甸區(qū)大學(xué)路特1號(hào)。ORCID:0000-0003-2727-1743。E-mail:pan@yangtzeu.edu.cn

2015-12-14編 輯韓曉渝)