川南地區(qū)五峰組-龍馬溪組黑色頁(yè)巖儲(chǔ)層特征

韓 超,吳明昊,吝 文,孔祥鑫,姜在興,高麗華,韓作振,5

(1.山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院,山東青島266590;2.路易斯安那州立大學(xué)地質(zhì)與地球物理系,路易斯安那州巴吞魯日70803;3.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院非常規(guī)油氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北廊坊065007;4.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院,北京100083;5.海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室,山東青島266071)

川南地區(qū)五峰組-龍馬溪組黑色頁(yè)巖儲(chǔ)層特征

韓 超1,吳明昊2,吝 文3,孔祥鑫4,姜在興4,高麗華1,韓作振1,5

(1.山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院,山東青島266590;2.路易斯安那州立大學(xué)地質(zhì)與地球物理系,路易斯安那州巴吞魯日70803;3.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院非常規(guī)油氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北廊坊065007;4.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院,北京100083;5.海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室,山東青島266071)

通過(guò)巖心、薄片、X-衍射、掃描電鏡、測(cè)井等分析測(cè)試,對(duì)川南地區(qū)威遠(yuǎn)、長(zhǎng)寧、昭通三區(qū)塊五峰組-龍馬溪組黑色頁(yè)巖礦物組分、有機(jī)地化、儲(chǔ)集空間、物性和含氣性特征進(jìn)行研究,制定頁(yè)巖巖相劃分方案,分析黑色頁(yè)巖儲(chǔ)層控制因素,優(yōu)選研究區(qū)有利儲(chǔ)層。結(jié)果表明:根據(jù)有機(jī)組分和無(wú)機(jī)組分相結(jié)合原則制定的巖相劃分方案在研究區(qū)識(shí)別出14種巖相;目的層黑色頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)含量高,均值大于2%,有機(jī)質(zhì)成熟度高,等效鏡質(zhì)體反射率均值為2.5%,處于高成熟階段;硅質(zhì)頁(yè)巖物性和含氣性較好,游離氣組分含量較高,混合型頁(yè)巖次之,鈣質(zhì)頁(yè)巖物性和含氣性最差,幾乎不含游離氣,游離氣是導(dǎo)致硅質(zhì)頁(yè)巖含氣性較好的重要因素;粒間孔隙主要沿石英顆粒發(fā)育,多為宏孔,主要發(fā)育于硅質(zhì)頁(yè)巖中,是造成硅質(zhì)頁(yè)巖物性及含氣性好、游離氣組分含量較高的主要原因;長(zhǎng)寧地區(qū)主要發(fā)育Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層,Ⅰ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層累計(jì)厚度可達(dá)44.7 m,是研究區(qū)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層最有利區(qū)塊。

川南地區(qū);五峰-龍馬溪組;巖相;儲(chǔ)層特征;儲(chǔ)層評(píng)價(jià)

頁(yè)巖氣具有自生自?xún)?chǔ)、連續(xù)聚集的特點(diǎn)[1-3],主要以吸附氣和游離氣的形式儲(chǔ)存在頁(yè)巖中,少數(shù)以溶解氣的形式儲(chǔ)存[4-5]。全球頁(yè)巖氣資源量約為450×1012m3,與常規(guī)天然氣相當(dāng),是一種資源潛力巨大的非常規(guī)油氣資源[6]。受益于水平井和壓裂技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展,頁(yè)巖氣的產(chǎn)量得到了極大提高[7-8]。目前北美頁(yè)巖氣已經(jīng)開(kāi)始了大規(guī)模商業(yè)性勘探和開(kāi)發(fā),中國(guó)頁(yè)巖氣尚處于資源評(píng)價(jià)與勘探開(kāi)發(fā)的啟動(dòng)階段[8-10]。其中在重慶涪陵地區(qū)的JY1井取得了較大突破,可以穩(wěn)產(chǎn)60000 m3/d。但同一穩(wěn)定區(qū)塊頁(yè)巖氣井產(chǎn)量差別大,中國(guó)學(xué)者多認(rèn)為頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的非均質(zhì)性是造成這種現(xiàn)象的主要原因[1]。另外,頁(yè)巖氣儲(chǔ)層孔滲極差,含有大量的納米孔隙,其孔隙特征和巖相類(lèi)型對(duì)頁(yè)巖氣的儲(chǔ)存和運(yùn)移具有重要意義[11-13]。川南地區(qū)奧陶系上統(tǒng)五峰組和志留系下統(tǒng)龍馬溪組發(fā)育黑色頁(yè)巖,有機(jī)質(zhì)、脆性礦物含量高,含氣性較好,是頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的有利區(qū)塊[14]。區(qū)內(nèi)黑色頁(yè)巖孔隙類(lèi)型豐富,發(fā)育粒間孔、有機(jī)質(zhì)孔、溶蝕孔和微裂縫等[15-16],孔隙大小以微孔和介孔為主,宏孔較少[17]。一般認(rèn)為沉積環(huán)境、礦物組分、有機(jī)質(zhì)含量、層序地層等是控制儲(chǔ)層發(fā)育的重要因素[18-19]。目前為止,頁(yè)巖巖相劃分通常考慮礦物組分、結(jié)構(gòu)特征和有機(jī)碳含量[13,20-21],甚至水動(dòng)力條件[22],但尚未提出系統(tǒng)的頁(yè)巖巖相劃分方案,巖相與頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的關(guān)系研究也相對(duì)較少。筆者通過(guò)巖心、薄片觀(guān)察、X-射線(xiàn)衍射、電鏡掃描、測(cè)井等分析測(cè)試手段對(duì)威遠(yuǎn)、長(zhǎng)寧、昭通3個(gè)區(qū)塊五峰組和龍馬溪組下部黑色頁(yè)巖地球化學(xué)、物性和含氣性等特征進(jìn)行研究,以期對(duì)研究區(qū)頁(yè)巖氣勘探和開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

四川盆地位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)西部,是揚(yáng)子地臺(tái)較穩(wěn)定部分,為中國(guó)重要的天然氣產(chǎn)區(qū)。北部與秦嶺褶皺帶相鄰,東南和西南與滇黔川鄂臺(tái)褶皺帶相鄰,西部與松潘甘孜褶皺帶相鄰[13-14]。盆地古生代—中三疊世為穩(wěn)定的克拉通階段,發(fā)育以碳酸鹽巖和頁(yè)巖為主的海相地層;晚三疊世—新生代為陸相前陸盆地階段,發(fā)育陸相碎屑巖沉積,區(qū)域地層發(fā)育齊全,出露前震旦系至第四紀(jì)[23]。川南威遠(yuǎn)、長(zhǎng)寧和昭通地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組底部和上奧陶統(tǒng)五峰組發(fā)育富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖,為本次研究的主要區(qū)域(圖1)。

2 研究區(qū)頁(yè)巖巖相劃分

研究區(qū)黑色頁(yè)巖主要由黏土礦物、碳酸鹽礦物、石英組成,此外還包括長(zhǎng)石、黃鐵礦等其他礦物(圖2)。石英以隱晶質(zhì)自生石英為主,陸源石英含量較少。有機(jī)質(zhì)和礦物組分對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層性質(zhì)及頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)具有重要作用[1,10,14,18],在本次研究中對(duì)研究區(qū)頁(yè)巖的命名采用有機(jī)組分和無(wú)機(jī)組分相結(jié)合的方式。

對(duì)于有機(jī)組分,在頁(yè)巖油研究過(guò)程中,通常以2%和4%為界限將儲(chǔ)層劃分為無(wú)效儲(chǔ)層、低豐度儲(chǔ)層和高豐度儲(chǔ)層[24],在頁(yè)巖氣研究中將有機(jī)質(zhì)含量大于2%稱(chēng)之為富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖[6],本次研究借鑒頁(yè)巖油氣儲(chǔ)層分類(lèi)方法以2%和4%為界限,將研究區(qū)頁(yè)巖劃分為低有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖、中有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖和高有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖。

對(duì)于無(wú)機(jī)組分,研究區(qū)樣品衍射及測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)顯示威遠(yuǎn)、長(zhǎng)寧、昭通三區(qū)塊富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖礦物含量差別較大。威遠(yuǎn)地區(qū)黏土礦物含量均值為33.5%,碳酸鹽礦物含量均值為20%,石英含量均值為44.3%;長(zhǎng)寧地區(qū)黏土礦物含量平均為32.6%,碳酸鹽礦物含量平均為11.6%,石英平均含量為50.8%;昭通地區(qū)黏土礦物含量平均為33.7%,碳酸鹽礦物含量平均為30.3%,石英平均含量為25.4%(圖2(a))。本文中對(duì)研究區(qū)泥頁(yè)巖的巖相劃分主要根據(jù)礦物含量,以碳酸鹽礦物、黏土礦物和石英及其他礦物組分為三端元,以各組分含量50%為界限將研究區(qū)泥頁(yè)巖劃分為鈣質(zhì)頁(yè)巖(碳酸鹽礦物含量大于50%)、泥質(zhì)頁(yè)巖(黏土含量大于50%)、硅質(zhì)頁(yè)巖(石英及其他礦物含量大于50%)及混合型頁(yè)巖。其中混合型頁(yè)巖又以碳酸鹽礦物含量33%為界限分為高鈣混合型頁(yè)巖(碳酸鹽礦物含量大于33%)和低鈣混合型頁(yè)巖(碳酸鹽礦物含量小于33%)。根據(jù)巖相劃分方案,三區(qū)塊巖相類(lèi)型區(qū)別明顯,其中威遠(yuǎn)地區(qū)主要發(fā)育低鈣混合型頁(yè)巖、硅質(zhì)頁(yè)巖和泥質(zhì)頁(yè)巖,長(zhǎng)寧地區(qū)主要發(fā)育硅質(zhì)頁(yè)巖,昭通地區(qū)主要發(fā)育鈣質(zhì)頁(yè)巖和混合型頁(yè)巖(圖2)。通過(guò)有機(jī)質(zhì)組分(低有機(jī)質(zhì)、中有機(jī)質(zhì)、高有機(jī)質(zhì))和無(wú)機(jī)組分(鈣質(zhì)頁(yè)巖、硅質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)頁(yè)巖、高鈣混合型頁(yè)巖、低鈣混合型頁(yè)巖)相結(jié)合,可劃分為15種巖石微相(圖3),在研究區(qū)識(shí)別出14種(不發(fā)育高有機(jī)質(zhì)泥質(zhì)頁(yè)巖)。

圖1 研究區(qū)地理位置及YS106井綜合柱狀圖Fig.1 Geographic location and lithological column of well YS106 of study area

圖2 研究區(qū)頁(yè)巖礦物組分及巖相劃分Fig.2 Shale mineral composition and lithofacies division in study area

圖3 頁(yè)巖巖相劃分Fig.3 Shale lithofacies classification

3 儲(chǔ)層特征

研究區(qū)目的層黑色頁(yè)巖主要發(fā)育Ⅰ型干酪跟,威遠(yuǎn)、長(zhǎng)寧、昭通三區(qū)塊目的層段有機(jī)碳含量均值分別為2.1%、2.4%、2.2%,相差不大。頁(yè)巖含氣量在鉆井取心現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)檢測(cè),含氣性與有機(jī)質(zhì)含量具有較好的正相關(guān)性(圖4(a))。甲烷吸附實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)溫度為30℃,通過(guò)不斷加壓測(cè)得頁(yè)巖樣品的最大吸附量,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明甲烷最大吸附量與有機(jī)碳含量具有明顯的正相關(guān)性(圖4(b))。由于樣品中鏡質(zhì)體含量較少,鏡質(zhì)體反射率(VRo)可以由瀝青質(zhì)反射率(BRo)計(jì)算得出[25-26],計(jì)算公式為

通過(guò)鏡檢瀝青質(zhì)反射率結(jié)合換算公式可知研究區(qū)黑色頁(yè)巖等效鏡質(zhì)體反射率2.27%～2.75%,平均值為2.5%,處于高成熟階段。

圖4 昭通地區(qū)YS106井黑色頁(yè)巖含氣量及甲烷吸附量與有機(jī)碳關(guān)系Fig.4 Realationship between TOC and gas content and methane adsorption experiment

3.2 物性及含氣性特征

與常規(guī)儲(chǔ)層相比,泥頁(yè)巖儲(chǔ)層物性極差,具有較低的孔滲條件。研究區(qū)黑色頁(yè)巖孔隙度0.7%～4.12%,平均值為2.19%;滲透率(0.0044～0.057)×10-3μm2,平均值為0.015×10-3μm2。碳酸鹽對(duì)儲(chǔ)層的破壞作用較為明顯,由圖5(b)可知碳酸鹽含量與孔隙度具有較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)R2達(dá)0.51;泥質(zhì)含量和硅質(zhì)含量與孔隙度具有一定的正相關(guān)性,但相關(guān)系數(shù)R2較低,約為0.2。

頁(yè)巖中吸附氣的計(jì)算可以根據(jù)蘭格繆爾等溫吸附方程計(jì)算,而游離氣則通過(guò)計(jì)算有效孔隙度得出[27]。本次研究中研究區(qū)頁(yè)巖含氣性測(cè)井曲線(xiàn)由斯倫貝謝公司提供,通過(guò)對(duì)比5種巖相孔隙度和含氣性特征(圖6)發(fā)現(xiàn):鈣質(zhì)頁(yè)巖孔隙度和含氣性最差,其次為混合型頁(yè)巖、泥質(zhì)頁(yè)巖以及低鈣混合型頁(yè)巖,硅質(zhì)頁(yè)巖孔隙度和含氣性最好。鈣質(zhì)頁(yè)巖氣體組分以吸附氣為主,幾乎不含游離氣;泥質(zhì)頁(yè)巖中游離氣約占20%;高鈣混合型頁(yè)巖頁(yè)巖中游離氣約占22%;低鈣混合型頁(yè)巖中,游離氣約占30%;硅質(zhì)頁(yè)巖中,游離氣含量最高,大于50%。游離氣的富集是導(dǎo)致硅質(zhì)頁(yè)巖含氣性較好的重要因素。

圖5 孔隙度與碳酸鹽含量的關(guān)系Fig.5 Relationship between carbonate content and porosity

圖6 不同巖相孔隙度及含氣性對(duì)比Fig.6 Comparsion of porosity and gas content in different shales

3.3 儲(chǔ)集空間類(lèi)型

利用氬離子剖光掃描電鏡觀(guān)察得出研究區(qū)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖主要發(fā)育粒間孔隙、粒內(nèi)孔隙和有機(jī)質(zhì)孔隙3種。

從前面板中可以看出，在執(zhí)行程序中，可以隨時(shí)調(diào)整低頻調(diào)制信號(hào)和高頻載波信號(hào)的輸出頻率、幅度、采樣點(diǎn)。體現(xiàn)了虛擬儀器的優(yōu)勢(shì)，輸出波形更加直觀(guān)，調(diào)試方便。

3.3.1 粒間孔隙

粒間孔隙通常發(fā)育于石英、長(zhǎng)石、方解石、白云石、黏土礦物和黃鐵礦等顆?；蛘呔w之間。研究區(qū)內(nèi)粒間孔隙主要沿石英顆粒和碳酸鹽顆粒發(fā)育,顆粒直徑通常大于50 nm,屬于宏孔。

硅質(zhì)頁(yè)巖中沿石英顆粒邊緣粒間孔隙較為發(fā)育(圖7(a)、(b)),孔隙較為平滑。在鈣質(zhì)頁(yè)巖中碳酸鹽含量較高,石英顆粒邊緣孔隙多被鈣質(zhì)充填(圖7(c)),混合型頁(yè)巖石英粒間孔隙發(fā)育情況介于硅質(zhì)頁(yè)巖和高鈣混合型頁(yè)巖之間。碳酸鹽顆粒邊緣粒間孔隙在高鈣混合型頁(yè)巖最為發(fā)育(圖7(d))。

3.3.2 粒內(nèi)孔隙

粒內(nèi)孔隙在研究區(qū)頁(yè)巖中發(fā)育較少,僅在方解石顆粒(圖7(e))和草莓狀黃鐵礦(圖7(f))中發(fā)育。在部分黃鐵礦粒間孔隙中可見(jiàn)有機(jī)質(zhì)充填(圖7(b)),不發(fā)育粒內(nèi)孔隙。

3.3.3 有機(jī)質(zhì)孔

有機(jī)質(zhì)孔隙在研究區(qū)各類(lèi)巖相中均有發(fā)育。在未經(jīng)氬離子剖光樣品電鏡觀(guān)察實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)研究區(qū)頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)表面呈球粒狀,有機(jī)質(zhì)內(nèi)部孔隙極為發(fā)育(圖7(g));經(jīng)氬離子剖光樣品電鏡觀(guān)察實(shí)驗(yàn)中有機(jī)質(zhì)孔隙呈圓形、橢圓形及不規(guī)則形(圖7(h))。有機(jī)質(zhì)顆粒直徑以2～10 μm為主,少數(shù)可達(dá)100 μm,觀(guān)察中發(fā)現(xiàn)當(dāng)有機(jī)質(zhì)顆粒直徑較大時(shí),在有機(jī)質(zhì)中較難發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)孔隙(圖7(i))。有機(jī)質(zhì)在熱演化過(guò)程中,烴類(lèi)的生成和運(yùn)移會(huì)形成有機(jī)質(zhì)孔。有機(jī)質(zhì)孔隙的發(fā)育與有機(jī)質(zhì)含量、有機(jī)質(zhì)類(lèi)型和成熟度密切相關(guān)[26-28]。有機(jī)質(zhì)類(lèi)型影響有機(jī)質(zhì)孔隙的發(fā)育,一般認(rèn)為海相II型干酪根比陸相III型干酪根更容易形成有機(jī)質(zhì)孔隙[29]。有機(jī)質(zhì)成熟度與有機(jī)質(zhì)孔隙的發(fā)育仍然具有爭(zhēng)議,部分學(xué)者認(rèn)為只有樣品達(dá)到生氣窗后才有有機(jī)質(zhì)孔隙生成[30],而部分學(xué)者認(rèn)為有機(jī)質(zhì)在樣品在達(dá)到生油門(mén)限后就能生成[31]。

圖7 研究區(qū)頁(yè)巖孔隙特征Fig.7 Pore characteristics of shale in study area

3.3.4 不同巖相儲(chǔ)集空間類(lèi)型對(duì)比

利用電鏡觀(guān)察發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)孔隙和粒間孔隙為研究區(qū)主要孔隙類(lèi)型(表1)。有機(jī)質(zhì)孔隙的發(fā)育在研究區(qū)內(nèi)主要與有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)[32],而粒間孔隙的發(fā)育則與礦物組分密切相關(guān)。粒間孔隙在硅質(zhì)頁(yè)巖中最為發(fā)育,混合型頁(yè)巖和泥質(zhì)頁(yè)巖次之,在鈣質(zhì)頁(yè)巖中較差。

表1 研究區(qū)不同巖相儲(chǔ)集空間類(lèi)型對(duì)比Table 1 Reservoir space comparison of different lithifacies in study area

4 儲(chǔ)層評(píng)價(jià)原則及有利區(qū)優(yōu)選

4.1 研究區(qū)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)原則

根據(jù)研究區(qū)頁(yè)巖物性、含氣性和孔隙類(lèi)型等特征,分析認(rèn)為有機(jī)質(zhì)和巖相為研究區(qū)頁(yè)巖評(píng)價(jià)的重要因素。有機(jī)質(zhì)直接影響頁(yè)巖氣的生成和儲(chǔ)存。首先有機(jī)質(zhì)直接決定頁(yè)巖氣的生成。其次,有機(jī)質(zhì)中富含有機(jī)質(zhì)孔隙,對(duì)頁(yè)巖氣的儲(chǔ)存也有重要意義。此外,含氣量與有機(jī)質(zhì)含量具有較強(qiáng)的正相關(guān)性(圖3(a))。

不同巖相間物性、含氣性、氣體組分及孔隙發(fā)育特征差異較大。硅質(zhì)頁(yè)巖沿石英顆粒邊緣發(fā)育粒間孔隙,孔隙度最高,含氣性最好,氣體組分中游離氣含量大于60%。鈣質(zhì)頁(yè)巖物性最差,少見(jiàn)粒間孔隙發(fā)育,含氣性較差,幾乎不含有利組分。低鈣混合型頁(yè)巖物性與硅質(zhì)混合型頁(yè)巖吸附氣含量相當(dāng)(圖6(b)),但游離氣組分較少,導(dǎo)致總體含氣量比硅質(zhì)頁(yè)巖低。在電鏡下觀(guān)察到粒間孔隙以宏孔為主,不同巖相粒間孔隙發(fā)育情況差別較大。分析認(rèn)為硅質(zhì)頁(yè)巖中粒間孔隙(多為宏孔)極為發(fā)育,導(dǎo)致硅質(zhì)頁(yè)巖物性較好,游離氣較為富集,是硅質(zhì)頁(yè)巖含氣性較好的重要因素。根據(jù)有機(jī)質(zhì)和巖相特征將研究區(qū)頁(yè)巖發(fā)育的14種巖相劃分為Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層(表2),中—高有機(jī)質(zhì)硅質(zhì)頁(yè)巖和高有機(jī)質(zhì)低鈣混合型頁(yè)巖為Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層,中有機(jī)質(zhì)低鈣混合型頁(yè)巖、中—高有機(jī)質(zhì)鈣質(zhì)頁(yè)巖和中—高有機(jī)質(zhì)高鈣混合型頁(yè)巖劃為Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層。

表2 研究區(qū)頁(yè)巖儲(chǔ)層分類(lèi)評(píng)價(jià)原則Table 2 Shale reservoir classification principle in study area

4.2 研究區(qū)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)

根據(jù)研究區(qū)儲(chǔ)層分類(lèi)原則,對(duì)研究區(qū)各井優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層(Ⅰ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層)累計(jì)厚度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表3)。

表3 研究區(qū)優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層厚度Table 3 Thickness of high quality reservoirs in study area

由表3可知,研究區(qū)三區(qū)塊優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育情況差異較大,昭通地區(qū)主要發(fā)育Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層,Ⅰ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層累計(jì)厚度19.41～28.24 m;長(zhǎng)寧地區(qū)主要發(fā)育Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層,Ⅰ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層累計(jì)厚度28.9～44.7 m;威遠(yuǎn)地區(qū)主要發(fā)育Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層,Ⅰ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層累計(jì)厚度27.4～38.36 m;因此長(zhǎng)寧地區(qū)為研究區(qū)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層最發(fā)育區(qū)塊。

5 結(jié) 論

(1)采用有機(jī)質(zhì)組分和無(wú)機(jī)組分相結(jié)合對(duì)研究區(qū)頁(yè)巖進(jìn)行巖相劃分并在研究區(qū)識(shí)別出14種巖相。

(2)研究區(qū)目的層段優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)含量高,均值大于2%;熱演化程度高,等效鏡質(zhì)體反射均值為2.54%,處于高成熟階段。

(3)不同巖相物性、含氣性和孔隙發(fā)育情況相差較大。硅質(zhì)頁(yè)巖物性最好,含氣性最好,游離氣含量大于60%。其次為低鈣混合型頁(yè)巖和高鈣混合型頁(yè)巖,鈣質(zhì)頁(yè)巖物性最差,含氣性最差,幾乎不含游離氣。游離氣的富集是導(dǎo)致硅質(zhì)頁(yè)巖含氣性較好的重要因素。

(4)在電鏡下粒間孔隙主要在沿石英顆粒和碳酸鹽顆粒邊緣發(fā)育,多為宏孔。硅質(zhì)頁(yè)巖中石英粒間孔隙最為發(fā)育,宏孔體積最大,游離氣最為發(fā)育,是造成硅質(zhì)頁(yè)巖含氣性最好的重要因素。

(5)長(zhǎng)寧地區(qū)主要發(fā)育Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層,Ⅰ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層累計(jì)厚度28～47m,研究區(qū)頁(yè)巖儲(chǔ)層最有利區(qū)塊。

[1] 胡明毅,邱小松,胡忠貴,等.頁(yè)巖氣儲(chǔ)層研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題探討[J].特種油氣藏,2005,22(2):1-7.HU Mingyi,QIU Xiaosong,HU Zhonggui,et al.Current researches on shale gas reservoirs and existing problems[J].Special Oil and Gas Reservoirs,2005,22(2):1-7.

[2] 張金川,金之鈞,袁明生.頁(yè)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 distribuation[J].Natural Gas Industry,2004,24(7):15-18.

[3] 鄒才能,陶士振,袁選俊,等.“連續(xù)型”油氣藏及其在全球的重要性:成藏、分布與評(píng)價(jià)[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2009,36(6):669-682.ZOU Caineng,TAO Shizhen,YUAN Xuanjun,et al.Global importance of"continuous"petroleum reservoirs:accumulation,distribution and evaluation[J].Petroleum Exploration and Development,2009,36(6):669-682.

[4] 黃銘志.泥頁(yè)巖對(duì)不同賦存狀態(tài)頁(yè)巖氣的容烴能力定量表征:以伊通盆地雙陽(yáng)組為例[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2015,15(20):35-41.HUANG Mingzhi.The quantitative characterization of containing gas abilities in Shale with different occurrence states:a case study of Shuangyang Formation in Yitong Basin[J].Science Technology and Engineering,2015,15(20):35-41.

[5] 王宇飛,賀志勇,孟曉輝,等.頁(yè)巖氣賦存形式和初始原地氣量(OGIP)預(yù)測(cè)技術(shù)[J].天然氣地球科學(xué),2011,22(3):501-510.WANG Yufei,HE Zhiyong,MENG Xiaohui,et al.Occurrence of shale gas and prediction of original gas inplace(OGIP)[J].Natural Gas Geoscience,2011,22(3):501-510.

[6] 董大忠,鄒才能,李建忠,等.頁(yè)巖氣資源潛力與勘探開(kāi)發(fā)前景[J].地質(zhì)通報(bào),2011,30(2/3):324-336.DONG Dazhong,ZOU Caineng,LI Jiangzhong,et al.Resource potential,exploration and development prospect of shale gas in the whole world[J].Geological Bulletin of China,2011,30(2/3):324-336.

[7] WANG G,CARR T R.Marcellus shale lithofacies prediction by multiclass neural network classification in the Appalachian Basin[J].Mathematical Geosciences,2012,44(8):975-1004.

[8] CURTIS M E,SONDERGELD C H,AMBROSE R J,et al.Microstructural investigation of gas shales in two and three dimensions using nanometer-scale resolution imaging[J].AAPG Bulletin,2012,96(4):665-677.

[9] 李新景,胡素云,程克明.北美裂縫性頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的啟示[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2007,34(4):392-400.LI Xinjing,HU Suyun,CHENG Keming.Suggestions from the development of fractured shale gas in North A-merica[J].Petroleum Exploration and Development,2007,34(4):392-400.

[10] 李新景,呂宗剛,董大忠,等.北美頁(yè)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 Xinjing,Lü Zonggang,DONG Dazhong,et al.Geologic controls on accumulation of shale gas in North A-merica[J].Natural Gas Industry,2009,29(5):27-32.

[11] SLATT R M,O?BRIEN N R.Pore types in the Barnett and Woodford gas shales:contribution to understanding gas storage and migration pathways in fine-grained rocks[J].AAPG Bulletin,2011,95(12):2017-2030.

[12] WANG G,CARR T R,JU Y,et al.Identifying organic-rich Marcellus shale lithofacies by support vector machine classifier in the Appalachian Basin[J].Computers&Geosciences,2014,64:52-60.

[13] 梁超,姜在興,楊鐿婷,等.四川盆地五峰組-龍馬溪組頁(yè)巖巖相及儲(chǔ)集空間特征[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2012,39(6):691-698.LIANG Chao,JIANG Zaixing,YANG Yiting,et al.Characteristics of shale lithofacies and reservoir space of the Wufeng-Longmaxi Formation,Sichuan Basin[J].Petroleum Exploration and Development,2012,39(6):691-698.

[14] 黃金亮,鄒才能,李建忠,等.川南盆地志留系龍馬溪組頁(yè)巖氣形成條件與有利區(qū)分析[J].煤炭學(xué)報(bào),2012,37(5):782-787.HUANG Jingliang,ZOU Caineng,LI Jianzhong,et al.Shale gas accumulation conditions and favorable zones of Silurian Longmaxi Formation in south Sichuan Basin,China[J].Journal of China Coal Society,2012,37(5):782-787.

[15] 蒲泊伶,董大忠,吳松濤,等.川南地區(qū)下古生界海相頁(yè)巖微觀(guān)儲(chǔ)集空間類(lèi)型[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,38(4):19-25.PU Boling,DONG Dazhong,WU Songtao,et al.Microscopic space types of Lower Paleozoic marine shale in southern Sichuan Basin[J].Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science),2014,38(4):19-25.

[16] 張正順,胡沛青,沈娟,等.四川盆地志留系龍馬溪頁(yè)巖礦物組成與有機(jī)質(zhì)賦存狀態(tài)[J].煤炭學(xué)報(bào),2013,38(5):766-771.ZHANG Zhengshun,HU Peiqing,SHEN Juan,et al.Mineral compositions and organic matter occurrence modes of Lower Silurian Longmaxi Formation of Sichuan Basin[J].Journal of China Coal Society,2013,38(5):766-771.

[17] 楊巍,陳國(guó)俊,胡士駿,等.川南-黔北地區(qū)下古生界頁(yè)巖孔隙發(fā)育特征[J].巖性油氣藏,2015,27(4):47-52.YANG Wei,CHEN Guojun,HU Shijun,et al.Pore characteristics of shale of Lower Paleozoic in southern Sichuan-northern Guizhou[J].Lithologic Reservoirs,2015,27(4):47-52.

[18] 趙佩,李賢慶,田興旺,等.川南地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖氣儲(chǔ)層微孔隙結(jié)構(gòu)特征[J].天然氣地球科學(xué),2014,25(6):947-956.ZHAO Pei,LI Xianqing,TIAN Xingwang,et al.Study on micropore structure characteristic of Longmaxi Formation shale gas reservoirs in the Southern Sichuan Basin[J].Natural Gas Geoscience,2014,25(6):947-956.

[19] 王同,楊克明,熊亮,等.川南地區(qū)五峰組龍馬溪組頁(yè)巖層序地層及其對(duì)儲(chǔ)層的控制[J].石油學(xué)報(bào),2015,36(8):915-925.WANG Tong,YANG Keming,XIONG Liang,et al.Shale sequence stratigraphy of Wufeng-Longmaxi Formation in southern Sichuan and their control on reservoirs[J].Acta Petrolei Sinica,2015,36(8):915-925.

[20] 董春梅,馬存飛,林承焰,等.一種頁(yè)巖層系巖相劃分方法[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,39(3):1-7.DONG Chunmei,MA Cunfei,LIN Chengyan,et al.A method of classification of shale set[J].Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science),2015,39(3):1-7.

[21] TANG Xianglu,JIANG Zhenxue,HUANG Hexin,et al.Lithofacies characteristics and its effect on gas storage of the Silurian Longmaxi marine shale in the southeast Sichuan Basin,China[J].Journal of Natural Gas Science and Engineering,2016,28:338-346.

[22] 王志峰,張?jiān)?梁雪莉,等.四川盆地五峰組-龍馬溪組不同水動(dòng)力成因頁(yè)巖巖相特征[J].石油學(xué)報(bào),2014,35(4):623-632.WANG Zhifeng,ZHANG Yuanfu,LIANG Xueli,et al.Characteristics of shale lithofacies formed under different hydrodynamic conditions in the Wufeng-Longmaxi Formation,Sichuan Basin[J].Acta Petrolei Sinica,2014,35(4):623-632.

[23] 蒲泊伶,董大忠,耳闖,等.川南地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖有利儲(chǔ)層發(fā)育特征及其影響因素[J].天然氣工業(yè),2012,33(12):41-47.PU Boling,DONG Dazhong,ER Chuang,et al.Favorable reservoir characteristics of the Longmaxi shale in the southern Sichuan Basin[J].Natural Gas Industry,2012,33(12):41-47.

[24] 姜在興,張文昭,梁超,等.頁(yè)巖油儲(chǔ)層基本特征及評(píng)價(jià)要素[J].石油學(xué)報(bào),2014,35(1):184-196.JIANG Zaixing,ZHANG Wenzhao,LIANG Chao,et al.Characteristics and evaluation elements of shale oil reservoir[J].Acta Petrolei Sinica,2014,35(1):184-196.

[25] SCHOENHERR J,LITTKE R,URAI J L,et al.Polyphase thermal evolution in the Infra-Cambrian Ara Group(South Oman Salt Basin)as deduced by maturity of solid reservoir bitumen[J].Organic Geochemistry,2007,38:1293-1318.

[26] RIEDIGER C L.Solid bitumen reflectance and Rock-Eval Tmaxas maturation indices:an example from the"Nordegg Member",Western Canada Sedimentary Basin[J].International Journal of Coal Geology,1993,22:295-315.

[27] 鐘廣海,謝冰,周肖.頁(yè)巖氣測(cè)井評(píng)價(jià)方法研究:以四川盆地蜀南地區(qū)為例[J].巖性油氣藏,2015,27(4):96-102.ZHONG Guanghai,XIE Bing,ZHOU Xiao.Well logging evaluation methods of shale gas reservoir:a case study from Shunan area,Sichuan Basin[J].Lithologic Reservoirs,2015,27(4):96-102.

[28] JARVIE D M,HILL R J,RUBLE T E,et al.Unconventional shale gas systems:the Mississippian Barnett shale of northcentral Texas as one model for thermogenic shale gas assessment[J].AAPG Bulletin,2007,91(4):475-499.

[29] LOUCKS R G,REED R M,RUPPLE S C,et al.Spectrum of pore types and networks in mudrocks and a descriptive classification for matrix-related mudrock pores[J].AAPG Bulletin,2012,96(6):1071-1098.

[30] BERNARD S B,HORSFIELD H M,SCHULZ R,et al.Geochemical evolution of organic-rich shales with increasing maturity:a STXM and TEM study of the Posidonia Shale(Lower Toarcian,northern Germany)[J].Marine and Petroleum Geology,2012,31:70-89.

[31] REED M R,LOUCKS R G,RUPPLE S C,et al.Comment on"Formation of nanoporous pyrobitumen residues during maturation of the Barnett Shale(Fort Worth Basin)by Bernard et al."[J].International Journal of Coal Geology,2012,127:111-113.

[32] HAN C,JIANG Z X,HAN M,et al.The lithofacies and reservoir characteristics of the Upper Ordovician and Lower Silurian black shale in the Southern Sichuan Basin and its periphery,China[J].Marine and Petroleum Geology,2016,75:181-191.

(編輯 徐會(huì)永)

Characteristics of black shale reservoir of Wufeng-Longmaxi Formation in the Southern Sichuan Basin

HAN Chao1,WU Minghao2,LIN Wen3,KONG Xiangxin4,JIANG Zaixing4,GAO Lihua1,HAN Zuozhen1,5
(1.College of Earth Science and Engineering,Shandong University of Science and Technology,Qingdao 266590,China;2.Geology and Geophysics,Louisiana State University,Baton Rouge,LA 70803,USA;3.Research Institute of Petroleum Exploration and Development-Langfang,Unconventional Oil&Gas Laboratory of PetroChina,Langfang 065007,China;4.School of Energy Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China;5.Laboratory for Marine Mineral Resources,Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology,Qingdao 266071,China)

Using a series of analyses including core observation,conventional polarization microscope,X-ray diffraction,SEM,and well log,this research studied the mineral composition,organic geochemical features,storage space,physicalproperty and gas-bearing,and categorized the black shale in the study area.The key factors that affect shale gas reservoirs were analyzed,and the favorable area was recognized.The results show that fourteen lithofacies are identified based on our classification.The black shale has a high total organic matter content and high maturity.With a high free gas content,the siliceous shale has the best physical properties and gas-bearing;the next is the mixed shale,and the calcareous shale has the least favorable physical properties and gas-bearing,in which almost no free gas is contained.Free gas is the main factor that affects the total gas content.SEM observations show that interparticle pore mainly develops along quartz in the siliceous shale;and the development of interparticle pore is the key factor that lead siliceous shale to be the best shale reservoirs with better physical property,gas-bearing and high free gas content.In the study area,TOC and lithofacies are the major factors affecting the shale gas reservoir.The transitioning area mainly develops siliceous shale,the total thickness of typeⅠand typeⅡreservoirs can reach 44.7 m,which is the most favorable exploration region.

Southern Sichuan Basin;Wufeng-Longmaxi Formation;lithofacies;reservoir characteristics;reservoir assessment

TE 122.2

:A

韓超,吳明昊,吝文,等.川南地區(qū)五峰組-龍馬溪組黑色頁(yè)巖儲(chǔ)層特征[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2017,41(3):14-22.

HAN Chao,WU Minghao,LIN Wen,et al.Characteristics of black shale reservoir of Wufeng-Longmaxi Formation in the Southern Sichuan Basin[J].Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science),2017,41(3):14-22.

1673-5005(2017)03-0014-09doi:10.3969/j.issn.1673-5005.2017.03.002

2016-11-12

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41372134);青島市博士后研究人員應(yīng)用研究項(xiàng)目(2016127);青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室鰲山科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(2016ASKJ13);高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)科研基金項(xiàng)目(20133718130001);山東科技大學(xué)科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃(2015TDJH101)

韓超(1988-),男,博士,研究方向?yàn)槌练e學(xué)及儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)。E-mail:hanchao8809@126.com。

韓作振(1965-),男,教授,博士,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)槌练e油氣與成藏。E-mail:hanzz@163.com。