鄂爾多斯盆地頁巖地質(zhì)特征及“甜點區(qū)”預測方法研究

馮 晟

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

非常規(guī)天然氣作為一種接替石油和常規(guī)天然氣產(chǎn)能的重要資源，具有清潔環(huán)保、儲量豐富等優(yōu)點，一般分為煤層氣、致密氣和頁巖氣三種[1]。其中煤層氣通常具有埋深較淺、開發(fā)難度較低的優(yōu)點，主要以低成本、低難度、大批量的淺層開發(fā)為主。隨著勘探技術(shù)的進一步提高，埋深較深、儲層物性較差的致密氣逐漸進入開發(fā)范圍，但目前致密氣藏儲層改造成本較高，極大制約了工業(yè)化開采的進程。為響應持續(xù)勘探開發(fā)頁巖氣的政策要求，對鄂爾多斯盆地頁巖氣藏進行更加深入的研究迫在眉睫[2-3]。

本文綜合運用巖心、露頭、測井、錄井等資料，綜合分析了鄂爾多斯盆地山西組2段至本溪組2段的沉積環(huán)境及對泥頁巖分布的控制作用，在對泥頁巖地質(zhì)特征認識基礎(chǔ)上，形成了一套研究區(qū)塊頁巖儲層甜點區(qū)預測方法，對鄂爾多斯盆地頁巖氣藏勘探開發(fā)具有重要指導意義。

1 鄂爾多斯盆地頁巖氣開發(fā)難點分析

目前鄂爾多斯盆地主要以煤層氣和致密氣開采為主，對頁巖氣的勘探潛力進行系統(tǒng)研究相對較少，認識不夠深入。該區(qū)塊頁巖氣研究主要難點集中于：（1）整體地質(zhì)沉積以海陸過渡相為主，富有機質(zhì)泥頁巖單層厚度都不大，不利于頁巖氣單層獨立開發(fā)。因此，除了針對純泥頁巖進行研究外，還需要考慮泥頁巖夾層的薄砂層、粉砂及泥包砂層等巖性；（2）頁巖氣儲層復雜，包括富有機質(zhì)暗色頁巖及夾層狀的粉砂質(zhì)泥頁巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖或砂巖，不同的頁巖氣儲層特征差異明顯；（3）頁巖儲層孔隙度、滲透率極低，頁巖氣開發(fā)一般無自然產(chǎn)能或低產(chǎn)，單井生產(chǎn)周期長，經(jīng)濟開采需要大型多級水力體積壓裂和水平井技術(shù)[4-5]。

2 目標區(qū)塊地質(zhì)構(gòu)造分析

2.1 整體沉積環(huán)境分析

在區(qū)域沉積體系研究的基礎(chǔ)上，通過巖心觀察分析，并對比周緣露頭剖面的研究資料，結(jié)合鉆井綜合錄井、地震解釋成果和地球化學等資料，對單井進行詳細的沉積微相、亞相、相研究，進行沉積相綜合對比，揭示在不同沉積時間內(nèi)的沉積體系類型及變化。

按照臨興中區(qū)氣田不同時代沉積特點，依據(jù)沉積結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，并結(jié)合測井響應特征，申報區(qū)主要目的層上古生界沉積環(huán)境經(jīng)歷了太原組海相潮坪-障壁-潟湖沉積到山西組海陸過渡相三角洲沉積的發(fā)展演變。因此，將該地區(qū)石炭-二疊系劃分為海相障壁潮坪-潟湖沉積體系和陸相湖泊-三角洲沉積體系兩種類型。

2.2 沉積相劃分

（1）本溪組、太原組。鄂爾多斯盆地在經(jīng)歷了早奧陶世末－晚石炭世末1億多年的抬升剝蝕后，于本溪-太原期開始整體下沉接受沉積，華北海和秦祁海大范圍海侵，形成了廣泛分布的海相碳酸鹽巖和海陸過渡相陸源碎屑沉積，其沉積特征總體可概括為海相三角洲沉積體系、障壁海岸沉積體系與廣海陸棚沉積體系，如圖1所示。

圖1 本溪組、太原組沉積相圖

（2）山西組。山西期海水退出鄂爾多斯盆地，沉積環(huán)境由海相轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴?，東西差異基本消失，而南北差異沉降和相帶分異增強，在臨興地區(qū)發(fā)育了河流-三角洲沉積體系。臨興中氣田山西組發(fā)育三角洲前緣亞相。該期的突出特征是以水下分流河道微相和水下分流間灣微相為主，其展布方向近南北向。由于曲流河的側(cè)向遷移，多期道砂體疊置使山西組砂體具有以帶狀分布為主，局部成連片狀分布的特點，泥巖主要分布在水下分流間灣中。

2.3 泥頁巖分布的控制作用

沉積環(huán)境直接控制泥巖發(fā)育情況，其中，在本溪組、太原組，泥坪、泥炭坪泥巖厚度較大，砂坪、障壁島砂體厚度較大，灰?guī)r多局限發(fā)育。

（1）本溪組。本1段泥地比在21%～80%之間，在研究區(qū)北部東緣泥地比較高，泥巖發(fā)育，表征穩(wěn)定的泥坪沉積環(huán)境；中部泥巖不發(fā)育，泥地比較小，表征砂坪、混合坪等較高能沉積環(huán)境，南部西緣泥地比較高，表征局限的泥坪沉積環(huán)境，東部泥地比較低，局部發(fā)育砂坪沉積；本2段較本1段泥巖發(fā)育程度高，在13%～90%之間，研究區(qū)大部分區(qū)域泥地比在80%以上，反映本2段沉積時，較為穩(wěn)定的低能沉積環(huán)境，表征大片的泥坪沉積環(huán)境。

（2）太原組。太1段泥地比在26%～91%之間，大部分區(qū)域泥地比在60%以上，呈現(xiàn)東西分帶的特點，中部泥地比較高，西部和東部泥地比較低；太2段泥地比區(qū)域差異較大，南部泥巖發(fā)育，泥地比大都在60%以上，北部較低，表征南部主要發(fā)育泥坪相，北部障壁島、砂坪發(fā)育。

（3）山西組。本次研究主要針對山西組2段，全區(qū)泥地比大都在40%以上，具有南北分區(qū)的特點，其中南部泥巖最發(fā)育，泥地比大都在80%以上，北部泥地比零星區(qū)域較高，中部泥地比低。

3 頁巖儲層“甜點區(qū)”預測方法研究

3.1 “甜點區(qū)”預測方法

研究區(qū)為海陸過渡相頁巖層系，在埋深、厚度、有機質(zhì)含量、熱演化程度、含氣量等方面具有良好的頁巖氣地質(zhì)條件及勘探開發(fā)前景。與海相頁巖相比具有以下地質(zhì)特征：（1）巖相變化大，與煤層（線）、致密粉砂巖（砂巖）互層；（2）有機質(zhì)類型以Ⅱ-Ⅲ型干酪根為主，偏生氣，有機質(zhì)豐度和成熟度較高，生氣能力強；（3）儲集層介孔發(fā)育，具備高儲集能力；（4）富有機質(zhì)夾薄層砂巖條帶的巖性組合脆性礦物含量高，脆性指數(shù)可達到40%以上。為更好指導海陸過渡相頁巖氣勘探潛力評價，結(jié)合工區(qū)海相頁巖氣勘探目標優(yōu)選方法和測井解釋方法，建立海陸過渡相頁巖氣“五步四關(guān)鍵三原則”的勘探評價流程。

“甜點區(qū)”評價五步分別為：實驗測試及評價、基礎(chǔ)地質(zhì)評價、巖心標定建立測井解釋數(shù)據(jù)庫、測井解釋評價、選區(qū)及潛力評價。

四關(guān)鍵分別為：建立現(xiàn)場含氣測試段與室內(nèi)巖心實驗相統(tǒng)一的實驗測試數(shù)據(jù)庫、生產(chǎn)測試相結(jié)合篩選顯示層段及優(yōu)選關(guān)鍵解釋參數(shù)、優(yōu)選“地質(zhì)+工程”甜點地質(zhì)參數(shù)測井解釋模型、結(jié)合富集關(guān)鍵參數(shù)下限構(gòu)建選區(qū)參數(shù)體系。

同時在構(gòu)建選區(qū)參數(shù)體系及潛力評價中需遵循三個對比原則：優(yōu)先采用工區(qū)富集下限參數(shù)、優(yōu)先借鑒鄰近已獲突破或成熟區(qū)塊類似層段選區(qū)參數(shù)、優(yōu)先類比鄰近已獲突破或成熟區(qū)塊類似層段生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

3.2 參數(shù)體系建立

遵循構(gòu)建選區(qū)參數(shù)體系及潛力評價三個對比原則，在參考現(xiàn)有海相頁巖氣評價指標基礎(chǔ)上，優(yōu)先采用本區(qū)TOC、孔隙度等富集參數(shù)與含氣量為1 m3/t時對應的下限指標，優(yōu)先借鑒鄂爾多斯東緣某層段評價標準，建立了海陸過渡相頁巖氣有利區(qū)評價參數(shù)體系，見表1。

表1 海陸過渡相頁巖氣有利區(qū)評價參數(shù)表

富集參數(shù)重點考慮頁巖厚度、TOC值、孔隙度、含氣量?？蓧盒詤?shù)，由于研究區(qū)頁巖層段埋深1 000～2 300 m，總體埋藏深度相對適中，以大于1 500 m為主，僅紫金山火山影響的構(gòu)造復雜區(qū)局部埋深淺于1 400 m，因此重點考慮脆性指數(shù)。以一類有利區(qū)為例，其評價指標主要為頁巖厚度≥20 m、TOC值≥4%、孔隙度≥4%、含氣量≥2 m3/t、脆性指數(shù)≥40%、1 500 m≤埋深＜3 500 m。鑒于該區(qū)尚未進行頁巖氣井壓裂試采工作，采用優(yōu)先類比鄰近已獲突破或成熟區(qū)塊類似層段生產(chǎn)數(shù)據(jù)的原則，類比鄂爾多斯東緣某層段頁巖甜點選區(qū)參數(shù)（TOC＞2%、孔隙度＞2%、含氣量＞2 m3/t、脆性礦物含量＞50%、發(fā)育微裂縫、頁巖厚度＞25 m、埋深＞1 500 m）范圍內(nèi)的直井壓裂平均日產(chǎn)氣量可達0.6×104m3，預測工區(qū)一類有利區(qū)地質(zhì)參數(shù)相對優(yōu)于或者趨近于鄰區(qū)，勘探潛力較大；二類有利區(qū)潛力相對降低；三類有利區(qū)和構(gòu)造復雜區(qū)資源潛力相對有限，勘探風險最高。

4 結(jié)論與認識

（1）鄂爾多斯盆地頁巖氣的勘探開發(fā)具有地質(zhì)沉積復雜，富有機質(zhì)泥頁巖單層厚度薄；地層巖性復雜特征不明顯，難以準確發(fā)現(xiàn)頁巖儲層；儲層物性較差，經(jīng)濟開采需要大型多級水力體積壓裂等特點，為該區(qū)塊頁巖氣勘探開發(fā)帶來巨大困難。

（2）通過巖心觀察分析，研究區(qū)塊主要目的層上古生界沉積環(huán)境經(jīng)歷了太原組海相潮坪-障壁-潟湖沉積到山西組海陸過渡相三角洲沉積的發(fā)展演變。其中本溪組、太原組沉積特征為海相三角洲沉積體系、障壁海岸沉積體系與廣海陸棚沉積體系；山西組為河流-三角洲沉積體系，部分地區(qū)發(fā)育三角洲前緣亞相。

（3）研究區(qū)頁巖氣藏在埋深、厚度、有機質(zhì)含量、熱演化程度、含氣量等方面具有良好的地質(zhì)條件及勘探開發(fā)前景，為更好指導海陸過渡相頁巖氣勘探潛力評價，結(jié)合工區(qū)海相頁巖氣勘探目標優(yōu)選方法和測井解釋方法，建立了海陸過渡相頁巖氣“五步四關(guān)鍵三原則”的勘探評價流程。