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  中国石油勘探  2024, Vol. 29 Issue (2): 58-69  DOI:10.3969/j.issn.1672-7703.2024.02.005
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引用本文 

李龙, 吴松, 李刚权, 王胜建, 薛宗安, 孟祥龙. 黔北地区安场向斜常压页岩气储层特征与主控因素[J]. 中国石油勘探, 2024, 29(2): 58-69. DOI: 10.3969/j.issn.1672-7703.2024.02.005.
Li Long, Wu Song, Li Gangquan, Wang Shengjian, Xue Zong'an, Meng Xianglong. Characteristics and main controlling factors for normal pressure shale gas reservoir in Anchang syncline in northern Guizhou[J]. China Petroleum Exploration, 2024, 29(2): 58-69. DOI: 10.3969/j.issn.1672-7703.2024.02.005.

基金项目

贵州省找矿突破战略行动重大协同创新项目“贵州省页岩气效益开发关键技术及工程试验”(黔科合战略找矿[2022]ZD005);贵州省科技厅科技支撑项目“黔北向斜型常压页岩气富集条件评价”(黔科合支撑[2021]一般405);中央引导地方科技发展资金储备项目“贵州页岩气勘探开发科技创新基地”(黔科中印地[2022]4024)

第一作者简介

李龙(1988-),男,河南信阳人,硕士,2013年毕业于西南科技大学,高级工程师,现主要从事页岩气、煤层气地质研究及相关管理工作。地址:贵州省遵义市正安县吉他广场风情街特1号,邮政编码:563400。E-mail: 1055779433@qq.com

通信作者简介

吴松(1995-),男,贵州遵义人,硕士,2020年毕业于长江大学,工程师,现主要从事页岩气、煤层气地质研究及相关管理工作。地址:贵州省遵义市正安县吉他广场风情街特1号,邮政编码:563400。E-mail: 1711913985@qq.com

文章历史

收稿日期:2023-08-03
修改日期:2024-01-02
黔北地区安场向斜常压页岩气储层特征与主控因素
李龙1, 吴松1, 李刚权1, 王胜建2,3, 薛宗安2,3, 孟祥龙2,3     
1. 贵州页岩气勘探开发有限责任公司;
2. 中国地质调查局油气资源调查中心;
3. 中国地质调查局非常规油气地质重点实验室
摘要: 黔北地区钻探揭示具有良好的页岩气勘探开发前景,已在正安地区安场向斜内取得重大突破,但表现出不同井间产量存在明显差异,储层发育及主控因素需进一步明确。基于黔北地区安场向斜6口直导眼井的测井、录井及分析化验资料,结合地震及生产数据对五峰组—龙马溪组页岩气储层特征和主控因素开展系统分析。研究认为,黔北地区安场向斜五峰组—龙马溪组一段岩石类型主要为碳质页岩。储层矿物组分主要为石英,平均为58.66%,黏土矿物次之。总体脆性矿物含量高,龙马溪组一段脆性矿物含量平均为77.19%,龙马溪组一段上部脆性矿物含量明显低于下部。五峰组—龙马溪组优质页岩气层储集类型丰富,主要为有机质孔、无机孔和微裂缝;实测孔隙度平均为3.46%,渗透率平均为0.0022mD,总体表现为中—低孔、特低渗储层;有机质类型为Ⅰ型,为高成熟度页岩;总有机碳含量平均为4.58%,总含气量平均为4.85m3/t。进一步分析认为,黔北地区安场向斜五峰组—龙马溪组沉积时期有利的贫氧到缺氧的沉积环境,为有机质的富集奠定了基础,有机质孔的大量发育为储层发育提供了保障,良好的保存条件对页岩气的富集成藏起着关键性作用,压力系数是页岩气产量的决定性因素。
关键词: 黔北地区    五峰组—龙马溪组    页岩气    储层特征    控制因素    
Characteristics and main controlling factors for normal pressure shale gas reservoir in Anchang syncline in northern Guizhou
Li Long1 , Wu Song1 , Li Gangquan1 , Wang Shengjian2,3 , Xue Zong'an2,3 , Meng Xianglong2,3     
1. Guizhou Shale Gas Exploration and Development Co., Ltd.;
2. Oil & Gas Survey, China Geological Survey;
3. Key Laboratory of Unconventional Oil & Gas Geology, China Geological Survey
Abstract: The drilling results have indicated good prospects of shale gas exploration and development in the northern Guizhou area, and a major breakthrough has been made in Anchang syncline in Zheng'an area. However, there are distinct differences in shale gas production among wells, and the reservoir development zone and main controlling factors need to be further clarified. The characteristics and main controlling factors of shale gas reservoir in Wufeng-Longmaxi Formation are systematically analyzed by using wireline logging, mud logging, experimental and lab test data from six vertical pilot wells in Anchang syncline in northern Guizhou, as well as seismic and well production data. The study results show that the rock type in Wufeng-the first member of Longmaxi Formation is dominated by carbonaceous shale. The main mineral composition of the reservoir is quartz, with an average content of 58.66%, followed by clay minerals. The overall brittle mineral content is high, which is 77.19% on an average in the first member of Longmaxi Formation, and shows a significantly lower content in the upper part than that in the lower part. There are multiple reservoir space types in the high-quality shale interval in Wufeng-Longmaxi Formation, mainly including organic pores, inorganic pores and micro fractures. The average measured porosity is 3.46%, and the average permeability is 0.0022 mD, which show a medium-low porosity and ultra-low permeability reservoir. The shale is mainly Type Ⅰ organic matter and high maturity. The total organic carbon content is 4.58% and the total gas content is 4.85 m3/t. The further analysis shows that, in Anchang syncline in northern Guizhou, the favorable oxygen-poor to anoxic sedimentary environment during the deposition period of Wufeng-Longmaxi Formation laid the foundation for organic matter enrichment, a large number of organic matter pores provided a guarantee for reservoir development, and the good preservation conditions played a key role in shale gas accumulation and enrichment. The pressure coefficient is the decisive factor for shale gas production.
Key words: northern Guizhou area    Wufeng-Longmaxi Formation    shale gas    reservoir characteristics    control factor    
0 引言

中国页岩气资源潜力巨大,是未来天然气产量增长的现实领域,海相页岩气最具勘探开发潜力, 是目前页岩气上产的主体[1]。经过10余年的页岩气勘探开发,我国相继在四川盆地及周缘发现涪陵、长宁、威远、昭通等商业性页岩气田,同时,在紧邻该盆地的东南缘也发现一系列残留向斜型常压页岩气层,桑柘坪向斜、武隆向斜、道真向斜等向斜区页岩气已获页岩气工业气流[2-5]。综合分析认为,盆缘转换带五峰组—龙马溪组常压页岩气资源丰富, 同时也面临页岩品质变差、地层压力系数低、最大水平主应力和最小水平主应力差异大等地质难点[6]。中国南方海相页岩气的勘探开发实践也表明,不同地区、不同层段页岩气富集因素也面临着供气、储气、保存和构造等关键成藏要素方面的差异[7],所处的古沉积环境、不同构造样式对页岩气保存和富集影响程度不同,其富集高产因素又体现出其自身的特殊性[8]。2016年中国地质调查局油气资源调查中心在黔北正安地区安场向斜钻探的Ay1井,在五峰组—龙马溪组获得良好的页岩气显示[9],实现了盆外复杂构造区页岩气的重大突破。2017年正安页岩气勘查区块的拍卖落地,按照“三年落实储量、实现规模开发”的目标,正式开启了安场向斜勘探开发的新征程。经过近几年在黔北正安地区的勘探实践,认识到黔北地区地史时期历经多期次褶皱、变形和改造,断裂发育,五峰组—龙马溪组页岩残存于条带状向斜内,属于典型的盆外残留向斜型常压页岩气藏,地层能量较弱,实测地层压力系数为0.994,大部分水平井压裂后难以实现自喷生产,初期需要助排使返排率达到4%以上时见气,不同部位不同井间产量差异大,测试产量为(1.8~5.8)×104m3/d。2021年在区内完成页岩气探明储量申报并获自然资源部评审备案,页岩气产销量从2020年的700多万立方米增长到2022年超1.5×108m3,促进了贵州省页岩气资源的实质性开发利用,促进了地方经济和社会发展。近年来在黔北地区的狮溪向斜、桴焉向斜、务川向斜等残留向斜内钻探揭示,中—浅层残留向斜具有良好的页岩气勘探前景,但总体勘探和研究程度仍然很低,甜点分布及富集规律不清,制约着黔北地区残留向斜页岩气规模建产力度。本文基于安场向斜测井、录井及分析化验资料,分析了页岩气储层岩石矿物学、地球化学、储集空间、物性及含气性特征,进一步明确页岩气富集主控因素,以期指导黔北地区残留向斜页岩气勘探开发实践。

1 区域地质概况

黔北地区安场向斜构造上位于扬子准地台黔北台隆遵义断拱北北东向构造变形区,形态上表现为相对完整的南缓北陡复向斜构造,总体由北东紧闭向南西撒开[10-11]。安场向斜两翼志留系龙马溪组出露,平面变化较大,最深处位于向斜核部,总体表现为南部宽缓,北部收敛、紧闭的特征(图 1a)。研究区受到东西方向挤压应力和左旋走滑作用的影响,轴迹清晰微呈“S”形弯曲,整体构造处于挤压应力环境[12]。研究区受西北部川中古陆、南部黔中古隆起、东南部雪峰山古隆起的围限(图 1b),上奥陶统五峰组由早期的局限台地变为局限滞留浅海环境下的深水硅质陆棚沉积(图 1c),岩性为一套灰黑色富有机质碳质页岩,间夹数层斑脱岩薄层,部分地区层内见滑脱特征,层面笔石化石丰富;下志留统龙马溪组早期发生大规模海侵,处于相对安静的低能强还原的深水陆棚环境,晚期海平面才开始缓慢下降,龙马溪组下部岩性为灰黑色—深灰色碳质页岩,向上逐渐过渡为灰质泥岩,层面见大量笔石化石,层间有黄铁矿结核与斑脱岩夹层。安场向斜优质页岩气层主要分布在奥陶系顶部五峰组及志留系底部龙马溪组一段,岩性主要为薄层状碳质页岩,优质页岩层段厚度为15~25m[13-15],厚度呈现向北增大的趋势,略薄于盆内威远、长宁、焦石坝等地区。龙马溪组二段发育一套稳定的灰质泥岩,电性特征明显,泥质含量、三孔隙度及电阻率曲线呈明显台阶状变化,具有较强的可对比性,将其划分为龙马溪组和新滩组界面(图 1c),本文龙马溪组分析测试页岩气储层主要为龙马溪组一段。

图 1 黔北地区安场向斜位置及五峰组—龙马溪组地层综合柱状图(据文献[16]修改) Fig. 1 Location of Anchang syncline in northern Guizhou area and comprehensive stratigraphic column of Wufeng-Longmaxi Formation (modified after reference [16])
2 页岩气储层特征 2.1 储层岩石矿物学特征

研究区五峰组—龙马溪组页岩主要为呈薄层或块状产出的暗色或黑色页岩,在化学成分、矿物组成、古生物、结构和沉积构造上丰富多样。含气页岩岩石类型主要为碳质页岩、灰质泥岩。安场向斜6口井321个全岩X衍射实验数据分析表明,五峰组—龙马溪组一段储层矿物组分主要为石英,黏土矿物次之,长石、碳酸盐矿物和黄铁矿含量少(图 2左)。石英含量为22%~75%,平均为58.66%;黏土矿物含量介于8%~45%,平均为22.77%;含有少量的碳酸盐矿物,平均为8.89%,黄铁矿含量平均为2.85%。黏土矿物主要为伊/蒙混层,其次为伊利石、绿泥石(图 2右)。伊/蒙混层自下而上逐渐降低,相对含量介于50%~87%,平均为66.3%;伊利石自下而上呈现逐渐增加的趋势,相对含量介于13%~45%,平均为26.6%;绿泥石含量介于0~13%,平均为5.1%;高岭石含量为0~5%,平均为2.1%。从纵向上来看,龙马溪组黏土矿物含量自下而上呈现逐渐增加趋势。五峰组黏土矿物含量明显高于龙马溪组,这与页岩沉积环境有关。具体来看,五峰组和龙马溪组的伊/蒙混层、伊利石、高岭石和绿泥石的含量比较接近,其中伊/蒙混层含量最高,伊利石次之,高岭石和绿泥石含量均很少。总体脆性矿物含量高,垂向上对比发现(图 3),龙马溪组一段上部脆性矿物含量明显低于下部,但龙马溪组脆性矿物含量整体高于五峰组。研究区龙马溪组脆性矿物含量介于64%~88%,平均为77.19%;五峰组脆性矿物含量介于61%~73%,平均为67.63%,其中石英含量介于42%~64%,平均为54.5%。

图 2 安场向斜五峰组—龙马溪组矿物组分含量(左)及黏土矿物含量(右)直方图 Fig. 2 Histograms of mineral composition content (left) and clay mineral content (right) in Wufeng-Longmaxi Formation in Anchang syncline
图 3 安场向斜五峰组—龙马溪组矿物组分含量垂向分布图(Ay2井) Fig. 3 Mineral composition content change with depth in Wufeng-Longmaxi Formation in Anchang syncline (Well Ay2)
2.2 储层地球化学特征

黔北正安地区安场向斜五峰组—龙马溪组以高—特高有机碳含量为主,其有机碳含量(TOC)最小值为1.32%,最大值为7.48%,平均为4.58%,中值为4.55%。龙马溪组可划分为两个亚段5个小层,TOC自下而上总体呈先增大后减小的趋势。纵向上龙马溪组一段二小层(S1l2)有机质丰度最高,平均有机碳含量为4.72%,综合评价为Ⅰ类有机质;五峰组、S1l1、S1l3和S1l4平均有机碳含量分别为3.45%、4.48%、4.23%和3.31%。从直方图(图 4)可以看出,研究区五峰组—龙马溪组TOC以3%~6%为主,约占总样品数的75.70%;其次是6%~7%,约占总样品数的9.35%,综合评价研究区五峰组—龙马溪组为Ⅰ—Ⅱ类有机质。同时,研究区五峰组—龙马溪组页岩有机质类型为Ⅰ型[13],镜质组反射率Ro介于2.01%~3.1%,平均为2.57%,中值为2.62%,为高成熟度页岩。

图 4 安场向斜五峰组—龙马溪组有机碳含量分布直方图 Fig. 4 Histogram of total organic carbon content in Wufeng-Longmaxi Formation in Anchang syncline
2.3 储集空间及物性特征

通过岩心观察及扫描电镜对安场向斜龙马溪组页岩样品进行观测,分析表明,安场向斜五峰组—龙马溪组优质页岩气层储集空间主要为有机质孔、无机孔和微裂缝(图 5),其中,有机质孔较为发育,主要为有机质热演化过程中在有机质内部所生成的孔隙,平面上呈圆形、椭圆形及不规则形状(图 5ab),有机质孔孔径变化范围较大,从纳米级到微米级,主要集中在纳米级。无机孔主要包括碎屑孔隙(粒间孔、粒内溶孔)和黏土孔隙;其中黏土孔隙主要为黏土矿物晶间孔隙,系黏土矿物在成岩演化过程中矿物晶体体积缩小而在晶体间生成的孔隙(图 5cd),孔隙体积较大,孔径多集中在几微米至数百微米。从安场向斜5口井岩心观察来看,研究区构造缝发育较少,只有在构造变形严重及断层发育地带裂缝较为发育,且网状缝较为普遍(图 5e),裂缝由方解石充填;氩离子抛光扫描电镜观察结果表明,页岩储层中微裂缝多为地层内部压变过程中沿岩石颗粒或晶体界面形成的微裂缝,具备组构选择性特征,主要包括解理缝、晶间缝合贴粒缝(图 5f)。

图 5 安场向斜五峰组—龙马溪组主要储集空间类型图 Fig. 5 Main types of reservoir space in Wufeng-Longmaxi Formation in Anchang syncline (a) 有机质孔发育(×40000),Ay2井,1975.33m,五峰组;(b) 有机质孔发育(×15000),呈不规则形状,Ay2井,1957.05m,局部放大,S1l3;(c) 草莓状黄铁矿发育晶间孔, 填隙状有机质发育孔隙(×5400),Ay2井,1957.05m,局部放大,S1l3;(d) 溶蚀孔发育,见有机质(×1600),Ay2井,1962.16m,局部放大,S1l3;(e) 网状缝发育,Ay3井,2487m,五峰组;(f) 片状绿泥石集合体发育层间缝,黄铁矿顺白云母解理缝发育;能谱确认(×2800),Ay2井,1969.26m,局部放大,S1l1

研究区五峰组—龙马溪组含气页岩段物性统计结果表明,有效储层段孔隙度分布在1.26%~6.17%,平均孔隙度为3.46%,中值为2.95%(图 6),其中孔隙度2.0%~4.0%的样品占比为54.55%。渗透率分布在0.0007~0.0088mD,平均渗透率为0.0022mD。页岩物性总体表现为中—低孔、特低渗的特点。

图 6 安场向斜五峰组—龙马溪组孔隙度与渗透率分布频率直方图 Fig. 6 Histograms of porosity and permeability in Wufeng-Longmaxi Formation in Anchang syncline
2.4 储层含气性特征

五峰组—龙马溪组一段页岩气层整体具有较好的含气性,钻井过程中,每口井均见到了良好的气测显示,气测录井显示通常是基值的2~4倍。页岩段解析气含量主要分布在0.70~3.10m3/t之间,平均为1.53m3/t。纵向上实测总含气量表现为龙马溪组一小层和二小层高于龙马溪组三小层、四小层(图 7)。从平面上看,安场向斜核部Ay1井目的层总含气量最高,Ay1-6井和Ay4井含气量次之,在南北两端的Ay2井和Ay5井较低,偏翼部的Ay3井最低(图 8),含气性总体表现出从安场向斜中部向南北两端逐渐减少,从向斜核部向两翼逐渐降低的趋势。根据Ay1-6井岩石等温吸附实验,估算地层压力下有效储层段干样吸附气量介于1.50~3.22m3/t,平均为2.26m3/t。安场向斜五峰组—龙马溪组页岩气层段总含气量分布在1.64~5.88m3/t之间,测井平均总含气量介于4~5.1m3/t,平均为4.85m3/t, 整体较高。

图 7 安场向斜五峰组—龙马溪组页岩气层段岩心含气量综合柱状图(Ay2井) Fig. 7 Comprehensive core gas content column of shale gas interval in Wufeng-Longmaxi Formation in Anchang syncline (Well Ay2)
图 8 安场向斜五峰组—龙马溪组现场解析含气性分布图 Fig. 8 On-site gas desorption content in Wufeng-Longmaxi Formation in Anchang syncline
3 储层发育控制因素 3.1 沉积环境控源

晚奥陶世五峰组沉积期至早志留世龙马溪组沉积期,川南—黔北地区由北向南大规模的海侵形成低能缺氧的滞留环境,笔石等古生物广泛发育,局部富集,以深水陆棚为主,有机质丰度高,脆性矿物含量高。黔北安场向斜五峰组—龙马溪组富有机质页岩与四川盆地边缘有机质丰度、有机质类型和脆性矿物含量等指标基本一致,黔北地区受北部川中古陆、南部黔中古隆起和东南部雪峰山古隆起的控制,沉积水域逐渐变窄,水体变浅,优质页岩沉积厚度、埋深和规模明显小于北部的川东南地区[14, 17-18]。根据临近齐岳山断裂东南缘的3个残留向斜优质页岩统计数据,页岩厚度、埋深、圈闭面积从北向南逐渐减小(表 1)。安场向斜五峰组—龙马溪组页岩厚度在15~25m之间,已经具备了页岩气富集的基本条件。

表 1 四川盆地南缘典型残留向斜富有机质页岩分布特征对比表 Table 1 Comparison of distribution characteristics of organic-rich shale in typical residual syncline in the southern margin of Sichuan Basin

五峰组—龙马溪组页岩沉积时环境相对闭塞,形成滞留缺氧硫化环境,利于有机质保存[14]。沉积充填以悬浮沉积为主,沉积一套缺氧环境的富有机质黑色岩系,其中腐泥型有机质富含氢组分,是良好的生烃母质。五峰组V/(V+Ni)值介于0.52~0.82,平均为0.68,总体上指示贫氧到缺氧的沉积环境(图 9a);龙马溪组V/(V+Ni)值为0.56~0.76,平均为0.63,在空间上显示出随着龙马溪组页岩沉积深度的变浅,还原程度稍加减弱。总体上来说,五峰组—龙马溪组页岩沉积时地层水体分层中等,沉积环境相对还原。五峰组Ni/Co值为4.96~23.76,平均为12.89,五峰组底部的Ni/Co值相对小于五峰组顶部的Ni/Co值,指示五峰组页岩还原程度逐渐增强的趋势;龙马溪组Ni/Co值为12.44~18.39,平均为15.05,从龙马溪组底部到顶部,其Ni/Co值显示出稍有降低的趋势,指示其还原程度稍有降低。五峰组—龙马溪组页岩的Ni/Co参数均指示为缺氧环境,且从深部到浅部显示出还原程度先升高、最后稍降低的趋势(图 9b)。五峰组V/Cr值的变化范围在1.24~8.56,平均为3.90,五峰组底部到顶部,V/Cr值逐渐大于4.25,显示五峰组由贫氧转变为缺氧环境。龙马溪组V/Cr值的变化范围在3.02~7.70,平均为4.42,指示为缺氧环境(图 9c),龙马溪组在垂向上V/Cr值随着深度的增加有稍稍降低的现象,指示还原程度减弱。安场向斜的V/Cr值相对较低,反映的沉积环境相对缺氧,同时从五峰组底部到龙马溪组顶部,沉积环境的还原程度显示出先升高再降低的特征。五峰组V/Sc值为10.26~54.56,平均为25.09(图 9d),且随着五峰组深度的逐渐变浅,V/Sc值逐渐升高,代表沉积环境中的还原程度逐渐升高;龙马溪组V/Sc值为22.34~45.38,平均为31.94(图 9d),且随着龙马溪组深度的逐渐变浅,V/Sc值逐渐降低,代表沉积环境中的还原程度逐渐降低。以上数据均指示五峰组—龙马溪组沉积时以还原环境为主,同时从五峰组底部到龙马溪组顶部,沉积环境的还原程度显示出先升高再降低的特征。龙马溪组沉积初期,海侵加剧,有利沉积区域迅速向南扩大,在安场向斜沉积了15m左右的富有机质页岩,为页岩生烃提供了基础保障。

图 9 安场向斜五峰组—龙马溪组页岩氧化还原环境的微量元素判别指标图 Fig. 9 Trace element discrimination chart for redox environment of Wufeng-Longmaxi shale in Anchang syncline
3.2 有机质孔孔径控储

研究区五峰组—龙马溪组页岩有机质中大量发育有机质孔,随着热演化程度的增加,达到过成熟后,有机质孔中充注丰富的页岩气。同时,随着演化过程中有机酸的排出,溶蚀孔和黄铁矿粒间孔隙也有一定程度发育,这些孔隙的发育有利于页岩气在储层中汇聚保存[1, 7, 14, 19-22]。对安场向斜龙马溪组页岩样品进行氩离子抛光处理后,再通过FE—SEM扫描电镜观测,发现研究区五峰组—龙马溪组海相页岩以Ⅰ型干酪根为主,垂向和侧向上差异较小,因此有机质类型对孔隙结构,尤其是有机质孔孔隙结构的影响有限。有机质丰度(TOC)与孔隙结构参数(比表面积、总孔体积)之间呈现出良好的正相关关系(图 10a),表明有机质孔越发育,则储层物性越好,先期自生自储的页岩气残留含量和游离气占比越高,越利于获得高产[23-24]。研究区五峰组—龙马溪组页岩有机质成熟度高,均达到高—过成熟阶段,研究发现成熟度与比表面积和总孔体积呈现二阶曲线关系,孔隙结构随着成熟度的增加先增加后降低,符合有机质成熟度与有机质孔之间的“两段式”变化关系(图 10b),表明该地区在早期阶段,有机质孔数量和孔径随着成熟度的升高而增加,生烃作用产生更多有机质孔,储集物性变好,Ro高于2.8%后,随成熟度增加,生烃能力降低导致孔隙压力的降低,进而导致有机质孔孔径变得更小且形状变得不规则,同时有机质组分以沥青质为主,塑性较强,因此有机质裂缝较不发育。安场向斜五峰组—龙马溪组页岩孔径主要集中在5~900nm之间,以中孔为主,占比达到80%。安场向斜实验数据已表明,有机质孔孔径越大,则储层物性越好,Ay2井同时兼有大、中有机质孔,平均孔隙度为4.58%,平均渗透率为0.0033mD。而Ay1-6井和Ay3井有机质孔孔径明显偏小,平均孔隙度分别为3.75%和3.07%,平均渗透率分别为0.0032mD和0.0021mD。

图 10 安场向斜五峰组—龙马溪组TOC、Ro与孔隙结构参数相关关系图 Fig. 10 Cross plots between TOC, Ro and pore structure parameters in Wufeng-Longmaxi Formation in Anchang syncline
3.3 保存条件控富

沉积盆地抬升时间与页岩气保存关系密切,盆地外缘抬升较早导致页岩停止生气过早,且抬升剥蚀改造持续时间长,导致页岩停止生气之后要经历散失和渗流损失时间更长,损失气量更大,含气性更差。通过对几口井与剥蚀区距离分析发现,Ay3井距离剥蚀区较近,为2.7km;Ay2井和Ay5井次之,分别为3.2km和3.4km;Ay4井、Ay1井距离剥蚀区较远,距离在4.5km以上。各钻井的含气量数据显示,距离剥蚀区露头远近与含气性呈良好的正相关性,距离剥蚀区越远,含气量越高。埋藏深度不仅决定页岩气藏的开采价值,还影响着其含气丰度和保存条件。埋深太浅导致地层压力相对较小,降低了其含气丰度,合适的埋藏深度有利于页岩气保存。黔北地区五峰组—龙马溪组埋藏深度较大的区块如北部的道真向斜和安场向斜核部,其地表出露三叠系须家河组,五峰组—龙马溪组埋藏深度可达3000~4000m。该区已知钻井的埋藏深度均在2000m以深,Ay1井、Ay2井、Ay3井、Ay5井埋深均在2000~2500m,Ay4井埋深最大,在2500m以深。

通过五峰组—龙马溪组页岩顶底板分析发现,龙马溪组上覆新滩组为一套深灰色泥岩,地层整体厚度较大,其中Ay5井最厚,为126.50m,Ay3井次之,为120.50m,Ay4HF井为114.00m,Ay1井为88.50m,Ay2井最薄,为86.00m。新滩组在该地区作为一套良好的、覆盖范围广的盖层可阻挡气体逸散。底部宝塔组致密石灰岩可作为良好的底板封堵油气的下渗,与盖层新滩组相呼应,形成上盖下堵的组合。除了新滩组作为顶板盖层外,龙马溪组二段发育的大套灰质泥岩也可作为盖层封堵油气,整体封闭性较好。

安场向斜断层主要集中于东西两翼,断层以北东向走向的逆断层为主,断层封闭性较好,可遮挡页岩侧向渗漏,有利于页岩气保存和富集。三维地震满覆盖区域内未见明显通天断层发育。向斜核部发育数条断层,但是结合钻井情况,未对页岩气保存造成不利影响。通过地震剖面分析可知,断层虽切穿龙马溪组,但并未通天,其他几条断层多发育在向斜两翼的寒武系、奥陶系中。安场向斜五峰组—龙马溪组地层倾角主要在20°~30°,先期形成的页岩气由于地层倾角较大的缘故发生逸散,远离盆地周缘的槽档转换带,反向逆断层发育,逆断层下盘目的层与上盘致密隔层对接。研究表明,受逆断层侧向封堵,页岩气滞留于断层下盘,可形成一定聚集规模[6, 25],并且逆断层下盘经历燕山早期北西—南东向挤压和燕山晚期南北向走滑作用,形成多期天然缝网交切切割,节理发育,孔渗较好,利于压裂形成复杂网缝。安场向斜核部西部发育一组逆断层,断距为50~200m,核部发育一组断距为100~200m的逆断层(图 11),由于逆断层具有良好的侧向封堵性,对五峰组—龙马溪组页岩的逸散起到了很好的抑制作用。目前安场向斜主要勘探开发区域就集中在这两组断裂之间,实践证明安场向斜内部的断层对于含气性的影响并非是破坏作用,封闭性逆断层尤其是小倾角的逆断层反而有利于页岩气聚集和较高的含气表现。

图 11 安场向斜三维地震解释剖面图 Fig. 11 3D seismic data interpretation profile in Anchang syncline
3.4 压力系数控产

压力系数是反映页岩气保存条件、含气量丰富程度的直接参数。地层压力系数的高低与产量有直接关系,通常保存条件好对应的地层压力系数较大,井产气量较高[26-29]。安场向斜开展了一口井的微注测试,测得向斜压力系数约为0.994,五峰组—龙马溪组气藏为常压页岩气气藏。

地层压力预测方法分为随钻监测、测井检测及地震资料预测3类。以测井资料为主的计算方法,可以准确计算井点范围的地层压力,但只能在完钻后实现,并且依赖区域经验参数;以地震资料为主的计算方法可以实现钻前预测,提供不同深度范围的压力空间分布,适用于初探区块,但获取准确的地震层速度较难,多解性强,纵向精度低。本文选择较为常用的地层孔隙压力预测方法,是一种经验方法。以测井资料为主的计算方法,通过Eaton法求取了五峰组—龙马溪组地层压力系数分布。结果表明压力系数主要分布于0.84~1.02之间,处于常压状态。根据安场向斜压力系数分布与生产井前3个月平均日产气量分析(图 12),向斜核部地层压力系数相对较高,核部的Ay4平台水平井日产气量均在2.8×104m3以上,其中Ay4-3井日产气量长期稳定在4×104m3以上,压力和产量稳定,证实了压力系数是单井产量的主控因素。

图 12 安场向斜初期日产气量与压力系数叠合图 Fig. 12 Superposition map of initial gas rate and pressure coefficient in Anchang syncline
4 结论

(1)黔北地区安场向斜五峰组—龙马溪组页岩气储层主要为碳质页岩。总体脆性矿物含量较高,纵向上龙马溪组脆性矿物含量高于五峰组,龙马溪组一段底部脆性矿物含量高于上部。五峰组—龙马溪组总有机碳含量以高—特高有机碳含量为主,为高成熟度页岩。五峰组—龙马溪组储层有机质孔较为发育,为中—低孔、特低渗储层。五峰组—龙马溪组总含气量较高,纵向上五峰组—龙马溪组一段表现在S1l1、S1l2含气量最高,平面上从安场向斜核部向两翼逐渐降低。

(2)黔北地区安场向斜五峰组—龙马溪组页岩气的富集主要受控于沉积环境、有机质孔孔径、保存条件、压力系数4个方面。五峰组—龙马溪组沉积时期有利的贫氧到缺氧的沉积环境,为有机质的富集奠定了基础,大量发育有机质孔为储层发育提供了保障;向斜核部压力系数高、保存条件好,为页岩气的富集成藏起着关键性作用。

(3)黔北地区安场向斜五峰组—龙马溪组页岩气储层主要发育在五峰组—龙马溪组一段,储层厚度相对于四川盆地内实现规模效益开发的页岩气田相对较薄。黔北复杂构造区五峰组—龙马溪组页岩地层残留于向斜中,资源分散,规模建产难度大,需要进一步加强富集高产差异研究及增储提产技术攻关,进一步实现降本增效。

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