盧炳雄，鄭榮才，梁西文,徐文禮

(1.欽州學(xué)院 資源與環(huán)境學(xué)院，廣西 欽州 535000； 2.成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程 國家重點實驗室，四川 成都 610059； 3.中國石化 江漢油田分公司 勘探開發(fā)研究院，湖北 武漢 530000)

川東地區(qū)侏羅系自流井組大安寨段頁巖氣(油)儲層評價

盧炳雄1，鄭榮才2，梁西文3,徐文禮2

(1.欽州學(xué)院 資源與環(huán)境學(xué)院，廣西 欽州 535000； 2.成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程 國家重點實驗室，四川 成都 610059； 3.中國石化 江漢油田分公司 勘探開發(fā)研究院，湖北 武漢 530000)

以野外剖面觀測和室內(nèi)薄片鑒定為基礎(chǔ)，結(jié)合沉積相、薄片鑒定、X-衍射、物性、孔隙結(jié)構(gòu)和巖石力學(xué)分析，確定川東地區(qū)大安寨段有利儲層為各類介殼灰?guī)r與碳質(zhì)頁巖的不等厚互層組合體，以發(fā)育于大安寨段第二亞段(簡稱大二亞段)上部湖坡亞相的湖退型灰?guī)r與頁巖互層組合為相對優(yōu)質(zhì)的儲集體，其脆性礦物含量明顯高于下部，更易產(chǎn)生天然裂縫和進行儲層的壓裂改造。有機碳含量平均值為1.07%，明顯大于下部的0.38%，對應(yīng)的實測總含氣量平均值為0.71 m3/t，明顯大于下部的0.41 m3/t。運用巖石薄片、壓汞資料、物性資料等多種常規(guī)技術(shù)分析大安寨段頁巖儲層儲集物性特征，分析結(jié)果表明大安寨段儲層均具有特低孔-特低滲性質(zhì)。場發(fā)射掃描電鏡分析結(jié)果證明了儲集體納米級孔隙的發(fā)育和分布規(guī)律。粒間孔隙中的粘土礦物層間孔在大二亞段最為發(fā)育,且連通性最好，與有機質(zhì)有關(guān)的孔縫及剛性礦物邊緣縫在大二亞段上部較為發(fā)育，顆粒內(nèi)孔僅在大二亞段上部零星發(fā)育。綜合分析確定大二亞段上部相對大安寨其他層位更具頁巖氣(油)勘探開發(fā)潛力，應(yīng)給于足夠重視。

孔隙結(jié)構(gòu)；有機碳含量；頁巖氣;大安寨段；侏羅系；川東地區(qū)

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于四川盆地東部，隸屬川東高陡構(gòu)造帶[1]，發(fā)育有一系列北東-南西向延伸和隔檔式分布的大型復(fù)背斜和復(fù)向斜(圖1)，背斜核部主要出露下三疊統(tǒng)嘉陵江組，背斜兩翼至向斜核部依次出露中三疊統(tǒng)雷口坡組、上三疊統(tǒng)須家河組、下侏羅統(tǒng)自流井組、中侏羅統(tǒng)新田溝組與沙溪廟組及上侏羅統(tǒng)遂寧組和蓬萊鎮(zhèn)組等[2-4]。川中地區(qū)侏羅系具備十分有利的油氣成藏條件，王世謙等人指出川東地區(qū)侏羅系也具有相似的成藏條件和資源量[5]。但前人的這些研究成果卻未在實際勘探中得到重視，直至近幾年中國石化集團公司在涪陵地區(qū)加大頁巖(油)氣勘探力度，并在梁平、忠縣一帶獲得高產(chǎn)油氣流，而主力產(chǎn)層正是侏羅系大安寨段。

2 大安寨段特征

從野外觀測的結(jié)果看，川東地區(qū)下侏羅統(tǒng)自流井組大安寨段分布面積較大、厚度也較為穩(wěn)定，巖性特征也具有一定的規(guī)律性(圖2)。其底與本組馬鞍山段為連續(xù)沉積關(guān)系，頂與中侏羅統(tǒng)新田溝組之間由暴露侵蝕沖刷面分隔。自上而下被劃分為過渡層、大一段、大二段和大三段4個亞段[6-7]，沉積演化經(jīng)歷濱湖、淺湖、湖坡、深-半深湖后，又折回湖坡、淺湖、濱湖和暴露狀態(tài)，形成了完整湖侵-湖退旋回[6-9]。大三亞段巖性主要為介殼灰?guī)r與暗色頁巖互層組合；大二亞段為反映深水還原環(huán)境的大套暗色泥質(zhì)巖夾薄層或紋層狀介殼灰?guī)r組合，以該亞段中、上部的暗色頁巖顏色最深，連續(xù)沉積厚度較大以及有機質(zhì)含量最高；大一亞段以灰色-深灰色介殼灰?guī)r為主，部分含少量泥質(zhì)，暗色頁巖呈條帶狀分布；過渡層為泥巖與砂巖的互層組合，由于暴露風(fēng)化的原因呈灰綠色和紫紅色。從頁巖氣成藏條件的角度看，泥頁巖是物質(zhì)基礎(chǔ)，大二亞段主要為一套深色頁巖夾薄層狀介殼灰?guī)r的巖性組合，泥頁巖厚度大，有機質(zhì)含量高，無疑是有利勘探目標(biāo)層，而大一和大三亞段的頁巖厚度要小的多，難以作為頁巖氣勘探理想目標(biāo)，因此本文將以大二亞段為研究重點。

3 大安寨段頁巖氣(油)儲層評選

結(jié)合野外觀測和實驗測試數(shù)據(jù)，可以看出川東地區(qū)大安寨段大二亞段頁巖沉積厚度大、分布面積較廣、埋藏深度適中、有機碳含量TOC中等偏高、有機質(zhì)類型較好、熱演化程度適中、脆性礦物含量較高等特點，理論上具備優(yōu)越的頁巖氣(油)成藏條件，而近期在川東地區(qū)大安寨段非常規(guī)油氣藏勘探取得的重大進展也充分的證明了這點[10-14]。本文根據(jù)研究區(qū)大安寨段縱向上儲層巖石類型、物質(zhì)組分、有機質(zhì)碳含量、微觀孔隙特征、物性特征、含氣量分析等指標(biāo)，對大安寨段頁巖氣(油)儲層進行評價和優(yōu)選，為明確勘探目標(biāo)，提高勘探效率提供參考。

圖1 四川盆地東部區(qū)域構(gòu)造特征

圖3 大安寨段野外照片及巖石類型圖版

表1 大安寨段各類巖石孔隙度與滲透率數(shù)據(jù)

Table 1 Statistics of porosity and permeability of various types of rocks from the Da’anzhai Member

巖性樣品數(shù)/件孔隙度/%滲透率/(10-3μm2)最大值最小值平均值最大值最小值平均值灰?guī)r983.220.131.143.1020.0570.352頁巖575.920.021.909.7900.0841.760砂巖40.364.802.470.7750.1900.327

3.1 儲層巖石類型及物質(zhì)組分

3.1.1 儲層巖石學(xué)特征

大安寨段的巖石類型主要包括灰?guī)r(圖3a)、砂巖(圖3b)、泥頁巖(圖3c)、震積角礫巖(圖3d)，主體以灰?guī)r、泥頁巖及灰泥互層為主，砂巖和震積角礫巖僅少量發(fā)育。在以往的研究中認為儲集性較好的巖石類型主要為石灰?guī)r類，其實不然，從表1中可看出大安寨段泥頁巖的平均孔隙度為1.9%，平均滲透率則為最高可達1.76×10-3μm2。從物性數(shù)據(jù)上看，頁巖的儲集性要好于灰?guī)r和砂巖。對大安寨段頁巖氣儲層的24個樣品采用低溫液氮吸附法，并通過BET方程計算其比表面積，測試結(jié)果中有6個灰?guī)r樣品的比表面積平均值為2.7 m2/g，18個頁巖樣品的比表面積平均值為6.8 m2/g，遠高于灰?guī)r，說明泥頁巖中的微孔隙較灰?guī)r更為發(fā)育。

大二亞段中的頁巖抗壓性較差，屬塑性較強的巖石類型，而灰?guī)r的抗壓性則較強，屬于剛性較強的巖石類型(表2)，含泥質(zhì)介殼灰?guī)r的抗壓性介于兩者之間，但更接近于頁巖。相比單一巖性的灰?guī)r或者頁巖，發(fā)育于湖坡亞相中的頁巖與灰?guī)r條帶組成的巖性組合體(圖3e,f)的抗壓性降低，剛性也有相應(yīng)的增強，這也使得這種組合體更加容易發(fā)育成巖裂縫和構(gòu)造裂縫，這些裂縫對于像大安寨這樣的致密儲層而言意義重大，它們既提供了重要的儲集空間又可成為油氣的運移通道[15]。構(gòu)造期前后所發(fā)生的溶蝕作用往往也是受這些不規(guī)則的裂縫所控制，為其提供通道，從而形成以裂縫和微孔隙為主的非均質(zhì)性較強的非常規(guī)致密儲層。

表2 大安寨段各類巖石力學(xué)分析結(jié)果

表3 大安寨段頁巖礦物含量

近期的勘探實踐也證明了大安寨段儲層并非純介殼灰?guī)r，而是各類灰?guī)r、特別是泥質(zhì)介殼灰?guī)r與碳質(zhì)頁巖的不等厚互層組合體。在這樣的組合體中，滲透率隨著頁巖夾層增多加厚而趨于降低，說明組合體中頁巖夾層過多不利儲層發(fā)育。無論是在剖面上還是平面上，有效儲集體大都位于介殼灘與湖坡的過渡帶，有較穩(wěn)定的發(fā)育層位和較大的分布范圍。大二亞段中部發(fā)育深-半深湖亞相，巖性主要為大套暗色泥頁巖。在大二亞段下部和上部均屬于湖泊亞相，從層序地層的角度來看，下部屬于湖進湖泊，上部為湖退型湖泊，湖退型湖泊中沉積的灰?guī)r所占比例要大于湖進型湖泊，縱向上更多地表現(xiàn)為泥質(zhì)介殼灰?guī)r向上略趨增多且加厚的泥巖與灰?guī)r的薄互層組合，屬于相對較為優(yōu)質(zhì)儲層的巖性組合。

3.1.2 礦物組分

頁巖儲層的礦物組成分為粘土礦物和脆性礦物(表3)，粘土礦物含量為27.4%～62.4%，平均值為43.99%，其成分及含量分別為：伊利石(31.06%)、伊/蒙混層(37.4%)、高嶺石(17.8%)、綠泥石(13.73%)；脆性礦物含量為37.6%～72.6%，平均值為56.01%，其成分及含量分別為：石英(32.65%)、斜長石(2.85%)、方解石(13.27%)、白云石(4.96%)、黃鐵礦(1.51%)、菱鐵礦(0.77%)。脆性礦物總體來說含量較高，這也使得頁巖易于壓裂，進而利于頁巖氣(油)儲層的發(fā)育。然而從縱向上看，大二亞段脆性礦物含量隨著深度的增加呈遞減的趨勢(圖4a)，大二亞段上部的脆性礦物含量明顯要大于下部，更有利于天然裂縫的發(fā)育和儲層壓裂改造。

3.2 儲層物性及儲層空間特征

3.2.1 儲層物性特征

運用巖石薄片分析、壓汞資料、物性資料等多種常規(guī)技術(shù)分析大安寨段頁巖儲層儲集物性特征，159個樣品的實測孔隙度統(tǒng)計分析結(jié)果表明，大安寨段巖性十分致密，且在縱向上變化不大(圖5)，儲層孔隙度最大值為5.92%，最小值為0.02%，平均值為1.47%。其中46%的樣品孔隙度小于1%，26%的樣品孔隙度為1%～2%，28%的樣品孔隙度大于2%。儲層滲透率最大值為12.3×10-3μm2,最小值為0.057×10-3μm2，平均值為0.67×10-3μm2，90%的樣品滲透率小于1×10-3μm2，其中30%的樣品滲透率小于0.1×10-3μm2。上述孔、滲特征表明大安寨段儲層具有特低孔-特低滲性質(zhì)。結(jié)合巖心觀察、鑄體薄片及利用場發(fā)射電鏡掃描資料，可確定大安寨段儲層屬于典型的、非均質(zhì)性較強和以超微孔隙與超微裂縫共生為顯著特點的非常規(guī)致密儲層，利用常規(guī)的薄片鑒定手段，幾乎看不到有效孔隙，僅見極少量的成巖壓裂縫(圖6a)和溶蝕孔隙(圖6b)。從常規(guī)物性數(shù)據(jù)上看很難選出優(yōu)勢儲層段，因此采用場發(fā)射掃描電鏡的手段，研究大二亞段納米級孔隙特征及其分布規(guī)律。

圖4 大二亞段脆性礦物含量(a)及有機碳含量(b)隨深度變化特征

圖5 大二亞段孔隙度a)、滲透率b)隨深度變化特征

3.2.2 儲層微觀孔隙類型

應(yīng)用場發(fā)射電鏡掃描技術(shù),大安寨段頁巖儲層中可觀察到的納米-微米級孔隙類型較多,主要有如下幾類。

1) 有機質(zhì)孔

此類孔隙的形成與有機質(zhì)含量和熱演化程度有關(guān)[16-18]，孔隙連通性好壞與該類型孔隙的發(fā)育程度成正相關(guān)關(guān)系。研究區(qū)大安寨段頁巖的有機質(zhì)豐度中等、熱演化程度不高，造成有機質(zhì)孔(圖6c)總體上不發(fā)育，大安寨段頁巖中此類孔隙僅在大二亞段上部較為發(fā)育，連通性一般，大二亞段下部僅零星可見該類空隙。

2) 顆粒內(nèi)孔

頁巖氣儲層中的石英顆?？尚纬扇芪g內(nèi)孔，黃鐵礦顆粒由于晶體形態(tài)及排列分布可產(chǎn)生內(nèi)部微孔隙(圖6d)，生物化石碎片形成后也具有內(nèi)部孔隙。從表3中可以看出，大二亞段上部黃鐵礦含量明顯大于下部，且隨著深度的增加，黃鐵礦含量呈遞減趨勢，該孔隙在大二段上部零星發(fā)育，連通性較差。

3) 粒間孔隙

含氣頁巖在形成過程中存在大量的微沉積構(gòu)造,這是沉積物在古沉積環(huán)境中運移產(chǎn)生的各種顆粒間的不完全膠結(jié)或后期成巖改造產(chǎn)生的粒間孔隙[19]。粘土礦物層間孔就屬于此種孔隙類型，且在大安寨段頁巖中也較為發(fā)育。泥質(zhì)巖中發(fā)育的大量水平微層理是形成粘土礦物層間孔隙的物質(zhì)基礎(chǔ)，成為粘土礦物、尤其是片狀伊利石在沉積-成巖過程中可形成帶靜電的微紋層集合體，紋層中的粘土之間通過同電性的相互排斥力支撐而形成眾多順微層理分布的超微孔隙，多為微米級，連通性好，具備形成頁巖氣滲流通道的條件[20]。

圖6 大安寨段孔隙類型圖版

4) 微裂縫

微裂縫在頁巖氣研究中具有重要的價值，是鉆井、壓裂及改造處理的重要參考因素[21]。大安寨段頁巖中，此類裂縫多為納米-微米級，斷面呈粗糙的波狀，偏向于張性，無充填物，對改善儲層的孔滲性有重要意義。同時在氬離子拋光—掃描電鏡觀察中，可見粉砂顆粒(石英、長石)、碳酸鹽等剛性礦物顆粒，其邊緣常發(fā)育幾十納米至幾微米的微裂縫，在大二段上部，有機質(zhì)邊緣縫發(fā)育(圖6f)。

通過對興隆101井和FY3-2HF井薄片、掃描電鏡、氬離子拋光-掃描電鏡綜合分析可知，大二亞段儲層中粘土礦物層間溶孔和粘土礦物層間孔隙最為發(fā)育，連通性最好，在整個大二亞段中發(fā)育較為均勻，但與有機質(zhì)有關(guān)的孔縫和脆性礦物邊緣縫在大二亞段上部發(fā)育較多，在大二亞段下部相對發(fā)育較少(圖7)，這跟大二亞段上部有機碳含量和脆性礦物含量明顯大于下部有關(guān)，顆粒內(nèi)孔僅在大二亞段上部零星發(fā)育，因此在儲集空間上看大二亞段上部要優(yōu)于下部。

3.3 有機碳含量及含氣量

有機碳含量是評價頁巖氣藏儲量的一個重要指標(biāo)，大安寨段頁巖的有機碳含量(TOC)相對于美國5大頁巖氣盆地要低，平均值為0.78%，最大值為2.16%，最小值為0.16%，大二亞段有機質(zhì)成熟度(Ro)介于1.11%～1.23%，處于“凝析油氣”階段[22-25]。通過對大二亞段有機數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，隨著深度的增加，大二亞段泥頁巖中有機質(zhì)含量呈下降的趨勢(圖4b)。以2 230 m為界，上部的TOC范圍為0.16%～2.16%，平均值為1.07%;下部TOC范圍為0.19%～1.29%，平均值為0.38%。大二亞段上部TOC明顯高于下部，這可能與大二亞段上部屬湖退型湖坡的沉積環(huán)境有關(guān)，其沉積環(huán)境的還原性大于湖進型湖坡，更利于有機質(zhì)的保存。因此，大二亞段上部的生油潛力要大于下部，實測含氣量分析也驗證了此特點。

FY3-2井隨深度變化的含氣量測試分析結(jié)果表明(圖8)，大二亞段上部(2 203.5～2 221.4 m)有機碳含量較高，對應(yīng)的實測總氣量較大，其范圍介于0.18～1.8 m3/t，平均值為0.71 m3/t；其中有2 208.47～2 208.75,2 211.04～2 211.31及2 217.54～2 217.82三段大于1 m3/t，最高可達1.8 m3/t；而大二亞段下部解吸氣量較低，下部實測總氣量為0.04～0.89 m3/t，平均值僅為0.41 m3/t。FY3-2HF井大二亞段泥頁巖在早白堊世達到主生烴階段，其后經(jīng)歷燕山運動與喜馬拉雅運動，遭受抬升剝蝕，使得現(xiàn)今泥頁巖以中孔為主，部分吸附的氣態(tài)烴發(fā)生解吸轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x氣，賦存于微裂縫中，甚至運移至上覆大一亞段中。這就解釋了大二亞段頁巖雖以吸附氣為主，但實測含氣量整體不高。而大二亞段上部(2 203.5～2 221.4 m)有機含量相對較高，生烴強度較大，有機質(zhì)邊緣縫發(fā)育，吸附能力較強，雖然損失一部分氣態(tài)烴，但實測含氣量仍然較高，最高可達1.8 m3/t；大二亞段下部有機碳含量低，生烴能力不足，加之抬升解吸，實測含氣量較低，其勘探潛力不如上部。

圖8 大安寨段頁巖隨深度變化實測含氣量

4 結(jié)論

1) 大安寨段的巖石類型主要包括灰?guī)r、砂巖、泥頁巖、震積角礫巖，主體以灰?guī)r、泥頁巖及灰泥互層為主，儲層并非為單一巖石類型，而是各類灰?guī)r、特別是泥質(zhì)介殼灰?guī)r與暗色泥頁巖的不等厚互層組合體。

2) 大安寨段主要宏觀孔隙類型主要為成巖壓裂縫和溶蝕孔隙；微觀孔隙(納米級孔隙)類型主要包括有機質(zhì)孔、顆粒內(nèi)孔、粒間孔隙和微裂縫，其中最為發(fā)育的是粘土礦物層間孔，連通性最好。

3) 大二亞段上部的巖石類型組合更利于儲層的發(fā)育；其脆性礦物含量、有機碳含量、實測含氣量更高；有機質(zhì)孔縫、顆粒內(nèi)孔和脆性礦物邊緣縫更發(fā)育。因此，大二亞段上部應(yīng)當(dāng)視為研究區(qū)大安寨段頁巖氣(油)勘探目標(biāo)的重點層位。

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(編輯 董 立)

Evaluation of reservoirs in the Da’anzhai Member of the Jurassic Ziliujing Formation in eastern Sichuan Basin

Lu Bingxiong1,Zheng Rongcai2,Liang Xiwen3, Xu Wenli2

(1.CollegeofResourcesandEnvironment,QinzhouUniversity,Qinzhou,GuangXi535000,China;2.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploration,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China;3.ExplorationandDevelopmentResearchInstituteofJianghanOilCompany,SINOPEC,Wuhan,Hubei530000,China)

Reservoirs of interest in the Da’anzhai Member of the Ziliujing Formation in eastern Sichuan Basin were determined to be interbeds of shell limestone and carbonaceous shale of various thickness based on outcrop observation and thin section authentication with analyses of sedimentary facies,X-diffraction,physical properties,pore structure,and rock mechanics.The assemblage of lake regression limestone interbedded with shale of the sub-lacustrine-slope facies at the upper part of the second sub-member of the Da’anzhai was considered to be the relative good reservoirs as their content of brittle minerals were obviously higher than that of the lower part and were easily cracked and stimulated.AverageTOCof the upper part was 1.07% contrasting with a 0.38% at the lower part.Measured total gas concentration of the upper was averaged at 0.71 m3/t,higher than 0.41 m3/t taken from the lower part.Thin section analyses,mercury injection test data as well as physical properties of the samples from the sub-member showed that the reservoirs were extra-low porosity and extra-low permeability.FESEM(field emission scanning electron microscopy)results confirmed the suspect of nano-scale pore structure.Interbedded pores of clay minerals among intergranular pores were considered to have the best connectivity in the sub-member and pores and cracks associated with organic matter as well as perimetral joints of rigid minerals were proved to be well developed at the upper part of the sub-member.The upper part of the sub-member also found to contain some sporadically distributed intragranular pores.It is therefore suggested that the upper part of the sub-member is more promising in terms of exploration potential than any other layers of the Da’anzhai Member.

pore structure,TOC,shale gas,Da’anzhai Member,Jurassic,eastern Sichuan Basin

2015-02-05;

2015-04-03。

盧炳雄(1987—)，男，博士研究生，礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)。E-mail:10158258@qq.com。

鄭榮才(1950—)，男，教授、博士生導(dǎo)師，沉積學(xué)和石油地質(zhì)學(xué)。E-mail:zhengrc@cdut.edu.cn。

中國石油天然氣總公司攻關(guān)項目(06-01A-02-01)。

0253-9985(2015)03-0488-09

10.11743/ogg20150318

TE122.2

A