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        建南構(gòu)造東岳廟段頁巖氣層測錄井特征研究

        2014-12-23 11:24:46陳志蓉石文睿張占松趙紅燕
        關(guān)鍵詞:東岳廟氣層頁巖

        陳志蓉,石文睿,張占松,田 芳,趙紅燕

        (1.中國石化江漢石油工程有限公司測錄井公司,湖北 潛江433123;2.長江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院,湖北 武漢430100;3.油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 長江大學(xué) ,湖北 荊州434023)

        頁巖氣藏具有獨(dú)特的成藏與富集模式,低孔低滲透且天然裂縫發(fā)育、有機(jī)質(zhì)豐富、脆性礦物含量高、淺湖~半深湖及半深海沉積、儲(chǔ)層吸附氣含量高的特征突出,成功開采的關(guān)鍵是水平井完井和分段壓裂。這些都區(qū)別于常規(guī)天然氣層,而且我國正處于頁巖氣勘探與開發(fā)的早期,尚缺乏統(tǒng)一的評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn),需要系統(tǒng)研究的內(nèi)容非常豐富。

        近年來,中國石化集團(tuán)在四川盆地建南構(gòu)造東岳廟段頁巖中取得勘探突破,其中建111、建頁 HF-1、建頁HF-2井東岳廟段頁巖氣層經(jīng)大型壓裂均獲得工業(yè)氣流,為研究頁巖氣層特征,建立頁巖氣綜合解釋評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),提供了豐富和翔實(shí)的實(shí)例資料。

        1 地質(zhì)概況

        中揚(yáng)子地區(qū)是國內(nèi)陸上盆地頁巖氣最為有利的勘探區(qū)域。建南構(gòu)造位于中揚(yáng)子地區(qū)石柱復(fù)向斜中部,地表為中低山地地貌,地面海拔一般為600m~1 200m,平均海拔800m左右,一般相對(duì)高差為200m~500m,最高處建南鎮(zhèn)東北處陳家灣海拔1 200m,最低處建南鎮(zhèn)河邊海拔為600m。建南構(gòu)造分北高點(diǎn)和南高點(diǎn),建111、建頁 HF-1井位于北高點(diǎn),建頁 HF-2井位于南高點(diǎn)。

        1.1 地層特征

        建南構(gòu)造的上組合地層自上而下依次為:侏羅系中統(tǒng)下沙溪廟組,下統(tǒng)自流井組涼高山段、大安寨段、馬鞍山段、東岳廟段、珍珠沖段以及三疊系上統(tǒng)須家河組須六段、須五段等,各組段均為整合接觸,東岳廟段主要巖性為泥頁巖、粉砂質(zhì)泥巖(見表1)。

        表1 建南構(gòu)造地層劃分及主要巖性特征

        1.2 沉積環(huán)境與油氣富集層位

        東岳廟段處于淺湖-半深湖的沉積環(huán)境,沉積以黑色、黑灰色頁巖、深灰色及黑色泥巖為主,夾薄層深灰色粉砂巖、灰白色灰?guī)r,底部介殼泥頁巖發(fā)育,在整個(gè)石柱地區(qū)均為淺湖-半深湖沉積;本段有較豐富的介殼類化石。

        多年的勘探與開發(fā)證實(shí),建南構(gòu)造東岳廟段為油氣富集有利區(qū)域和層位。多口井在東岳廟段的泥頁巖中出現(xiàn)氣測顯示異常,鉆井液氣侵嚴(yán)重,表現(xiàn)為非常規(guī)頁巖氣特征。

        2 頁巖氣層特征

        2.1 巖性特征

        東岳廟段頁巖發(fā)育,地層厚度120m~150m,中下部富含有機(jī)質(zhì)暗色泥頁巖厚度40m~80m,泥頁巖顏色可分兩段,上部以灰色為主,中下部以深灰色、灰黑色為主,整體由上至下顏色變深;典型巖性為黑色頁巖夾介殼灰?guī)r組合,上部為泥巖夾薄層粉砂巖,往下泥頁巖及灰?guī)r增多,逐漸變?yōu)槟囗搸r夾介殼灰?guī)r,下部為大套頁巖段,典型湖相沉積。

        東岳廟段平均厚度為134m,北高點(diǎn)軸部較薄,厚度僅為110m。建111井頁巖層厚度較建頁HF-1井少22m(見圖1)。

        圖1 建南構(gòu)造建111、建頁 HF-1、建頁 HF-2井自流井組地層對(duì)比圖

        巖屑錄井表明,建頁HF-1井東岳廟段上部為泥巖夾薄層的粉砂巖,往下泥頁巖及灰?guī)r增多,逐漸變?yōu)槟囗搸r夾介殼灰?guī)r;而建111井上部為泥巖,下部為泥頁巖夾泥巖;巖心分析顯示,東岳廟段巖石礦物成分主要為:石英、長石、碳酸鹽巖、粘土等礦物,石英、碳酸鹽巖脆性礦物含量平均在60% 以上。

        建111、建頁HF-1和建頁 HF-2井東岳廟段脆性物質(zhì)含量均在45% 以上,最高達(dá)82%,平均65%。北美及國內(nèi)頁巖氣勘探顯示,頁巖氣層的脆性礦物含量多大于40%,脆性礦物含量高易于壓裂,易于沿地應(yīng)力較大的方向形成人造裂縫,提高儲(chǔ)層滲透能力。

        2.2 物性特征

        泥頁巖中孔隙和微裂縫發(fā)育程度是頁巖氣藏評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。泥頁巖微裂縫越發(fā)育,頁巖氣藏中游離天然氣的聚集空間越多。此外,孔隙和裂縫發(fā)育也有效地增加了泥頁巖的比表面積,提高了泥頁巖的吸附天然氣的能力。

        東岳廟段頁巖氣層段巖心孔隙度最小為0.1%,最大為6.9%,平均2.3%,集中分布在1.0%~3.0%;氣層上部孔隙度相對(duì)較高,建111井的596.0m~625.0m測井孔隙度平均值為6.0%、建頁 HF-1井的591.0m~625.0m測井孔隙度平均值為6.3%;下部孔隙度相對(duì)較低,建111井的625.0 m~643.0m測井孔隙度平均值為3.6%、建頁 HF-1井的625.0m~643.0m測井孔隙度平均值為3.8%。

        東岳廟段頁巖氣層巖心滲透率極低,最小0.58md,最大12.0md,平均2.6md;其中,建111井平均滲透率3.6md,建頁 HF-1井平均滲透率2.1md,建頁 HF-2井平均滲透率2.1md。

        東岳廟段頁巖氣儲(chǔ)層的孔隙度橫向上變化不大,儲(chǔ)層物性相對(duì)穩(wěn)定(見圖2)。

        圖2 建111、建頁HF-1、建頁 HF-2井儲(chǔ)層參數(shù)對(duì)比圖

        2.3 電性特征

        頁巖氣儲(chǔ)層有“三高”,即高自然伽馬GR、高電阻RT(LLD、ILD)、高中子CNL的測井曲線特征。東岳廟段頁巖含灰“二低”,即低密度DEN、低PE值不明顯。東岳廟段富含有機(jī)質(zhì),自然伽馬GR呈相對(duì)高值特征,一般為75API~148API;電阻率LLD(ILD)為18Ω·m~240Ω·m,聲波時(shí)差 AC 189μs/m~276μs/m;測井巖性密度2.50g/cm3~2.60g/cm3,干酪根相對(duì)密度0.95~1.05。

        “聲波-電阻率(RT-DT)”法,即DT-ΔlogRt方法,是利用聲波曲線與電阻率曲線疊合,“幅度差”反映了地層富含有機(jī)質(zhì)的情況,在不含有機(jī)質(zhì)的泥巖段,聲波測井曲線與電阻率曲線基本重疊在一起,含頁巖氣層的泥巖段“幅度差”在10%~30% 之間(見圖3)。

        圖3 “RT-DT”法識(shí)別建南構(gòu)造典型頁巖氣儲(chǔ)層

        2.4 含油氣性特征

        1)氣測烴顯示

        建111井東岳廟段氣層全烴由0%上升到9.85%,C1由0% 上升到8.14%,C2由0% 上升到1.09%,C3由0% 上升到0.31%,iC4由0% 上升到0.04%,nC4由0% 上升到0.08%,烴對(duì)比系數(shù)為20~197,平均為30,計(jì)算含氣飽和度 ≥65.0%;建頁 HF-1井東岳廟段氣層全烴由0.02% 上升到1.20%,C1由0.01% 上升到0.69%,C2由0.001% 上升到0.043%,C3由0%上升到0.008%,iC4由0% 上升到0.001%,其他的組分均為0,烴對(duì)比系數(shù)最大為60,平均為10,計(jì)算含氣飽和度 ≥55.0%;建頁 HF-2井東岳廟段氣層全烴由0.50% 上升到8.51%,C1由0.14% 上升到7.08%,C2由0.010%上升到0.359%,C3由0% 上升到0.089%,iC4由0% 上升到0.008%,nC4由0% 上升到0.017%,烴對(duì)比系數(shù)最大為100,平均為20,計(jì)算含氣飽和度 ≥60.0%。建111、建頁HF-1和建頁HF-2井東岳廟段氣層烴對(duì)比系數(shù)-鉆時(shí)比值交會(huì)圖均顯示為典型油氣層。

        東岳廟段氣測顯示明顯,烴對(duì)比系數(shù)在8~197之間,平均28,含氣飽和度55.0%~65.0%。

        2)有機(jī)碳含量

        東岳廟段頁巖氣儲(chǔ)層上部:建111井的596.0m~625.0m、建頁 HF-1井的591.0m~625.0m有機(jī)碳含量變化較大;儲(chǔ)層下部:建111井的625.0m~643.0m、建頁 HF-1井的625.0m~643.0m,有機(jī)碳含量相對(duì)穩(wěn)定;建111井有機(jī)碳含量在0.9%~2.2% 之間變化,平均有機(jī)碳含量1.55%,建頁 HF-1井有機(jī)碳含量在0.90%~2.3% 之間變化,平均有機(jī)碳含量1.60%。

        東岳廟段有機(jī)碳含量TOC一般為1.0%~1.4%,有機(jī)質(zhì)熱演化程度Ro一般為0.8%~1.5%,處于頁巖氣勘探較有利的地化指標(biāo)范圍之內(nèi)。

        3)地層含氣量

        建111井、建頁HF-1井和建頁 HF-2井儲(chǔ)層的總含氣量在0.85m3/t~2.04m3/t之間,平均總含氣量約為1.28m3/t,其中吸附氣約占59.0%,游離氣大約占41.0%。東岳廟段頁巖氣儲(chǔ)層的吸附氣含量在縱、橫向上變化都不大,相對(duì)穩(wěn)定(見圖4)。

        圖4 建111、建頁 HF-1、建頁HF-2井儲(chǔ)層含氣性對(duì)比圖

        建頁HF-1井儲(chǔ)層游離氣縱向上整體變化平穩(wěn);而建111井的含水飽和度在整個(gè)儲(chǔ)層段變化不大,但上部其孔隙度相對(duì)高些,致使上部的游離氣略高一些。其中,建111井穩(wěn)產(chǎn)氣2 200m3/d,建頁HF-1井試氣獲4 000m3/d;建頁 HF-2井日產(chǎn)油0.12m3,日產(chǎn)氣2 550m3,平均原油相對(duì)密度0.80,粘度5.04Mpa.s,凝固點(diǎn)20℃,屬于凝析氣藏。

        2.5 地層壓力特征

        建111、建頁HF-1和建頁HF-2井隨鉆地層壓力檢測顯示無異常壓力存在,地層壓力梯度1.07Mpa/Hm,即靜水壓力梯度鉆井液相對(duì)密度1.05~1.10,處于近平衡狀態(tài);地層破裂壓力梯度2.2Mpa/Hm。

        3 解釋標(biāo)準(zhǔn)研究

        綜合建111、建頁 HF-1和建頁 HF-2井地質(zhì)、錄井和測井特征和前人的研究成果,建南構(gòu)造東岳廟段氣層綜合解釋標(biāo)準(zhǔn)見表2。

        表2 建南構(gòu)造東岳廟段頁巖氣層綜合解釋評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

        泥頁巖氣層關(guān)鍵解釋參數(shù)下限參考標(biāo)準(zhǔn):頁巖厚度20.0m、孔隙度3.0%、含氣飽和度50.0%、總有機(jī)碳含量1.0%、鏡質(zhì)體反射率1.0%、脆性礦物含量40.0%、總含氣1.0m3/t(游離氣含量0.5m3/t)、地層壓力梯度1.07MPa/Hm(壓力系數(shù)1.0);核心參數(shù)如頁巖厚度、孔隙度、游離氣含量、壓力梯度(壓力系數(shù) )部分或同時(shí)分別突破 50.0m、10.0%、1.0m3/t和 1.25MPa/Hm(1.2),泥頁巖氣顯示層可評(píng)價(jià)為Ⅰ類氣層,試氣獲高產(chǎn)的概率較大;總含氣量大于等于2.0m3/t的頁巖氣層為Ⅰ類即優(yōu)質(zhì)氣層,總含氣量小于等于1.0m3/t頁巖氣層為Ⅲ類即差氣層,總含氣量介于1.0m3/t與2.0m3/t之間的頁巖氣層為Ⅱ類即中等儲(chǔ)層。

        4 主要認(rèn)識(shí)

        1)建南構(gòu)造東岳廟段頁巖氣層巖性主要為深灰色泥頁巖,主要礦物有石英、長石、碳酸鹽巖、粘土,脆性礦物含量 ≥65%;孔隙度3.0%~6.5%,滲透率2.1md~3.6md,且二者存在較強(qiáng)的相關(guān)性;電阻率18.0Ω·m~240.0Ω·m,聲波189μs/m~276μs/m;含氣飽和度 ≥55%,有機(jī)碳含量TOC為1.0%~1.4%,地層無異常高壓,呈正常壓力變化。

        2)建南構(gòu)造東岳廟段厚度橫向變化不大,下部富含有機(jī)質(zhì)暗色泥頁巖相對(duì)發(fā)育,頁巖氣儲(chǔ)層的孔隙度、飽和度、有機(jī)碳含量、含氣量在橫向上相對(duì)穩(wěn)定,是頁巖氣勘探的有利層位。

        3)建南構(gòu)造東岳廟段頁巖氣層核心參數(shù)如頁巖厚度、孔隙度、游離氣含量,部分或同時(shí)分別突破60.0m、10.0% 和2.0m3/t,泥頁巖氣顯示層可評(píng)價(jià)為Ⅰ類氣層,壓裂試氣易獲高產(chǎn)。

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