梁榜,何生,陳學(xué)輝,李晨溪,劉莉,張夢(mèng)吟
(1.中國(guó)石化江漢油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,湖北 武漢 430223;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院,湖北 武漢 430074;3.中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院,北京 102249)
鄂西渝東地區(qū)東岳廟段頁(yè)巖氣勘探潛力研究
梁榜1,2,何生2,陳學(xué)輝1,李晨溪3,劉莉1,張夢(mèng)吟1
(1.中國(guó)石化江漢油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,湖北 武漢 430223;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院,湖北 武漢 430074;3.中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院,北京 102249)
鄂西渝東地區(qū)下侏羅統(tǒng)自流井組東岳廟段發(fā)育厚層灰黑色頁(yè)巖,鉆井揭示氣顯示良好。文中利用露頭、鉆井、測(cè)井、分析化驗(yàn)、測(cè)試等資料,從頁(yè)巖沉積特征、有機(jī)地化特征、儲(chǔ)集條件及含氣性等方面對(duì)東岳廟段頁(yè)巖進(jìn)行了系統(tǒng)研究。結(jié)果表明:該段以淺湖—半深湖沉積為主,富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育,有機(jī)質(zhì)豐度高,熱演化程度適中,含氣性較好,具備頁(yè)巖氣形成的有利地質(zhì)條件;頁(yè)巖氣富集主要受有機(jī)質(zhì)豐度、熱演化程度、儲(chǔ)集物性及裂縫發(fā)育程度等關(guān)鍵因素控制。據(jù)此,初步建立了適合本區(qū)陸相頁(yè)巖氣有利區(qū)優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn),并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)選區(qū)內(nèi)西北部樂(lè)福店—臨溪場(chǎng)為東岳廟段陸相頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)。
陸相頁(yè)巖氣;地質(zhì)條件;富集控制因素;東岳廟段;鄂西渝東地區(qū)
鄂西渝東地區(qū)位于四川盆地東緣,構(gòu)造位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)川東褶皺帶方斗山復(fù)背斜以東,夾于齊岳山復(fù)背斜和方斗山復(fù)背斜之間。通過(guò)對(duì)老井——J111井井深660 m東岳廟段頁(yè)巖進(jìn)行試氣,獲日產(chǎn)3 131 m3工業(yè)氣流,實(shí)現(xiàn)該區(qū)頁(yè)巖氣勘探的突破。在此基礎(chǔ)上,部署鉆探的水平井JYHF-1井測(cè)試獲1.2×104m3/d工業(yè)氣流,證實(shí)了該區(qū)東岳廟段陸相頁(yè)巖氣具有較好的勘探開(kāi)發(fā)前景。本文以鄂西渝東地區(qū)野外剖面地質(zhì)調(diào)查資料、最新鉆探的井下資料分析結(jié)果為基礎(chǔ),對(duì)下侏羅統(tǒng)自流井組東岳廟段頁(yè)巖氣形成地質(zhì)條件進(jìn)行了分析,初步明確了研究區(qū)東岳廟段頁(yè)巖氣富集的關(guān)鍵控制因素主要是有機(jī)質(zhì)豐度、熱演化程度、儲(chǔ)集物性及裂縫發(fā)育程度等,優(yōu)選了區(qū)內(nèi)西北部樂(lè)福店—臨溪場(chǎng)為東岳廟段陸相頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)。
1.1 頁(yè)巖發(fā)育特征
晚三疊末期,地殼發(fā)生差異升降運(yùn)動(dòng),隨著凹陷低洼地填平補(bǔ)齊和南、北緣隆升活動(dòng),湖水向四川盆地中部收縮[1-2]。早侏羅世東岳廟沉積時(shí)期,鄂西渝東地區(qū)東岳廟段為淺湖—半深湖沉積環(huán)境,沉積以黑色、黑灰色頁(yè)巖為主,夾薄層深灰色粉砂巖及含介殼灰?guī)r,平面上主要分布于石柱復(fù)向斜,面積近4 000 km2(見(jiàn)圖1)。
圖1 鄂西渝東地區(qū)地理位置
區(qū)內(nèi)東岳廟段地層分布穩(wěn)定,中、上部以灰色、深灰色泥巖為主,夾薄層黑灰色介殼灰?guī)r。中下部為一套富含有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖,以灰黑色頁(yè)巖、含介殼頁(yè)巖為主,夾薄層淺灰色介殼灰?guī)r、灰色粉砂巖[3];頁(yè)巖單層厚度5.0~20.0 m,累計(jì)厚度40.0~80.0 m不等,平均厚度54.5 m,是該區(qū)陸相頁(yè)巖氣勘探的主要目的層;產(chǎn)較豐富的雙殼類化石,電性特征為自然伽馬高值;與下伏珍珠沖段為整合接觸。
1.2 頁(yè)巖有機(jī)地化特征
1.2.1 有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)
頁(yè)巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(TOC)是評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣是否具有開(kāi)采價(jià)值的重要指標(biāo)之一[4-6]。通過(guò)YJHF-1井、J111井及利川謀道等剖面樣品分析測(cè)試,證實(shí)東岳廟段為主力烴源巖層系之一(見(jiàn)圖2)。
縱向上,富含有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖段主要分布在東岳廟段下部。其中:YJHF-1井下部85塊樣品TOC為1.16%~3.22%,平均2.06%,TOC大于2%的樣品占45%;上部44塊樣品TOC為0.23%~1.61%,平均0.99%。平面上,TOC分布在1.00%~1.80%。研究區(qū)東部謀道野外露頭剖面,平均TOC為1.12%,往西至LF1井平均TOC為 1.42%(見(jiàn)表1),具有自東向西TOC增大的特征[7]。
圖2 鄂西渝東地區(qū)東岳廟段露頭及TOC等值線分布
表1 研究區(qū)東岳廟段露頭及鉆井樣品TOC,Ro統(tǒng)計(jì)
1.2.2 有機(jī)質(zhì)類型及熱演化程度
有機(jī)質(zhì)類型不僅影響頁(yè)巖生氣能力,同樣也影響頁(yè)巖的含氣量。鄂西渝東地區(qū)東岳廟段泥頁(yè)巖中腐泥無(wú)定形組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,而鏡質(zhì)體反射率(Ro)較低。按類型指數(shù)TI計(jì)算結(jié)果分類,其有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1型為主,少量Ⅱ2型。干酪根鏡質(zhì)體反射率大多分布在0.82%~1.45%(見(jiàn)表1),平均為1.29%,有機(jī)質(zhì)處于高成熟生氣階段。綜合有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型及熱演化程度等地化特征評(píng)價(jià)認(rèn)為,鄂西渝東地區(qū)東岳廟段具有較好的有機(jī)地化條件。
1.3 頁(yè)巖儲(chǔ)集性能
1.3.1 礦物組成
脆性礦物體積分?jǐn)?shù)是泥頁(yè)巖層可壓性評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要的指標(biāo)。北美具備商業(yè)開(kāi)發(fā)條件的頁(yè)巖氣藏,石英體積分?jǐn)?shù)一般大于40.0%,黏土礦物中伊蒙混層體積分?jǐn)?shù)平均為24.0%~44.5%[8-11]。
JYHF-1井東岳廟泥巖段巖石全巖分析結(jié)果表明,主要脆性礦物為石英、長(zhǎng)石、方解石等。其中:石英平均體積分?jǐn)?shù)為45.39%,長(zhǎng)石為3.32%,方解石為16.80%;脆性礦物普遍大于50.00%,黏土為33.32%,其他礦物少量。黏土礦物中以伊蒙混層及伊利石為主,伊蒙混層體積分?jǐn)?shù)占21.03%~41.26%,伊利石占10.33%~26.5%,含少量高嶺石及綠泥石,不含蒙脫石。測(cè)試結(jié)果表明,東岳廟段頁(yè)巖脆性礦物體積分?jǐn)?shù)高,黏土礦物中不含蒙脫石,具有較好的可壓性,有利于儲(chǔ)層壓裂改造。
1.3.2 物性特征及儲(chǔ)集空間類型
泥頁(yè)巖儲(chǔ)集空間主要為孔隙及裂縫[12-13]。JYHF-1井125塊東岳廟段頁(yè)巖物性樣品分析結(jié)果顯示:孔隙度0.09%~6.85%,平均 2.31%;滲透率 0~4.18×10-3μm2,平均0.44×10-3μm2。根據(jù)掃描電鏡、鑄體薄片資料分析,頁(yè)巖發(fā)育大量有機(jī)質(zhì)孔,無(wú)機(jī)孔主要發(fā)育黏土礦物粒間溶孔、晶間孔。
針對(duì)鄂西渝東地區(qū)JYHF-1井下侏羅統(tǒng)自流井組東岳廟段泥頁(yè)巖,利用IB-09010CP型離子截面拋光儀拋光,對(duì)564.0~643.0 m井段12塊樣品進(jìn)行掃描電鏡觀測(cè)發(fā)現(xiàn),泥頁(yè)巖發(fā)育多種類型納米級(jí)孔隙(孔隙直徑小于0.75 μm),不少孔隙小于100 nm(見(jiàn)圖3)。
圖3 JYHF-1井納米級(jí)孔隙、裂隙氬離子拋光掃描電鏡照片
納米級(jí)孔隙呈平面上圓形、橢圓形及不規(guī)則形狀,空間上形成管柱狀、洞穴狀等復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖3a,3b,3d,3e,3f,3h),管狀孔隙吼道連接納米級(jí)孔隙(見(jiàn)圖3d,g)。泥頁(yè)巖比表面積大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜。豐富的內(nèi)表面積可通過(guò)吸附方式儲(chǔ)存大量氣體,是吸附態(tài)賦存的天然氣主要儲(chǔ)集空間;這類孔隙以有機(jī)質(zhì)生烴形成的有機(jī)質(zhì)顆粒中的粒內(nèi)納米級(jí)孔隙為主(見(jiàn)圖3a,3b,3c)。東岳廟段富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖中發(fā)育有較大非有機(jī)質(zhì)顆粒(如黃鐵礦微球粒等),這些顆粒邊緣和內(nèi)部包含納米級(jí)孔隙(見(jiàn)圖3e,3f,3g,3h);同時(shí),極細(xì)粒非有機(jī)質(zhì)基質(zhì)也有納米級(jí)孔隙分布,這些孔隙可能是受某些顆粒邊緣限制的粒間納米級(jí)孔隙。
1.3.3 裂縫發(fā)育特征
裂縫按發(fā)育規(guī)??煞譃楹暧^裂縫和微觀裂縫,按成因可分為構(gòu)造裂縫、成巖裂縫、異常高壓裂縫等。本區(qū)裂縫主要為構(gòu)造裂縫,發(fā)育在建南構(gòu)造高點(diǎn)部位,并且沿構(gòu)造長(zhǎng)軸分布。從J111井偶極聲波測(cè)井上可看出,裂縫較集中發(fā)育在東岳廟段下部618~629 m。JYHF-1井取心段上部頁(yè)巖以構(gòu)造裂縫為主,多是半充填—未充填的斜交或垂直細(xì)縫,縫寬一般大于1 mm;中下部見(jiàn)充填網(wǎng)狀全—半充填中型裂縫,縫寬為2~8 mm。成像測(cè)井分析表明,裂縫主要發(fā)育在東岳廟段中下部。
1.4 頁(yè)巖含氣性特征
1.4.1 鉆井氣測(cè)顯示
統(tǒng)計(jì)研究區(qū)內(nèi)鉆穿侏羅系的老井發(fā)現(xiàn),鉆遇東岳廟段黑色頁(yè)巖的共42口,均見(jiàn)到不同程度氣測(cè)顯示,且表現(xiàn)為氣測(cè)異常高值,常見(jiàn)氣侵、井涌、井噴等不同級(jí)別。其中:JYHF-1井在東岳廟段下部取心鉆進(jìn)中,見(jiàn)良好氣顯示58.45 m/1層;巖心出筒及浸水試驗(yàn)普遍見(jiàn)氣泡逸出,多為針孔串珠狀,氣顯示點(diǎn)平均為每米15~55處,顯示主要集中在介殼富集成層的層面縫及頁(yè)巖層理縫中。東岳廟段氣測(cè)異常集中位于下部60~80 m,且顯示段連續(xù),表明該段下部在整個(gè)區(qū)域普遍含氣。
1.4.2 頁(yè)巖含氣量
本文利用 JYHF-1等溫吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),根據(jù)Langmuir方程換算為對(duì)應(yīng)的壓力和溫度條件下吸附氣含氣量(見(jiàn)表2):
式中:Vx,VL分別為吸附氣體積和地層溫度條件下的Langmuir體積,m3/t;p,pL分別為地層壓力和地層溫度條件下的Langmuir壓力,MPa。
表2 JYHF-1井東岳廟段等溫吸附實(shí)驗(yàn)計(jì)算含氣量
總含氣量(Vz=Vx+Vy)為0.895 0~2.768 2 m3/t,平均為1.628 0 m3/t(見(jiàn)表2),說(shuō)明研究區(qū)該段泥頁(yè)巖具有較好的含氣性,具備形成頁(yè)巖氣的地質(zhì)條件。
通過(guò)對(duì)研究區(qū)東岳廟段頁(yè)巖氣富集主控因素進(jìn)行探討,發(fā)現(xiàn)東岳廟段頁(yè)巖氣富集與有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、熱演化程度、儲(chǔ)集物性及裂縫發(fā)育程度密切相關(guān)[14]。
2.1 有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與含氣性呈正相關(guān)關(guān)系
有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)是頁(yè)巖氣富集成藏最重要的控制因素之一,不僅控制著頁(yè)巖的物理化學(xué)性質(zhì),也在一定程度上控制著頁(yè)巖裂縫的發(fā)育程度,更重要的是控制著頁(yè)巖的含氣量[15]。以JYHF-1井取心井段為例來(lái)分析有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)頁(yè)巖氣富集的影響(見(jiàn)圖4)。
圖4中,根據(jù)TOC值將層位分為3段:井深562.73~591.23m為A段,共分析58塊樣品,TOC最高0.66%,最低0.18%,平均為0.37%,TOC相對(duì)較低;井深591.73~626.23 m為B段,共分析70塊樣品,TOC最高3.22%,最低0.68%,平均為1.46%,TOC相對(duì)較高;井深626.23~643.00 m為C段,共分析33塊樣品,TOC最高1.92%,最低0.49%,平均為1.17%,TOC中等。從JYHF-1井氣測(cè)顯示、含氣量測(cè)定結(jié)果與TOC關(guān)系看(見(jiàn)圖5、圖6),TOC與頁(yè)巖氣的富集具有良好的正相關(guān)關(guān)系。
圖4 JYHF-1井有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響頁(yè)巖氣富集分析
圖5 JYHF-1井氣測(cè)全烴與有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系
圖6 JYHF-1井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)含氣量與有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系
2.2 熱演化程度是頁(yè)巖氣富集關(guān)鍵因素
烴源巖熱演化程度(Ro)不僅決定天然氣的生成方式,還決定氣體組分構(gòu)成。北美地區(qū)沃斯堡盆地Barnett典型頁(yè)巖氣主要以Ⅱ型干酪根為主,頁(yè)巖氣主體成于烴源巖熱演化程度大于1.10%生氣窗范圍內(nèi),主要生氣期的Ro值為1.10%~2.60%,且只有在烴源巖熱演化程度較高的區(qū)域才有頁(yè)巖氣產(chǎn)出。由此可見(jiàn),頁(yè)巖的高熱演化程度是制約頁(yè)巖氣富集的主要因素,熱演化程度越高越有利于頁(yè)巖氣富集。與之對(duì)比,鄂西渝東地區(qū)JYHF-1井下侏羅統(tǒng)自流井組東岳廟段取樣分析顯示,熱演化程度為1.29%,大于Ⅱ型有機(jī)質(zhì)類型生氣窗1.10%,演化階段為干氣階段,主要產(chǎn)出天然氣。研究結(jié)果表明:區(qū)內(nèi)東岳廟段烴源巖烴源巖熱演化程度在0.90%~1.40%(見(jiàn)表3),屬高成熟生氣階段;自南東往北西方向,烴源巖Ro值有變大趨勢(shì)。
表3 研究區(qū)露頭及鉆井東岳廟段熱演化程度Ro值統(tǒng)計(jì)
3.1 頁(yè)巖氣資源前景
在黑色頁(yè)巖厚度、有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、烴源巖熱演化程度和含氣量等指標(biāo)綜合分析基礎(chǔ)上,采用體積法計(jì)算鄂西渝東地區(qū)東岳廟段埋藏深度在3 500 m以淺區(qū)域頁(yè)巖氣總資源量(Q):
式中:Q為頁(yè)巖氣總資源量,108m3;S為評(píng)價(jià)單元面積,km2;H為含氣泥頁(yè)巖段厚度,m;ρ為泥頁(yè)巖密度,t/m3。
計(jì)算單元面積2 425.89 km2,含氣泥頁(yè)巖段厚度58.45 m,泥頁(yè)巖密度2.6 t/m3,含氣量1.628 m3/t,則頁(yè)巖氣總資源量為5 771.0×108m3,具有較大的頁(yè)巖氣勘探前景。
3.2 勘探有利區(qū)優(yōu)選
綜合考慮東岳廟段頁(yè)巖氣形成的地質(zhì)條件,結(jié)合富集控制因素及資源量計(jì)算結(jié)果,并參考國(guó)外含氣頁(yè)巖熱演化特征,建立了鄂西渝東地區(qū)東岳廟段陸相頁(yè)巖氣分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)表4)。
表4 研究區(qū)東岳廟陸相頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
參照已經(jīng)建立的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)鄂西渝東地區(qū)東岳廟段頁(yè)巖氣的勘探有利區(qū)進(jìn)行優(yōu)選:Ⅰ類有利區(qū)主要分布于樂(lè)福店-臨溪場(chǎng)西北部地區(qū),平均有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.2%、烴源巖熱演化程度大于1.1%的“雙高”區(qū)域,埋深介于1 000~3 000 m;Ⅱ類有利區(qū)平均有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.80%~1.20%,烴源巖熱演化程度小于1.10%,埋深介于1 000~3 000 m;Ⅲ類有利區(qū)分布于靠近剝蝕線埋藏較淺或者埋深大于3 000 m區(qū)域,平均有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.80%,烴源巖熱演化程度小于1.10%(見(jiàn)圖7)。
1)鄂西渝東地區(qū)下侏羅統(tǒng)自流井組東岳廟段以淺湖—半深湖沉積為主,發(fā)育厚層富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖,有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高,熱演化程度適中,氣顯示特征明顯,具備頁(yè)巖氣形成的良好地質(zhì)條件。
圖7 鄂西渝東地區(qū)東岳廟段陸相頁(yè)巖氣有利區(qū)綜合評(píng)價(jià)
2)東岳廟段陸相頁(yè)巖氣富集主要受有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、熱演化程度及儲(chǔ)集物性等重要因素控制,有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與含氣性呈良好的正相關(guān)關(guān)系,熱演化程度是頁(yè)巖氣富集的關(guān)鍵因素。
3)鄂西渝東地區(qū)東岳廟段頁(yè)巖氣資源豐富,利用等溫吸附實(shí)驗(yàn)含氣量數(shù)據(jù),計(jì)算原始資源量為5 771.0× 108m3,具有較好的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)前景。
4)鄂西渝東地區(qū)東岳廟段頁(yè)巖氣有利區(qū)主要分布于平均有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.20%、烴源巖熱演化程度大于1.10%、埋深介于1 000~3 000 m的樂(lè)福店-臨溪場(chǎng)西北部地區(qū)。
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(編輯 李宗華)
Exploration potential of Dongyuemiao Member shale gas in western Hubei-eastern Chongqing area
Liang Bang1,2,He Sheng2,Chen Xuehui1,Li Chenxi3,Liu Li1,Zhang Mengyin1
(1.Research Institute of Exploration and Development,Jianghan Oilfield Company,Wuhan 430223,China;2.College of Resources,China University of Geosciences,Wuhan,430074,China;3.College of Geosciences,China University of Petroleum,Beijing 102249,China)
Dongyuemiao Member of Lower Jurassic Ziliujing Formation in western Hubei-eastern Chongqing area deposits thick dark shales which expose good gas shows.Using the data of outcrop,drilling,logging,analysis and assay,and testing,Dongyuemiao Member shales are studied comprehensively in terms of sedimentation,geochemistry,reservoir condition and gas-bearing properties. Results show that Dongyuemiao Member is dominated by organic-rich shallow lake-semi deep lake facies shales with high organic matter abundance,moderate thermal evolution degree and good gas-bearing properties,and the geological conditions are favorable for shale gas accumulation.The shale gas enrichment is mainly controlled by organic matter abundance,thermal evolution degree, reservoir physical properties and the development degree of fracture.Based on this,the preliminary criteria for favorable continental shale gas zone selection are established.Lefudian-Linxichang in northwestern area is selected as the favorable exploration zone of Dongyuemiao Member continental shale gas according to the criteria.
continental facies shale gas;geologic conditions;controlling factor of enrichment;Dongyuemiao Member;western Hubei-eastern Chongqing area
國(guó)土資源部油氣專項(xiàng)課題“中揚(yáng)子地區(qū)頁(yè)巖氣資源調(diào)查評(píng)價(jià)與選區(qū)”(2009GYXQ15-06-04)
TE132.2
:A
10.6056/dkyqt201501008
2014-08-16;改回日期:2014-11-26。
梁榜,男,1983年生,工程師,2007年畢業(yè)于中國(guó)海洋大學(xué)地質(zhì)學(xué)專業(yè),現(xiàn)主要從事非常規(guī)天然氣勘探開(kāi)發(fā)。E-mail:lb_jhyjy@163.com。
梁榜,何生,陳學(xué)輝,等.鄂西渝東地區(qū)東岳廟段頁(yè)巖氣勘探潛力研究[J].斷塊油氣田,2015,22(1):36-41.
Liang Bang,He Sheng,Chen Xuehui,et al.Exploration potential of Dongyuemiao Member shale gas in western Hubei-eastern Chongqing area[J].Fault-Block Oil&Gas Field,2015,22(1):36-41.