萬(wàn)洪波，胡端義，易宗兵

中石化江漢石油工程有限公司測(cè)錄井公司，湖北 潛江

湖南永順區(qū)塊龍家寨向斜龍馬溪組頁(yè)巖氣資源潛力評(píng)價(jià)

萬(wàn)洪波，胡端義，易宗兵

中石化江漢石油工程有限公司測(cè)錄井公司，湖北 潛江

湖南永順區(qū)塊內(nèi)龍家寨向斜志留系龍馬溪組頁(yè)巖為深水陸棚沉積環(huán)境，具有頁(yè)巖氣成藏和保存條件，在永頁(yè)3井的鉆探過(guò)程中，運(yùn)用生油巖綜合評(píng)價(jià)儀分析巖心樣品的試驗(yàn)方法，獲得了總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和熱解峰溫等地化參數(shù)。分析表明，有效頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型為I型，且已進(jìn)入到成熟演化階段，生氣強(qiáng)度約為9 × 108m3/km2，利用成因體積法計(jì)算該向斜頁(yè)巖氣總地質(zhì)儲(chǔ)量為288 × 108m3，資源豐度類比法計(jì)算總地質(zhì)儲(chǔ)量為87 × 108m3。

永順區(qū)塊，龍家寨向斜，龍馬溪組，頁(yè)巖氣，儲(chǔ)量

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Received: Aug.8th, 2017; accepted: Sep.12th, 2017; published: Oct.15th, 2017

AbstractThe shale of Silurian Longmaxi Formation in Longjiazhai Syncline of Yongshun Block in Hunan Province was a deposit of deep water continental shelf facies with shale gas accumulation and preservation conditions.During the drilling of Well Yongye 3, w (TOC)and tmaxetc parameters of source rock were obtained from core analysis by the source rock comprehensive evaluation device.The analysis shows that the effective shale has type I organic matter and gas generation intensity is 9 × 108m3/km2, and it enters into a mature stage.The total geologic shale gas reserves of the syncline calculated by volumetric method and abundance analogue method are 288 × 108m3and 87 × 108m3respectively.

KeywordsYongshun Block, Longjiazhai Syncline, Longmaxi Formation, Shale Gas, Reserves

1.前言

頁(yè)巖氣是以吸附或游離狀態(tài)存在于暗色泥頁(yè)巖或高碳泥頁(yè)巖中的天然氣。它主要是通過(guò)熱成熟作用或連續(xù)生物作用以及兩者相互作用聚集在烴源巖中，表現(xiàn)為“原地成藏”模式，即典型的烴源巖層內(nèi)就近聚集[1]。自2012年3月3日，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、財(cái)政部、國(guó)土資源部、國(guó)家能源局正式發(fā)布《頁(yè)巖氣發(fā)展規(guī)劃》以來(lái)，基本完成全國(guó)頁(yè)巖氣資源潛力調(diào)查與評(píng)價(jià)，建成了國(guó)家級(jí)涪陵頁(yè)巖氣示范區(qū)，湖南永順區(qū)塊與涪陵區(qū)塊類似，在志留紀(jì)沉積了較厚的龍馬溪組頁(yè)巖。然而，目前對(duì)永順區(qū)塊龍馬溪組頁(yè)巖氣的資源量評(píng)價(jià)、形成、保存條件以及“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)等基礎(chǔ)地質(zhì)研究相對(duì)較少[2][3][4][5]。利用永頁(yè)3井的鉆井、錄井和頁(yè)巖地球化學(xué)分析測(cè)試等資料，對(duì)永順區(qū)塊龍家寨向斜龍馬溪組的烴源巖地球化學(xué)特征進(jìn)行分析，并與永頁(yè)1井、焦頁(yè)1井對(duì)比，為永順區(qū)塊頁(yè)巖氣資源量的評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)。

2.區(qū)域概況

湖南永順頁(yè)巖氣區(qū)塊位于中揚(yáng)子地塊湘鄂西沖斷褶皺帶“桑植–石門(mén)復(fù)向斜帶”的西南部，整體以發(fā)育具復(fù)雜結(jié)構(gòu)的擠壓逆沖構(gòu)造為特征。受印支–燕山期區(qū)域擠壓應(yīng)力作用的控制，全區(qū)以發(fā)育北北東向展布的褶皺構(gòu)造為主，由東南向北西方向依次分布有賀虎–搖灣背斜、青安坪向斜、沙壩–也莊背斜、龍家寨向斜、鹽井–首車背斜、馬蹄寨向斜6個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元帶。永頁(yè)3井位于永順區(qū)塊西部龍家寨向斜，該向斜呈北東向展布，呈近對(duì)稱結(jié)構(gòu)，向斜核部平緩，翼部較陡。地表出露地層產(chǎn)狀西翼為12～15?，東翼為9～12?，西翼產(chǎn)狀略陡于東翼。向斜在工區(qū)內(nèi)長(zhǎng)軸方向約33 km，短軸方向約20 km。地層分布相對(duì)較穩(wěn)定，斷裂發(fā)育較少，以發(fā)育逆沖斷層為主。

永順頁(yè)巖氣區(qū)塊地層發(fā)育較全，除加里東晚期區(qū)內(nèi)因地層抬升剝失，造成缺失上志留統(tǒng)和下泥盆統(tǒng)外，其他地層均有發(fā)育，其中下志留統(tǒng)龍馬溪組大多與下伏上奧陶統(tǒng)呈平行不整合接觸。晚奧陶世–早志留世，揚(yáng)子地區(qū)海域多為半封閉滯流海沉積環(huán)境。龍馬溪組下段發(fā)育黑色碳質(zhì)泥頁(yè)巖，局部含有硅質(zhì)和黃鐵礦，自上而下筆石化石逐漸增多；上段以灰色、黃綠色泥頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖、粉砂巖為主，夾薄層砂巖或團(tuán)塊狀泥質(zhì)灰?guī)r。其中，下段厚層狀的黑色碳質(zhì)頁(yè)巖是區(qū)內(nèi)的主要目的層段。

3.試驗(yàn)方法

在地質(zhì)歷史時(shí)期，烴源巖經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的演化生烴，而在實(shí)驗(yàn)室條件下無(wú)法重演該演化過(guò)程，因此實(shí)驗(yàn)室一般需通過(guò)提高溫度來(lái)加快有機(jī)質(zhì)演化，用來(lái)補(bǔ)償有機(jī)質(zhì)自然演化所需要的時(shí)間。生油巖綜合評(píng)價(jià)儀正是利用時(shí)–溫互補(bǔ)的原理模擬有機(jī)質(zhì)的演化過(guò)程，通過(guò)記錄不同溫度下烴源巖的生烴量來(lái)評(píng)價(jià)烴源巖。具體實(shí)驗(yàn)方法如下：首先將采集的巖樣進(jìn)行粉碎后稱取100 mg作為分析樣品，將樣品先在380℃下恒溫預(yù)熱，直至沒(méi)有烴類產(chǎn)生為止，樣品中的干酪根在該溫度下瞬間不會(huì)熱解生烴，利用熱蒸發(fā)測(cè)定巖石中的游離烴量；接下來(lái)把經(jīng)過(guò)恒溫加熱的樣品利用儀器升溫至600℃，以測(cè)定該樣品的剩余熱解烴量，直接測(cè)取的參數(shù)有S0(原始生烴量)，S1(可溶烴量)，S2(熱解烴潛量)，S3(熱解產(chǎn)生的CO2量)，tmax(熱解峰溫)。

4.有機(jī)地球化學(xué)特征

4.1. 有機(jī)質(zhì)豐度

據(jù)前人研究，控制頁(yè)巖氣成藏的關(guān)鍵內(nèi)在因素之一是頁(yè)巖的有機(jī)化學(xué)性質(zhì)，單位體積內(nèi)頁(yè)巖氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)主要由頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型和熱演化程度等決定?？傆袡C(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w(TOC))是衡量巖石有機(jī)質(zhì)豐度的一個(gè)重要指標(biāo)，通常認(rèn)為w(TOC)越高，生烴能力和吸附甲烷氣的能力也越強(qiáng)。聶海寬等曾發(fā)現(xiàn)黑色頁(yè)巖中，在w(TOC)為5%和10%時(shí)的吸附氣量分別是w(TOC)為2%時(shí)的2.6倍和5.5倍。而湘西北下志留統(tǒng)龍馬溪組w(TOC)變化大，永頁(yè)3井49個(gè)頁(yè)巖樣品中w(TOC)最高達(dá)到2.9%，最小僅為0.19%，平均為1.24%，較高的離散性表現(xiàn)出一定程度的非均質(zhì)性。同時(shí)，w(TOC)自上而下逐漸增加，從井深2524.00～2532.00 m，w(TOC)開(kāi)始明顯抬升，最小0.19%，最大0.85%，平均0.43%；自2532.00 m開(kāi)始到龍馬溪組底界 (2548.50 m)，w(TOC)成跳躍式增長(zhǎng)，最大高達(dá)2.9%，平均1.63%，整體一致性變化趨勢(shì)較為明顯。由此可見(jiàn)，永頁(yè)3井富含有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖分布于龍馬溪下部。通過(guò)與永頁(yè)1井對(duì)比(圖1)，發(fā)現(xiàn)該井整體w(TOC)略有抬高，但和焦頁(yè)1井對(duì)比，整體依然偏低。

參照有機(jī)質(zhì)豐度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，永頁(yè)3井龍馬溪組下部頁(yè)巖可判定為好的烴源巖類型。前人研究認(rèn)為，頁(yè)巖中殘余w(TOC)達(dá)到1%即可以作為中國(guó)南方海相地區(qū)頁(yè)巖氣的有效層段，以該結(jié)論統(tǒng)計(jì)可得永頁(yè)3井有效頁(yè)巖厚度為16.50 m。

4.2. 有機(jī)質(zhì)類型

南方志留系龍馬溪組頁(yè)巖的鏡質(zhì)體反射率(Ro)分布在 2.3%～3.5%，表明其處于高–過(guò)成熟階段，演化程度高。由于在熱演化過(guò)程中，干酪根不斷降解脫氫、脫氧，導(dǎo)致碳元素相對(duì)富集，使得干酪根的成熟度級(jí)別“降低”。不同類型干酪根的生烴潛力差別較大，產(chǎn)物性質(zhì)也不同。對(duì)于頁(yè)巖氣而言，干酪根類型還關(guān)系其成藏機(jī)理及勘探思路的確定。因此，在頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)及油氣資源評(píng)價(jià)中，正確判別干酪根的類型有著重要的意義。

早古生代，全球范圍內(nèi)高等植物缺乏，沉積有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于水生浮游植物、低等浮游動(dòng)物。湘西北地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組富含筆石，沉積顆粒細(xì)，為強(qiáng)還原環(huán)境。參考有機(jī)質(zhì)類型評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算結(jié)果表明，永頁(yè)3井井深2524～2532 m，D(干酪根烴降解率)為35%，表現(xiàn)為II1型腐殖腐泥干酪根的特征；2532.00～2548.5 m，D為80%，表現(xiàn)為為I型腐泥干酪特征。

Figure 1.The contrast ofw(TOC)among Well Jiaoye 1-Well Yongye 3-Well Yongye 1圖1.焦頁(yè)1井–永頁(yè)3井–永頁(yè)1井w(TOC)對(duì)比

4.3. 有機(jī)質(zhì)成熟度

有機(jī)質(zhì)成熟度是以干酪根的Ro作為直觀表征參數(shù)。針對(duì)區(qū)內(nèi)龍馬溪組頁(yè)巖Ro數(shù)據(jù)缺乏的情況，可用tmax來(lái)判斷烴源巖成熟度，tmax隨成熟度的增高而增大。永頁(yè)3井龍馬溪組49個(gè)烴源巖樣品的tmax為433.00℃～554.10℃ (平均 500.36℃)?？傮w而言，研究區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)已經(jīng)進(jìn)入過(guò)成熟演化階段，且以生成干氣為主。

5.頁(yè)巖氣資源潛力評(píng)價(jià)

5.1. 有效頁(yè)巖的生氣強(qiáng)度

生氣強(qiáng)度包括有效頁(yè)巖厚度、頁(yè)巖的巖石密度、w(TOC)和有機(jī)質(zhì)的產(chǎn)烴率幾個(gè)主要參數(shù)，是衡量頁(yè)巖氣氣藏品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。根據(jù)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和巖屑樣品分析化驗(yàn)資料，頁(yè)巖的巖石密度平均為2.60 t/m3。研究表明，腐泥型干酪根氣態(tài)烴產(chǎn)率平均為575.00 m3/t，該井頁(yè)巖有效厚度為16.5 m，殘余有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為1.63%。

有機(jī)碳產(chǎn)氣率計(jì)算頁(yè)巖氣生氣強(qiáng)度公式為：

式中：H為頁(yè)巖的有效厚度，m；ρr為頁(yè)巖的密度(測(cè)井)，t/m3；wc為頁(yè)巖殘余有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；E為原始有機(jī)質(zhì)氣態(tài)烴產(chǎn)率，m3/t；?q為頁(yè)巖的生氣強(qiáng)度，108m3/km2；K為修正系數(shù)，無(wú)量綱,)。

根據(jù)上述公式可計(jì)算出永頁(yè)1井、焦頁(yè)1井、永頁(yè)3井的有效頁(yè)巖生氣強(qiáng)度，結(jié)果如表1所示。從表1中可以看出，永頁(yè)3井龍馬溪組有效頁(yè)巖生氣強(qiáng)度與永頁(yè)1井基本相當(dāng)，為(9～10)× 108m3/km2，在涪陵焦石一帶，龍馬溪組有效頁(yè)巖的生氣強(qiáng)度較高，可達(dá)60 × 108m3/km2以上。

Table 1.The contrast of shale-gas generation intensity in Well Yongye 3-Well Yongye 1-Well Jiaoye 1表1.永頁(yè)3井–永頁(yè)1井–焦頁(yè)1井有效頁(yè)巖生氣強(qiáng)度對(duì)比

5.2. 資源量估算

永順區(qū)塊龍馬溪組頁(yè)巖氣勘探程度較低，目前位置僅鉆3口井，且僅有2口井進(jìn)行了w(TOC)分析，故筆者采用靜態(tài)法中的成因體積法與體積豐度類比法來(lái)估算研究區(qū)龍馬溪組有效頁(yè)巖的天然氣資源量。

5.2.1. 體積成因法

體積成因法是目前國(guó)內(nèi)使用最普遍的方法，計(jì)算公式為：

式中：Qz為頁(yè)巖氣資源量，108m3；Kp為頁(yè)巖的排烴系數(shù)，%；S為有效頁(yè)巖分布面積，km2。

Kp是成因體積法估算頁(yè)巖氣資源量的關(guān)鍵參數(shù)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于頁(yè)巖研究結(jié)果的統(tǒng)計(jì)表明，高–過(guò)成熟頁(yè)巖的排烴系數(shù)一般在50%以上。研究區(qū)龍馬溪組下部有效頁(yè)巖的單層厚度較小，參考涪陵龍馬溪組下部Kp為90%，區(qū)內(nèi)取80%。永順區(qū)塊龍家寨向斜龍馬溪組一類有利區(qū)面積為152 km2(來(lái)自華電集團(tuán)清潔能源公司數(shù)據(jù))，計(jì)算得研究區(qū)頁(yè)巖氣資源量為288 × 108m3。

5.2.2. 資源豐度類比法

針對(duì)勘探開(kāi)發(fā)程度較低地區(qū)，一種簡(jiǎn)單快速的評(píng)價(jià)方法是資源豐度類比法，其簡(jiǎn)要過(guò)程是：首先確定評(píng)價(jià)區(qū)頁(yè)巖展布面積、有效頁(yè)巖厚度、評(píng)價(jià)區(qū)頁(yè)巖吸附氣含量等關(guān)鍵參數(shù)；需要考慮到吸附氣和游離氣的含量，但為了簡(jiǎn)便，不用仔細(xì)計(jì)算游離氣的含量，以巖心解析后產(chǎn)生的氣量加上損失氣量作為計(jì)算參數(shù)[6][7]。永頁(yè)1井解析氣量為0.59 m3/t，永頁(yè)2井解析氣量為1.69 m3/t，永頁(yè)3井解析氣量為1.34 m3/t。據(jù)王世謙等對(duì)中國(guó)四川盆地南部五峰組–龍馬溪組及北美地區(qū)多套頁(yè)巖氣的含氣量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，指出頁(yè)巖含氣量與頁(yè)巖埋藏深度、儲(chǔ)層壓力相關(guān)，即埋藏較深、儲(chǔ)層壓力為異常高壓時(shí)，頁(yè)巖含氣量較高。由于永頁(yè)1井龍馬溪組頁(yè)巖僅530.00 m埋深，雖然具有生烴能力，可保存條件差，而永頁(yè)3井龍馬溪組有效頁(yè)巖埋深達(dá)2532.00 m，具有代表性。類比法的計(jì)算公式為：

式中：JY3為永頁(yè)3井的解析氣量，m3/t。

通過(guò)上述公式計(jì)算得研究區(qū)頁(yè)巖氣資源量87 × 108m3。

6.結(jié)論

1)永順區(qū)塊龍家寨向斜龍馬溪組下部頁(yè)巖可判定為好的烴源巖，有機(jī)質(zhì)類型表現(xiàn)為I型腐泥干酪根特征，有利于頁(yè)巖氣的生成。

2)研究區(qū)龍馬溪組下部頁(yè)巖tmax平均為500.36℃，有機(jī)質(zhì)進(jìn)入過(guò)成熟演化階段，以生成干氣為主。

3)研究區(qū)龍馬溪組下部有效頁(yè)巖生氣強(qiáng)度為9 × 108m3/km2，與涪陵區(qū)塊相比偏低，頁(yè)巖氣總地質(zhì)儲(chǔ)量約為(87～288)× 108m3，具有商業(yè)開(kāi)采價(jià)值。

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[編輯]鄧?yán)?/p>

The Resource Potential Evaluation of Shale Gas in Longmaxi Formation of Longjiazhai Syncline of Yongshun Block in Hunan Province

Hongbo Wan, Duanyi Hu, Zongbing Yi
Well Logging and Mud Logging Company, Jianghan Petroleum Engineering Co.Ltd., Qianjiang Hubei

2017年8月8日；錄用日期：2017年9月12日；發(fā)布日期：2017年10月15日

萬(wàn)洪波(1980-)，男，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事錄井技術(shù)研究與管理工作。

文章引用: 萬(wàn)洪波, 胡端義, 易宗兵.湖南永順區(qū)塊龍家寨向斜龍馬溪組頁(yè)巖氣資源潛力評(píng)價(jià)[J].石油天然氣學(xué)報(bào),2017, 39(5): 199-204.

10.12677/jogt.2017.395084

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