吳紀(jì)修，王志剛，辛云路，李 寬，周東東

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所，河北 廊坊 065000； 2.中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京 100029； 3.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一一五地質(zhì)大隊(duì)，貴州 貴陽 550000)

0 引言

頁巖氣主要以吸附和游離狀態(tài)賦存于泥頁巖中，吸附氣存在于有機(jī)質(zhì)和粘土礦物表面，游離氣存在于孔隙和裂隙中[1]。頁巖氣作為一種典型的自生自儲(chǔ)非常規(guī)天然氣[2-4]，因其分布范圍廣，已成為油氣勘探的重要領(lǐng)域。隨著美國頁巖氣勘探開發(fā)的成功，我國南方海相頁巖氣勘探有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，如四川威遠(yuǎn)與長寧等地區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)頁巖氣田，并形成了“沉積是基礎(chǔ)、保存是關(guān)鍵”、“二元富集”等志留系龍馬溪組頁巖氣富集規(guī)律理論認(rèn)識(shí)[5-10]。黔北地區(qū)是我國上揚(yáng)子地區(qū)海相頁巖氣資源調(diào)查評(píng)價(jià)的重點(diǎn)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)之一，該區(qū)下古生界泥頁巖有機(jī)質(zhì)含量高，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅰ型，成熟度普遍高(為高—過成熟)，且富有機(jī)質(zhì)泥頁巖厚度較大，具備頁巖氣藏形成的地質(zhì)條件，頁巖氣資源潛力巨大[11-17]。2016年，中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心部署在黔北安場向斜的安頁1井獲得了二疊系棲霞組油氣、志留系石牛欄組致密氣、五峰組-龍馬溪組頁巖氣和奧陶系寶塔組天然氣的“四層樓”式油氣重大突破。為此，擬通過黔綏地1井巖心地質(zhì)編錄、氣測(cè)錄井、目的層有機(jī)地化、現(xiàn)場浸水試驗(yàn)等資料，進(jìn)一步分析總結(jié)黔北綏陽地區(qū)地層結(jié)構(gòu)和上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣含氣性特征，為該區(qū)頁巖氣的進(jìn)一步勘探開發(fā)提供地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

黔綏地1井位于貴州省遵義市綏陽縣太白鎮(zhèn)，構(gòu)造位置屬于桴焉-寬闊向斜帶太白向斜(見圖1)。桴焉-寬闊向斜帶位于桴焉-寬闊一帶，東西兩側(cè)受逆沖斷裂帶夾持，遵義斷裂帶與正安斷裂帶在向斜南部交匯，夾角約30°，受此影響，向斜總體由南西緊閉向北東撒開，軸跡清晰微呈S形彎曲。軸向北北東20°～30°，延伸長度約45 km，核部出露二疊系-三疊系地層，翼部為志留系-奧陶系地層。太白向斜位于寬闊向斜北東側(cè)，軸向?yàn)楸睎|南西向(圖2)。剖面顯示，該向斜整體較寬緩。核部發(fā)育三疊系地層，向翼部依次發(fā)育二疊系、志留系、奧陶系地層。向斜西翼產(chǎn)狀較陡，地層傾角一般在60°～75°，發(fā)育小型褶皺，構(gòu)造較復(fù)雜；東翼產(chǎn)狀平緩，地層傾角一般為5°～25°。平面上，太白向斜位于遵義斷裂與正安斷裂之間(見圖1 C-C′)。西側(cè)的遵義斷裂對(duì)向斜西翼改造作用較強(qiáng)，導(dǎo)致西翼出露地層較局限；東側(cè)的正安斷裂距向斜較遠(yuǎn)，對(duì)向斜的控制作用較弱，使得東翼整體較寬緩，地層出露寬闊。

注：據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心黔綏地1井地質(zhì)設(shè)計(jì)

圖1桴焉-寬闊向斜構(gòu)造地質(zhì)簡圖

注：據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心黔綏地1井地質(zhì)設(shè)計(jì)

2 井身結(jié)構(gòu)及取心工藝

井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是確定不同直徑鉆進(jìn)深度和下套管的規(guī)格和深度，既要滿足工程要求又要滿足地質(zhì)要求，依據(jù)頁巖氣地質(zhì)調(diào)查井的氣測(cè)異常判斷和現(xiàn)場解析快速出心的要求，巖心終孔直徑≮95 mm，并且需要采取技術(shù)成熟、鉆進(jìn)效率高，快速取心、出心的繩索取心工藝以達(dá)到對(duì)頁巖含氣層的準(zhǔn)確判斷和減小現(xiàn)場損失氣量的目的。黔綏地1井實(shí)鉆井身結(jié)構(gòu)與鉆遇地層說明見表1。

表1 鉆井井身結(jié)構(gòu)與鉆遇地層說明

3 護(hù)壁堵漏措施

由于黔綏地1井位于南方巖溶發(fā)育區(qū)，全井漏失共計(jì)7段。其中，溶蝕性全孔漏失3段，裂縫性漏失6段。分別為溶蝕性漏失：242.6～289.3、319.6～358.6 m二疊系棲霞組泥晶灰?guī)r、373.6～392.0 m二疊系梁山組粘土巖；裂縫性漏失：289.3～296.6、358.6～368.6 m二疊系棲霞組泥晶灰?guī)r、368.6～372.6 m二疊系梁山組粘土巖、392.0～398.6 m二疊系梁山組粘土巖。由此可見該井全孔漏失段集中在二疊系棲霞組，裂縫性漏失主要集中在二疊系梁山組，全井漏失層段均為二疊系地層。為保障頁巖氣鉆井氣測(cè)資料實(shí)時(shí)采集、氣測(cè)異常及時(shí)發(fā)現(xiàn)，黔綏地1井在二疊系地層茅口組、棲霞組、梁山組主要采取堵漏措施。裂縫性漏失堵漏泥漿配方為：1 m3清水+3%膨潤土+1%高粘防塌劑+5%單向壓力封閉劑+3%堵漏劑，密度控制在1.01～1.03 g/cm3、漏斗粘度26～35 s，堵漏后泥漿上返率達(dá)到30%。

全井井壁坍塌井段共計(jì)4段，分別為1072.9～1079.6 m志留系石牛欄組粉砂質(zhì)粘土巖、1086.9～1100.8 m志留系石牛欄組粉砂巖、1125.6～1131.5 m志留系石牛欄組鈣質(zhì)粘土巖、1132.3～1141.10 m志留系龍馬溪組—奧陶系五峰組炭質(zhì)粘土巖(頁巖)，由此可見該井井壁坍塌段主要集中在接近目的層的石牛欄組鈣質(zhì)粘土巖和目的層炭質(zhì)粘土巖(頁巖)。因此，為保障井壁坍塌破碎地層的巖心采取率，以配合近目的層段和目的層段現(xiàn)場解析、浸水試驗(yàn)、有機(jī)地化等頁巖氣含氣性參數(shù)的獲取，主要采取護(hù)壁措施。具體配方為：1 m3清水+3%膨潤土+0.5%廣譜護(hù)壁劑Ⅲ型+0.1%高粘防塌劑+4%磺化褐煤樹脂+0.3%氯化鉀，密度控制在1.01～1.02 g/cm3，漏斗粘度22～32 s。

4 井身質(zhì)量控制

頁巖氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查井井型以直井為主，以落實(shí)地層層序、驗(yàn)證物探地層界面、獲取目的層頁巖氣特征參數(shù)為主要目的，并且大多鉆遇地層較軟，因此鉆井防斜尤為重要。黔綏地1井實(shí)鉆工程參數(shù)為：井深0～1368.18 m，井斜角≤4.3°，全角變化率0.46%，終孔直徑95 mm，巖心直徑68 mm，井底水平位移≤26 m，全井巖心采取率均大于99.5%。本井各項(xiàng)參數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)井身質(zhì)量要求。

鉆井防斜主要技術(shù)措施：

(1)鉆塔、底座、鉆機(jī)安裝底盤牢固、水平、周正。為防止地下沉降，鉆塔四角打水泥墩。鉆機(jī)在滑軌上不得松晃。鉆塔、立軸、井口必須三點(diǎn)一線。

(2)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)鉆具組合配備鉆具，并選用鋼性好、不彎曲、不偏磨的鉆具。

(3)開孔時(shí)，選用較小的鉆壓，利用鉆具的自重防斜。

(4)選擇適宜的鉆頭和合理的鉆進(jìn)參數(shù)，鉆壓不宜過大。以保證井壁規(guī)整、光滑。

(5)每100 m測(cè)一次井斜，發(fā)現(xiàn)井斜時(shí)，及時(shí)糾偏。

(6)提下鉆具輕提輕放，不得碰撞。下鉆遇阻時(shí)，不得猛蹾強(qiáng)扭鉆具，以防鉆具彎曲造成井斜。

(7)巖心堵塞無進(jìn)尺時(shí)，立即打撈內(nèi)管，不得強(qiáng)行加壓鉆進(jìn)，以防井斜。

5 鉆遇地層描述

黔綏地1井終孔深度1368.18 m，開孔層位二疊系茅口組，依次鉆遇棲霞組、梁山組、韓家店組、石牛欄組、新灘組、龍馬溪組、五峰組、觀音橋組、十字鋪組、湄潭組，終孔層位奧陶系湄潭組，地層層序正常(見表2)。

二疊系茅口組(P2m)：0～276.80 m，視厚度272.80m。淺灰色—灰色—深灰色中厚層狀泥晶灰?guī)r。三段淺灰色中厚層狀泥晶灰?guī)r，局部發(fā)育溶蝕裂隙，裂隙與巖石斜交，少部分與巖石垂直，充填物為泥質(zhì)，偶見方解石石脈，發(fā)育縫合線構(gòu)造，縫合線充填泥鐵質(zhì)。二段灰色中厚層狀泥晶灰?guī)r與深黑色薄層狀炭質(zhì)粘土巖韻律互層，泥晶灰?guī)r段多發(fā)育裂隙，與巖心高角度相交，發(fā)育大量方解石石脈，脈寬多數(shù)1～5 mm，最大20 mm，局部溶蝕后形成方解石晶簇。巖心局部見深黑色結(jié)核狀雜基。炭質(zhì)粘土巖段斷面多見揉皺鏡面，污手。一段淺灰色—灰色中厚層狀泥晶灰?guī)r，發(fā)育溶蝕裂隙，裂隙充填泥質(zhì)，發(fā)育方解石石脈，脈寬1～6 mm。

表2 黔綏地1井鉆遇地層綜述

注：(1)“▼”代表未鉆穿；“…”斷層；“﹍”假整合；(2)地層分組及巖性定名均為野外結(jié)論。

二疊系棲霞組(P2q)：276.80～365.05 m，視厚度88.97 m。上部深灰色中—厚層狀泥晶灰?guī)r，層間夾有黑色炭質(zhì)粘土巖薄皮，發(fā)育方解石石脈，脈寬1～20 mm，最大60 mm，局部見方解石晶簇，炭質(zhì)粘土巖斷面光滑，見揉皺鏡面，污手。下部中厚層狀泥晶灰?guī)r與黑色炭質(zhì)粘土巖韻律互層，局部鈣質(zhì)富集后形成泥灰?guī)r。

梁山組(P1-2d)：365.05～370.15 m，視厚度5.10 m。365.05～366.50 m灰黑色薄層狀炭質(zhì)粘土巖，下部0.20 m為黑色粉煤。366.50～370.15 m灰白色薄、中厚層狀鋁土質(zhì)粘土巖，底部巖層中分布有星點(diǎn)結(jié)核狀黃鐵礦。

韓家店組(S1h)：370.15～731.04 m，視厚度360.89 m。三段淺灰綠色薄層狀泥質(zhì)粉砂巖夾薄層狀生物屑亮晶灰?guī)r，生物屑多為介殼類，見大量腕足類生物化石。二段紫紅色薄層狀粉砂質(zhì)粘土巖與灰綠色薄層狀粉砂質(zhì)粘土巖韻律互層，間夾薄層狀生物屑亮晶灰?guī)r，呈透鏡狀。一段淺灰綠色薄層狀粉砂質(zhì)粘土巖。

石牛欄組(S1sh)：731.04～976.73 m，視厚度245.69 m。三段灰色薄—中厚層狀鈣質(zhì)粘土巖，巖石中見深灰色泥質(zhì)條帶737.74～737.82 m為淺灰綠色薄層狀粘土巖，吸水性及可塑性好。二段深灰色薄—中厚層狀泥質(zhì)泥晶灰?guī)r，夾大量順層展布的灰黑色薄層狀泥質(zhì)條帶，從上往下泥質(zhì)含量增加，局部發(fā)育順層展布的方解石石脈。一段灰黑色薄層狀泥灰?guī)r，夾大量薄層狀泥質(zhì)條帶，局部夾灰色中厚層狀泥質(zhì)泥晶灰?guī)r。

新灘組(S1x)：976.73～1131.83 m，視厚度155.10 m，二段深灰色薄層狀鈣質(zhì)粉砂巖，節(jié)理較發(fā)育，與巖石高角度相交，充填少量方解石薄膜。偶見方解石石脈發(fā)育，脈寬0.5～5 mm，見大量筆石類化石。一段深灰色薄層狀鈣質(zhì)粉砂巖，局部夾灰白—灰綠色薄層狀泥巖。巖石節(jié)理較發(fā)育，節(jié)理面充填方解石薄膜。

龍馬溪組—五峰組(S1l-O3w)：1131.83～1141.10 m，視厚度9.27 m。上部深灰、灰黑色薄層狀炭質(zhì)泥(頁)巖。巖石含少量粉砂質(zhì)成分，局部夾褐色、灰黃色薄層狀粉砂巖。黑色泥(頁)巖質(zhì)地比較硬。巖石中含大量筆石，其分布無序，大小不一。下部黑色薄層狀炭質(zhì)泥(頁)巖，含少量方解石細(xì)脈，其分布無規(guī)律。巖層破碎。

寶塔組(O2-3b)：1141.10～1193.67 m，視厚度52.57 m?；疑駥訝钅嗑Щ?guī)r，龜裂紋灰?guī)r。巖石面上龜裂紋構(gòu)造特別發(fā)育，其成分為泥質(zhì)、鈣質(zhì)。巖石局部發(fā)育方解石石脈，脈寬1～20 mm，最大40 mm。巖石中見生物化石，為角石類。

十字鋪組(O2s)：1193.67～1311.66 m，視厚度117.99 m?；液谏訝钫惩临|(zhì)細(xì)砂巖、鈣質(zhì)細(xì)—中粒砂巖、粘土質(zhì)粉砂巖與灰色中厚層狀泥晶生物屑灰?guī)r韻律互層。生物屑呈介殼狀，雜亂分布。局部砂巖中見水平層理發(fā)育，其粒度向下變細(xì)。灰?guī)r層面見微波狀起伏。

湄潭組(O1-2m)：1311.66～1368.18 m，未鉆穿。深灰色、灰綠色薄層狀粉砂質(zhì)粘土巖夾灰色薄—中厚層狀泥晶生物屑灰?guī)r，生物屑為介殼狀。粉砂巖中見水平層理發(fā)育?；?guī)r偶發(fā)育方解石石脈。巖石局部節(jié)理發(fā)育，節(jié)理面光滑。

6 含氣性特征

依據(jù)現(xiàn)場氣測(cè)錄井解釋，共發(fā)現(xiàn)氣測(cè)異常14層，累計(jì)267.10 m，微含氣11層累計(jì)174.83 m，含氣層92.27 m。其中含氣層為98～173 m二疊系茅口組泥晶灰?guī)r、1095～1101 m志留系新灘組泥質(zhì)粉砂巖、1131.83～1141.10 m炭質(zhì)頁巖。1095～1101、1131.83～1141.10 m含氣性較好，現(xiàn)場氣測(cè)值甲烷分別為1.152%～5.207%、0.831%～3.893%，甲烷含量較高。

圖3 1095～1101 m氣測(cè)甲烷峰值

圖4 1131.83～1141.10 m氣測(cè)甲烷峰值

7 有機(jī)地化特征

黔綏地1井有機(jī)質(zhì)豐度較好段集中在1131.12～1141.10 m下志留統(tǒng)龍馬溪組—上奧陶統(tǒng)五峰組，總有機(jī)碳(TOC)分布在0.455%～3.165%之間，大部分TOC樣品滿足最低下限值，TOC大于1%的樣品占比約為71%，TOC大于2%的樣品占比約為24%，TOC大于3%的樣品占比約為5.8%，有機(jī)質(zhì)類型均為Ⅱ型，烴源巖分級(jí)較好。

8 裂縫發(fā)育特征

根據(jù)巖心觀察，黔綏地1井1131.12～1141.10 m下志留統(tǒng)龍馬溪組—上奧陶統(tǒng)五峰組裂隙較發(fā)育，主要表現(xiàn)為橫裂縫、縱裂縫，裂縫寬度2～8 mm(參見圖5)，被白云石、方解石充填。巖心出筒下部部分巖心破碎嚴(yán)重，上部部分巖心較完整，發(fā)育微裂隙和裂隙，現(xiàn)場巖心浸水試驗(yàn)有米粒狀氣泡持續(xù)冒出(見圖6)。

圖5 龍馬溪組—五峰組巖心裂縫觀察

圖6 龍馬溪組—五峰組現(xiàn)場巖心浸水試驗(yàn)

9 結(jié)論

(1)通過黔綏地1井鉆井工程實(shí)踐，進(jìn)一步優(yōu)化了頁巖氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查井井身結(jié)構(gòu)、取心工藝、護(hù)壁堵漏措施和井身質(zhì)量控制措施，可為今后南方巖溶區(qū)頁巖氣鉆井工程提供參考經(jīng)驗(yàn)。

(2)通過黔綏地1井鉆井、錄井、測(cè)井工程的實(shí)施，初步探明了黔北綏陽地區(qū)地層結(jié)構(gòu)，落實(shí)了該區(qū)地層層序，標(biāo)定了物探地層界面，為南方地區(qū)頁巖氣地質(zhì)調(diào)查填圖提供了可靠的基礎(chǔ)地質(zhì)資料。

(3)通過全井段巖心地質(zhì)編錄、氣測(cè)錄井、目的層有機(jī)地化、現(xiàn)場浸水試驗(yàn)等，查明了黔綏地1井巖相特征、含氣性特征和目的層段下志留統(tǒng)龍馬溪組—上奧陶統(tǒng)五峰組炭質(zhì)頁巖有機(jī)質(zhì)豐度和頁巖氣儲(chǔ)層裂縫發(fā)育特征，為黔北頁巖氣基礎(chǔ)調(diào)查戰(zhàn)略選區(qū)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

(4)黔綏地1井鉆井工程的實(shí)施為我國上揚(yáng)子地區(qū)海相頁巖氣勘探開發(fā)進(jìn)一步提供了地質(zhì)依據(jù)，驗(yàn)證了中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心提出的“逆斷向斜控藏模式”，并在黔北新區(qū)頁巖氣地質(zhì)調(diào)查中獲得了新發(fā)現(xiàn)。

(5)黔地1井順利達(dá)到地質(zhì)設(shè)計(jì)目的，進(jìn)一步驗(yàn)證了小口徑金剛石繩索取心鉆井工藝配合綜合錄井技術(shù)、井控技術(shù)、無固相水基鉆井液護(hù)壁堵漏技術(shù)在南方巖溶區(qū)頁巖氣地質(zhì)調(diào)查應(yīng)用中的可行性。

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