韓貴生 張海杰 田艷紅 龐江平 王 君

(①中國石油川慶鉆探工程有限公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院；②重慶頁巖氣勘探開發(fā)有限責任公司；③四川省川冶陸零伍環(huán)保工程有限公司)

0 引 言

中國頁巖氣勘探正處于快速發(fā)展階段，探明了焦石壩、長寧-威遠等千億立方米的大氣田，頁巖氣藏埋深主要集中在3 000～3 500 m。進入“十三五”期間，頁巖氣勘探在向深層不斷發(fā)展的同時，也積極探索、評價和開發(fā)淺層頁巖氣資源，云南地區(qū)、南川地區(qū)的淺層頁巖氣評價相繼有所突破[1]，中石油在重慶武隆地區(qū)也積極開展淺層頁巖氣資源的勘探與開發(fā)。本文以重慶武隆地區(qū)鉆探的Y井五峰組-龍馬溪組為研究對象，從構(gòu)造特征、頁巖品質(zhì)各項參數(shù)等進行研究分析，優(yōu)選水平段箱體，為武隆地區(qū)淺層頁巖氣的勘探開發(fā)提供技術(shù)支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

武隆地區(qū)雙河向斜位于川東高陡構(gòu)造帶，介于華鎣山斷裂和齊岳山斷裂之間，兩側(cè)為萬縣復向斜和石柱復向斜，受西側(cè)華鎣山、東側(cè)齊西深大斷裂帶的影響，廣泛發(fā)育北-北東向和北東-北東東向隔擋式褶皺[2-3]：陡窄緊閉的背斜與開闊寬緩的向斜相間排列，背斜較窄，地層陡峭緊閉，兩翼通常不對稱，其中一翼陡傾斜甚至倒轉(zhuǎn)，核部常伴隨發(fā)育逆斷層；向斜通常較為寬緩，呈“屜”狀，內(nèi)部構(gòu)造相對簡單。

該區(qū)地表出露層位為二疊系長興組，五峰組底界埋深主要分布在1 500～3 500 m。Y井自上而下鉆遇有二疊系長興組、龍?zhí)督M、茅口組、棲霞組、梁山組，石炭系中統(tǒng)黃龍組、志留系韓家店組、小河壩組、龍馬溪組，奧陶系上統(tǒng)五峰組，至奧陶系上統(tǒng)寶塔組完鉆。龍馬溪組又可分為龍一1亞段和龍一2亞段，龍一1亞段自下至上可進一步劃分為龍一11、龍一12、龍一13、龍一144個小層。該井目的層是五峰組-龍馬溪組龍一1亞段，五峰組底界埋深約1 624 m。

2 頁巖儲集層特征

頁巖儲集層品質(zhì)對氣井產(chǎn)量有重要影響。在沉積背景、構(gòu)造特征相似的地區(qū)，頁巖儲集層差異主要體現(xiàn)在生氣潛力、儲集物性、可壓裂性和含氣性4方面，故分別選取總有機碳含量(TOC)、孔隙度、脆性礦物含量及總含氣量4個參數(shù)描述頁巖儲集層靜態(tài)特征[4]。

2.1 總有機碳含量(TOC)

TOC是頁巖氣藏評價的一個重要指標，它既是頁巖生氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是頁巖吸附氣的載體之一，還是頁巖孔隙空間增加的重要因素之一[5]。

對武隆地區(qū)五峰組-龍一1亞段頁巖中有機碳含量進行了統(tǒng)計分析，結(jié)果表明，五峰組頁巖TOC值在3.92%～5.59%之間，均值為4.53%，龍一1亞段頁巖TOC值在0.44%～5.98%之間。龍一11小層頁巖TOC均值5.49%，龍一12小層均值4.65%，龍一13小層均值3.76%，龍一14小層均值1.71%?？傮w而言，TOC高值主要集中在五峰組和龍馬溪組底部黑色頁巖層，這也是目前四川盆地頁巖氣開發(fā)的主力層段，且隨著深度的增加，TOC含量有逐漸變大的趨勢(圖1)，自龍一13小層往下，TOC含量明顯增大，大部分高于4%。

圖1 五峰組-龍一1亞段頁巖TOC縱向分布

2.2 孔隙度

孔隙度和滲透率是儲集層研究中最重要的兩個參數(shù)，一般含氣頁巖都屬低孔隙度、低滲透率儲集層[6]。

武隆地區(qū)五峰組頁巖孔隙度在3.4%～7.7%之間，均值為5.2%，龍一1亞段頁巖孔隙度在1.6%～6.6%之間。龍一11小層孔隙度均值為6.1%，龍一12小層均值為5.7%，龍一13小層均值為5.0%，龍一14小層均值為3.0%。

武隆地區(qū)五峰組頁巖孔隙度與TOC具備同樣的特征，自龍一13小層往下，孔隙度明顯增大，大部分可達5%以上，隨著深度的增加，孔隙度有逐漸變大的趨勢(圖2)，在龍一11小層和五峰組頂部達到最大。

圖2 五峰組-龍一1亞段頁巖孔隙度縱向分布

2.3 脆性礦物含量

頁巖脆性是評價頁巖氣藏是否具有開發(fā)經(jīng)濟價值的重要參數(shù)，體現(xiàn)儲集層改造的難易程度[7]。

頁巖脆性礦物主要包括石英、長石以及碳酸鹽礦物。根據(jù)Y井巖心全巖X射線衍射數(shù)據(jù)，武隆地區(qū)五峰組-龍一1亞段頁巖礦物成分主要為石英、長石、方解石、白云石、黏土和黃鐵礦等。脆性礦物含量在36%～91%之間，均值為63%，自上往下呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(圖3)；黏土礦物含量在7%～63%之間，均值為34%，自上往下呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢。龍一14小層黏土礦物含量較高，均值達42%，龍一13小層-五峰組黏土礦物含量急速降低，脆性礦物含量逐漸增大。

圖3 五峰組-龍一1亞段頁巖礦物含量縱向分布

2.4 總含氣量

含氣性是頁巖氣富集的主控因素之一。頁巖氣具有自生自儲的特征，以游離態(tài)和吸附態(tài)賦存于孔隙和裂縫中，游離氣主要充填于孔隙與微裂縫中，吸附氣主要吸附于有機質(zhì)和黏土礦物表面[8]。

武隆地區(qū)五峰組-龍一1亞段具有良好的含氣性，含氣量為1.3～5.8 m3/t，其中：五峰組含氣量為3.5～5.0 m3/t，均值為4.3 m3/t；龍一11小層含氣量為5.2 m3/t，龍一12小層為4.5 m3/t，龍一13小層為4.0 m3/t，龍一14小層為2.3 m3/t。從數(shù)據(jù)對比來看，五峰組-龍一13小層含氣量相差不大，含氣性好，只有龍一14小層含氣性略差(圖4)。

圖4 五峰組-龍一1亞段頁巖含氣量縱向分布

3 水平段箱體選擇

綜上所述，武隆地區(qū)五峰組中上部-龍一13小層具有“四高”特征，即高TOC值(TOC≥4%)、高孔隙度(≥5%)、高含氣量(≥3 m3/t)和高脆性礦物含量(≥55%)。

根據(jù)儲集層靜態(tài)評價參數(shù)，將頁巖儲集層由好到差依次分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3類，賦以單項分類權(quán)重系數(shù)，計算出綜合品質(zhì)，按綜合品質(zhì)將頁巖儲集層最終分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類(表1)。

按此分類，可將武隆地區(qū)五峰組中上部-龍一13小層劃為Ⅰ類頁巖儲集層(圖5)，垂向厚度達29 m。與長寧、威遠地區(qū)相比，武隆地區(qū)Ⅰ類頁巖儲集層厚度更大，長寧地區(qū)“五峰組中上部+龍一11小層+龍一12小層”為Ⅰ類儲集層，厚度近12 m，威遠地區(qū)Ⅰ類儲集層主要集中在龍一11小層，部分分布在龍一13小層，其厚度一般為5 m[9]。

根據(jù)已開發(fā)區(qū)塊的鉆探經(jīng)驗，為確保水平井獲得高產(chǎn)，主要地質(zhì)主控因素有：最優(yōu)靶體位置、優(yōu)質(zhì)小層鉆遇長度和Ⅰ類儲集層鉆遇率[9]，其中最優(yōu)靶體位置是前提保障。根據(jù)前述分析，Y井優(yōu)質(zhì)儲集層主要分布在五峰組中上部-龍一13小層，以龍一11小層為最優(yōu)，因此將Y井水平井箱體設計為井段1 615～1 620 m，以龍一11小層(厚1.7 m)為主，箱體高度取5 m，包括五峰組頂部及龍一12小層底部。同時，龍一11小層GR值最高，一般在240～420 API之間，最高值可達420 API，曲線形態(tài)為單峰高尖狀，為本區(qū)標志層，水平箱體中心線設置在龍一11小層最高GR值處，水平段鉆進中依據(jù)龍一11小層GR曲線特征指導地質(zhì)導向和地層追蹤，確保水平段軌跡在龍一11小層和最優(yōu)儲集層內(nèi)鉆進，以利于獲得較高水平井產(chǎn)能。

表1 武隆地區(qū)頁巖儲集層分類指標(據(jù)《頁巖氣測井評價技術(shù)規(guī)范》修改)

圖5 Y井五峰組-龍一1亞段測井解釋成果

4 結(jié) 論

(1)武隆地區(qū)頁巖儲集層具有較強的非均質(zhì)性。五峰組-龍一13小層表現(xiàn)出TOC、孔隙度、脆性礦物含量、含氣量均高的特點，其中又以五峰組和龍一11小層最佳，且隨深度增大，各項頁巖品質(zhì)參數(shù)有變好的趨勢，龍一14小層頁巖品質(zhì)各項參數(shù)略差。

(2)根據(jù)儲集層靜態(tài)評價參數(shù)，賦以單項分類權(quán)重系數(shù)，計算出綜合品質(zhì)，按綜合品質(zhì)將頁巖儲集層最終分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類。武隆地區(qū)五峰組中上部直至龍一13小層均為Ⅰ類頁巖儲集層，垂向厚度合計達到29 m。

(3)武隆地區(qū)水平井箱體以龍一11小層為主，包括五峰組頂部及龍一12小層底部，水平箱體中心線設置在龍一11小層最高GR值處，水平段鉆進中依據(jù)龍一11小層GR曲線特征指導地質(zhì)導向和地層追蹤，從而確保水平段軌跡在龍一11小層和最優(yōu)儲集層內(nèi)鉆進，以利于獲得較高水平井產(chǎn)能。