何 希 鵬

中國石化華東油氣分公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

近年來，四川盆地及其周緣海相頁巖氣探明儲(chǔ)量已超過2×1012m3，年產(chǎn)氣量超150×108m3，實(shí)現(xiàn)了頁巖氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量的快速增長，表明我國頁巖氣勘探開發(fā)取得了跨越式發(fā)展[1-6]。近期，四川盆地東部南川地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)取得了積極的進(jìn)展[7-12]，該區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣具有壓力系數(shù)較低（1.0～1.3）、埋藏較深（2 500～4 500 m）的特點(diǎn)，為中深層—深層常壓頁巖氣，已部署探評(píng)井10余口，測試日產(chǎn)氣量介于7.1×104～34.3×104m3，實(shí)現(xiàn)了四川盆地盆緣復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣勘探的重大突破，明確了平橋、東勝、陽春溝共3個(gè)千億立方米增儲(chǔ)區(qū)帶[10]，提交頁巖氣探明儲(chǔ)量近2 000×108m3，已累產(chǎn)頁巖氣20×108m3，實(shí)現(xiàn)了常壓頁巖氣的商業(yè)開發(fā)。然而，該區(qū)的頁巖氣井在生產(chǎn)上表現(xiàn)出井間產(chǎn)氣量差異大、部分井區(qū)測試產(chǎn)氣量和估算最終可采儲(chǔ)量（EUR）偏低的特征，開展甜點(diǎn)分級(jí)評(píng)價(jià)和富集高產(chǎn)影響因素分析是該區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)研究的重點(diǎn)。為此，筆者利用四川盆地東部南川地區(qū)頁巖氣井鉆井和試氣資料，在頁巖氣地質(zhì)特征分析基礎(chǔ)上，選取關(guān)鍵參數(shù)，建立儲(chǔ)層分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和甜點(diǎn)目標(biāo)評(píng)價(jià)體系，優(yōu)選甜點(diǎn)段和甜點(diǎn)區(qū)，從地質(zhì)工程一體化的角度入手，深入分析不同分區(qū)頁巖氣生產(chǎn)特征和產(chǎn)能影響因素，明確該類型頁巖氣富集高產(chǎn)的影響因素，以期為盆緣復(fù)雜構(gòu)造區(qū)頁巖氣高質(zhì)量勘探和規(guī)模效益開發(fā)提供指導(dǎo)和參考。

1 頁巖氣地質(zhì)特征

南川地區(qū)處于四川盆地東部盆緣復(fù)雜構(gòu)造區(qū)，北部與焦石壩構(gòu)造毗鄰，東部與白馬向斜相接，南部與武陵褶皺帶相鄰，西部與四川盆地相連，受燕山期雪峰山逆沖推覆作用和喜馬拉雅期抬升剝蝕作用影響較為明顯，燕山中晚期以擠壓作用為主，形成了平橋、東勝等北東向構(gòu)造，燕山晚期以擠壓走滑作用為主，形成了陽春溝等近南北向構(gòu)造，奠定了現(xiàn)今隆凹相間的構(gòu)造格局（圖1）。

圖1 南川地區(qū)五峰組底界構(gòu)造及目標(biāo)層段地質(zhì)柱狀圖

南川地區(qū)不同構(gòu)造帶頁巖厚度、總有機(jī)碳含量（TOC）、熱演化成熟度（Ro）、巖石礦物組成等靜態(tài)參數(shù)基本一致，但在儲(chǔ)層物性、保存條件、含氣性、地應(yīng)力場等方面存在較大差異（表1）。

1.1 沉積及地化特征基本一致，但儲(chǔ)層物性變化較大

南川地區(qū)在奧陶世晚期—志留世早期處于深水—半深水陸棚相沉積環(huán)境[10,13-14]，底部深水陸棚相優(yōu)質(zhì)頁巖（①—⑤小層）厚度介于28.7～34.5 m，TOC介于3.2%～3.5%，Ro介于2.5%～2.7%，具有較大的生烴潛力。優(yōu)質(zhì)頁巖儲(chǔ)層物性差異大，具有由北向南孔隙度逐漸增大的趨勢，平橋地區(qū)孔隙度介于3.8%～4.4%，東勝地區(qū)孔隙度介于2.6%～5.0%，陽春溝地區(qū)孔隙度介于3.0%～4.2%（表1）。天然縫發(fā)育程度與構(gòu)造位置密切相關(guān)，背斜區(qū)和斜坡淺部位裂縫最為發(fā)育，向斜區(qū)和斜坡深部位裂縫較少。

表1 南川地區(qū)地質(zhì)參數(shù)對比表

1.2 保存條件復(fù)雜，壓力系數(shù)和含氣性差異大

南川地區(qū)處于高壓—常壓過渡帶，以常壓頁巖氣為主，具有由南向北、由東往西保存條件逐漸變好，含氣量變高的趨勢，南部斜坡區(qū)地層壓力系數(shù)介于1.0～1.2，總含氣量介于2.5～5.0 m3/t，游離氣占比介于45%～55%；北部的背斜及向斜區(qū)地層壓力系數(shù)約為1.3，總含氣量介于4.0～6.0 m3/t，游離氣占比介于50%～65%。

1.3 地應(yīng)力場方位變化快，應(yīng)力大小差異大

南川地區(qū)地應(yīng)力在不同區(qū)帶、不同構(gòu)造部位變化較快，具有明顯分區(qū)性。自東向西、由南向北地應(yīng)力整體呈增大的趨勢。平橋地區(qū)最大水平主應(yīng)力介于50～75 MPa，方位以90°～135°為主；東勝地區(qū)最大水平主應(yīng)力介于60～85 MPa，方位以50°～65°為主；陽春溝地區(qū)最大水平主應(yīng)力介于50～95 MPa，方位以50°～65°為主。最大、最小水平主應(yīng)力差值介于5～15 MPa，差異系數(shù)介于0.1～0.2，有利于壓裂改造形成復(fù)雜縫網(wǎng)。

2 甜點(diǎn)目標(biāo)評(píng)價(jià)

頁巖氣甜點(diǎn)段和甜點(diǎn)區(qū)的優(yōu)選對于提高單井產(chǎn)量和勘探開發(fā)效益至關(guān)重要[15]。由于研究區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)與盆內(nèi)涪陵等商業(yè)開發(fā)頁巖氣田有較大差異，已有的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)和目標(biāo)評(píng)價(jià)方法難以滿足研究區(qū)科研和生產(chǎn)需要，筆者基于分形理論，開展儲(chǔ)層分級(jí)評(píng)價(jià)，以此明確縱向有利儲(chǔ)層段分布規(guī)律；以頁巖氣富集和高產(chǎn)為主線，強(qiáng)化保存條件及體積改造研究，從地質(zhì)—工程一體化角度，建立了定量化頁巖氣甜點(diǎn)目標(biāo)評(píng)價(jià)體系及標(biāo)準(zhǔn)，以此開展甜點(diǎn)目標(biāo)分級(jí)評(píng)價(jià)。

2.1 頁巖氣儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

頁巖微觀孔隙的表征及分類是頁巖儲(chǔ)層分級(jí)的基礎(chǔ)，分形理論認(rèn)為在一定尺度內(nèi)孔隙具有自相似性，根據(jù)拐點(diǎn)可以劃分孔隙類型。大量低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)顯示，5 nm、25 nm和100 nm是頁巖孔隙特征出現(xiàn)變化的3個(gè)拐點(diǎn)，以此為分界點(diǎn)將頁巖孔隙劃分為微孔（小于5 nm）、小孔（5～25 nm）、中孔（25～100 nm）和大孔（大于100 nm）。根據(jù)不同區(qū)間孔隙含量，結(jié)合孔徑、TOC、孔隙度等聚類分析（圖2），建立了南川地區(qū)頁巖儲(chǔ)層分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表2），將儲(chǔ)層劃分為3類，Ⅰ類儲(chǔ)層主要位于①—③小層，是頁巖氣勘探甜點(diǎn)段。

圖2 頁巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)參數(shù)與儲(chǔ)層類型關(guān)系圖

表2 南川地區(qū)頁巖氣儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表

2.2 甜點(diǎn)目標(biāo)評(píng)價(jià)體系與標(biāo)準(zhǔn)

在儲(chǔ)層分級(jí)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，突出保存條件和壓裂體積改造研究，優(yōu)選13項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)，依據(jù)各參數(shù)對單井產(chǎn)氣量的影響對其賦予不同的權(quán)重，建立了定量化頁巖氣甜點(diǎn)目標(biāo)評(píng)價(jià)體系及標(biāo)準(zhǔn)（表3）。

2.3 甜點(diǎn)目標(biāo)地質(zhì)特征

根據(jù)甜點(diǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，南川地區(qū)評(píng)價(jià)出3類甜點(diǎn)區(qū)，共計(jì)總面積為328.2 km2，總資源量為3 458×108m3（表4）。其中，Ⅰ類甜點(diǎn)區(qū)主要為平橋背斜；Ⅱ類甜點(diǎn)區(qū)包括東勝背斜、東勝南斜坡、平橋南斜坡；Ⅲ類區(qū)包括陽春溝南斜坡、陽春溝背斜、袁家溝向斜。

Ⅰ類甜點(diǎn)區(qū)平橋背斜形成于燕山中期，為北東走向長軸斷背斜，東西側(cè)被封閉性斷層夾持，向北東和南西方向傾伏，內(nèi)部構(gòu)造簡單，斷層不發(fā)育；優(yōu)質(zhì)頁巖厚度介于30～35 m，TOC介于3.2%～3.9%，孔隙度介于3.2%～3.5%，儲(chǔ)層分級(jí)評(píng)價(jià)為Ⅰ類儲(chǔ)層；平橋背斜為正向構(gòu)造，頁巖氣保存條件較好，地層壓力系數(shù)介于1.30～1.32，含氣量介于4.1～4.5 m3/t；頁巖埋深介于2 500～4 200 m，地應(yīng)力適中（50～85 MPa），構(gòu)造縫和層理縫發(fā)育，硅質(zhì)礦物含量介于53%～55%，曲率中等。

表3 頁巖氣甜點(diǎn)目標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表

表4 南川地區(qū)甜點(diǎn)目標(biāo)評(píng)價(jià)表

Ⅱ類甜點(diǎn)區(qū)東勝背斜、東勝南斜坡、平橋南斜坡形成時(shí)間與平橋背斜相當(dāng)，但保存條件、地應(yīng)力等方面與平橋背斜有一定差異。東勝背斜與平橋背斜呈北東向雁列式分布，地層西陡東緩，中部較窄，北東和南西傾末端構(gòu)造相對寬緩，地層齊全，埋深較大（3 400～4 500 m），地應(yīng)力較大（75～85 MPa）；平橋南斜坡和東勝南斜坡北部通過鞍部分別與平橋背斜、東勝背斜連為一體，南部地層上翹，目的層出露地表，頁巖氣保存條件遭受一定破壞，壓力系數(shù)介于1.00～1.20，頁巖埋深介于2 500～4 200 m，地應(yīng)力介于50～80 MPa。Ⅱ類甜點(diǎn)區(qū)優(yōu)質(zhì)頁巖厚度介于28～32 m，TOC介于3.1%～3.4%，孔隙度介于2.6%～5.0%，儲(chǔ)層分級(jí)評(píng)價(jià)為Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層；含氣量介于3.0～4.5 m3/t；構(gòu)造縫和層理縫較發(fā)育，硅質(zhì)礦物含量介于42%～48%，曲率中等。

Ⅲ類區(qū)陽春溝南斜坡、陽春溝背斜、袁家溝向斜的優(yōu)質(zhì)頁巖厚度介于28～32 m，TOC介于2.9%～3.7%，孔隙度介于3.0%～4.2%，儲(chǔ)層分級(jí)評(píng)價(jià)為Ⅱ類儲(chǔ)層；地層壓力系數(shù)介于1.00～1.40，含氣量介于2.5～4.5 m3/t；頁巖埋深介于2 500～4 800 m，地應(yīng)力介于50～95 MPa，構(gòu)造縫和層理縫較發(fā)育，硅質(zhì)礦物含量介于43%～51%，曲率中等。

3 頁巖氣生產(chǎn)特征

南川地區(qū)頁巖氣地質(zhì)特征具有明顯的分區(qū)性，不同類型甜點(diǎn)目標(biāo)，地質(zhì)特點(diǎn)差異較大，頁巖氣單井產(chǎn)能及生產(chǎn)特征亦具有明顯不同（圖3、表5）。

圖3 南川地區(qū)不同甜點(diǎn)區(qū)氣井歸一化生產(chǎn)曲線圖

3.1 Ⅰ類甜點(diǎn)區(qū)生產(chǎn)特征

Ⅰ類甜點(diǎn)區(qū)（主要為平橋背斜）具有高產(chǎn)氣量、低產(chǎn)液量、穩(wěn)產(chǎn)期長、遞減慢的特征（圖3-a）。該類區(qū)已投產(chǎn)井32口，平均單井測試日產(chǎn)氣量為29.4×104m3，目前氣井已生產(chǎn)600～1 000 d，單井累產(chǎn)氣量普遍介于0.36×108～0.72×108m3、返排率為19.4%、井口壓力為3.0 MPa，井口套壓為生產(chǎn)初始套壓的10.5%。Ⅰ類區(qū)氣井生產(chǎn)可劃分為自噴生產(chǎn)、措施生產(chǎn)兩個(gè)階段，其中自噴生產(chǎn)階段可細(xì)分為定產(chǎn)生產(chǎn)期、放壓攜液生產(chǎn)期及間歇生產(chǎn)期（表5）。定產(chǎn)生產(chǎn)期單井平均產(chǎn)氣量為9.0×104m3/d，穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間約460 d，階段累計(jì)產(chǎn)氣量為3 950×104m3；放壓攜液生產(chǎn)期適當(dāng)放大生產(chǎn)壓差，提升低滲區(qū)及遠(yuǎn)井區(qū)氣體流動(dòng)能力，同時(shí)提高井筒攜液能力，促進(jìn)氣井產(chǎn)能進(jìn)一步釋放，階段生產(chǎn)時(shí)長約120 d，日產(chǎn)氣量由11.5×104m3逐步遞減為5.0×104m3，階段產(chǎn)氣曲線呈指數(shù)遞減特征，折算年遞減率為77.3%，階段累計(jì)產(chǎn)氣量為825×104m3；間歇生產(chǎn)期地層壓力接近管輸壓力（5.0 MPa），通過間斷關(guān)、開井以恢復(fù)近井筒地層能量來維持自噴生產(chǎn)，日產(chǎn)氣量介于3.5×104～6.0×104m3，生產(chǎn)時(shí)間約60 d，階段累計(jì)產(chǎn)氣量為285×104m3；措施生產(chǎn)階段采用地面壓縮機(jī)增壓、人工舉升等措施實(shí)現(xiàn)持續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)330 d后，日產(chǎn)氣量由7.5×104m3遞減到4.8×104m3，階段產(chǎn)氣曲線呈調(diào)和遞減特征，折算年遞減率為33.1%，階段累計(jì)產(chǎn)氣量為2 062×104m3。該類甜點(diǎn)區(qū)氣井單位壓降產(chǎn)氣量相對最大，為280×104m3/MPa（圖4）；利用雙對數(shù)診斷圖版開展流動(dòng)階段分析[16]，估算單井最終可采儲(chǔ)量為1.08×108m3。

表5 南川地區(qū)甜點(diǎn)目標(biāo)試采特征參數(shù)

3.2 Ⅱ類甜點(diǎn)區(qū)生產(chǎn)特征

Ⅱ類甜點(diǎn)區(qū)（主要包括平橋南斜坡、東勝背斜、東勝南斜坡）與Ⅰ類甜點(diǎn)區(qū)相比，存在3個(gè)方面的差異：①構(gòu)造縫相對不發(fā)育，以水平縫為主；②地層壓力系數(shù)介于1.05～1.30，地層能量較弱，為常壓氣藏；③地應(yīng)力相對較高，較平橋背斜高10～15 MPa。單井生產(chǎn)具有中等產(chǎn)氣量、中等產(chǎn)液量、相對較慢遞減的特征（圖3-b）。Ⅱ類區(qū)已投產(chǎn)井24口，單井平均測試日產(chǎn)氣量為16.3×104m3。目前，投產(chǎn)氣井已生產(chǎn)70～400 d，單井累計(jì)產(chǎn)氣量普遍介于0.13×108～ 0.44×108m3，返排率為 30.3%，套壓7.5 MPa（為生產(chǎn)初始套壓的40.5%）。定產(chǎn)生產(chǎn)期平均日產(chǎn)量為7.0×104m3，穩(wěn)產(chǎn)約130 d，階段累計(jì)產(chǎn)氣量為900×104m3；放壓攜液生產(chǎn)期約120 d，日產(chǎn)氣量由8×104m3遞減為5×104m3，折算年遞減率為68.2%，階段累計(jì)產(chǎn)氣量為780×104m3；措施生產(chǎn)階段已生產(chǎn)170 d，階段累計(jì)產(chǎn)氣量為1 000×104m3，折算年遞減率為35.4%。氣井單位壓降產(chǎn)氣量為250×104m3/MPa（圖4），估算單井平均最終可采儲(chǔ)量為 0.78×108m3。

圖4 南川地區(qū)不同甜點(diǎn)區(qū)典型井單位壓降產(chǎn)氣量曲線圖

3.3 Ⅲ類甜點(diǎn)區(qū)生產(chǎn)特征

Ⅲ類甜點(diǎn)區(qū)（主要包括陽春溝南斜坡、陽春溝背斜和袁家溝向斜）具有高角度縫發(fā)育、埋深較大、地應(yīng)力高的地質(zhì)特點(diǎn)。氣井生產(chǎn)具有中等產(chǎn)氣量、高產(chǎn)液、穩(wěn)產(chǎn)期短、遞減快的特征（圖3-c）。目前，該類區(qū)試氣井3口，單井平均測試日產(chǎn)氣量為11.5×104m3，已投井生產(chǎn)時(shí)間較短（30～260 d），平均單井累計(jì)產(chǎn)氣量為800×104m3，返排率為37.5%，套壓10.6 MPa（為生產(chǎn)初始套壓的78.1%）。Ⅲ類區(qū)氣井生產(chǎn)可劃分為自噴和措施兩個(gè)生產(chǎn)階段，但自噴生產(chǎn)階段因液量大，井筒易積液，產(chǎn)氣量遞減較快（表5）。自噴生產(chǎn)階段（定產(chǎn)生產(chǎn)）平均單井配產(chǎn)6.5×104m3/d，穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間為130 d，階段累計(jì)產(chǎn)氣量為800×104m3；措施生產(chǎn)階段生產(chǎn)130 d后，日產(chǎn)氣量由6.0×104m3遞減為4.5×104m3，階段產(chǎn)氣曲線呈調(diào)和遞減，折算年遞減率為44.4%，階段累計(jì)產(chǎn)氣量為700×104m3。單位壓降產(chǎn)氣量相對較低，為165×104m3/MPa（圖4），估算單井最終可采儲(chǔ)量為0.68×108m3。Ⅲ類區(qū)由于埋深大、地應(yīng)力高，儲(chǔ)層改造體積有限，需加大改造規(guī)模、優(yōu)化排采工藝以提升產(chǎn)能。

4 富集高產(chǎn)影響因素

國內(nèi)外學(xué)者針對頁巖氣富集高產(chǎn)影響因素已開展深入的研究工作[8-11,17-22]，筆者從地質(zhì)與工程一體化角度，探討沉積相帶、保存條件、體積改造對頁巖氣富集高產(chǎn)的影響。

4.1 沉積相帶的影響

沉積相帶對頁巖生烴和成儲(chǔ)均具有顯著影響。在生烴方面，沉積相帶控制了頁巖厚度、有機(jī)質(zhì)豐度和礦物組成，進(jìn)而影響了生烴能力大小。南川地區(qū)在奧陶世晚期—志留世早期處于深水—半深水陸棚沉積環(huán)境，水體上部古生物繁盛，古生產(chǎn)力高，水體下部安靜、強(qiáng)還原，有利于頁巖顆粒緩慢堆積以及有機(jī)質(zhì)的富集和保存，從而形成厚度介于101～128 m的富有機(jī)質(zhì)頁巖。下部深水陸棚頁巖（①—⑤小層）TOC高達(dá)3.2%～3.3%，上部半深水陸棚頁巖（⑥—⑨小層）TOC介于1.0%～2.2%，為頁巖氣富集提供了雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)。此外，依據(jù)巖性、巖礦、地球化學(xué)、古生物、電性等，深水—半深水陸棚亞相可劃分為9種巖石相，不同巖石相的頁巖各項(xiàng)地質(zhì)參數(shù)具有明顯的差異性，富碳—高碳富硅—高硅富筆石硅質(zhì)頁巖相具有高自然伽馬、高TOC、高石英含量特征，生烴能力強(qiáng)，為最有利巖石相。在成儲(chǔ)方面，沉積相帶對有機(jī)孔隙形成和保持具有明顯影響。南川地區(qū)深水—半深水陸棚環(huán)境沉積了豐富的有機(jī)質(zhì)和硅質(zhì)顆粒，豐富的有機(jī)質(zhì)不僅能生成大量頁巖氣，同時(shí)能產(chǎn)生大量的有機(jī)孔隙和比表面，為游離態(tài)和吸附態(tài)頁巖氣提供主要的儲(chǔ)集和吸附空間；大量的生物成因及碎屑成因硅質(zhì)顆粒為頁巖儲(chǔ)層提供了堅(jiān)實(shí)的巖石支撐格架[23]，降低了成巖作用及后期構(gòu)造作用對微納米級(jí)孔隙的破壞，從而維持良好的儲(chǔ)層物性。TOC與孔隙度、含氣量、單井產(chǎn)氣量的相關(guān)性分析表明，在相似的保存條件下，有機(jī)質(zhì)豐度越高，頁巖有機(jī)孔越發(fā)育，孔隙度越大，含氣量越高，單井測試產(chǎn)氣量相對越高（圖5）；在不同的保存條件下，壓力系數(shù)越高，頁巖有機(jī)孔越發(fā)育，孔隙度越大（圖5-a），含氣量越高?？傮w上，深水陸棚相形成的優(yōu)質(zhì)頁巖具有高TOC、高孔隙度、高含氣性特征，生烴能力強(qiáng)，儲(chǔ)層物性好，控制了頁巖氣富集的資源基礎(chǔ)[5]。

圖5 南川地區(qū)頁巖TOC與孔隙度、單井日產(chǎn)氣量關(guān)系圖

4.2 保存條件的影響

保存條件影響頁巖氣富集程度[8-11,17-19,24-25]。南川地區(qū)構(gòu)造演化特征相近，構(gòu)造樣式、斷層、離剝蝕區(qū)遠(yuǎn)近、埋深是影響保存條件的重要因素[18]。

4.2.1 構(gòu)造樣式的影響

南川地區(qū)發(fā)育背斜、向斜、斜坡3種構(gòu)造樣式。背斜構(gòu)造天然裂縫較發(fā)育，頁巖氣匯聚于裂縫發(fā)育區(qū)，易形成高壓、高含氣量頁巖氣藏。例如平橋背斜，地層壓力系數(shù)介于1.30～1.32，單井測試日產(chǎn)氣量介于15×104～40×104m3。斜坡構(gòu)造頁巖氣向剝蝕區(qū)發(fā)生側(cè)向運(yùn)移，但由于頁巖大面積連續(xù)分布，有來自盆內(nèi)的氣源補(bǔ)充，頁巖氣保存條件相對較好。以東勝南斜坡為例，深部位地層壓力系數(shù)1.10～1.25，單井測試產(chǎn)量10.0×104～32.8×104m3。向斜構(gòu)造由于頁巖沒有出露，頁巖氣僅發(fā)生小規(guī)模擴(kuò)散，大部分殘留于原地，保存條件較好?？傮w上，背斜和向斜的保存條件優(yōu)于斜坡，頁巖氣更富集。

4.2.2 斷層的影響

4.2.2.1 擠壓環(huán)境下的斷層與產(chǎn)氣量的關(guān)系

南川地區(qū)處于擠壓構(gòu)造環(huán)境，盆緣結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)“三段式”，從東向西分為沖斷帶、轉(zhuǎn)換帶和盆內(nèi)原狀地層帶，在轉(zhuǎn)換帶主要發(fā)育三級(jí)及以下級(jí)別斷層，三級(jí)斷層的規(guī)模和斷距較小，在垂直斷層走向的擠壓應(yīng)力作用下，對頁巖氣保存影響不大，四級(jí)、五級(jí)斷層在斷裂帶附近形成大量伴生裂縫，提高了儲(chǔ)層物性和氣體流動(dòng)性，更利于頁巖氣富集成藏。多口井鉆探證實(shí)該區(qū)三級(jí)及以下斷層對頁巖氣保存沒有明顯影響。南川地區(qū)距離三級(jí)斷層小于1 km的井有12口，測試日產(chǎn)氣量9.01×104～29×104m3，其中JY205-1井、JY205-2井分別位于平橋西斷層（三級(jí)斷層）上、下盤（圖6），距離斷面為453 m、560 m，測試日產(chǎn)氣量分別為11.38×104m3、29×104m3，表明在擠壓背景下的三級(jí)斷層封閉性較好，上、下盤均能獲得較高產(chǎn)量。距離五級(jí)斷層小于500 m的井有7口，測試日產(chǎn)氣量19.3×104～89.5×104m3，其中平橋東翼的JY200-1井、JY196-5井分別位于平橋東①斷層（五級(jí)斷層）上、下盤，距斷層只有118 m和220 m，測試日產(chǎn)氣量分別為89.5×104m3、48.3×104m3，表明規(guī)模較小的四級(jí)、五級(jí)斷層改善了儲(chǔ)層物性，且封閉性好，更利于獲得高產(chǎn)。

4.2.2.2 反向逆斷層與產(chǎn)氣量的關(guān)系

對于斜坡型目標(biāo)，頁巖氣易向出露區(qū)發(fā)生順層逸散，上傾方向發(fā)育反向逆斷層有利于側(cè)向遮擋。平橋南斜坡上傾方向發(fā)育龍鳳場逆斷層，形成時(shí)間早于主生氣期，斷距介于100～180 m，下盤目的層與上盤奧陶系致密底板對接，較大程度阻止或減緩了斜坡區(qū)頁巖氣向剝蝕區(qū)逸散，頁巖氣得以滯留于斷下盤，有利于頁巖氣富集。平橋南斜坡距離該斷層小于5 km的井有6口，測試日產(chǎn)氣量8.1×104～14.9×104m3，其中JY10-10井距離龍鳳場逆斷層1.7 km，地層壓力系數(shù)為1.12，測試日產(chǎn)氣量為9.01×104m3（圖7）。

4.2.2.3 順向斷層與產(chǎn)氣量的關(guān)系

對于斜坡型目標(biāo)，壓扭區(qū)順向逆斷層不利于頁巖氣保存。四川盆地盆緣東部外圍的古藺斜坡處于南川—遵義斷層以西的壓扭變形區(qū)，為一個(gè)近東西走向、向北傾伏的斜坡構(gòu)造，上傾方向發(fā)育多條傾向、走向與地層傾向、走向一致的順向逆斷層，斷裂帶寬介于100～300 m，現(xiàn)今最大水平主應(yīng)力方向與斷層走向平行，在順斷層走向的走滑應(yīng)力作用下，斷層開啟，封閉性差，斷裂帶成為泄壓區(qū)，導(dǎo)致頁巖氣沿?cái)嗔褞蛏仙⑹?。RY1井位于古藺斜坡順向逆斷層上盤，該井在目的層上方鉆遇一條順向逆斷層，上傾方向距離另一條順向逆斷層1.5 km，目的層含氣性差，順向斷層破壞了井區(qū)保存條件，是該井失利的重要原因。

圖6 斷層級(jí)別與單井測試產(chǎn)氣量關(guān)系剖面圖

圖7 反向逆斷層遮擋型聚散模式圖

4.2.3 剝蝕區(qū)及埋深的影響

頁巖滲透率實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明，水平滲透率是垂直滲透率的2.7～1 510.9倍，平均43.1倍，說明頁巖氣更易發(fā)生橫向逸散。對于目的層出露的目標(biāo)，離剝蝕邊界越遠(yuǎn)、埋深越大，頁理縫更易閉合、頁巖非均質(zhì)性越強(qiáng)，保存條件越好、頁巖氣逸散越少，地層壓力系數(shù)越大，單井產(chǎn)量越高[10]。初步統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，埋深大于2 500 m、距離剝蝕邊界大于4 km，壓力系數(shù)超過1.10，能獲得工業(yè)氣流。

4.3 體積改造的影響

頁巖氣井體積改造與單井產(chǎn)能及估算最終可采儲(chǔ)量具有較好的相關(guān)性（圖8），儲(chǔ)層改造體積越大，裂縫與基質(zhì)的接觸表面積越大，則更利于基質(zhì)氣體向外擴(kuò)散和滲流形成高產(chǎn)。因此，為提升頁巖氣井產(chǎn)能，需盡可能增大單井體積改造規(guī)模。影響有效改造體積的主要因素有地應(yīng)力場、開發(fā)技術(shù)政策、壓裂施工規(guī)模等[26-29]。

圖8 改造體積與無阻流量、估算最終可采儲(chǔ)量關(guān)系圖

4.3.1 地應(yīng)力場的影響

地應(yīng)力場對單井產(chǎn)氣量的影響主要體現(xiàn)在天然縫發(fā)育程度和人造縫復(fù)雜程度兩個(gè)方面。古地應(yīng)力場決定了天然縫發(fā)育程度，進(jìn)而影響了頁巖氣保存和壓裂。在良好的保存單元內(nèi)，古地應(yīng)力場作用下形成的天然縫越發(fā)育，越有利于頁巖氣聚集和壓裂獲得高產(chǎn)；而在保存條件較差的單元內(nèi)，天然縫越發(fā)育，越有利于頁巖氣逸散，壓裂改造難以獲得高產(chǎn)。今應(yīng)力場是決定頁巖體積壓裂改造效果的關(guān)鍵因素，現(xiàn)今地應(yīng)力越大，壓裂施工時(shí)表現(xiàn)為破裂壓力和施工壓力越大，停泵壓力也越高，裂縫形成難度越大；現(xiàn)今應(yīng)力差異系數(shù)越大，形成復(fù)雜縫網(wǎng)難度越大，越難獲得良好的壓裂改造效果。平橋背斜軸部地應(yīng)力相對集中，高角度縫發(fā)育，兩翼以低角度縫為主。該構(gòu)造壓裂實(shí)踐表明，軸部破裂壓力（70～80 MPa）和停泵壓力高（50～60 MPa），壓裂改造效果較差，單井無阻流量（20.8×104～25.4×104m3/d）和估算最終可采儲(chǔ)量（0.84×108～0.86×108m3）較低；翼部破裂壓力（65～75 MPa）和停泵壓力低（35～45 MPa），壓裂改造效果較好，單井無阻流量（28.4×104～148.8×104m3/d）和最終可采儲(chǔ)量（0.85×108～ 1.44×108m3）較高。

4.3.2 開發(fā)技術(shù)政策及壓裂施工規(guī)模的影響

水平段長度與產(chǎn)能有較好的線性關(guān)系，即無阻流量、估算最終可采儲(chǔ)量隨著水平段長增加而增大，但南川地區(qū)構(gòu)造寬度窄（3.6～9.5 km）、地層傾角陡（15°～45°）、地層起伏大、微斷層發(fā)育，不具備實(shí)施超長水平段（3 500～5 000 m）的地質(zhì)條件，且水平段越長，會(huì)增加鉆井和壓裂成本，綜合經(jīng)濟(jì)效益分析，認(rèn)為水平段介于1 800～2 500 m為當(dāng)前工藝技術(shù)條件下最佳水平段長。水平段方位與最小水平主應(yīng)力夾角對儲(chǔ)層體積改造規(guī)模的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①應(yīng)力夾角過大致使人造縫沿近井筒方向延伸，導(dǎo)致儲(chǔ)量動(dòng)用率低且干擾下一段壓裂施工；②據(jù)垂直井筒方向水平射孔破裂壓力公式[26]計(jì)算，儲(chǔ)層破裂壓力隨水平井方向與最小水平主應(yīng)力夾角增大而增大，當(dāng)夾角小于30°時(shí)破裂壓力增幅小于20%，當(dāng)夾角大于30°時(shí)，破裂壓力呈線性快速增大，為充分動(dòng)用儲(chǔ)量和降低施工難度，水平井方向與最小水平主應(yīng)力夾角盡可能控制在30°以內(nèi)。另外，微地震壓裂監(jiān)測結(jié)果及壓裂數(shù)值模擬表明，相同地質(zhì)條件下，加大施工排量，提高加砂強(qiáng)度和注液強(qiáng)度，加大儲(chǔ)層改造規(guī)模，對應(yīng)停泵壓降更大、停泵壓力更低，裂縫延伸長度越遠(yuǎn)，儲(chǔ)層有效改造體積更大，相對能獲得更好的壓裂效果。

5 結(jié)論

1）基于分形理論建立了南川地區(qū)儲(chǔ)層分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，明確I類儲(chǔ)層主要位于①—③小層，是該地區(qū)頁巖氣勘探甜點(diǎn)段；建立了定量化頁巖氣甜點(diǎn)目標(biāo)評(píng)價(jià)體系及標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)選出平橋背斜為Ⅰ類甜點(diǎn)目標(biāo)，東勝南斜坡、東勝背斜、平橋南斜坡為Ⅱ類甜點(diǎn)目標(biāo)。

2）南川地區(qū)頁巖氣井生產(chǎn)特征具有分區(qū)性。Ⅰ類區(qū)具有高產(chǎn)氣量、低產(chǎn)液量、穩(wěn)產(chǎn)期長且遞減慢的特征，單井測試產(chǎn)氣量和估算最終可采儲(chǔ)量高；Ⅱ類區(qū)具有中等產(chǎn)氣量、中等產(chǎn)液量、產(chǎn)量相對較慢遞減，單井測試產(chǎn)氣量和估算最終可采儲(chǔ)量較高；Ⅲ類區(qū)具有中低產(chǎn)氣量、高產(chǎn)液量、穩(wěn)產(chǎn)期短且遞減快等特征，單井測試產(chǎn)氣量和估算最終可采儲(chǔ)量較低。

3）頁巖氣水平井產(chǎn)能主要受控于沉積相帶、保存條件和壓裂體積改造。深水陸棚相形成的優(yōu)質(zhì)頁巖具有高TOC、高孔隙度、高含氣性特征，生烴能力強(qiáng)，儲(chǔ)層物性好，控制了頁巖氣富集的資源基礎(chǔ)；保存條件影響頁巖氣富集程度，構(gòu)造作用方式、斷層、離剝蝕區(qū)遠(yuǎn)近、埋深是控制保存條件優(yōu)劣的主要因素；體積改造影響單井產(chǎn)氣量和估算最終可采儲(chǔ)量，地應(yīng)力場、水平段長度、水平段方位、壓裂施工規(guī)模是控制有效體積改造的關(guān)鍵因素。