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        四川盆地江東地區(qū)龍馬溪組一段上部頁巖儲層含氣性評價

        2021-08-04 00:35:16舒志恒鄧佳琪
        關(guān)鍵詞:江東區(qū)焦頁層段

        蔡 進,劉 莉,劉 超,舒志恒,鄧佳琪

        中國石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院,湖北 武漢 430223

        奧陶系上統(tǒng)五峰組—志留系下統(tǒng)龍馬溪組下部龍一段為涪陵頁巖氣田的主要開發(fā)層段,目前已投入商業(yè)開發(fā)[1],前期研究認識中將該層段細分為九個小層,其中①~⑤小層稱為下部氣層;⑥~⑨小層稱為上部氣層[2-4],為研究區(qū)此次研究的主要目的層段。目前江東區(qū)塊已有下部氣層完試井69口,測試產(chǎn)量1.8~62.9萬方/天,平均為18.5萬方/天,上部氣層井缺少生產(chǎn)資料,目前僅2口上部氣層完鉆。前人研究主要針對本區(qū)的下部氣層開展,上部氣層的勘探、開發(fā)及相關(guān)研究工作尚處于初步階段,本區(qū)取心評價井焦頁X-3井五峰組—龍馬溪組①~⑨小層共完成沉積、地化、儲層、含氣性、開發(fā)試驗等5大類2 071塊次的樣品分析,論文主要對其中上部氣層五峰組—龍馬溪組沉積、地化特征、儲層特征、巖石學(xué)特征及含氣性特征進行分析,對儲層及含氣性特征進行綜合評價。

        1 研究區(qū)地質(zhì)概況

        江東區(qū)塊隸屬川東褶皺帶,處于萬縣復(fù)向斜、方斗山復(fù)背斜隔擋式褶皺與齊岳山隔槽式褶皺帶的交匯區(qū)域,構(gòu)造上隸屬川東高陡構(gòu)造帶萬縣復(fù)向斜東南部,處于焦石壩背斜帶、烏江背斜帶和江東向斜帶的結(jié)合部位[5-7]。江東區(qū)塊整體可分為南、北兩個構(gòu)造帶,北部構(gòu)造帶可分為天臺場1號、2號斷鼻、吊水巖向斜三個次級構(gòu)造單元(圖1),呈北東向展布;南部構(gòu)造帶可細分為江東鞍部及烏江1號斷背斜兩個次級構(gòu)造單元,呈北西向展布,整體來看由北向南構(gòu)造逐漸復(fù)雜[8],評價井焦頁X-3井位于區(qū)塊核部。

        圖1 江東區(qū)塊構(gòu)造劃分平面圖及焦頁X-3井上部氣層柱狀圖Fig. 1 Tectonic location of the Jiangdong block and The lithology stratigraphic column of Well JiaoyeX-3

        2 頁巖儲層特征

        2.1 沉積特征

        江東區(qū)塊五峰組—龍馬溪組上部氣層主要發(fā)育四種含碳量不同的巖石類型,自下而上分別為灰黑色中碳粉砂質(zhì)泥頁巖、灰黑色中—低碳粉砂質(zhì)泥頁巖、深灰黑色中—高碳細砂—粉砂質(zhì)泥頁巖、深灰色低中碳砂質(zhì)泥頁巖,四種巖石類型有機質(zhì)均較為發(fā)育,黃鐵礦較為發(fā)育,且發(fā)育水平紋層,指示了安靜、還原性條件的深水沉積特征[9]。

        ⑥—⑦小層:巖性整體顯灰黑色,巖心觀察表明含碳量較低,多為中碳,⑥小層較⑦小層略高,多為黏土質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖,巖心硬度較低,易于刻劃,碳質(zhì)含量與龍馬溪組底部—五峰組相比明顯降低,巖心污手程度較低,觀察巖心斷切面可知硅質(zhì)含量占切面的35%左右,巖心薄片可觀察到大量的水平粉砂質(zhì)細—粗紋層(圖2a),其自生硅質(zhì)含量較下伏的①—⑤小層明顯減少,薄片下未觀察到明顯的硅質(zhì)骨骼類生物化石,指示了較為安靜的深水、還原性沉積環(huán)境。

        ⑧小層:巖性整體顏色為灰黑色—深灰色,含碳量較下伏⑦小層增高,主要為中碳及少量高碳粉砂質(zhì)粘土頁巖,觀察巖心斷面可知,其硅質(zhì)含量介于30%~35%之間,碳質(zhì)含量與⑥—⑦小層大體相當,在局部井區(qū)有機碳含量高于⑥—⑦小層,局部段夾有中薄層的灰黑色含灰質(zhì)頁巖,薄片顯示黏土被炭質(zhì)浸染嚴重(圖2b),呈平行于紋層的細條紋狀分布(圖2c),整體指示了較為安靜的深水、還原性沉積環(huán)境。

        ⑨小層:巖心主要為灰黑色,含碳量較低,為低碳粉砂質(zhì)粘土頁巖:其硅質(zhì)含量約為35%左右,碳酸鹽巖含量明顯減少,黏土礦物含量顯著增高,約為65%左右,巖心斷面觀察可知碳質(zhì)含量普遍在1%左右,平均值低于1%,局部井區(qū)可高于1%。巖心可觀察到粉砂質(zhì)條帶,自下而上粉砂質(zhì)條帶逐漸變寬,趨于發(fā)育。薄片下可看到片狀黏土礦物定向排列(圖2d),整體指示了深水、安靜、弱還原性的沉積環(huán)境,但水體深度較下伏層段淺、還原性較下伏層段弱[10]。

        從評價井焦頁X-3井巖心觀察結(jié)果來看,該井區(qū)整個含氣頁巖段具備深水陸棚的沉積特征,其中上部氣層⑧小層可見大量筆石化石(圖2e),局部見星散狀黃鐵礦(圖2f),反映出強還原的深水陸棚沉積環(huán)境,有利于有機質(zhì)富集,為最優(yōu)開發(fā)層段。

        圖2 焦頁X-3井五峰組—龍馬溪組⑧小層巖石薄片與巖心照片F(xiàn)ig. 2 The core photos of Well JiaoyeX-3

        從江東區(qū)塊已完鉆3口導(dǎo)眼井含氣頁巖段(①—⑨小層)厚度劃分來看,北部厚度分別為88~90 m,而南部厚度略有增加,實鉆顯示厚度為120 m,其中上部氣層(⑥—⑨小層)厚度在北部為50~52 m,而在區(qū)塊南部厚度略有增加,約70 m,全區(qū)厚度整體在40~70 m。

        2.2 地化特征

        江東區(qū)塊焦頁X-3井在五峰組—龍馬溪組取心段共檢測TOC樣品88塊,上部氣層50塊,TOC值為0.54%~2.37%,平均值為1.48%,從數(shù)值分布來看,大部分樣品TOC值為1.5%~2.0%;分小層統(tǒng)計結(jié)果表明,⑧小層TOC最高,⑥、⑦小層次之,⑨小層最差(表1)。

        表1 焦頁X-3井巖心TOC分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計Table 1 The Organic carbon content of Well JiaoyeX-3

        焦頁X-3井干酪根鏡檢分析有機質(zhì)類型結(jié)果來看,區(qū)塊主體處于淺海沉積環(huán)境,生物以水生生物為主,具有大量的浮游生物和菌藻類,尤以筆石占絕對優(yōu)勢,局部有放射蟲和硅質(zhì)海綿骨針,有機質(zhì)類型以腐泥型干酪根為主,上部氣層⑨小層為II1型干酪根,類型指數(shù)65.5,⑥—⑧小層為II2型干酪根,類型指數(shù)20.5~34.0。

        焦頁X-3井五峰組—龍馬溪組進行9塊鏡煤樣品分析,其中上部氣層有效測點7個,瀝青質(zhì)反射率3.49%~5.98%,鏡質(zhì)體反射率(Ro)是國際上公認的標定有機質(zhì)成熟度的指標,古生界地層干酪根組成缺乏鏡質(zhì)體,瀝青反射率已成為表征那些缺乏鏡質(zhì)體而含有瀝青的海相烴源巖有機質(zhì)成熟度的一個重要指標,利用Ro=0.3195+0.679×Rb公式換算鏡質(zhì)體反射率[11],上部氣層鏡質(zhì)體反射率2.69%~4.38%,結(jié)果表明江東區(qū)塊五峰組—龍馬溪組上部氣層進入過成熟演化階段,以生成干氣為主[12]。

        2.3 物性特征

        江東區(qū)塊焦頁X-3井五峰組—龍馬溪組取心段共檢測物性樣品88塊,其中上部氣層49塊,巖心孔隙度為1.5%~6.6%,平均值為3.7%,從數(shù)值分布來看,大部分樣品孔隙度值為2%~4%;分小層統(tǒng)計結(jié)果表明,⑥小層孔隙度最高,⑧、⑨小層次之,⑦小層最低(表2)。

        表2 焦頁X-3井巖心孔隙度分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計表Table 2 The core porosity of Well JiaoyeX-3

        從焦頁X-3井巖心觀察結(jié)果來看,上部氣層⑨小層構(gòu)造縫欠發(fā)育,高導(dǎo)流縫主要在⑧小層,整體構(gòu)造縫欠發(fā)育,多為方解石全充填,開啟程度較低。有機質(zhì)孔隙以微孔和中孔為主,呈圓形和橢圓形,空間上呈片狀、管柱狀和洞穴狀、主要為中孔,內(nèi)部連通性及其與外部連通性好;黏土孔隙主要為大孔,呈片狀和不規(guī)則狀,內(nèi)部連通性及其與外部連通性較好;碎屑孔隙主要為大孔,呈不規(guī)則狀,連通性差[13]。

        從焦頁X-3井樣品掃描電鏡顯示,上部氣層主要發(fā)育有機孔,孔徑以中孔為主,黃鐵礦晶間孔(圖3a、3b),有機質(zhì)內(nèi)孔較發(fā)育(圖3c、3d)。總體而言,頁巖儲層孔隙主要以中孔為主,孔隙主要分布在孔隙直徑≤24 nm以下的孔徑范疇,中孔孔隙體積占總孔隙體積的80%以上,不同類型的孔隙和不同尺度的孔隙組合形態(tài)呈兩端開放的楔形和墨水瓶型,孔隙開放程度較好,對頁巖氣在基質(zhì)中的滲流較為有利[14]。

        圖3 焦頁X-3井五峰組—龍馬溪組上部氣層掃描電鏡Fig. 3 The scanning electron microscope photos of Well JiaoyeX-3

        2.4 巖石學(xué)特征

        江東區(qū)塊焦頁X-3井巖心分析數(shù)據(jù)表明,五峰組—龍馬溪組脆性礦物含量較高,且自上而下逐漸增加,其中上部氣層石英含量平均為34.85%,碳酸鹽含量平均為12.24%,分小層統(tǒng)計表明,⑦、⑧小層脆性礦物含量較高,⑨小層較低(圖4)。從52塊巖心分析粘土礦物X衍射結(jié)果來看,上部氣層黏土礦物含量平均為40.82%,以伊利石和伊蒙混層為主,少量綠泥石,不含高嶺石,具備較好的可壓性[15](表3)。

        表3 焦頁X-3井巖心全巖X衍射礦物組分分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計表Table 3 The mineral composition of whole rock X-ray diffraction in core of Well JiaoyeX-3

        圖4 焦頁X-3井⑥—⑨小層巖石礦物組分三角圖Fig. 4 The triangle diagram of rock mineral composition for ⑥—⑨ sublayer of Well JiaoyeX-3

        3 含氣性

        焦頁X-3井鉆探過程中,五峰組—龍馬溪組整體見良好油氣顯示,上部氣層段氣測全烴顯示最高值達14.08%,甲烷值達9.88%,錄井解釋含氣層25 m/層;焦頁X-3井共取氣組分分析樣品94塊,分析結(jié)果表明氣體組分以甲烷為主,甲烷體積分數(shù)平均值達59.70%。

        焦頁X-3井現(xiàn)場實測總含氣量平均值3.49 m3/t,其中上部氣層實測總含氣量平均值為2.25 m3/t,⑦小層含氣量最高,⑥、⑧小層次之,⑨小層最低。從焦頁X-3導(dǎo)眼井整個含氣頁巖段實測總含氣量看,江東區(qū)塊上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣層含氣量縱向上整體呈現(xiàn)出自上而下總含氣量增高的特征;核磁法進行含水飽和度測試,上部氣層含水飽和度36.6%~57.68%,平均值為44.84%,其中⑧小層含水飽和度平均值38.76%,是含氣飽和度最好的層段,其次為⑦小層,⑥、⑨小層含氣飽和度相對較差。

        從含氣性分析結(jié)果來看,江東區(qū)塊上部氣層整體比下部氣層含氣性差,總體評價為II2類頁巖氣儲層,其中以⑦、⑧小層為最優(yōu)層段,⑨小層最差。

        表4 焦頁X-3井含氣性分析測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計Table 4 The gas bearing property of Well Jiaoye X-3

        4 結(jié)論

        (1)涪陵頁巖氣田江東區(qū)塊上部氣層⑥—⑨小層厚度40~70 m,區(qū)塊北部厚度較低,往南逐漸增厚,主要發(fā)育灰黑色粉砂頁巖、粉砂質(zhì)黏土頁巖。

        (2)上部氣層⑥—⑨小層TOC含量0.54%~2.37%,平均值為1.48%,有機質(zhì)豐度較高,其中⑦小層和⑧小層最優(yōu),有機質(zhì)類型為II1和II2型,鏡質(zhì)體反射率2.69%~4.38%,有機質(zhì)處于高成熟—過成熟階段,以生干氣為主。

        (3)上部氣層⑥—⑨小層孔隙度為1.5%~6.6%,平均值為3.70%,有機質(zhì)孔隙以微孔、中孔為主,脆性礦物含量較高,石英含量平均為34.85%,碳酸鹽含量平均為12.24%,粘土礦物以伊利石和伊蒙混層為主,現(xiàn)場實測含氣量1.45%~2.74 m3/t,平均值為2.25 m3/t,含氣性與可壓性較好,其中⑦小層和⑧小層為最優(yōu)層段。

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