馮 晟

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

非常規(guī)天然氣作為一種接替石油和常規(guī)天然氣產(chǎn)能的重要資源，具有清潔環(huán)保、儲(chǔ)量豐富等優(yōu)點(diǎn)，一般分為煤層氣、致密氣和頁(yè)巖氣三種[1]。其中煤層氣通常具有埋深較淺、開(kāi)發(fā)難度較低的優(yōu)點(diǎn)，主要以低成本、低難度、大批量的淺層開(kāi)發(fā)為主。隨著勘探技術(shù)的進(jìn)一步提高，埋深較深、儲(chǔ)層物性較差的致密氣逐漸進(jìn)入開(kāi)發(fā)范圍，但目前致密氣藏儲(chǔ)層改造成本較高，極大制約了工業(yè)化開(kāi)采的進(jìn)程。為響應(yīng)持續(xù)勘探開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣的政策要求，對(duì)鄂爾多斯盆地頁(yè)巖氣藏進(jìn)行更加深入的研究迫在眉睫[2-3]。

本文綜合運(yùn)用巖心、露頭、測(cè)井、錄井等資料，綜合分析了鄂爾多斯盆地山西組2段至本溪組2段的沉積環(huán)境及對(duì)泥頁(yè)巖分布的控制作用，在對(duì)泥頁(yè)巖地質(zhì)特征認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，形成了一套研究區(qū)塊頁(yè)巖儲(chǔ)層甜點(diǎn)區(qū)預(yù)測(cè)方法，對(duì)鄂爾多斯盆地頁(yè)巖氣藏勘探開(kāi)發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。

1 鄂爾多斯盆地頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)難點(diǎn)分析

目前鄂爾多斯盆地主要以煤層氣和致密氣開(kāi)采為主，對(duì)頁(yè)巖氣的勘探潛力進(jìn)行系統(tǒng)研究相對(duì)較少，認(rèn)識(shí)不夠深入。該區(qū)塊頁(yè)巖氣研究主要難點(diǎn)集中于：（1）整體地質(zhì)沉積以海陸過(guò)渡相為主，富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖單層厚度都不大，不利于頁(yè)巖氣單層獨(dú)立開(kāi)發(fā)。因此，除了針對(duì)純泥頁(yè)巖進(jìn)行研究外，還需要考慮泥頁(yè)巖夾層的薄砂層、粉砂及泥包砂層等巖性；（2）頁(yè)巖氣儲(chǔ)層復(fù)雜，包括富有機(jī)質(zhì)暗色頁(yè)巖及夾層狀的粉砂質(zhì)泥頁(yè)巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖或砂巖，不同的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層特征差異明顯；（3）頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙度、滲透率極低，頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)一般無(wú)自然產(chǎn)能或低產(chǎn)，單井生產(chǎn)周期長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)開(kāi)采需要大型多級(jí)水力體積壓裂和水平井技術(shù)[4-5]。

2 目標(biāo)區(qū)塊地質(zhì)構(gòu)造分析

2.1 整體沉積環(huán)境分析

在區(qū)域沉積體系研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)巖心觀察分析，并對(duì)比周緣露頭剖面的研究資料，結(jié)合鉆井綜合錄井、地震解釋成果和地球化學(xué)等資料，對(duì)單井進(jìn)行詳細(xì)的沉積微相、亞相、相研究，進(jìn)行沉積相綜合對(duì)比，揭示在不同沉積時(shí)間內(nèi)的沉積體系類(lèi)型及變化。

按照臨興中區(qū)氣田不同時(shí)代沉積特點(diǎn)，依據(jù)沉積結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，并結(jié)合測(cè)井響應(yīng)特征，申報(bào)區(qū)主要目的層上古生界沉積環(huán)境經(jīng)歷了太原組海相潮坪-障壁-潟湖沉積到山西組海陸過(guò)渡相三角洲沉積的發(fā)展演變。因此，將該地區(qū)石炭-二疊系劃分為海相障壁潮坪-潟湖沉積體系和陸相湖泊-三角洲沉積體系兩種類(lèi)型。

2.2 沉積相劃分

（1）本溪組、太原組。鄂爾多斯盆地在經(jīng)歷了早奧陶世末－晚石炭世末1億多年的抬升剝蝕后，于本溪-太原期開(kāi)始整體下沉接受沉積，華北海和秦祁海大范圍海侵，形成了廣泛分布的海相碳酸鹽巖和海陸過(guò)渡相陸源碎屑沉積，其沉積特征總體可概括為海相三角洲沉積體系、障壁海岸沉積體系與廣海陸棚沉積體系，如圖1所示。

圖1 本溪組、太原組沉積相圖

（2）山西組。山西期海水退出鄂爾多斯盆地，沉積環(huán)境由海相轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴?，東西差異基本消失，而南北差異沉降和相帶分異增強(qiáng)，在臨興地區(qū)發(fā)育了河流-三角洲沉積體系。臨興中氣田山西組發(fā)育三角洲前緣亞相。該期的突出特征是以水下分流河道微相和水下分流間灣微相為主，其展布方向近南北向。由于曲流河的側(cè)向遷移，多期道砂體疊置使山西組砂體具有以帶狀分布為主，局部成連片狀分布的特點(diǎn)，泥巖主要分布在水下分流間灣中。

2.3 泥頁(yè)巖分布的控制作用

沉積環(huán)境直接控制泥巖發(fā)育情況，其中，在本溪組、太原組，泥坪、泥炭坪泥巖厚度較大，砂坪、障壁島砂體厚度較大，灰?guī)r多局限發(fā)育。

（1）本溪組。本1段泥地比在21%～80%之間，在研究區(qū)北部東緣泥地比較高，泥巖發(fā)育，表征穩(wěn)定的泥坪沉積環(huán)境；中部泥巖不發(fā)育，泥地比較小，表征砂坪、混合坪等較高能沉積環(huán)境，南部西緣泥地比較高，表征局限的泥坪沉積環(huán)境，東部泥地比較低，局部發(fā)育砂坪沉積；本2段較本1段泥巖發(fā)育程度高，在13%～90%之間，研究區(qū)大部分區(qū)域泥地比在80%以上，反映本2段沉積時(shí)，較為穩(wěn)定的低能沉積環(huán)境，表征大片的泥坪沉積環(huán)境。

（2）太原組。太1段泥地比在26%～91%之間，大部分區(qū)域泥地比在60%以上，呈現(xiàn)東西分帶的特點(diǎn)，中部泥地比較高，西部和東部泥地比較低；太2段泥地比區(qū)域差異較大，南部泥巖發(fā)育，泥地比大都在60%以上，北部較低，表征南部主要發(fā)育泥坪相，北部障壁島、砂坪發(fā)育。

（3）山西組。本次研究主要針對(duì)山西組2段，全區(qū)泥地比大都在40%以上，具有南北分區(qū)的特點(diǎn)，其中南部泥巖最發(fā)育，泥地比大都在80%以上，北部泥地比零星區(qū)域較高，中部泥地比低。

3 頁(yè)巖儲(chǔ)層“甜點(diǎn)區(qū)”預(yù)測(cè)方法研究

3.1 “甜點(diǎn)區(qū)”預(yù)測(cè)方法

研究區(qū)為海陸過(guò)渡相頁(yè)巖層系，在埋深、厚度、有機(jī)質(zhì)含量、熱演化程度、含氣量等方面具有良好的頁(yè)巖氣地質(zhì)條件及勘探開(kāi)發(fā)前景。與海相頁(yè)巖相比具有以下地質(zhì)特征：（1）巖相變化大，與煤層（線）、致密粉砂巖（砂巖）互層；（2）有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以Ⅱ-Ⅲ型干酪根為主，偏生氣，有機(jī)質(zhì)豐度和成熟度較高，生氣能力強(qiáng)；（3）儲(chǔ)集層介孔發(fā)育，具備高儲(chǔ)集能力；（4）富有機(jī)質(zhì)夾薄層砂巖條帶的巖性組合脆性礦物含量高，脆性指數(shù)可達(dá)到40%以上。為更好指導(dǎo)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣勘探潛力評(píng)價(jià)，結(jié)合工區(qū)海相頁(yè)巖氣勘探目標(biāo)優(yōu)選方法和測(cè)井解釋方法，建立海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣“五步四關(guān)鍵三原則”的勘探評(píng)價(jià)流程。

“甜點(diǎn)區(qū)”評(píng)價(jià)五步分別為：實(shí)驗(yàn)測(cè)試及評(píng)價(jià)、基礎(chǔ)地質(zhì)評(píng)價(jià)、巖心標(biāo)定建立測(cè)井解釋數(shù)據(jù)庫(kù)、測(cè)井解釋評(píng)價(jià)、選區(qū)及潛力評(píng)價(jià)。

四關(guān)鍵分別為：建立現(xiàn)場(chǎng)含氣測(cè)試段與室內(nèi)巖心實(shí)驗(yàn)相統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)、生產(chǎn)測(cè)試相結(jié)合篩選顯示層段及優(yōu)選關(guān)鍵解釋參數(shù)、優(yōu)選“地質(zhì)+工程”甜點(diǎn)地質(zhì)參數(shù)測(cè)井解釋模型、結(jié)合富集關(guān)鍵參數(shù)下限構(gòu)建選區(qū)參數(shù)體系。

同時(shí)在構(gòu)建選區(qū)參數(shù)體系及潛力評(píng)價(jià)中需遵循三個(gè)對(duì)比原則：優(yōu)先采用工區(qū)富集下限參數(shù)、優(yōu)先借鑒鄰近已獲突破或成熟區(qū)塊類(lèi)似層段選區(qū)參數(shù)、優(yōu)先類(lèi)比鄰近已獲突破或成熟區(qū)塊類(lèi)似層段生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

3.2 參數(shù)體系建立

遵循構(gòu)建選區(qū)參數(shù)體系及潛力評(píng)價(jià)三個(gè)對(duì)比原則，在參考現(xiàn)有海相頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)指標(biāo)基礎(chǔ)上，優(yōu)先采用本區(qū)TOC、孔隙度等富集參數(shù)與含氣量為1 m3/t時(shí)對(duì)應(yīng)的下限指標(biāo)，優(yōu)先借鑒鄂爾多斯東緣某層段評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建立了海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣有利區(qū)評(píng)價(jià)參數(shù)體系，見(jiàn)表1。

表1 海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣有利區(qū)評(píng)價(jià)參數(shù)表

富集參數(shù)重點(diǎn)考慮頁(yè)巖厚度、TOC值、孔隙度、含氣量?？蓧盒詤?shù)，由于研究區(qū)頁(yè)巖層段埋深1 000～2 300 m，總體埋藏深度相對(duì)適中，以大于1 500 m為主，僅紫金山火山影響的構(gòu)造復(fù)雜區(qū)局部埋深淺于1 400 m，因此重點(diǎn)考慮脆性指數(shù)。以一類(lèi)有利區(qū)為例，其評(píng)價(jià)指標(biāo)主要為頁(yè)巖厚度≥20 m、TOC值≥4%、孔隙度≥4%、含氣量≥2 m3/t、脆性指數(shù)≥40%、1 500 m≤埋深＜3 500 m。鑒于該區(qū)尚未進(jìn)行頁(yè)巖氣井壓裂試采工作，采用優(yōu)先類(lèi)比鄰近已獲突破或成熟區(qū)塊類(lèi)似層段生產(chǎn)數(shù)據(jù)的原則，類(lèi)比鄂爾多斯東緣某層段頁(yè)巖甜點(diǎn)選區(qū)參數(shù)（TOC＞2%、孔隙度＞2%、含氣量＞2 m3/t、脆性礦物含量＞50%、發(fā)育微裂縫、頁(yè)巖厚度＞25 m、埋深＞1 500 m）范圍內(nèi)的直井壓裂平均日產(chǎn)氣量可達(dá)0.6×104m3，預(yù)測(cè)工區(qū)一類(lèi)有利區(qū)地質(zhì)參數(shù)相對(duì)優(yōu)于或者趨近于鄰區(qū)，勘探潛力較大；二類(lèi)有利區(qū)潛力相對(duì)降低；三類(lèi)有利區(qū)和構(gòu)造復(fù)雜區(qū)資源潛力相對(duì)有限，勘探風(fēng)險(xiǎn)最高。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）鄂爾多斯盆地頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)具有地質(zhì)沉積復(fù)雜，富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖單層厚度??；地層巖性復(fù)雜特征不明顯，難以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖儲(chǔ)層；儲(chǔ)層物性較差，經(jīng)濟(jì)開(kāi)采需要大型多級(jí)水力體積壓裂等特點(diǎn)，為該區(qū)塊頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)帶來(lái)巨大困難。

（2）通過(guò)巖心觀察分析，研究區(qū)塊主要目的層上古生界沉積環(huán)境經(jīng)歷了太原組海相潮坪-障壁-潟湖沉積到山西組海陸過(guò)渡相三角洲沉積的發(fā)展演變。其中本溪組、太原組沉積特征為海相三角洲沉積體系、障壁海岸沉積體系與廣海陸棚沉積體系；山西組為河流-三角洲沉積體系，部分地區(qū)發(fā)育三角洲前緣亞相。

（3）研究區(qū)頁(yè)巖氣藏在埋深、厚度、有機(jī)質(zhì)含量、熱演化程度、含氣量等方面具有良好的地質(zhì)條件及勘探開(kāi)發(fā)前景，為更好指導(dǎo)海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣勘探潛力評(píng)價(jià)，結(jié)合工區(qū)海相頁(yè)巖氣勘探目標(biāo)優(yōu)選方法和測(cè)井解釋方法，建立了海陸過(guò)渡相頁(yè)巖氣“五步四關(guān)鍵三原則”的勘探評(píng)價(jià)流程。