四川盆地F氣田頁巖氣層高產地質要素分析

林婉 李昂 石文睿 任元 趙紅燕

摘 要：根據四川盆地F氣田下志留統龍馬溪組—上奧陶統五峰組巖心實驗和測錄井資料研究發現，富有機質頁巖區內分布穩定，與美國Barnett、Marcellus頁巖具有相似的地質特征；頁巖氣層每百米水平段平均無阻流量在5.0×104 m3/d以上，氣層高產主要受厚度、有機質豐度、儲層物性、含氣量、氣測烴含量、地層異常高壓等地質因素控制。氣層自身內在地質條件為其高產奠定了良好的物質基礎，為今后國內頁巖氣勘探作業者在四川盆地及中上揚子地區尋找類似氣藏提供了有益參考。

關鍵詞：四川盆地 F氣田 龍馬溪組下部—五峰組 高產要素

中圖分類號：TE122.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（c）-0241-02

近年來，國內加大了對頁巖氣的勘探開發力度，特別是針對四川盆地及周緣地區志留系龍馬溪組沉積相、儲集層保存條件、頁巖氣富集、高產因素等方面開展了大量研究[1-4]。2012年在參數井F1井側鉆水平段龍馬溪組試氣獲得20.0×104 m3/d無阻流量，日穩產6.0×104 m3/d，隨后在該工區連續鉆探探井F2、F3、F4井和多口水平井評價井，試氣均獲高產工業氣流，從而發現并開發了F頁巖氣田。

1 地質概況

F頁巖氣田構造位置位于四川盆地川東南高陡褶皺帶，構造呈北東向展布。地區發育上三疊統嘉陵江組——上奧陶統五峰組，缺失泥盆系地層，局部地區缺失石炭系。下志留統龍馬溪組——上奧陶統五峰組地層下部含氣頁巖段巖性以含碳質、硅質、粉砂質頁巖為主，是F頁巖氣田開發的目的層段，巖性穩定。

2 高產要素分析

頁巖氣富集是氣井高產的基礎，但天然氣在頁巖中形成富集，需要沉積環境和頁巖發育多種特定條件。世界上沒有兩套完全相同的頁巖，各公司都有獨特的頁巖氣評價指標和體系，評價方法種類繁多[5]。科羅拉多大學教授Curtis認為，有機質豐度、成熟度及頁巖層的厚度、原始含氣量、滲透率、孔隙壓力、脆度、礦物成分等8個因素控制了頁巖氣的產能[6]。該文結合頁巖氣藏形成的主控因素，對比北美地區頁巖氣田儲層特征，分析了構成F頁巖氣田氣層礦物脆性、厚度、有機質豐度、物性以及地層壓力要素特征。另外，開采方式（如直井、水平井）及水平段長度對產能也有影響。頁巖氣層是否具備高產能力，將以F1井及北美地區儲層特征為例進行探討（見圖1、表1）。

2.1 頁巖厚度、埋深與氣層水平段穿越

頁巖層必須達到一定的厚度（不低于15 m）、具有連續分布面積并提供足夠的氣源和儲集空間，才能成為有效的烴源巖層和儲集層。頁巖儲層越厚，對頁巖氣高產越有利。美國頁巖氣盆地有關資料表明頁巖連續厚度一般在91.5～183.0 m之間。其頁巖氣盆地儲層的埋藏深度范圍則比較廣泛，埋深從最淺76 m到最深2439 m，主要介于762～1372 m之間，頁巖層的厚度和埋深是控制頁巖氣成藏的關鍵因素[6-7]。

F頁巖氣田F1、F2、F3、F4井錄井、取心、測井等資料可確定龍馬溪組下部—五峰組頁巖層段連續厚度在89.0 m，102.0 m，無明顯夾層。其中，F1井2326.5 m，2415.5 m連續厚度為89.0 m，F2井2477.0 m，2575.0 m厚98.0 m，F3井2316.5m，2418.5 m厚102.0 m，F4井2511.5～2595.0 m厚83.5 m，簡稱“89 m段”；主力氣層分別為38.0 m、40.4 m、44.0 m、39.5 m，且橫向分布較為穩定，此主力氣層段簡稱為“38 m段”。

頁巖氣井水平段穿越主力氣層“38 m段”能獲得好產量，水平段長度也能直接影響單井產能，且單井初期無阻流量AOFg（104 m3/d）與水平段長度L（hm）呈現正相關，AOFg=3.2e0.5L。頁巖氣井氣層水平段穿越長度越大，氣井產能也就越高。

2.2 有機質豐度

總有機碳含量（TOC）是有機質豐度評價的重要指標，也是衡量烴源巖的生烴強度和生烴量的重要參數。高有機碳含量代表烴源巖具有更高的生烴潛力、對頁巖氣有更好的吸附能力，這意味著有機質豐度高的地區頁巖氣的產量更高。

一般認為，TOC在0.5%以上就是有潛力的源巖。F1井龍馬溪組下部—五峰組取心段173塊巖心實驗顯示，TOC最小0.5%、最大5.9%、平均2.6%，且自上而下有機碳含量逐漸增加。其中，下部2377.5～2415.5 m井“38 m段”TOC介于1.0%～5.9%之間、平均3.5%，是很好的烴源巖，易形成頁巖氣富集。

2.3 礦物脆性

頁巖中石英、長石、方解石、白云石等脆性礦物含量越高，巖石在人工壓裂外力作用下越易形成網狀結構縫或復雜裂縫，大量攜帶支撐劑及酸的壓裂液進入頁巖氣層，有利于天然氣滲流，有利于氣井高產。美國的Barnet頁巖石英、長石和黃鐵礦含量為20%～80%。

對比Barnet頁巖，F頁巖氣田“89 m段”頁巖壓裂易形成網狀結構縫或復雜裂縫，可促使氣井氣量高產。其含氣頁巖巖性以灰色、灰黑色含碳質、硅質、粉砂質頁巖為主，頁巖87塊全巖X衍射和粘土X衍射實驗表明，頁巖中脆性礦物包括石英、鉀長石、斜長石以及碳酸鹽巖礦物，自下而上呈現逐漸減小趨勢，總量介于33.9%～80.3%之間，平均為56.5%。“38 m段”無明顯夾層，代表巖性為灰黑色硅（碳）質頁巖，其間夾黃鐵礦條帶，多含筆石。

2.4 儲層物性

F頁巖氣田區龍馬溪組—五峰組含氣頁巖段儲集性能較好，孔隙類型包括無機孔、有機質孔、頁理縫以及構造縫等類型，受有機質豐度的影響有機質孔隙自上而下逐漸趨于發育。F1井取心段測得孔隙度1.2%～8.0%，平均為4.6%。其中，下部“38 m段”富有機質主力氣層段孔隙度2.8%～7.1%，平均為4.8%，縱向上孔隙度和滲透率均呈現“1段”“3段”高“2段”低的特征，綜合分析認為，“1段”“3段”為Ⅱ類儲層，“2段”為Ⅲ類儲層。

F2、F3、F4井對應F1井“1段”儲層測錄井解釋孔隙度為4.2%～5.7%，滲透率平均0.12 mD，橫向較穩定，富含有機質，物性最優。對比北美地區Barnett、Marcellus頁巖，F頁巖氣田“89 m段”頁巖及“38 m段”頁巖核心氣層滲透率具有明顯優勢，孔隙度與Barnett頁巖接近。

F1井“89 m”段富有機質暗色頁巖段氬離子拋光掃描電鏡及普通掃描電鏡觀察結果顯示納米級微裂縫、裂縫群極其發育（圖2）。美國的阿巴拉契亞盆地產氣量高的井，氣層內部都處在裂縫發育帶內，而裂縫不發育區塊的井產量低或根本不產氣。F頁巖氣田氣層微裂縫發育，為氣井高產創造了優質的孔隙、微裂縫儲層物性條件。

2.5 含氣量

頁巖含氣量是指每噸巖石中所含天然氣折算到標準溫度和壓力條件下（101.325 kPa，25 ℃）的天然氣總量，包括游離氣、吸附氣、溶解氣等。富有機質泥頁巖含氣性受多種因素影響，包括地層壓力、溫度、礦物類型、物性、濕度等。

F1井“89 m段”取心段現場測試含氣量0.47～5.19 m3/t，主要以損失氣與解吸氣為主，殘余氣含量低，其中下部“38 m段”富有機質主力頁巖氣層段含氣量較高0.89～5.19 m3/t，平均值2.99 m3/t；吸附氣量介于0.74～2.83m3/t，游離氣量介于0.53～3.40 m3/t，總含氣量介于1.27～6.19 m3/t，總體上自上而下含氣量逐漸呈增加趨勢。氣樣分析顯示，天然氣成分主要為甲烷，含量達到98.0%以上，體積系數小，接近0.003 rm3/sm3，也就是說氣體到達地面后膨脹300多倍。這些為氣層高產奠定了良好的物質基礎。

3 結論

（1）F頁巖氣田海相頁巖氣層高產地質要素為頁巖連續厚度、脆性礦物、TOC、Ro及儲層物性、吸附氣與游離氣含量，氣井高產除與氣藏地質要素內因相關外，還與氣井穿越氣層水平段長度、壓裂方式及總壓裂液量等外在因素相關。

（2）F頁巖氣田勘探突破和商業化開發為國內在四川盆地及中、上揚子地區尋找類似頁巖氣富集區塊提供了良好借鑒。

參考文獻

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