頁巖氣現(xiàn)場(chǎng)解析氣量影響因素探討
——以濰北凹陷昌頁參1井為例

王之躍， 彭文泉， 宋邵睿， 梁云漢， 韓蘭臻,2

(1.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南　250014；2.山東科技大學(xué)，山東 青島　266590)

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頁巖氣現(xiàn)場(chǎng)解析氣量影響因素探討

——以濰北凹陷昌頁參1井為例

王之躍1， 彭文泉1， 宋邵睿1， 梁云漢1， 韓蘭臻1,2

(1.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南250014；2.山東科技大學(xué)，山東 青島266590)

濰北凹陷是昌濰坳陷的次一級(jí)凹陷盆地，也是傳統(tǒng)油氣開采區(qū)，濰北凹陷孔店組二段沉積了較厚的暗色泥巖、泥頁巖、油頁巖，多為良好的烴源巖，也是濰北凹陷內(nèi)頁巖氣的主要生、儲(chǔ)層位。通過分析昌頁參1井現(xiàn)場(chǎng)解析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，探討了濰北凹陷孔店組二段地層損失氣量、損失時(shí)間、樣品深度、樣品巖性等與解析氣量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。分析現(xiàn)場(chǎng)解析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，樣品的損失氣量大于解析氣量，兩者的變化趨勢(shì)基本一致；深度相近、巖性相同時(shí)，解析氣量隨著損失時(shí)間的增長而減小，深度相近時(shí)，泥巖解析氣量大于粉砂質(zhì)泥巖；巖性相同時(shí)，解析氣量隨深度的增加而增加，增速隨深度的增加而減小。

頁巖氣；含氣量；現(xiàn)場(chǎng)解析；解析實(shí)驗(yàn)；昌頁參1井；濰北凹陷

引文格式：王之躍， 彭文泉， 宋邵睿，等.頁巖氣現(xiàn)場(chǎng)解析氣量影響因素探討——以濰北凹陷昌頁參1井為例[J].山東國土資源，2015，31(9)：22-25.WANG Zhiyue, PENG Wenquan, SONG Zhaorui,etc.Study on Influence Factors of Shale Gas Scene Analytical Gas Quantity——Take Changye Canyi Well as an Example[J].Shandong Land and Resources,2015，31(9)：22-25.

隨著世界石油和天然氣資源緊缺，加之美國頁巖氣商業(yè)化的成功[1]，頁巖氣勘探開發(fā)在我國掀起一波熱潮[2-3]。與常規(guī)天然氣相比，頁巖氣勘探是一個(gè)新領(lǐng)域[4]。頁巖含氣量是頁巖氣評(píng)價(jià)中一項(xiàng)重要指標(biāo)，也是頁巖氣選區(qū)的重要依據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)解析是獲取頁巖含氣量最直接有效的方法[5-6]。濰北凹陷為傳統(tǒng)油氣區(qū)，勝利油田在區(qū)內(nèi)做了大量工作，部分學(xué)者對(duì)濰北凹陷常規(guī)油氣生儲(chǔ)條件及特征做過一定研究，均未涉及濰北凹陷內(nèi)烴源巖的含氣性情況，以昌頁參1井現(xiàn)場(chǎng)解析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析、探討了濰北凹陷孔店組二段地層損失氣量、損失時(shí)間、樣品深度、樣品巖性等與解析氣量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)解析工作具有指導(dǎo)和借鑒意義。

1　 地質(zhì)概況

濰北凹陷是昌濰坳陷次一級(jí)凹陷盆地，為傳統(tǒng)油氣開采區(qū)，也是昌濰坳陷內(nèi)頁巖氣形成最為有利的凹陷盆地。濰北凹陷在中生代地層的基底之上，沉積了巨厚的新生代地層。

1.1地層

濰北凹陷地表被第四系覆蓋。據(jù)鉆孔揭露，濰北凹陷在中生代白堊紀(jì)王氏群之上，發(fā)育了新生代古近紀(jì)孔店組、沙河街組，新近紀(jì)館陶組、明華鎮(zhèn)組，第四系。白堊系主要揭露了王氏群，巖性以紅色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、灰白色砂巖、含礫砂巖為主，構(gòu)成濰北凹陷的基底。新生界古近系主要發(fā)育了孔店組和沙河街組四段，缺失沙河街組一段至三段和東營組。孔店組可分為三段：孔店組三段巖性為灰黑、灰綠、暗紫色及雜色玄武巖、安山質(zhì)玄武巖、中部夾多層暗色泥巖、灰白色砂巖。孔店組二段巖性以灰色泥巖、深灰色泥巖為主，夾粉砂巖、含礫砂巖、碳質(zhì)泥巖，為頁巖氣形成的有利層位。孔店組一段巖性以淺灰、紅、紫紅色粉砂、細(xì)砂巖夾泥巖為主。 沙河街組四段：巖性以灰色、灰綠色泥巖、粉砂巖為主，夾砂巖和薄層石灰?guī)r。新近系主要發(fā)育館陶組和明化鎮(zhèn)組。館陶組巖性以灰綠色、灰白色砂巖、含礫砂巖為主，夾棕紅色、灰綠色泥巖。明化鎮(zhèn)組巖性以棕黃色、棕紅色砂巖、含礫砂巖為主，夾薄層灰白色泥巖。第四系由粘土、砂質(zhì)粘土、砂、貝殼等組成。

1.2構(gòu)造

濰北凹陷位于沂沭斷裂帶內(nèi)，東側(cè)昌邑-大店斷裂、西側(cè)沂水-湯頭斷裂為凹陷東西邊界斷裂，北側(cè)以濰河口斷裂為界，整體上呈一菱形沉積盆地(圖1)。受區(qū)域構(gòu)造影響濰北凹陷內(nèi)多發(fā)育近EW向和NE向次級(jí)斷裂，對(duì)頁巖氣儲(chǔ)層有一定破壞作用。

1—斷層；2—鉆孔名稱；3—孔店組埋深(m)圖1　 濰北凹陷構(gòu)造圖

1.3巖漿巖

濰北凹陷內(nèi)除孔店組三段揭露多層巖漿巖外，其他層段罕有鉆遇。

2　 解析實(shí)驗(yàn)設(shè)備及數(shù)據(jù)采集

2.1試驗(yàn)設(shè)備

現(xiàn)場(chǎng)解析試驗(yàn)采用重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院研發(fā)的CQJC-QT-2型頁巖氣煤層含氣量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)，解析氣測(cè)量精度為0.1mL，溫度測(cè)量誤差為0.1℃，氣壓測(cè)量精度為0.01MPa。設(shè)備可現(xiàn)場(chǎng)讀取和換算解析氣量、損失氣量，不具備殘余氣量測(cè)試條件。

2.2數(shù)據(jù)采集

現(xiàn)場(chǎng)解析樣品及深度、巖性等數(shù)據(jù)采自濰北凹陷昌頁參1井所鉆取的孔店組二段地層巖心資料。損失時(shí)間：巖心鉆取完畢開始提鉆至巖心到達(dá)井口時(shí)間的一半，加上巖心到達(dá)井口至封罐完畢時(shí)間之和。解析氣量：模擬儲(chǔ)層溫度下，每噸巖石解析出的氣體體積(折算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下：溫度20℃、壓力101.325kPa)。損失氣量：采用回歸法計(jì)算損失的氣量。以時(shí)間(損失時(shí)間+解析時(shí)間)的平方根為橫坐標(biāo)，以單位質(zhì)量頁巖在各時(shí)間點(diǎn)的累積解析氣測(cè)量值為縱坐標(biāo)作圖。取解析溫度穩(wěn)定后具有線性關(guān)系的解析初期時(shí)間段內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，得回歸直線。過橫坐標(biāo)為損失時(shí)間平方根，縱坐標(biāo)為累積解析氣體積的點(diǎn)作回歸直線平行線，將其反向延長值與縱坐標(biāo)軸相交，所得截距的絕對(duì)值即為單位質(zhì)量頁巖的損失氣量[7]。

2.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理

根據(jù)《頁巖氣資源/儲(chǔ)量計(jì)算與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》(GB/T 0254-2004)要求，將測(cè)試環(huán)境下采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。換算公式如下：

VSIP=(293.15×P×Vm)/[101.325×(273.15+T)]

式中：VSIP為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體體積(m3)；P為測(cè)試環(huán)境大氣壓力(kPa)；T為測(cè)試環(huán)境溫度(℃)；Vm為直接測(cè)量氣體體積(m3)。

3　解析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1損失氣量與解析氣量

選取深度相近的粉砂質(zhì)泥巖樣品解析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。粉砂質(zhì)泥巖樣品的損失氣量變化幅度相對(duì)較大，損失氣量與解析氣量的變化趨勢(shì)基本一致，損失氣量的變化幅度遠(yuǎn)大于解析氣量，損失氣量為解析氣量的3.7～6.2倍，平均4.6倍(表1、圖2)。綜合反映了樣品的含氣性特征。

表1 　粉砂質(zhì)泥巖解析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖2　損失氣量與解析氣量對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

3.2損失時(shí)間與解析氣量

深度相近、相同巖性(粉砂質(zhì)泥巖)、不同損失時(shí)間的樣品解析數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，解析氣量隨損失時(shí)間的延長而減小(表2、圖3)。分析認(rèn)為：實(shí)際取心過程中提鉆時(shí)間或密封前巖心暴露時(shí)間過長，本應(yīng)在解析階段解析出的部分氣體損失所致。現(xiàn)場(chǎng)操作過程中應(yīng)盡量縮短損失時(shí)間，減少氣體損失。

表2　樣品解析實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

圖3　損失時(shí)間與解析氣量對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

圖4　不同巖性與解析氣量對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

3.3巖性與解析氣量

選取深度相近、巖性不同(泥巖、粉砂質(zhì)泥巖)樣品的解析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，認(rèn)為井深相近、巖性不同的樣品，解析氣量相差較大，泥巖解析氣量普遍較高，粉砂質(zhì)泥巖解析氣量較低(表2、圖4)，這與樣品的有機(jī)質(zhì)和粘土礦物含量不同有關(guān)，有機(jī)質(zhì)和粘土礦物含量大，吸附氣量多。解析氣量與粘土礦物、有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)關(guān)系[8-10]。粉砂質(zhì)泥巖孔隙度大于泥巖，孔隙度是游離氣量的控制因素，泥巖解析氣量大于粉砂質(zhì)泥巖，說明樣品中游離氣不占主導(dǎo)地位。

3.4采樣深度與解析氣量

選取不同深度、巖性相同的解析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，認(rèn)為巖性相同的情況下，解析氣量隨著樣品深度的增大而增加(表2、圖5)。隨著深度的增加，地層溫度和壓力也會(huì)增加。溫度增加促進(jìn)有機(jī)質(zhì)熱演化，使更多有機(jī)質(zhì)熱解或裂解轉(zhuǎn)化為甲烷，同時(shí)地層壓力的增大，使巖石裂隙內(nèi)儲(chǔ)存的游離氣量增大，也有力于吸附氣吸附。在相同巖性下，解析氣量的增速隨深度的增加而減小。巖石孔隙和有機(jī)質(zhì)及粘土礦物吸附容量是一定的，游離態(tài)和吸附態(tài)氣體分子達(dá)到飽和或平衡，致使含氣量增加緩慢[11]。另外巖石的一部分孔隙受地層壓力收縮或閉合，也是增速變小的原因之一。

圖5　樣品深度與解析氣量對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

4　結(jié)論

通過研究濰北凹陷二段地層現(xiàn)場(chǎng)解析樣品的損失氣量、損失時(shí)間、采樣深度、巖性等與解析氣量關(guān)系，可得出：

(1)在相近深度、巖性相同的情況下，樣品的解析氣量明顯低于損失氣量，解析氣量與損失氣量變化趨勢(shì)基本一致，但變化幅度不如損失氣量明顯。

(2)在井深相近的情況下，相同巖性樣品的解析氣量隨著損失時(shí)間的延長而減小，泥巖解析氣量大于粉砂質(zhì)泥巖。

(3)巖性相同的樣品，解析氣量隨深度的增加而增加，解析氣量增速隨深度的增加而減小。建議現(xiàn)場(chǎng)解析時(shí)盡量縮短損失時(shí)間，以獲取更準(zhǔn)確的解析數(shù)據(jù)。

[1] 王杰，秦建忠，饒丹，等.不同類型頁巖富集烴氣能力模擬實(shí)驗(yàn)及微觀結(jié)構(gòu)特征研究[J].非常規(guī)天然氣，2013，24(4)：652-658.

[2] 張金川，薛會(huì)，張德明，等.頁巖氣及其成藏機(jī)理[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2003，17(4)：466.

[3] 張?jiān)銎妫锞┫椋瑥埓撼兀?國內(nèi)外頁巖氣研究進(jìn)展及山東省頁巖氣資源潛力[J].山東國土資源，2012，28(10)：1-6.

[4] 董謙，劉小平，李武廣，等.關(guān)于頁巖含氣量確定方法的探討[J].天然氣與石油.2012，30(5)：34-37.

[5] 高崗，柳廣弟，王緒龍，等. 準(zhǔn)噶爾盆地上三疊統(tǒng)泥頁巖解析氣特征[J].天然氣地球科學(xué)，2013，24(6)：1284-1289.

[6] 冀昆，毛小平，凌翔，等.頁巖飽和含氣量的計(jì)算及應(yīng)用[J].漢江石油職工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，26(2)：4-8.

[7] GB/T 0254-2014.頁巖氣資源/儲(chǔ)量計(jì)算與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范[S].

[8] 聶海寬，唐玄，邊瑞康.頁巖氣成藏控制因素及中國南方頁巖氣發(fā)育有利區(qū)預(yù)測(cè)[J].石油學(xué)報(bào)，2009，30(4)：485-491.

[9] 趙季初.東營凹陷沙三下亞段頁巖氣前景分析[J].山東國土資源，2015，31(3)：26-29.

[10] 唐顯春，曾輝，張培先，等.宣城地區(qū)荷塘組頁巖含氣性淺析[J].油氣藏評(píng)價(jià)與開發(fā)，2011，1(1-2)：78-84.

[11] 張金川，金之鈞，袁明生.頁巖氣成藏機(jī)理和分布[J].天然氣工業(yè)，2004，24(7)：15-18.

Study on Influence Factors of Shale Gas Scene Analytical Gas Quantity——Take Changye Canyi Well as an Example

WANG Zhiyue1, PENG Wenquan1, SONG Zhaorui1, LIANG Yunhan1, HAN Lanzhen1,2

(1. No.1 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Shandong Jinan 250014, China; 2.Shandong University of Science and Technology, Shandong Qingdao 266590, China)

Weibei depression is a secondary depression basin in Changwei depression. It is also a traditional oil and gas exploitation area. Thick dark mudstone, shale and oil shale are sedimented in the second section of Kongdian formation in Weibei depression. They are good hydrocarbon source rocks and raw shale gas reservoir in Weibei depression. In this paper, through analyzing the scene analytical experiment data of Canyi well in Changyel, the corresponding relation of the loss of gas, loss of time, sample depth, lithology and the analysis of gas in the second section of Kongdian formation in Weibei depression have been studied. As showed by the analysis of the scene analytical experiment data, it is indicated that the loss of gas is greater than the analytical gas. The variation trend is uniform, that is when the depth is similar and the lithology is the same, analytical gas will increase accompanying with the decrease of the loss of time; when the depth is similar, the analytical gas of the mudstone is greater than the silty mudstone; when the lithology is the same, the analytical gas will increase accompanying with the growth of the depth, and the growth rate will decrease accompanying with the growth of the depth.

Shale gas; gas amount; scene analysis; experimental analysis; Canyi well in Changye; Weibei depression

2015-04-20；

2015-05-20；編輯：曹麗麗

山東省國土資源廳，昌濰坳陷頁巖氣資源潛力調(diào)查評(píng)價(jià)(魯勘字[2013]2號(hào))

王之躍(1961—)，男，山東嘉祥人，高級(jí)工程師，主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)及礦山開發(fā)工作；E-mail:15064038339@163.com

P618.13

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