彭水地區(qū)五峰-龍馬溪組頁巖儲(chǔ)層特征研究

曹晶晶 ，朱聯(lián)強(qiáng)

(成都理工大學(xué)能源學(xué)院,四川 成都 610059)

目前頁巖氣勘探和開發(fā)的研究工作已引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，頁巖儲(chǔ)層是影響頁巖氣儲(chǔ)集能力和開采效果的主要因素。為了深入研究彭水地區(qū)五峰-龍馬溪組頁巖儲(chǔ)層的孔隙特征，本文在前人研究的基礎(chǔ)之上，通過氬離子拋光掃描電鏡觀察、氮?dú)馕矫摳降葘?shí)驗(yàn)對(duì)研究區(qū)頁巖儲(chǔ)層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)等進(jìn)行研究，并有了一定認(rèn)識(shí)，這對(duì)研究區(qū)目的層位頁巖氣的勘探開發(fā)工作有指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

圖1 研究區(qū)地理位置圖(據(jù)華東油氣分公司，2017)

彭水地區(qū)位于重慶市東南部，地處渝鄂黔隆起帶向渝東中臺(tái)坳下降的斜坡上，構(gòu)造上以槽-檔過渡區(qū)為主。東部發(fā)育湘黔鄂沖斷帶，南面發(fā)育峨眉山-涼山?jīng)_斷帶，西面為龍門山?jīng)_段帶，北部為米蒼山-大巴山?jīng)_斷帶[1]。出露地層從震旦系至第四系均可見，沉積厚度為6000～12000m，奧陶-志留系至今儲(chǔ)層厚度為0～1600m(圖1)。

研究區(qū)在燕山早期受NW向擠壓，晚期發(fā)生SN向壓扭走滑，是目前東西分帶、南北分塊構(gòu)造格局形成的原因。燕山早期來自NW-SE向的擠壓應(yīng)力，形成NE走向褶皺；燕山晚期，受限于揚(yáng)子板塊西緣和黔中古隆，發(fā)育SN向壓扭走滑斷層。

2 孔隙特征

在前人研究的基礎(chǔ)上通過掃描電鏡觀察，可以將五峰-龍馬溪組的泥頁巖儲(chǔ)層孔隙劃分為無機(jī)孔隙和有機(jī)孔隙兩大類，其中無機(jī)孔隙可進(jìn)一步劃分為粒間孔、溶蝕孔、晶間孔。

2.1 孔隙類型

2.1.1 粒間孔

彭水地區(qū)五峰-龍馬溪組泥頁巖中粒間孔不常見，其中以脆性礦物間的孔隙和粘土礦物間的孔隙為主要存在形式；一般而言，脆性礦物間的孔隙被有機(jī)質(zhì)充填，孔滲都比較差[2]。粘土礦物間的孔隙主要分為兩大類：①顆粒脫水導(dǎo)致其體積縮小而形成的粒間孔；②沿著粘土礦物表面發(fā)育的長(zhǎng)條形粒緣微隙。因此粘土礦物的組分和含量、粘土礦物間的轉(zhuǎn)化以及在轉(zhuǎn)化過程中生成的礦物都會(huì)影響孔隙的發(fā)育特征。

2.1.2 溶蝕孔

次生溶蝕孔形成于中成巖期，主要分為粒間溶蝕孔和粒內(nèi)溶蝕孔。

粒間溶蝕孔主要是由于礦物被沉積物或膠結(jié)物所交代溶解形成的孔隙。研究區(qū)五峰-龍馬溪組粒間溶蝕孔邊緣主要表現(xiàn)為不規(guī)則的鋸齒狀，可見明顯的溶蝕痕跡，常見于長(zhǎng)石和碳酸鹽巖中。

粒內(nèi)溶蝕孔孔徑大小和分布都相對(duì)均勻，主要由于礦物內(nèi)部溶解而形成。研究區(qū)五峰-龍馬溪組粒內(nèi)溶孔以石英顆粒內(nèi)部溶孔和方解石顆粒內(nèi)部溶孔常見。其中石英顆粒內(nèi)部溶孔分布密集，表現(xiàn)為規(guī)則的圓形和橢圓形，孔隙邊緣較平滑；而方解石顆粒內(nèi)部溶孔，呈現(xiàn)不規(guī)則形態(tài)，孔隙兩頭小中間大。

2.1.3 晶間孔

研究區(qū)五峰-龍馬溪組基質(zhì)中廣泛分布著草莓狀黃鐵礦集合體，而研究區(qū)晶間孔通常以黃鐵礦晶粒間孔的形式存在，大多為納米級(jí)別的不規(guī)則形態(tài)的單晶粒間孔。

2.1.4 有機(jī)質(zhì)孔

有機(jī)質(zhì)孔作為頁巖氣的主要保存場(chǎng)所，于生烴過程中產(chǎn)生，儲(chǔ)存在有機(jī)質(zhì)顆粒內(nèi)部孔隙中。主要為納米級(jí)有機(jī)質(zhì)孔，通常呈似蜂窩狀的不規(guī)則橢圓形或圓孔形。有機(jī)質(zhì)孔的孔隙特征與有機(jī)質(zhì)類型、含量以及成熟度有關(guān)，有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育程度與成熟度呈正相關(guān)[3]。

2.2 孔隙大小

根據(jù)前人研究成果，建立泥頁巖孔徑分類標(biāo)準(zhǔn)，將頁巖孔隙分為超大孔(>100μm)，大孔(1～100μm)，中孔(0.05～1μm)，小孔(0.002～0.05μm)和微孔(0～0.002μm)五類。

研究區(qū)五峰-龍馬溪組泥頁巖儲(chǔ)層孔隙基本為小孔和微孔，孔徑大小介于0～0.005μm，占總體的76.39%，中孔和大孔所占比例很小；其中又以小于30nm為主，占孔隙總體的63.43%，表明小孔是研究區(qū)泥頁巖儲(chǔ)層的主要儲(chǔ)集空間，其次為微孔。

2.3 氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)分析孔隙結(jié)構(gòu)

De Boer對(duì)氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)進(jìn)行大量研究，將吸附曲線和脫附曲線在相對(duì)壓力較高處分離形成的脫附回線進(jìn)行歸納總結(jié)，結(jié)合IUPAC(國(guó)際純化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì))建立劃分標(biāo)準(zhǔn)，最終將其劃分為H1、H2、H3、H4共四種類型，且不同類型的吸附回線對(duì)應(yīng)不同的孔隙類型(圖2)。H1類型的脫附曲線與吸附曲線趨向于平行且與相對(duì)壓力軸呈近90°上升，這種類型的脫附回線說明微孔的大小和排列十分規(guī)則；H2類型主要是脫附曲線在分離時(shí)與相對(duì)壓力軸呈近90°的趨勢(shì)急速上升；H3類型則是吸附曲線在相對(duì)壓力P/Po趨近1.0時(shí)，與相對(duì)壓力軸呈近90°的趨勢(shì)上升；這兩類脫附回線反映了微孔的大小與排列都不規(guī)則，且對(duì)應(yīng)的孔隙結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)兩端未封閉的狀態(tài)；與H1類型相反，H4類型是脫附曲線與吸附曲線趨向于平行且與相對(duì)壓力軸呈近水平狀的形態(tài)，反映了儲(chǔ)層孔隙主要是以微孔為主。

圖2 吸脫附回線分類及孔隙類型(據(jù)De Boer及IUPAC，1989)

彭水地區(qū)龍馬溪組頁巖孔隙形態(tài)復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)中樣品的吸附脫附曲線具有如下特征：總體上樣品的吸附曲線在壓力達(dá)到飽和蒸氣壓之前很陡，脫附曲線在中值壓力處很陡，表明研究區(qū)頁巖儲(chǔ)層具有納米級(jí)孔隙[4]。

通過氣體吸附法對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)的分析表明孔隙的類型主要是以兩端開口的圓筒形和平行板孔型為主，并含有少量的墨水瓶狀孔。

3 物性特征

3.1 孔隙度

研究區(qū)隆頁1井取心段測(cè)定巖石物性樣品，測(cè)得孔隙度分布在0.228%～5.87%之間，平均為4.25%；南頁1井取心段測(cè)定巖石物性樣品，測(cè)得的孔隙度介0.63%～5.313%，平均為3.25%。

3.2 滲透率

研究區(qū)隆頁1井的滲透率主要介于0.0045～1.16×10-3μm2，平均為0.28×10-3μm2；南頁1井的滲透率主要介于0.000592～0.18734×10-3μm2，平均為0.031×10-3μm2(表2)。

總體來說，研究區(qū)孔隙度分布大多2%以上，占總樣品的 90%。研究區(qū)整體滲透率較低，滲透率平均為 0.174×10-3μm2。由南頁1井的孔滲關(guān)系可以看出其孔隙度與滲透率的相關(guān)性較差，可能是由于孔隙不連通導(dǎo)致的；泥頁巖儲(chǔ)層整體呈特低孔特低滲的特點(diǎn)。

表1 研究區(qū)五峰-龍馬溪組物性統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論

(1)彭水地區(qū)五峰-龍馬溪組頁巖孔隙類型可分為有機(jī)質(zhì)孔(包括生物孔)、無機(jī)孔(粒間孔、溶蝕孔、晶間孔)。其中有機(jī)質(zhì)孔分布最為廣泛，且有機(jī)質(zhì)孔的孔隙特征與有機(jī)質(zhì)類型、含量以及成熟度有關(guān)，且有機(jī)質(zhì)成熟度與孔隙發(fā)育程度呈正相關(guān)。

(2) 研究區(qū)五峰-龍馬溪組泥頁巖儲(chǔ)層孔隙基本為小孔和微孔，其中小孔是研究區(qū)泥頁巖儲(chǔ)層的主要儲(chǔ)集空間，其次為微孔；根據(jù)物性數(shù)據(jù)得知，該區(qū)孔滲差，且相關(guān)性也很差，可能是由于孔隙不連通導(dǎo)致的。

(3) 彭水地區(qū)龍馬溪組頁巖孔隙形態(tài)復(fù)雜，研究區(qū)樣品的吸附脫附曲線表明研究區(qū)頁巖儲(chǔ)層具有納米級(jí)孔隙；通過氣體吸附法對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果表明：孔隙的類型主要是以兩端開口的圓筒形和平行板孔型為主，并含有少量的墨水瓶狀孔。