黔北上二疊統龍潭組泥頁巖含氣性及影響因素分析＊

鄧恩德

黔北上二疊統龍潭組泥頁巖含氣性及影響因素分析＊

鄧恩德

（貴州省煤層氣頁巖氣工程技術研究中心，貴州 貴陽 550081）

基于參數井巖心編錄資料，結合氣測錄井、泥頁巖現場含氣量解析、有機地球化學、X-射線衍射分析、等溫吸附等測試分析工作，對黔北金沙地區泥頁巖含氣特征及泥頁巖吸附能力影響因素進行分析。結果表明，氣測錄井顯示龍潭組泥頁巖具有良好的含氣性，泥頁巖現場解析總含氣量較高，介于0.82～2.52 m3/t，平均為 1.38 m3/t；泥頁巖吸附氣含量為1.50～3.28 m3/t，平均為2.16 m3/t，具有良好的吸附性能；龍潭組泥頁巖的吸附氣含量與TOC、黏土礦物、石英含量呈正相關關系，影響程度依次遞減，與有機質成熟度先呈正相關再轉為負相關。

黔北；龍潭組；頁巖氣；吸附性能

頁巖氣是一種自生自儲的非常規天然氣[1]。根據泥頁巖沉積特點，可以劃分為海相頁巖氣、陸相頁巖氣及海陸過渡相頁巖氣。目前，海相頁巖氣已經獲得重大突破，相繼在四川長寧-威遠、重慶涪陵、云南昭通等地實現工業開發[2]，陸相頁巖氣在鄂爾多斯盆地延長組獲得工業氣流[3]，海陸過渡相龍潭組頁巖氣進展相對緩慢，只開展了一些前期研究工作，暫未獲得重大突破。本文以黔北金沙地區海陸過渡相龍潭組為研究對象，基于實施的參數井資料，結合氣測錄井、現場解析、地化測試、X-射線衍射分析、等溫吸附等實驗結果，開展泥頁巖含氣特性研究，并分析其影響因素，以期深化對該地區海陸過渡相頁巖氣含氣特征的認識。

1 地質概況與采樣

研究區主要以發育北北東、北東向褶皺和斷裂為特征，自中二疊世以來，形成了一套海陸過渡相龍潭組地層[4]。巖性主要為泥頁巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖及煤層，縱向上可見泥頁巖、砂巖、煤層頻繁交替出現。由于野外露頭樣品遭受風化剝蝕嚴重，難以反映頁巖層系實際情況，需要結合參數井鉆井資料及鉆井巖心樣品進行研究工作。

本文基于金沙地區實施的龍潭組參數井JC1井相關鉆井資料，結合獲取的實驗數據開展龍潭組泥頁巖含氣性研究，并分析其影響因素。

2 泥頁巖含氣特性

2.1 氣測錄井

研究區實施的參數井JC1井龍潭組煤系地層厚度約 130 m，從氣測錄井分析結果可以看出，龍潭組層段煤層和砂泥巖氣測顯示出較大的差異，煤層氣測全烴值和甲烷值明顯高于砂泥巖，其中煤層的全烴值為2.85%～14.48%，平均為8.55%；甲烷值為1.05%～11.33%，平均為6.26%；砂泥巖氣測全烴值為0.17%～12.04%，平均為5.18%；氣測甲烷值為0.03%～10.06%，平均為3.08%。整體而言，龍潭組氣測顯示結果較好。

2.2 現場解析

現場解析是反映目的層系含氣性最直觀的方法，它通過模擬地層溫度條件來反映泥頁巖（砂巖）的含氣性特征。現場解析總含氣量包括三部分，即解吸氣、損失氣、殘余氣，解吸氣和殘余氣可以通過儀器測試直接獲取，損失氣需要通過USBM直線法和多項式曲線法進行線性回歸求得。

本次測試共取7個泥頁巖（含粉砂質泥巖）樣品進行現場解析實驗，經計算解吸氣含量加回推損失氣量以及實驗測得殘余氣量，得到總含量為0.82～2.52 m3/t，平均為 1.38 m3/t，整體含氣量較高。共取14個粉砂巖（含泥質粉砂巖）樣品進行現場解析實驗，經計算解吸氣含量加回推損失氣量以及實驗測得殘余氣量，得到總含量為0.32～1.45 m3/t，平均為0.81 m3/t，整體含氣量中等偏低。

2.3 等溫吸附

JC1井泥頁巖樣品等溫吸附曲線如圖1所示。等溫吸附實驗能夠反映泥頁巖的吸附性能，通過圖1可以看出，泥頁巖吸附氣含量為1.50～3.28 m3/t，平均為2.26 m3/t。整體上表現出具有良好的吸附性能。

3 泥頁巖含氣性影響因素

頁巖氣的含氣量主要包括吸附氣、游離氣。龍潭組礦物成分主要為黏土礦物和石英，黏土礦物含量高，其氣體賦存狀態主要為吸附氣。因此主要通過分析泥頁巖飽和吸附量的影響因素來分析龍潭組頁巖氣含氣性的影響因素，泥頁巖吸附性能的影響因素很多，主要包括有機碳含量（TOC）、有機質成熟度（Ro）、礦物成分等。

龍潭組有機碳含量（TOC）與吸附氣量關系如圖2所示。龍潭組泥頁巖TOC含量普遍較高，為0.56%～9.58%，平均為3.97%。TOC含量與頁巖飽和吸附氣含量之間呈良好的正相關關系，相關系數大，從圖2可以看出TOC含量越高，泥頁巖的飽和吸附量越大。有機碳含量是影響泥頁巖吸附能力最重要的一個因素。有機質成熟度（Ro）對頁巖的吸附能力同樣有著一定的影響，主要表現為吸附氣含量隨著Ro的增加先逐漸增加，到達一定值時再逐漸減小。

圖1 JC1井泥頁巖樣品等溫吸附曲線

圖2 龍潭組有機碳含量（TOC）與吸附氣量關系

龍潭組泥頁巖的礦物成分主要為黏土礦物、石英、少量的長石、方解石等，黏土礦物含量高。礦物成分對泥頁巖飽和吸附氣量有較大的影響。黏土礦物成分以伊/蒙間層礦物、伊利石為主，其次為綠泥石，含少量的高嶺石和蒙皂石，黏土礦物成分的差異性影響其吸附性能，不同成分吸附性能由高到低依次為：蒙皂石、伊/蒙混層、高嶺石、綠泥石、伊利石[5]。

通過研究證明，黏土礦物和石英礦物含量均與吸附氣含量呈良好的正相關關系，即黏土礦物含量越高其吸附性能越好，石英礦物越高其吸附性能亦越好，正相關系數黏土礦物大于石英，可以看出黏土礦物對吸附能力的影響要高于石英礦物。

4 結論

黔北上二疊統龍潭組氣測錄井顯示出良好的含氣性，氣測全烴值為0.17%～12.04%，平均為5.18%，氣測甲烷值為0.03%～10.06%，平均為3.08%；現場解析實驗結果顯示泥頁巖總含氣量較高，為0.82～2.52 m3/t，平均為1.38 m3/t，泥質粉砂巖總含氣量中等偏低，為0.32～1.45 m3/t，平均為0.81 m3/t；等溫吸附結果顯示泥頁巖具有良好的吸附性能，泥頁巖吸附含氣量為1.50～3.28 m3/t，平均為2.26 m3/t。龍潭組泥頁巖吸附性能的影響因素多樣，主要包括TOC、Ro、黏土礦物含量、石英含量等。有機碳含量是影響泥頁巖吸附性能最為重要的因素，有機碳含量與飽和吸附量呈正相關關系，相關系數大；有機質成熟度對飽和吸附氣含量表現為先增后減；黏土礦物和石英含量均與飽和吸附量呈正相關關系，但黏土礦物影響更大。

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

［2］馬永生，蔡勛育，趙培榮.中國頁巖氣勘探開發理論認識與實踐［J］.石油勘探與開發，2018，45（4）：561-574.

［3］王香增，范柏江，張麗霞，等.陸相頁巖氣的儲集空間特征及賦存過程——以鄂爾多斯盆地陜北斜坡構造帶延長探區延長組長7段為例［J］.石油與天然氣地質，2015（4）：651-658.

［4］貴州省地礦局.貴州省區域地質志［M］.北京：地質出版社，1987.

［5］黨偉，張金川，黃瀟，等.陸相頁巖含氣性主控地質因素——以遼河西部凹陷沙河街組三段為例［J］.石油學報，2015（12）：1516-1530.

P618.13

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.02.026

2095－6835（2020）02－0078－02

鄧恩德（1990—），男，湖南邵陽人，碩士研究生，工程師，研究方向為非常規油氣資源勘查及評價。

中國地質調查局資助項目（編號：12120114020201-05）

〔編輯：嚴麗琴〕