川西南威遠地區五峰—龍馬溪組頁巖儲層特征及甜點分布規律研究

胡 凱

(中石油長城鉆探地質研究院,遼寧 盤錦 124010)

四川威遠國家頁巖氣示范區位于四川盆地西南部,構造上處于川西南古中斜坡低褶帶,目的層五峰—龍馬溪組地層自西北向東南傾斜,五峰組自下而上分為五一段和五二段,龍馬溪組分為龍一段和龍二段,龍一段細分為龍一1和龍一2亞段,龍一1亞段分為4個小層:龍一11、龍一12、龍一13和龍一41。該示范區于2009年鉆探我國第一口頁巖氣評價井——威X1井,并在目的層獲測試產量0.26×104m3/d,實現頁巖氣勘探重大突破。發現威遠頁巖氣田,為實現示范區地質-工程一體化高效勘探開發[1],有必要開展儲層特征[2-3]及其甜點分布規律研究,進而為地質甜點和工程甜點的選定提供依據。

目前,對頁巖氣儲層特征及其甜點預測方面的研究較少,許多研究僅局限于實驗室內部微觀尺度儲層特征研究,而對于宏觀尺度的研究較少。針對這一問題,該研究利用已完鉆評價井測井、巖心分析、地震等資料對目的層的礦物組分及巖相特征、地球化學特征、儲層物性及孔隙結構特征、地層壓力特征、含氣性特征、地質力學特征及甜點分布規律等進行研究,明確了地質-工程甜點,刻畫了頁巖甜點縱向和平面分布特征,進而為優化井位部署、鉆井壓裂地質設計奠定基礎。

1 川西南威遠地區頁巖儲層特征

1.1 礦物組分及巖相特征

之前的研究成果[4-12]表明頁巖中脆性礦物含量與儲層的物性、含氣性、可壓裂性、巖石力學特性等有著直接關系,因而要進行儲層特征研究,首先要研究礦物組分特征,尤其是脆性礦物含量和黏土含量。

全巖分析結果表明,頁巖礦物組成成分復雜,主要造巖礦物有石英、長石、方解石、白云石、黏土等,如表1所示,縱向上總體呈現出黏土含量減小,脆性礦物含量增加的特征,并且龍一11小層中下部脆性礦物含量約為80%,脆性最好。

表1 全巖分析結果Table 1 Whole rock analysis results

在儲層礦物含量評價的基礎上,依據硅質含量、碳酸鹽巖含量、黏土含量的不同,將頁巖劃分為5種巖相,劃分標準如表2所示。利用該標準進行單井相劃分,如圖1所示,縱向上,龍一1亞段硅質頁巖比例自上而下逐漸增大,龍一11小層中下部巖相主要為硅質頁巖,而硅質頁巖物性、烴源巖特性、電性、含氣性、脆性最佳,儲層品質最優,因而優勢巖相主要分布在龍一11小層中下部。

表2 頁巖巖相劃分標準Table 2 Standard for lithofacies division of shale

圖1 威X7井巖相劃分綜合圖Fig.1 Lithofacies division result of Wei X7 well

1.2 地球化學特征

有機碳含量、有機質類型及其特性[13-14]是頁巖氣聚集成藏重要的控制因素之一,是評價頁巖儲層生烴能力的重要指標,只有達到一定門限值時,才能形成有工業價值的頁巖氣藏。

1.2.1 有機質類型及其成熟度

有機質類型影響烴源巖生烴量及干酪根吸附能力。可利用巖心進行有機質類型檢測,如表3所示。實驗結果表明,有機質類型為I或II1型,滿足大規模生烴的條件。

表3 威X7井全巖顯微組分測定結果Table 3 Maceral result of Wei X7 well

有機質成熟度是評價頁巖有機質熱演化程度的重要指標。威X7井成熟度測試分析結果表明:鏡質體反射率Ro為2.76%～2.82%,平均2.79%,其全巖筆石體反射率測定結果如表4所示,表明烴源巖已達到主生氣階段,達到過成熟階段,以產干氣為主。

表4 威X7井全巖筆石體反射率測定結果Table 4 Roresult of graptolite

1.2.2 有機碳特征

威X2,威X7及自X3這3口井巖心分析TOC結果如圖2所示。可以看出,龍一1亞段有機碳平面上各井可對比性好,縱向上總體自上向下逐漸增加,龍一14上部TOC基本小于2%,龍一11中下部最大,TOC為4%～8%,龍一14中下部TOC比龍一13和龍一12值高,五峰組TOC主要分布在0%～4%。

圖2 威X2,威X7和自X3井有機碳含量圖Fig.2 TOCprofile of Wei X2,Wei X7 and Zi X3

1.3 儲層物性及孔隙結構特征

1.3.1 儲集空間類型及孔隙結構特征

威遠地區五峰組—龍馬溪組頁巖儲集空間類型復雜多樣,按其成因主要可分為4種孔隙類型:有機質孔、粒間孔、晶間孔及晶內溶孔,如圖3所示。

圖3 威遠地區掃描電鏡圖Fig.3 SEMof Weiyuan area

氮氣吸附法在表征孔隙結構時既能反映微觀結構又能體現總體特征。威X7井分析化驗結果表明,龍一11、龍一13和龍一14小層中下部孔體積和比表面積較大,如表5所示,表明儲層孔隙結構特征與有機質發育程度緊密相關[15]。

表5 威X7井氮氣吸附實驗結果Table 5 Nitrogen adsorption experimental results of Wei X7 Well

1.3.2 孔隙度特征

巖心分析孔隙度如表6所示,結果表明:縱向上龍一11小層孔隙度最大,之后依次為龍一13、龍一14、龍一12和五峰組,并且小層內孔隙度變化較大,表明儲層在縱向上和平面上非均質性較強。

表6 威遠地區頁巖巖心分析孔隙度Table 6 Core analysis porosity of Weiyuan area

1.3.3 滲透率特征

巖心分析基質滲透率如表7所示,結果表明:縱向上龍一11小層滲透性最好,之后依次為龍一13、龍一12、龍一14、五峰組,并且不同井滲透率分布范圍變化較大,表明儲層在縱向上和平面上非均質性較強,如圖4所示。

表7 威遠地區頁巖巖心分析基質滲透率Table 7 Core analysis per meability of Weiyuan area

圖4 威X2井龍馬溪組基質滲透率縱向分布圖Fig.4 Longitudinal matrix per meability distribution of Wei X2 well

1.4 地層壓力特征

壓力系數見表8,測試結果表明:壓力系數為1.40～1.99,并且壓力系數與埋深有較好的相關性,埋深越深,壓力系數越大,壓力系數大于1.2,為超壓地層,表明頁巖氣藏保存條件較好。

表8 威遠地區頁巖壓力系數Table 8 Pressure coefficient of Weiyuan area

1.5 含氣性特征

取心井解析法[16-17]實測含氣量見表9,結果表明:五峰-龍一1 亞段含氣量均大于2.0 m3/t,縱向上龍一11含氣量最高,之后依次為龍一12、龍一13、龍一41,五峰組含氣性最差。

表9 威遠地區巖心井實測含氣量表Table 9 Core gas content of Weiyuan area

1.6 地質力學特征

頁巖儲層的壓裂改造對頁巖氣的經濟開發至關重要,而儲層的巖石力學和地應力特性是影響壓裂改造效果的重要參數。

1.6.1 巖石力學特征

巖石力學[16-17]實驗和單井評價結果表明:目的層具有楊氏模量較高、泊松比較低的特征,并且龍一11小層中下部楊氏模量較大,泊松比最低,脆性指數最高,為儲層壓裂改造的工程甜點[18-19],如圖5所示。

圖5 威X7井巖石力學成果圖Fig.5 Geomechanics result of Wei X7 well

1.6.2 地應力特征

室內應力實驗表明,目的層為正斷層應力狀態,即δV＞δH＞δh。自X1井區的水平應力差異系數明顯低于威X2井區和威X4井區,指示地應力場較為簡單,儲層均質性相對較好,更加有助于形成體積縫網。威遠頁巖氣田典型井地應力參數統計情況見表10。

表10 威遠頁巖氣田典型井地應力參數統計表Table 10 Geomechanical parameter of typical well in Weiyuan area

2 頁巖儲層甜點分布規律

2.1 縱向甜點分布特征

在儲層特征研究的基礎上,依據威遠頁巖氣“甜點”劃分標準(如表11)所示,對目的層段進行綜合評價,結果表明,龍一11小層有機碳含量為4.9%,孔隙度為5.3%,含氣量為6.5 m3/t,脆性礦物含量為77.4%,為Ⅰ類儲層,其他層為Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ類儲層。龍一11小層具有儲層物性好、優勢巖相、有機碳含量高、含氣量高、脆性指數高[19]的特征,為縱向上的地質-工程“甜點”,如圖6所示。

表11 威遠頁巖氣田甜點劃分標準Table 11 Dessert classification standard of Weiyuan area

圖6 威X7井“甜點”評價綜合圖Fig.6 Sweet spot evaluation of Wei X7 well

2.2 平面甜點分布特征

目前,地震反演是刻畫頁巖氣平面甜點分布特征的主要技術手段,并且應用效果較好。該研究基于疊前道集資料,采用疊前同時反演方法對目的層的有機碳含量、孔隙度、含氣量等參數進行預測,同時依據威遠地區頁巖氣“甜點”劃分標準,對地震反演預測的各種儲層參數進行歸一化處理和模糊優化分析,形成綜合評價參數,利用該參數對“甜點”區平面分布特征進行評價[20-25]。綜合評價指數≥1為Ⅰ類甜點區,0.9≤綜合評價參數＜1為Ⅱ類甜點區,0.7≤綜合評價參數＜0.9為Ⅲ類甜點區,綜合評價參數＜0.7為Ⅳ類甜點區,如圖7所示。預測結果表明,平面上甜點區主要分布在研究區的東部,整體上由東向西具有由Ⅰ類甜點逐漸過渡為Ⅳ類甜點的特征,南部甜點級別好于北部,工區東南區域甜于西北區域。

圖7 工區甜點分布平面圖Fig.7 Plan of dessert distribution in work area

3 結論

1)儲層特征研究結果表明,五峰-龍馬溪組頁巖儲層的優勢巖相為硅質頁巖,縱向上主要分布在龍一11小層;有機質類型為Ⅰ或Ⅱ1型,烴源巖已達到過成熟階段,有機碳含量整體上自上而下逐漸增加,其中龍一11小層最高;儲集空間主要類型分為有機質孔、粒間孔、晶間孔及晶內溶孔,物性特征龍一11小層優于龍一12、龍一13、龍一14;地層壓力系數大于1.2,為超壓地層;縱向上龍一11含氣量最高,龍一14下部次之,之后依次為龍一13、龍一12、龍一14上部;龍一11小層楊氏模量較高,泊松比較低,為儲層壓裂改造的工程甜點。

2)頁巖儲層七性關系綜合評價結果表明龍一11小層為縱向上的地質-工程甜點。

3)平面上甜點區主要分布在研究區的東部,整體上由東向西具有由Ⅰ類甜點逐漸過渡為Ⅳ類甜點的特征,南部甜點級別好于北部,工區東南區域甜于西北區域。