頁巖氣綜合評價分析
——以四川盆地川南地區為例

原梅香 杜文全

（中石化經緯有限公司 西南測控公司，四川 綿陽 621000）

1 中國頁巖氣發展

中國頁巖氣起步較晚，受北美頁巖氣成功勘探開發影響，從2002 年開始關注頁巖氣，僅用6 年時間就實現了年產100 億方，到2020 年已經實現3500m 以淺地層年產200億方的歷史性跨越。[1]四川盆地海相頁巖氣勘探開發取得重大突破，建設了四川長寧—威遠、昭通、重慶涪陵等國家級頁巖氣示范區，推動頁巖氣規模化開發。

川南頁巖氣開發區塊主要有威榮、榮昌-永川以及丁山區塊。主要的開發層系為海相深水陸棚相上奧陶統五峰組一下志留統龍馬溪組龍一段頁巖層段，優質頁巖厚度大，橫向分布穩定。龍馬溪組細分為龍一、龍二、龍三段，龍一段又分為三個亞段，進一步將五峰組-龍馬溪組一段細分出①-⑨號小層，油氣顯示主要集中在底部五峰組和龍一亞段，特別是底部①-⑤小層中。

2 綜合評價

根據相關研究成果及地質標準，結合目前實鉆情況，從沉積特征、生烴潛力、儲集性、含氣性、可壓裂性等幾個方面對頁巖氣進行評價。

2.1 頁巖沉積特征評價

頁巖巖石相分類是根據硅質（長石+石英）、碳酸鹽巖礦物（方解石+白云石）和黏土礦物作為三端元，劃分為硅質類、鈣質類、黏土類和混合頁巖4 類。川南五峰組-龍馬溪組頁巖主要分為6 個基本類型（其中硅質頁巖、筆石頁巖和頁巖合稱為頁巖巖石相）。然后根據碳質、脆性礦物及古生物（筆石）標志進一步定名（表1）。川南地區頁巖氣高產層主要富集于五峰組-龍馬溪組一段底部富碳（高碳）高脆頁巖相中，主要是①-⑤小層，⑥-⑨主要為中碳到含碳、高脆到中脆，總體上從上到下碳質含量、脆性礦物、筆石含量逐漸增加，黏土質減少。

表1 川南五峰組-龍馬溪組巖石相分類

2.2 頁巖生烴潛力評價

研究認為，較高的有機質豐度、較好的有機質類型和適當的熱演化程度是形成具有商業價值頁巖氣藏的必備條件。

2.2.1 有機質豐度

對高一過成熟頁巖應使用總有機碳含量（TOC）作為有效評價指標，同時結合富有機質頁巖厚度來評價，TOC＞ 1%有效厚度以30m、15-30m、＜15 m，對應有機碳含量≥4%、2-4%、＜2%評價為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類。川南地區五峰組-龍馬溪組一段含氣頁巖厚度大約80-100m，其中優質頁巖段主要分布在下部30-40m 范圍內，黑色頁巖有機碳含量值多在1.5-3%之間，在榮昌-永川探區為1-8%，威遠-榮縣探區為3.5-6.5%，總體含量較高。具備形成商業油氣聚集的有效氣源巖的有機碳含量和儲層厚度條件。

2.2.2 有機質類型

采用干酪根類型指數TI 計算公式進行劃分，Ⅰ、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ干酪根值域、生油氣類型、有機質分類分別對應TI＞80（生油，腐泥型）、40-80（生油、氣，混合型）、0-40（生油、氣，混合型）、＜0（煤、氣，腐植型）。其中Ⅰ、Ⅱ型是頁巖生氣的主要類型。川南地區志留系為海相沉積，生物組合主要為低等水生動物和菌藻植物，有機質類型主要由動物、低等水生浮游生物和藻類等，干酪根主要為腐泥型，威遠地區、永川地區主要為Ⅰ型干酪根，少量Ⅱ1型。

2.2.3 有機質成熟度

判別頁巖有機質成熟度的技術最為基礎、能夠成為共識的是鏡質體反射率（R。），R。（%）以0.6、1.0、1.3、3 劃分為未成熟、成熟、高成熟和過成熟，0.6-1.3%為成油階段，過成熟又分為早、中、晚期，早期（1.3-2.0）成凝析油-濕氣，中（2.0-3.0）、晚期（＞3.0）主要為干氣。區域上，大川南地區龍馬溪組頁巖有機質R。一般在1.5-3.3%之間，均達到了成熟-過成熟階段。榮昌-永川探區為2.5-3%，威遠-榮縣探區為2-3%，有機質演化程度適中。

2.3 頁巖儲集性評價

頁巖儲層主要為微納米孔隙結構特征，有機質孔隙和黏土礦物層間微孔隙為頁巖基質孔隙的主要貢獻者。威遠、永川地區龍馬溪組頁巖儲集空間類型豐富，基質孔隙發育，見有機質孔、粘土礦物晶間孔、黃鐵礦晶間孔、粒間孔等，亦見較多微裂縫。縱向自上而下，有機質孔逐漸增加，粘土礦物孔逐漸降低。（孔隙度評價標準見表2）川南地區五峰組-龍馬溪組龍一段孔隙度為2.31-5.44%，平均3.9%，威遠地區為2.73-8.75%，總體分布于2-5%的范圍，自上而下孔隙度變高。頁巖滲透率相差甚大，可達幾個數量級的差異，椐北美地區頁巖氣開發經驗，認為基質滲透率大于10-9um2時頁巖氣藏具有經濟可采價值。

表2 龍馬溪組頁巖氣儲層綜合評價參數表

2.4 含氣性評價

針對海相頁巖氣，含氣量＞2m3/t，含水飽和度＜40%，地層壓力常壓-超壓為頁巖儲層有利區段。威遠、永川龍馬溪組一段-五峰組總共可以劃分為3 類，①-③號小層含氣量兩探區評價為I 類，④號小層以上為Ⅱ類，自上而下含氣量逐漸增加。

2.5 頁巖可壓裂性評價

影響頁巖可壓裂性因素主要有礦物組分、天然裂縫、地應力、構造形態、埋深、溫度及壓力等。[2]綜合認為頁巖中脆性礦物如石英、長石、碳酸鹽等礦物的含量越高，頁巖的脆性越強，在壓裂過程中更易形成裂縫；各種構造弱面發育，頁巖儲層的可壓裂性較好；地應力大小和方向也是壓裂方案設計的重要參考依據，根據以上分析建立綜合評價參數（表2）。

以四川盆地五峰組-龍馬溪組頁巖層系為代表的涪陵、長寧、威遠、昭通等頁巖儲層普遍具埋深適中（4500m以淺）、巖石脆性大、構造變形弱、層理縫發育、應力環境適中等特點。優質頁巖礦物組成整體上表現出中-高脆性礦物、中-低粘土礦物特征。威遠為中硅較高碳酸鹽低粘土，永川為高硅中粘土。

3 結論

頁巖有別于常規儲層，其既是烴源巖，也是儲集層，是集生、儲、蓋、運、聚于一體的地質體。川南地區頁巖氣有如下特征：頁巖氣高產富集于底部頁巖中、沉積亞相為深水陸棚亞相，干酪根類型為Ⅰ型、少量Ⅱ1型，有機質達到成熟-過成熟階段，總體為高碳-富碳特征，生烴潛力大。從上到下具有明顯特征，顏色變深，有機質含量、硅質含量逐漸增加、孔隙度變高、古生物化石逐漸增加，粘土礦物逐漸減少，含氣性變好。研究建立川南頁巖沉積特征、生烴潛力、儲集性、含氣性以及可壓裂性綜合評價指標，為實際生產提供劃分依據。目前川南海相頁巖氣3500m 以淺地層已經形成規模開發，以深地層也已經取得了重大突破，已逐步在川南地區建成萬億立方米儲量、千億立方米產量的頁巖氣大氣區。