四川盆地F气田页岩气层高产地质要素分析

林婉 李昂 石文睿 任元 赵红燕

摘 要：根据四川盆地F气田下志留统龙马溪组—上奥陶统五峰组岩心实验和测录井资料研究发现，富有机质页岩区内分布稳定，与美国Barnett、Marcellus页岩具有相似的地质特征；页岩气层每百米水平段平均无阻流量在5.0×104 m3/d以上，气层高产主要受厚度、有机质丰度、储层物性、含气量、气测烃含量、地层异常高压等地质因素控制。气层自身内在地质条件为其高产奠定了良好的物质基础，为今后国内页岩气勘探作业者在四川盆地及中上扬子地区寻找类似气藏提供了有益参考。

关键词：四川盆地 F气田 龙马溪组下部—五峰组 高产要素

中图分类号：TE122.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（c）-0241-02

近年来，国内加大了对页岩气的勘探开发力度，特别是针对四川盆地及周缘地区志留系龙马溪组沉积相、储集层保存条件、页岩气富集、高产因素等方面开展了大量研究[1-4]。2012年在参数井F1井侧钻水平段龙马溪组试气获得20.0×104 m3/d无阻流量，日稳产6.0×104 m3/d，随后在该工区连续钻探探井F2、F3、F4井和多口水平井评价井，试气均获高产工业气流，从而发现并开发了F页岩气田。

1 地质概况

F页岩气田构造位置位于四川盆地川东南高陡褶皱带，构造呈北东向展布。地区发育上三叠统嘉陵江组——上奥陶统五峰组，缺失泥盆系地层，局部地区缺失石炭系。下志留统龙马溪组——上奥陶统五峰组地层下部含气页岩段岩性以含碳质、硅质、粉砂质页岩为主，是F页岩气田开发的目的层段，岩性稳定。

2 高产要素分析

页岩气富集是气井高产的基础，但天然气在页岩中形成富集，需要沉积环境和页岩发育多种特定条件。世界上没有两套完全相同的页岩，各公司都有独特的页岩气评价指标和体系，评价方法种类繁多[5]。科罗拉多大学教授Curtis认为，有机质丰度、成熟度及页岩层的厚度、原始含气量、渗透率、孔隙压力、脆度、矿物成分等8个因素控制了页岩气的产能[6]。该文结合页岩气藏形成的主控因素，对比北美地区页岩气田储层特征，分析了构成F页岩气田气层矿物脆性、厚度、有机质丰度、物性以及地层压力要素特征。另外，开采方式（如直井、水平井）及水平段长度对产能也有影响。页岩气层是否具备高产能力，将以F1井及北美地区储层特征为例进行探讨（见图1、表1）。

2.1 页岩厚度、埋深与气层水平段穿越

页岩层必须达到一定的厚度（不低于15 m）、具有连续分布面积并提供足够的气源和储集空间，才能成为有效的烃源岩层和储集层。页岩储层越厚，对页岩气高产越有利。美国页岩气盆地有关资料表明页岩连续厚度一般在91.5～183.0 m之间。其页岩气盆地储层的埋藏深度范围则比较广泛，埋深从最浅76 m到最深2439 m，主要介于762～1372 m之间，页岩层的厚度和埋深是控制页岩气成藏的关键因素[6-7]。

F页岩气田F1、F2、F3、F4井录井、取心、测井等资料可确定龙马溪组下部—五峰组页岩层段连续厚度在89.0 m，102.0 m，无明显夹层。其中，F1井2326.5 m，2415.5 m连续厚度为89.0 m，F2井2477.0 m，2575.0 m厚98.0 m，F3井2316.5m，2418.5 m厚102.0 m，F4井2511.5～2595.0 m厚83.5 m，简称“89 m段”；主力气层分别为38.0 m、40.4 m、44.0 m、39.5 m，且横向分布较为稳定，此主力气层段简称为“38 m段”。

页岩气井水平段穿越主力气层“38 m段”能获得好产量，水平段长度也能直接影响单井产能，且单井初期无阻流量AOFg（104 m3/d）与水平段长度L（hm）呈现正相关，AOFg=3.2e0.5L。页岩气井气层水平段穿越长度越大，气井产能也就越高。

2.2 有机质丰度

总有机碳含量（TOC）是有机质丰度评价的重要指标，也是衡量烃源岩的生烃强度和生烃量的重要参数。高有机碳含量代表烃源岩具有更高的生烃潜力、对页岩气有更好的吸附能力，这意味着有机质丰度高的地区页岩气的产量更高。

一般认为，TOC在0.5%以上就是有潜力的源岩。F1井龙马溪组下部—五峰组取心段173块岩心实验显示，TOC最小0.5%、最大5.9%、平均2.6%，且自上而下有机碳含量逐渐增加。其中，下部2377.5～2415.5 m井“38 m段”TOC介于1.0%～5.9%之间、平均3.5%，是很好的烃源岩，易形成页岩气富集。

2.3 矿物脆性

页岩中石英、长石、方解石、白云石等脆性矿物含量越高，岩石在人工压裂外力作用下越易形成网状结构缝或复杂裂缝，大量携带支撑剂及酸的压裂液进入页岩气层，有利于天然气渗流，有利于气井高产。美国的Barnet页岩石英、长石和黄铁矿含量为20%～80%。

对比Barnet页岩，F页岩气田“89 m段”页岩压裂易形成网状结构缝或复杂裂缝，可促使气井气量高产。其含气页岩岩性以灰色、灰黑色含碳质、硅质、粉砂质页岩为主，页岩87块全岩X衍射和粘土X衍射实验表明，页岩中脆性矿物包括石英、钾长石、斜长石以及碳酸盐岩矿物，自下而上呈现逐渐减小趋势，总量介于33.9%～80.3%之间，平均为56.5%。“38 m段”无明显夹层，代表岩性为灰黑色硅（碳）质页岩，其间夹黄铁矿条带，多含笔石。

2.4 储层物性

F页岩气田区龙马溪组—五峰组含气页岩段储集性能较好，孔隙类型包括无机孔、有机质孔、页理缝以及构造缝等类型，受有机质丰度的影响有机质孔隙自上而下逐渐趋于发育。F1井取心段测得孔隙度1.2%～8.0%，平均为4.6%。其中，下部“38 m段”富有机质主力气层段孔隙度2.8%～7.1%，平均为4.8%，纵向上孔隙度和渗透率均呈现“1段”“3段”高“2段”低的特征，综合分析认为，“1段”“3段”为Ⅱ类储层，“2段”为Ⅲ类储层。

F2、F3、F4井对应F1井“1段”储层测录井解释孔隙度为4.2%～5.7%，渗透率平均0.12 mD，横向较稳定，富含有机质，物性最优。对比北美地区Barnett、Marcellus页岩，F页岩气田“89 m段”页岩及“38 m段”页岩核心气层渗透率具有明显优势，孔隙度与Barnett页岩接近。

F1井“89 m”段富有机质暗色页岩段氩离子抛光扫描电镜及普通扫描电镜观察结果显示纳米级微裂缝、裂缝群极其发育（图2）。美国的阿巴拉契亚盆地产气量高的井，气层内部都处在裂缝发育带内，而裂缝不发育区块的井产量低或根本不产气。F页岩气田气层微裂缝发育，为气井高产创造了优质的孔隙、微裂缝储层物性条件。

2.5 含气量

页岩含气量是指每吨岩石中所含天然气折算到标准温度和压力条件下（101.325 kPa，25 ℃）的天然气总量，包括游离气、吸附气、溶解气等。富有机质泥页岩含气性受多种因素影响，包括地层压力、温度、矿物类型、物性、湿度等。

F1井“89 m段”取心段现场测试含气量0.47～5.19 m3/t，主要以损失气与解吸气为主，残余气含量低，其中下部“38 m段”富有机质主力页岩气层段含气量较高0.89～5.19 m3/t，平均值2.99 m3/t；吸附气量介于0.74～2.83m3/t，游离气量介于0.53～3.40 m3/t，总含气量介于1.27～6.19 m3/t，总体上自上而下含气量逐渐呈增加趋势。气样分析显示，天然气成分主要为甲烷，含量达到98.0%以上，体积系数小，接近0.003 rm3/sm3，也就是说气体到达地面后膨胀300多倍。这些为气层高产奠定了良好的物质基础。

3 结论

（1）F页岩气田海相页岩气层高产地质要素为页岩连续厚度、脆性矿物、TOC、Ro及储层物性、吸附气与游离气含量，气井高产除与气藏地质要素内因相关外，还与气井穿越气层水平段长度、压裂方式及总压裂液量等外在因素相关。

（2）F页岩气田勘探突破和商业化开发为国内在四川盆地及中、上扬子地区寻找类似页岩气富集区块提供了良好借鉴。

参考文献

[1] 张春明，张维生，郭英海.川东南——黔北地区龙马溪组沉积环境及对烃源岩的影响[J].地学前缘，2012，19（1）：136-145.

[2] 马文辛，刘树根，黄文明，等.鄂西渝东志留系储层特征及非常规气勘探前景[J].西南石油大学学报：自然科学版，2012，34（6）：27-37.

[3] 梁超，姜在兴，杨镱婷，等.四川盆地五峰组——龙马溪组页岩岩相及储集空间特征[J].石油勘探与开发，2012，39（6）：691-698.

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[5] 张晓伟，刘人和.层次分析法在油页岩选区评价中的应用[J].中国石油勘探，2011，16（2）：82-86.

[6] 陈桂华，祝彦贺，徐强.页岩气成藏的四性特征及对下扬子地区页岩气勘探的启示[J].中国石油勘探，2011，16（2）：63-69.

[7] 赵文智，邹才能，宋岩，等.石油地质理论与方法进展[M].北京：石油工业出版社，1996：132-134.