涪陵页岩气田焦石坝区海相页岩气层特征研究

李湘涛 （中石化江汉石油工程有限公司技术装备处，湖北 潜江433124）

石文睿 （长江大学地球物理与石油资源学院，湖北 武汉430100）

郭美瑜 （香港中文大学，香港999077）

李鑫 （渤海钻探工程有限公司测井公司，天津300280）

赵红燕，陈曦，任元，石元会 （中石化江汉石油工程有限公司测录井公司，湖北潜江433123）

页岩气是一种新型非常规资源，富存于总机碳质量分数与有机质成熟度相对较高的泥页岩 （以下统称页岩）层中，具自生自储，孔隙度小，渗透率低等特征，常呈大面积连续分布，局部富集，无自然产能，需要通过水平钻井开采。目前，国内值得借鉴的页岩气勘探成功经验和测录井解释方法较少，未形成统一的解释模式与评价标准[1～26]。中石化先后在涪陵页岩气田焦石坝区块钻探了4口直井 （试验参数井JY1井和探井JY2井、JY3井、JY4井），均于下志留统龙马溪组下部 （S1lL）－上奥陶统五峰组（O3w）海相地层中发现了良好的页岩气层。截至2014年5月，涪陵页岩气田焦石坝区块共有27口水平井气井投产，页岩气年产能达到10×108m3，勘探开发前景广阔。因此，深入研究涪陵页岩气田焦石坝区块S1lL－O3w海相页岩气层特征意义深远。

1 地质概况

涪陵页岩气田包括重庆市南川、武隆、涪陵、丰都、长寿、垫江、忠县、梁平、万县共9区县，勘查面积约7310km2，是中石化首个国家级页岩气示范区。参数井JY1井和探井JY2井、JY3井、JY4井均位于川东褶皱带涪陵区块包鸾－焦石坝背斜带。涪陵页岩气田及中上扬子地区S1lL－O3w主要为深水陆棚相沉积，呈北东向展布，向北西方向逐渐过渡为浅水陆棚亚相－滨岸相，沉积水体从下到上逐渐变浅，发育富含有机质页岩层，地层厚度横向展布稳定。

涪陵页岩气田焦石坝区块现今构造为北东－南西走向，地表出露下三叠统嘉陵江组 （T1j），地层产状小于10°，构造变形弱，边缘被大耳山西、石门、吊水岩等断层夹持，页岩气保存条件良好。

2 页岩气层特征

2.1 岩性

S1lL－O3w页岩气层录井岩屑岩性主要为灰黑色粉砂质页岩、灰黑色页岩与炭质页岩。S1lL岩心以深灰色－黑色纹层状炭质页岩或粉砂质炭质页岩夹放射虫炭质页岩为主；O3w岩心以黑色含放射虫炭质页岩或粉砂质页岩为主，其顶部发育了一层厚约1m左右的凝灰岩。岩心观察可见灰黑色含炭质粉砂质页岩与泥质粉砂岩呈条带状或条纹状互层。薄片显示水平纹层发育，砂粒间为自生黏土胶结。岩石中常含顺层分布的笔石化石，为深水陆棚环境下季节性低密度浊流形成的产物 （图1）。

图1 JY1井主要岩性镜下特征

2.2 物性

JY1井S1lL－O3w页岩气层岩心物性分析显示 （图2），孔隙度为1.2%～8.0%，平均4.5%；渗透率为0.002～365.0mD，平均23.0mD；岩石密度为2.44～2.82g/cm3，平均2.58g/cm3。利用氩离子抛光扫描电镜观测可见，层内发育多种类型纳米级孔隙，孔喉半径多小于50nm （图3），主要分布在4～16nm范围内，对渗透率贡献较大的孔喉半径为6～25nm （图4）。

图2 JY1井页岩气层孔隙度 （a）、气层渗透率 （b）直方图

图3 JY1井2405.0m纳米级孔隙氩离子抛光扫描电镜照片

S1lL－O3w页岩气层常规测井显示，自然伽马为170～200API，电阻率为10～100Ω·m，具高自然伽马、低电阻率的特征；微电阻率扫描成像 （FMI）测井显示，高导缝主要发育在黏土矿物含量较高的页岩中，S1lL水平层理、波状层理发育，高导缝不发育。

2.3 地层压力

JY1井～JY4井综合录井地压检测显示，S1lL－O3w页岩气层段存在由烃生成与聚集所引起的异常压力，地层孔隙流体压力梯度为1.42～1.55MPa/100m，储层封闭性较好。异常压力过渡带为龙马溪组中部 （S1lm）的浊积砂层段，厚约30m，为非直接接触高压屏蔽过渡带，地层致密，可钻性差，钻时、电阻率、岩性密度较大，声波时差较小。浊积砂至气层顶部井段为直接接触高压过渡带，厚约12m，地层可钻性增强，钻时降低，电阻率、岩性密度减小，声波时差增大，地层孔隙度异常增大。

2.4 脆性

JY1井S1lL－O3w页岩气层岩心X－衍射录井显示 （图5）：黏土矿物质量分数为16.6%～62.8%、平均40.0%，以伊－蒙混层为主；脆性矿物质量分数为34.0%～80.0%、平 均56.0%，以石英为主，其含量随井深的增加而增高，利于压裂改造。

图4 JY1井页岩气层岩心孔喉半径与渗透率直方图

2.5 含气性

JY1井S1lL－O3w页岩气层中的炭质页岩，总有机碳质量分数为 0.6% ～5.9%，平 均2.5%；镜质体反射率为2.2%～3.1%、平均2.7%，有机质热演化程度适中，处于裂解气阶段；有机质类型均为Ⅰ类。吸附气量介于0.5～2.5m3/t，游离气量介于0.5～7.5m3/t，总含气量介于1.0～10.0m3/t。总有机碳含量、吸附气量、游离气量、总含气量由上至下呈明显增高趋势。

3 结论

1）涪陵页岩气田焦石坝区块海相地层S1lL－O3w主要岩性为炭质页岩，深水陆棚相沉积环境优越，总有机碳质量分数高，微孔隙相对发育，含气页岩厚度大，存在明显异常高压。

2）区内页岩气层脆性矿物含量与脆性指数高，适用于水平井多级分段压裂改造，并能形成较好的放射状裂缝网络，具有一定勘探开发潜力。

图5 JY1井S1lL－O3w页岩矿物分类柱状图

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