彭水地区五峰组-龙马溪组页岩气富集主控因素

曾凡武

（中石化华东油气分公司石油勘探开发研究院，江苏扬州 225007）

彭水地区五峰组-龙马溪组页岩气富集主控因素

曾凡武

（中石化华东油气分公司石油勘探开发研究院，江苏扬州 225007）

为快速确立页岩气勘探有利区，合理布设生产试验井。对PY1井五峰组-龙马溪组页岩样品进行含气性、有机地化、岩石物性、矿物组成实验分析，探讨彭水地区页岩气富集主控因素。实验研究认为彭水地区五峰组-龙马溪组页岩：层厚大、有机质丰度高、热演化程度适中，生气条件较好；有机质微孔隙多、上下盖层为致密的含泥质灰岩、灰岩且厚度大，储气能力较好；脆性矿物含量较高，深度在3000 m以浅，利于压裂造缝，产气前景较好。彭水地区页岩有机碳、微孔含量较高与页岩含气量呈正相关，是页岩气富集的主控因素。

页岩气；有机碳；微孔隙；富集；主控因素；彭水地区

0　引言

页岩气作为一种资源量巨大的非常规清洁能源，由于在北美地区大量商业开发，已经成为全世界能源勘探的热点[1-5]。四川盆地周缘下古生界富有机质页岩发育，已经成为我国页岩气勘探开发的前沿阵地。盆地周缘的威远、长宁、及焦石坝地区已经相继获得页岩气工业气流，反映出页岩气勘探的巨大潜力[6-9]。本文以处于四川盆地东南缘的彭水地区PY1井五峰组-龙马溪组页岩为例，在实验数据的基础上分析本地区页岩的生气能力、储气能力及后期压力改造的潜力；探讨页岩气富集的主控因素，为后期的页岩气勘探提供借鉴。

1　概况

彭水地区处于武陵褶皱带的彭水-德江褶皱带，处在“槽-档”过渡区，构造形态以NE向复向斜和复背斜相间分布为主（图1）。区内页岩主要发育在下寒武统水井沱组和上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组。其中上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组底部，发育厚层黑色页岩，富含笔石等生物，有机质丰度高，是页岩气勘探的主要目的层。位于桑柘坪向斜的PY HF-1井、PY 3HF井、PY 4HF井均获得约1.5×104m3/d稳定产气量，其中PY 3HF井最高产气量达到3.8×104m3/d，反映了彭水地区页岩气勘探的巨大潜力[10]。

2　页岩生气条件

2.1有机碳含量

页岩气是有机质在岩石沉积过程中经过漫长复杂的生物作用或热作用形成的以甲烷为主的可燃气体[11]。有机质是是页岩气生成的物质基础，页岩有机质含量越高，其生烃潜力越大[12-15]。有机碳含量（TOC）是反映页岩有机质丰度的指标。PY1井五峰组-龙马溪组页岩中，TOC大于1.0%的页岩层累计厚约94 m；优质黑色页岩TOC含量为1.12%～4.84%，厚度约为30m。PY1井五峰组-龙马溪组页岩含气量随TOC的增大而升高，呈很好的正相关性（图2）。实验数据表明，本井峰组-龙马溪组页岩含气量的高低主要受有机质含量的影响，有机质含量是本地区页岩气富集的主控因素。

图1　彭水地区地理位置及构造分布图Figure 1 Pengshui area geographic location and structures distribution

图2　 PY1井五峰组-龙马溪组页岩TOC含量与含气量关系Figure 2 Relationship between well PY1 Wufeng,Longmaxi formations shale TOC and shale gas content

2.2有机质成熟度

页岩气的生气特征与有机质成熟度（R0）密切相关。在热成因页岩储层中，TOC达到一定量后有机质的成熟度则成为页岩气源岩生烃潜力的重要预测指标。一般认为有烃源岩R0在1.75%～3.0%生烃生气能力较强[16-17]。PY1井五峰组-龙马溪组页岩R0为2.46%～3.09%，平均为2.73%。页岩含气量近似呈现出随R0先升高后降低的趋势，R0在2.6%附近出现含气量高峰（图3）。PY1井五峰组-龙马溪组页岩成熟度相近，成熟度与含气量存在一定的相关性，反映出本地区页岩有机质成熟度对页岩气含量有一定的影响。

图3　 PY1井五峰组-龙马溪组页岩RO与含气量关系Figure 3 Relationship between well PY1 Wufeng,Longmaxi formations shale Roand shale gas content

3　页岩储气条件

3.1微孔隙

页岩层既是页岩气的生气层也是储气层。页岩气大部分吸附在基质微孔表面，一部分游离在连接基质的微裂缝中，另外少量溶解在裂隙水里[18-19]。PY1井五峰组-龙马溪组页岩的有机质微孔较为发育，孔隙之间的连通性较好（图4）。10 nm以内的微孔含量为15%～80%，Langmuir体积VL为0.59～2.29 cm3/g，VL随着10 nm以内微孔的增多而增大（图5）。说明页岩微孔越多，吸附能力越强，储气条件越好。页岩有机质微孔对页岩气有着强大的吸附能力，对页岩气的储集有着重要的影响。

图4　 PY1井五峰组-龙马溪组页岩SEM图Figure 4 Well PY1 Wufeng,Longmaxi formations shale SEM images

图5　 PY1井五峰组-龙马溪组页岩高压等温吸附图Figure 5 Well PY1 Wufeng,Longmaxi formations shale isothermal adsorption under high pressure

3.2顶底板

PY1井五峰组-龙马溪组高含气段页岩顶板为25 m厚的灰色含泥质灰岩，底板为18 m厚的灰色瘤状灰岩（图6）。通过脉冲渗透率实验，发现顶底板脉冲渗透率K显著小于含气段页岩渗透率（表1）。含气页岩层上方的灰色含泥质灰岩及下方的灰色瘤状灰岩起到了很好的储层封盖作用。另外本地区高含气段页岩属于深水陆棚相沉积，沉积环境稳定，周边也没有大的断裂带。页岩层有机质逐渐形成的气体被束缚在一个相对密封的环境中，以吸附、游离、溶解的状态在页岩储层中达到了一个动态平衡。页岩层稳定的沉积环境、简单的构造以及顶底板的超低渗透率是页岩气储集的重要因素。

图6　 PY1井五峰组-龙马溪组含气段页岩柱状图Figure 6 Well PY1 Wufeng,Longmaxi formations gas-bearing sector shale column

表1　页岩层及顶底板渗透率数据表Table 1 Data sheet of permeability in shale and roof,floor

4　页岩压裂改造条件

一般认为，石英、长石、白云石是页岩中的易脆组分，当页岩中石英等脆性矿物含量多时，页岩脆性较强，容易在外力作用下形成天然裂缝和诱导裂缝。黏土矿物溶解易导致页岩产气的裂缝通道堵塞，易导致井壁坍塌，页岩中黏土矿物含量越高，越不利于储层改造[20-23]。PY1井五峰组-龙马溪组高含气段页岩矿物组成以石英、黏土矿物为主，还含有少量的长石、

白云石、方解石、黄铁矿和重晶石。PY1井页岩脆性矿物含量为50.7%～72%，平均为57.6%，黏土含量为18.3%～38.9%，平均含量为29.6%（图7）。PY1井五峰组-龙马溪组高含气段页岩黏土含量优于经验值，具备较好的压裂改造潜力。

图7　 PY1井五峰组-龙马溪组高含气段页岩矿物含量Figure 7 Well PY1 Wufeng,Longmaxi formations high gas-bearing sector shale mineral contents

5　结论

（1）彭水地区五峰组-龙马溪组页岩沉积环境稳定，构造简单，厚度大，有机质丰度高，有机质微孔发育，顶底板渗透率低是页岩气富集的主要因素。

（2）页岩含气量高，脆性矿物含量高是页岩气井稳产的主要因素。

（3）页岩含气量与TOC呈正相关，R0约为2.6%时页岩含气量最高。

（4）10 nm以内的微孔是页岩气吸附的主要空间。

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Main Controlling Factors of Shale Gas Enrichment in Pengshui Area Wufeng,Longmaxi Formations

Zeng Fanwu
(Petroleum Exploration and Exploitation Research Institute,East China Oil and Gas Branch,SINOPEC,Yangzhou,Jiangsu 225007)

To quick determine for shale gas exploration favorable areas,lay out production test wells reasonably have carried out well PY1 Wufeng,Longmaxi formations shale gas-bearing property,organic geochemical,rock physical property and mineral composition experimental analyses.There out discussed main controlling factors of shale gas enrichment in the Pengshui area.The result has consid⁃ered that the shale in Pengshui area Wufeng,Longmaxi formations have large thickness,high organic matter abundance,moderate ther⁃mal evolution degree and better gas generation conditions;abundant micropores in organic matter,thick overburden and underlying dense argillaceous limestone,limestone have better gas preservation capacity;high brittle mineral contents,depth above 3 000 m,con⁃ducive to fracturing,thus have better prospect of gas production.High organic carbon,micropore contents in Pengshui area shale posi⁃tively correlated to shale gas content are the main controlling factors of shale gas enrichment.

shale gas;organic carbon;micropore;enrichment;main controlling factor;Pengshui area

TE122.1

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2016.11.06

1674-1803(2016)11-0025-05

曾凡武（1988—），男，湖北随州人，助理工程师，主要从事页岩气、煤层气勘探开发方面的实验研究工作。

2016-05-30

责任编辑：宋博辇