黔北地区页岩储层研究现状＊

李才平，黄宇琪，袁正明，段再容，曾小凤

黔北地区页岩储层研究现状＊

李才平，黄宇琪，袁正明，段再容，曾小凤

（六盘水师范学院矿业与土木工程学院，贵州 六盘水 553000）

黔北地区是中国页岩气资源勘探重要的有利目标区，现阶段，人们对于黔北地区页岩储层的研究取得了一定进展。为探究黔北地区页岩储层特征，重点研究了黔北地区下寒武统牛蹄塘组和下志留统龙马溪组页岩层系，系统梳理了页岩储层研究方法及黔北地区两套潜质页岩层次储层特征，并为黔北地区页岩储层中存在的问题提出建议。

页岩储层；黔北；页岩气；储层研究

1 引言

页岩气指在泥页岩中以吸附或游离状态的形式存在的天然气[1]。北美地区对页岩气的勘探开发及利用最为成熟。21世纪初，世界各国受美国“页岩气革命”的影响，也加强了对本国页岩气资源的研究开发。中国页岩气资源十分丰富，美国能源信息署（EIA）2011年研究报告显示，中国页岩气可采资源量约为31.6万亿立方米，位居世界第一。页岩气作为天然气的一种，是“绿色能源”的重要资源种类，在中国能源结构中占据重要位置，在中国未来的经济社会发展中起着重大作用。页岩气是一种非常规天然气资源，页岩层系具有“生气”和“储气”的双重功能，但页岩具有低孔隙度和低渗透率的基本性质，这样的性质为天然气在其中的赋存和运移造成了困难，对其储层性质研究也很困难。目前，随着贵州正安地区页岩气资源勘探实现局部突破，对于页岩储集性质及开采难度评价的重要性逐渐凸显，在落实页岩气资源分布和资源丰度的基础上，进一步开展储集条件研究和储层评价对于实现页岩气资源商业化开发具有重要意义。

2 地质概况

黔北地区在地理和行政区划上主要指遵义及毕节金沙地区。处于上扬子地块南缘，北部紧邻四川盆地，该地区的地形构造特征主要受喜山期喜马拉雅造山运动和印度洋板块的俯冲所影响，表现为强烈的压性构造特征，形成背斜带平缓宽阔和向斜陡峭狭窄的隔槽式褶皱形变带[2]。区内基底主要为中、新元古代地层，早古生代海相沉积地层发育较好，在区内广泛发育，主要发育寒武系、奥陶系、志留系及二叠系地层，泥盆系、石炭系地层缺失。目前已经揭示的黔北地区主力潜质页岩层系为下寒武统牛蹄塘组和下志留统龙马溪组。下寒武统牛蹄塘组岩性以泥岩、炭质泥岩、硅质页岩及粉砂质页岩为主，埋深多介于0～3 500 m，最大埋深达到8 000 m以上，平均厚度约为60 m，长石、黄铁矿、石英等矿物含量丰富，硅质矿物含量多大于60%，具有良好的脆性，微裂缝较发育，有利于开采压裂。下志留统龙马溪组岩层岩性以含粉砂炭质泥岩、炭质页岩，粉砂质泥岩、页岩为主，埋深多介于0～2 000 m，最大埋深超过8 000 m，厚度15～60 m，石英、长石、碳酸盐岩矿物等脆性矿物含量大于50%，岩石脆性较好，裂缝发育，有利于水力压裂改造。

3 成藏条件

黔北地区下寒武统牛蹄塘组及下志留统龙马溪组页岩均为海相沉积地层，化石丰富，具有较好的页岩气成藏条件。牛蹄塘组页岩层系（总有机碳含量）约1.7%～9.6%，大多为高碳（3.0%～4.0%）页岩至富碳（＞4.0%）页岩，有机质类型主要为Ⅰ型，（镜质体反射率）值约为2.0%～3.5%，表明页岩中有机质达到过成熟阶段，钻井揭示牛蹄塘组含气量最高能达到2.5 m3/t，但其含气量受保存条件影响很大，埋深较浅或构造较为复杂地区含气量常小于0.5 m3/t。下志留统龙马溪组页岩层系为0.5%～6%，其中上段有机质丰度较小，多小于1.0%，底部有机质丰度大，基本均大于2.0%，有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ1为主，主体为2.0%～3.5%之间，有机质处于高成熟-过成熟阶段，含气条件较好，常见含气量大于2.0 m3/t，最大含气量达到4.0 m3/t以上，且高含气量基本均出现于龙马溪组底部，与有机质丰度呈较好的相关关系。

4 储层研究进展

4.1 页岩储层特征研究方法

常规砂岩储层研究通常采用岩石学、测井、试井三种方法[3]。页岩与砂岩虽同属于碎屑岩类，但其储层特征与常规砂岩储层有所不同。差异性主要体现在孔渗性、吸附能力、孔隙结构等方面。页岩储层具有低孔隙度和低渗透率的特征，页岩与砂岩相比，比表面积更大，气体吸附能力更强，并且页岩的孔隙结构比砂岩更加复杂。这样的特点导致多数常规砂岩储层的研究方法并不适用于对页岩储层的研究，针对页岩储层特点，氮气吸附实验、扫描电子显微镜观察实验、高压压汞实验、稳态法孔渗测定实验等一系列实验方法逐渐在页岩储层中被应用。

氮气吸附实验：该方法是在单分子层吸附理论的基础上开发推广的，运用氮气作为吸附质测定孔径和比表面积。氮气吸附法能用于对页岩储层孔径较小的微孔的研究，该仪器对孔径表征范围为0.35～400 nm，适用范围相对较小，但这一孔径范围恰是页岩储集空间中十分重要的组成部分，因此，该方法近年来在页岩储层研究中被广泛应用。

高压压汞实验：常规压汞实验无法突破页岩孔隙毛管压力，不适用于页岩储层研究[4]。高压压汞实验原理是运用高压压汞仪将岩心内空气抽出使其处于真空状态，保持干燥，注入水银，水银侵入的孔径是所加压力的函数，可以得出毛细压力和岩石含汞饱和度曲线。孔径测量范围0.003～1 000 μm，运用此法可以得到孔隙微观结构特征和孔体积。该法缺点是样品无法回收，操作需谨慎防止汞中毒。

场发射扫描电子显微镜（SEM）技术：该技术是利用电子束扫描样品表面从而产生各种物理信息，收集这些信息后转化成图像，最终通过这些图像数据可以很好观察到页岩储层形貌特征。最新的场发射扫描电镜技术分辨率可达 0.1 nm，可较好观察页岩孔隙，但该技术会对细小岩样造成破坏。

透射电子显微镜（TEM）技术：与SEM扫描样品表面特征不同，该技术使用透射电子穿透样品，从而得到样品的内部结构、应力状态信息、形态。TEM的分辨率可达0.2 nm，可较好观察页岩孔隙的特征。但TEM样品厚度需达到10～100 nm，需使用配套的高精度制样设备，制样难度较大，且一些结构疏松、易碎样品无法制成符合要求的样品，从而无法使用该技术进行科学研究。

稳态法孔渗测试实验：运用该法可测得储层渗透率值，基于油气稳定流动时的达西公式。稳态法优点是操作原理和方法较为简单，测得渗透率值较为准确，但该实验对装置的密封性要求高。

4.2 黔北地区页岩储层特征

4.2.1 牛蹄塘组

牛蹄塘组页岩无机质孔以石英、黄铁矿晶间孔为主，孔径20 nm～2 μm均可见；由于牛蹄塘组页岩有机质丰度高且有机质成熟度高，有机质孔十分发育，是其储集空间的重要组成部分，主要发育蜂窝状有机质孔，也可见海绵状、球状、椭球状或不规则状，孔径主要介于5 nm～0.3 μm之间，微裂缝可见发育于颗粒边缘的收缩缝，也可见构造裂缝。通过氮气吸附实验发现黔北地区牛蹄塘组页岩中孔径3～5 nm的孔隙是主要的储集空间，页岩孔隙以中孔（2～50 nm）为主，页岩比表面积介于5.64～28.29 cm2/g之间，比表面积较高，具有较强的气体吸附能力。通过高压压汞实验分析得出其孔隙度分布范围为1.3%～25.6%，平均为8.24%。稳态法测得渗透率分布范围为0.002 2×10-3～1.26×10-3μm2，平均为0.127×10-3μm2[5]，基本为低孔低渗储层，但由于页岩中有机质孔特别发育，且脆性较强，微裂缝十分发育，这些孔缝有效提高了牛蹄塘组页岩的储集能力。

4.2.2 龙马溪组

龙马溪组页岩硅质矿物含量略低于牛蹄塘组，无机孔以石英、黄铁矿晶间孔，粘土矿物粒内孔为主；其有机质丰度和成熟度均略低于牛蹄塘组，有机质孔发育情况稍逊于牛蹄塘组，但总体也较为发育，以海绵状有机质孔为主，也可见椭球状、不规则状有机质孔，孔径2 nm～1 μm均可见；微裂缝多为有机质边缘收缩缝，也可见构造裂缝。氮气吸附实验揭示黔北龙马溪组页岩以中孔为主，是主要的储集空间，比表面积平均值达到13.270 m2/g，稍大于牛蹄塘组页岩，这是由于龙马溪组页岩有机质孔发育且粘土矿物含量略高于牛蹄塘组页岩，而粘土矿物多呈现层状形态，表面积很大，能够有效提高页岩的吸附能力[6]。高压压汞实验测得页岩孔隙度约0.60%～6.0%，平均为4.35%。稳态法测得渗透率为0.003 0×10-3～0.019 6×10-3μm2，平均为0.009 8×10-3μm2，为较典型的低孔-低渗储层。

5 前景及方向

5.1 加强页岩压裂技术攻关，提高页岩储层产能

解决页岩气开采困难的问题，要克服储层低孔低渗的特点。世界范围内包括中国开采页岩气主要运用水力压裂技术。但对于不同的页岩储层，其渗透率以及内部环境各有不同，想要提高页岩气开采率必须对储层内部条件进行改造，再配套压裂技术进行生产，黔北地区储层埋深相对较大，外部构造条件复杂，内部孔隙结构复杂，存在油气渗透率低，流动性差且在开采时易挥发等诸多问题。能否解决在大埋深、复杂地质条件、复杂孔隙结构条件下的有效压裂，是未来黔北地区页岩气资源能否实现突破的关键问题之一。

5.2 尝试探索新层系

页岩气除原地聚集于生气源岩层系外，也可能发生短距运移。黔北地区龙马溪组和牛蹄塘组两套地层虽具有良好的生烃条件，但开采难度较大，在目前没有解决方法的背景下，可以尝试以两套烃源岩为核心，寻找新的页岩储气层。黔北地区地层发育多套页岩层系，这为寻找新的储气岩层提供了可能性。

［1］张金川，金之钧，袁明生.页岩气成藏机理和分布［J］.天然气工业，2004（7）：15-18，131-132.

［2］梁兴，叶熙，张介辉，等.滇黔北下古生界海相页岩气藏赋存条件评价［J］.海相油气地质，2011，16（4）：11-21.

［3］谷江锐，刘岩.国外致密砂岩气藏储层研究现状和发展趋势［J］.国外油田工程，2009，25（7）：1-5.

［4］杨峰，宁正福，胡昌蓬，等.页岩储层微观孔隙结构特征［J］.石油学报，2013，34（2）：301-311.

［5］李娟，于炳松，张金川，等.黔北地区下寒武统黑色页岩储层特征及其影响因素［J］.石油与天然气地质，2012，33（3）：364-374.

［6］申浩冉，丁文龙，谷阳，等.黔北凤冈地区龙马溪组页岩孔隙结构特征［J］.断块油气田，2019，26（4）：480-485.

李才平（1998—），男，四川乐山人，本科，就读于六盘水师范学院矿业与土木工程学院地质工程专业。

黄宇琪（1990—），女，江苏常熟人，硕士研究生，实验师，现就职于六盘水师范学院矿业与土木工程学院，从事非常规油气研究工作。

国家级大学生创新创业训练计划项目“六盘水地区页岩气储层孔隙结构研究”（编号：201910977006）；六盘水师范学院校级基金项目“六盘水师范学院科技创新团队项目”（编号：LPSSYKJTD201902）；六盘水师范学院校级基金项目“地质工程校级重点学科”（编号：LPSSYZDXK201802）

2095－6835（2021）06－0149－02

P618.13

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.06.061

〔编辑：严丽琴〕