黔北地区牛蹄塘组页岩气成藏规律及开采技术分析

宁凡

（长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安 710054）

贵州省页岩气资源丰富，勘探前景较好，黔北地区牛蹄塘组富有机质岩石厚度大，是目前勘探开发重点地区，最新勘探结果显示，该地区页岩气含量占贵州省页岩气总储量的49.33%[1]。目前，许多学者已对黔北不同地区牛蹄塘组沉积环境、烃源岩、有机质成熟度及岩石物性特征等进行了大量研究[2-3]，取得较大成果。但对牛蹄塘组在黔北地区的分布、页岩气成藏规律及开采技术方面研究较少，影响该地区页岩气开发。因此，总结前人在该地区的钻井资料，对富有机质岩石特征进行研究，评价不同地区页岩气开采潜力，并结合开采技术研究现状，为该地区页岩气勘探开发提供参考。

1 地质背景

研究区属于上扬子地块黔北隆起区，横跨遵义断陷内毕节NE向和凤冈NNE向构造变形区，区内褶皱、断层发育[4]。研究区内震旦系至第四系均有出露，富有机质岩石主要赋存层位是下寒武统牛蹄塘组、下志留统龙马溪组及晚二叠世龙潭组[5]，其中下寒武统牛蹄塘组黑色岩系分布最为稳定，且富含有机质，是该区页岩气勘探的重点层位[6]。

研究区烃源岩形成于早寒武世早期，古地理格局呈西北高东南低，因此水体向东南向逐渐加深，沉积环境由浅海陆棚向深水陆棚转换，并在地层上有所反应，如图1所示[2]。图1显示，牛蹄塘组富有机质岩石岩性主要为黑色炭质页岩、泥岩、黑色钙质页岩等碎屑岩，偶夹有灰色钙质泥岩、钙质灰岩，岩性变化稳定，其中在遵义、凤冈地区厚度较大，均超过100 m，埋深大于1 000 m，并向南西、北东向逐渐递减。

图1 黔北地区牛蹄塘组富有机质岩石分布图

2 有机质含量及成熟度

黔北地区有机质类型主要有腐泥组、壳质组，惰性组与镜质组很少。其中金沙地区牛蹄塘组岩石中有机质含量在0.36%～11.8%之间，平均为4.79%，有机质成熟度平均为3.02%[5]；遵义地区牛蹄塘组有机质平均含量在5.8%左右，有机质成熟度平均为3.85%[7]；凤冈地区牛蹄塘组有机质含量在1.13%～7.19%之间，平均为5.97%，有机质成熟度平均为1.99%[8]；沿河地区牛蹄塘组有机质含量在0.51%～9.83%之间，平均为4.06%，有机质成熟度小于3%[9-10]。因此，黔北地区北西—南东向牛蹄塘组有机质含量变化不大，平均在4%左右，其中凤冈地区有机质含量最高，达5.97%；有机质成熟度除凤冈地区处于高成熟阶段，金沙、遵义及沿河地区有机质均处于过高成熟阶段，烃源岩进入生气阶段。

3 矿物组成及孔渗特征

3.1 矿物特征

根据前人资料，金页1井牛蹄塘组岩石中以石英和黏土矿物（主要为伊利石和绿泥石）为主，平均含量分别为30%、47%，碳酸盐矿物为9.2%，黄铁矿为7.0%，长石为6.7%，另外含有极少的磷灰石及其他矿物；绥页1井中牛蹄塘组中岩石矿物成分以石英和长石等碎屑矿物为主，平均含量为66.12%，方解石、白云石、黄铁矿等含量总体较低，平均为14.60%，黏土矿物平均含量为19.8%，以伊蒙混层为主，其次为绿泥石；永凤1井牛蹄塘组岩石中矿物以石英、长石为主，平均含量为42.3%，黏土矿物（主要为伊利石和绿泥石）平均含量为20.5%，碳酸盐矿物平均含量为12.1%，其他如黄铁矿、菱铁矿等含量较少，在9.2%左右；渝科1井牛蹄塘组岩石中碎屑矿物以石英和长石为主，平均含量为51.34%，黏土矿物（主要为伊利石、其次为绿泥石）平均含量为32.74%，碳酸盐矿物含量为13.02%，黄铁矿含量较少，平均为2.81%。因此，黔北南西—北东向富有机质岩石中矿物成分以石英、长石、方解石、白云石等脆性矿物和黏土矿物为主，其中脆性矿物含量大于50%。

3.2 孔渗特征

金页1井牛蹄塘组岩石孔隙度为0.52%～6.92%，平均2.70%，渗透率除个别异常点外，普遍在0.001～0.3 mD之间，平均为0.044 mD；绥页1井牛蹄塘组岩石有效孔隙度为0.31%～1.54%，平均为0.93%；渗透率为0.000 7～0.007 8 mD，平均为0.003 4 mD；永凤1井牛蹄塘组岩石孔隙度为1.39%～2.13%，平均为1.87%，渗透率为0.001 6～0.007 3 mD，平均为0.003 6 mD；渝科1井牛蹄塘组岩石孔隙度为0.6%～2.0%，平均为1.36%，渗透率为0.005 2～0.007 2 mD，平均为0.005 7 mD。因此，黔北地区牛蹄塘组岩石物性变化未呈规律性变化，其中金沙地区牛蹄塘组岩石物性最好，其次为沿河地区，遵义地区最差。

4 页岩气开采潜力及开采技术分析

金沙地区烃源岩埋深浅，有效厚度为61.4 m，有机质处于过成熟阶段，孔渗性好，含气量为2.44 m3/t，其上部岩性为灰黑色碳质页岩、粉砂岩，具有较好的封闭性，是良好的盖层，页岩气勘探潜力大；遵义地区牛蹄塘组厚度较大，富有机质岩石厚117.8 m，有机质含量高，成熟度大于3%，含气量1.14 m3/t，但岩石物性差，勘探开发前景小；凤冈地区牛蹄塘组富有机质岩石埋深较大，有机质含量及成熟度高，孔渗性较差，含气量为0.99 m3/t，其上部岩性为页岩、碳质页岩，封闭性较好，因此也具备一定开发潜力；沿河地区牛蹄塘组富有机质岩石埋深小于80 m，有效烃源岩厚57.7 m，有机质及其成熟度较高，孔渗性较差，含气量为1.01 m3/t，但埋深浅，仍具备一定勘探前景。

目前针对黔北地区页岩气的开采主要采取水力压裂方式，但开采过程中水锁效应和压裂液的选取是影响开采效果的重要因素。前人研究表明，采用清水+1%陶粒作支撑剂[11]可改善页岩孔隙结构，以烯丙基聚乙二醇、环氧氯丙烷、含氢硅油、有机胺合成有机硅表面活性剂，可减小页岩气开采过程中的水锁效应[12]。黔北地区牛蹄塘组页岩气开采潜力分析如表1所示。

表1 黔北地区牛蹄塘组页岩气开采潜力分析

5 结论

黔北地区牛蹄塘组页岩气含量自南西—北东向呈逐渐递减趋势，烃源岩厚度则以遵义、凤冈地区为中心向南西—北东向递减。勘探潜力分析显示出金沙地区牛蹄塘组页岩气具备较好的开发潜力，遵义地区勘探开发前景低，凤冈、沿河地区牛蹄塘组页岩气具备一定勘探前景。页岩气开采过程中应用清水+1%陶粒支撑剂及合成有机硅表面活性剂，采取水力压裂技术可取得较好效果。