發(fā)布時(shí)間：2019-12-25所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:為研究川東南DS地區(qū)頁(yè)巖氣富集情況，綜合分析DS地區(qū)頁(yè)巖氣生氣條件、儲(chǔ)集空間以及保存條件，對(duì)該地區(qū)頁(yè)巖氣富集條件進(jìn)行研究。結(jié)果表明:研究區(qū)頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型干酪根為主，厚度大，TOC為2.00%～6.67%，Ro為2.20%～3.36%，處于過(guò)成熟產(chǎn)干氣階段;頁(yè)
摘要:為研究川東南DS地區(qū)頁(yè)巖氣富集情況，綜合分析DS地區(qū)頁(yè)巖氣生氣條件、儲(chǔ)集空間以及保存條件，對(duì)該地區(qū)頁(yè)巖氣富集條件進(jìn)行研究。結(jié)果表明:研究區(qū)頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型干酪根為主，厚度大，TOC為2.00%～6.67%，Ro為2.20%～3.36%，處于過(guò)成熟產(chǎn)干氣階段;頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)含量高，有機(jī)質(zhì)孔及微裂縫發(fā)育，提供頁(yè)巖氣儲(chǔ)集空間及橫向滲流通道;DY2、DY4井埋藏深度適中，壓力系數(shù)大于1.2，單井日產(chǎn)量分別為10.5×104m3/d和20.0×104m3/d，屬高產(chǎn)頁(yè)巖氣井。通過(guò)對(duì)烴源、儲(chǔ)集空間及保存條件的綜合分析，認(rèn)為有機(jī)質(zhì)及孔隙發(fā)育、埋藏適中、壓力系數(shù)大、保存條件良好的區(qū)域是頁(yè)巖氣有力勘探區(qū)。該研究可為今后相似地區(qū)的頁(yè)巖氣勘探提供借鑒。
關(guān)鍵詞:川東南;DS地區(qū);龍馬溪組;頁(yè)巖氣;控制因素;富集條件
0引言
頁(yè)巖氣勘探是現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外非常規(guī)油氣勘探的重點(diǎn)領(lǐng)域，成熟頁(yè)巖層普遍含氣[1-3]。中國(guó)頁(yè)巖氣藏地質(zhì)條件較為復(fù)雜，學(xué)者對(duì)頁(yè)巖氣運(yùn)聚富集的主要控制因素尚無(wú)統(tǒng)一觀點(diǎn)。川東南地區(qū)是中國(guó)頁(yè)巖氣勘探的主要地區(qū)，厘清頁(yè)巖氣運(yùn)聚富集、形成規(guī)模性氣藏的控制因素，對(duì)今后同類地區(qū)頁(yè)巖氣勘探具有重要意義。頁(yè)巖由于其致密性，常被視為自生自儲(chǔ)自蓋型圈閉，而對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下發(fā)育的頁(yè)巖，常不能滿足自蓋要求。針對(duì)這一特點(diǎn)，在對(duì)頁(yè)巖氣生成和儲(chǔ)集空間發(fā)育分析的基礎(chǔ)上，分析頁(yè)巖頂、底板地層構(gòu)造要素及斷裂對(duì)地層的破壞等，對(duì)川東南DS地區(qū)頁(yè)巖氣富集形成規(guī)模及頁(yè)巖氣藏的主要控制因素進(jìn)行研究。解析生氣、儲(chǔ)集及封蓋條件對(duì)頁(yè)巖氣富集成藏的影響，認(rèn)為有利的生氣條件是頁(yè)巖氣富集的物質(zhì)基礎(chǔ)，儲(chǔ)層空間發(fā)育提供頁(yè)巖氣聚集的空間場(chǎng)所，而保存條件是頁(yè)巖氣形成后能否留存的關(guān)鍵。結(jié)合烴源、儲(chǔ)藏、保存三者條件及時(shí)空配置因素，綜合分析各條件對(duì)頁(yè)巖氣富集控制的權(quán)重。
1區(qū)域地質(zhì)概況
DS區(qū)塊位于川東高陡褶皺帶和川南低緩褶皺帶的交匯部位，空間上為NE向?qū)捑徬蛐焙途o閉背斜組合的隔槽式褶皺[4-6]。研究區(qū)為北東向展布的斷鼻狀背斜[7](圖1)。研究區(qū)經(jīng)歷海西至喜山運(yùn)動(dòng)等5次大型構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，構(gòu)造演化時(shí)間長(zhǎng)，地層出露相對(duì)完整，除泥盆系和石炭系外，震旦系至侏羅系均有出露。DS地區(qū)發(fā)育多套泥頁(yè)巖地層，具備良好的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)前景。
早志留世時(shí)期，川東南DS地區(qū)海平面上升，水體快速加深，低等生物大量繁衍，水體閉塞，含氧量降低，形成相對(duì)還原的水體[8]。生物死亡后，在缺氧的還原環(huán)境中沉積并保存下來(lái)，形成一套厚度大、高豐度、高成熟度的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖。主要產(chǎn)氣層龍馬溪組底部為黑色炭質(zhì)頁(yè)巖夾薄層砂質(zhì)頁(yè)巖，大量筆石、化石及黃鐵礦發(fā)育，向上巖性轉(zhuǎn)變?yōu)殁}質(zhì)頁(yè)巖與泥灰?guī)r夾層。
2頁(yè)巖氣生成物質(zhì)基礎(chǔ)及控制因素
2.1有機(jī)質(zhì)類型和豐度
受海底火山作用的影響，頁(yè)巖沉積期水體溫暖，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，微生物富集[9]，形成以Ⅰ型干酪根發(fā)育為主，Ⅱ1型干酪根少量發(fā)育的優(yōu)質(zhì)烴源母巖，頁(yè)巖層中筆石豐富，氫碳含量比較高，為大量產(chǎn)氣提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)DY1HF、DY2井鉆井取樣分析可知，底部黑色炭質(zhì)頁(yè)巖TOC最高，向上灰質(zhì)和砂質(zhì)成分加大，TOC遞減，并得到不同深度頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)含量變化規(guī)律(圖2)。由圖2可知:DY1HF井1970.5～2020.6m深度的頁(yè)巖TOC為0.62%～2.00%，整體小于2.00%，隨深度增加TOC平緩波動(dòng);2020.6～2052.9m深度的頁(yè)巖TOC為2.00%～6.65%，隨深度增加TOC呈線性增加，最高達(dá)6.69%;DY1HF井全段頁(yè)巖層TOC為0.41%～6.69%，TOC平均值為2.37%;DY2井測(cè)試段TOC為0.84%～6.48%，高于中國(guó)劃定的頁(yè)巖層有利勘探開(kāi)發(fā)TOC最低值(2.00%)，屬于優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖，DY1HF井和DY2井優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖有效厚度分別為26.18m和32.36m。
2.2高演化有機(jī)質(zhì)基礎(chǔ)
龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖形成于早志留世時(shí)期，形成時(shí)間早，地溫梯度大，熱演化時(shí)間長(zhǎng)。頁(yè)巖埋藏深度為1500～4500m，DY1HF井與DY2井Ro為2.20%～3.36%，處于過(guò)成熟階段(圖3)。通過(guò)對(duì)樣品進(jìn)行熱解檢測(cè)，得到吸附烴及游離烴含量分別為0.00～0.86mg/g和0.00～0.67mg/g，整體生烴潛力為0.00～1.53mg/g。研究區(qū)厚度較大的頁(yè)巖層形成于深水陸棚環(huán)境，有機(jī)質(zhì)類型相同，隨深度的變化，頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度和熱演化程度發(fā)生變化，頁(yè)巖產(chǎn)氣量也出現(xiàn)差異，此為控制頁(yè)巖氣生成的主要因素。
3頁(yè)巖氣儲(chǔ)集空間特征
3.1無(wú)機(jī)質(zhì)孔隙
龍馬溪組頁(yè)巖礦物組成包括黏土礦物、石英、長(zhǎng)石及少量黃鐵礦，黏土礦物含量大，礦物顆粒細(xì)小，接觸緊密。原生礦物晶間孔隙欠發(fā)育，僅存在少數(shù)礦物間孔隙以及黏土礦物顆粒之間的微米級(jí)孔隙。
通過(guò)對(duì)DS地區(qū)頁(yè)巖樣品進(jìn)行背散射Maps掃描觀察(圖4)發(fā)現(xiàn)，頁(yè)巖層中發(fā)育大量不同類型的微孔隙，孔隙空間不規(guī)則發(fā)育，形狀和分布不一，主要包括生物化石孔、晶間孔和晶內(nèi)孔;孔隙空間形狀多樣，包括圓形、蠕蟲形、發(fā)散狀等;在上覆地層壓力作用條件下，各類孔隙空間產(chǎn)生不同程度的形變，對(duì)原孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。
3.2有機(jī)質(zhì)孔隙
有機(jī)質(zhì)孔隙是指發(fā)育在頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)內(nèi)部的微小孔隙，包括頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)本身所具有的原生孔隙以及埋藏生烴過(guò)程中由于生烴收縮作用形成的孔隙，其形成與干酪根類型密切相關(guān)。研究區(qū)Ⅰ型干酪根形態(tài)以團(tuán)絮狀為主，自身孔隙較發(fā)育。埋藏過(guò)程中隨有機(jī)質(zhì)成熟度增加，烴類氣體生成，干酪根出現(xiàn)質(zhì)量虧損。由于生烴增壓作用的影響，烴類氣體體積急劇膨脹，干酪根體積縮小[13]，形成生烴收縮孔。烴類氣體生成后，優(yōu)先吸附于干酪根等有機(jī)質(zhì)顆粒表面，其次以游離態(tài)賦存于有機(jī)質(zhì)孔隙和其他孔隙空間中[11]。頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔隙空間(圖4c、e)的發(fā)育和地層的埋藏過(guò)程相關(guān)，隨著埋藏深度的增加，有機(jī)質(zhì)成熟度升高，在不同深度范圍段有機(jī)質(zhì)孔隙具有分段遞變規(guī)律，當(dāng)有機(jī)質(zhì)成熟度小于2.0%時(shí)，有機(jī)質(zhì)孔隙度隨成熟度的增加而增大，當(dāng)成熟度不小于2.0%時(shí)，孔隙度反而會(huì)由于成熟度過(guò)大而出現(xiàn)一定的縮小。川東南DS地區(qū)龍馬溪組下段有機(jī)質(zhì)總體處于過(guò)成熟狀態(tài)，有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育，是一類重要的儲(chǔ)集空間類型，對(duì)頁(yè)巖氣的儲(chǔ)藏具有重要貢獻(xiàn)。
3.3裂縫儲(chǔ)集體
頁(yè)巖層原生孔隙空間分散，孔隙連通性較差。裂縫在加大頁(yè)巖儲(chǔ)集空間，形成裂縫儲(chǔ)集體的同時(shí)，也作為頁(yè)巖油氣的滲流通道[14]。通過(guò)巖心裂縫觀察和FMI成像測(cè)井研究發(fā)現(xiàn):頁(yè)巖裂縫類型包括構(gòu)造剪切縫、水平滑脫縫和層理縫3類，不同裂縫在巖心和成像測(cè)井圖解上的表現(xiàn)形式不一，構(gòu)造裂縫巖心表現(xiàn)為沿一平面錯(cuò)斷，測(cè)井解釋圖上表現(xiàn)為高角度“V”型的曲線和近水平直線。DY1HF井巖心裂縫面平直完整，呈高角度切斷巖心形式產(chǎn)出，DY4井裂縫包括水平層理縫和高角度的剪切縫。隨頁(yè)巖埋深和脆性的不同，裂縫發(fā)育和充填程度也不相同，結(jié)合前人[3-8，13-18]及此次研究，龍馬溪組底部頁(yè)巖共發(fā)育3期裂縫，第2期和第3期裂縫主要呈半充填和未充填狀態(tài)，為頁(yè)巖層提供大量?jī)?chǔ)集空間，第1期裂縫充填程度較高，充填礦物主要為方解石(圖4c)，不利于儲(chǔ)集空間的形成，但增大了頁(yè)巖脆性。研究區(qū)頁(yè)巖全巖X衍射分析和礦物脆性分析顯示，DS地區(qū)頁(yè)巖脆性礦物總含量為61%，其中，硅質(zhì)含量為43%，含少量粒狀及裂縫充填黃鐵礦。
4良好的保存條件控制頁(yè)巖氣成藏
頁(yè)巖氣藏的形成是一個(gè)動(dòng)態(tài)運(yùn)聚的過(guò)程，保存條件制約頁(yè)巖氣能否富集[17]。頂、底板條件，地層壓力系數(shù)，地層埋深，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期次與強(qiáng)度是影響保存條件的因素。
4.1構(gòu)造要素對(duì)保存條件的影響
構(gòu)造要素對(duì)保存條件的影響主要體現(xiàn)在地層壓力變化及其產(chǎn)生的斷裂和裂縫的發(fā)育，使其成為頁(yè)巖氣逸散的通道。構(gòu)造抬升使地層埋藏變淺，易造成頁(yè)巖氣的逸散。從盆外到盆內(nèi)的構(gòu)造演化歷史存在明顯遞進(jìn)變性特征，盆外構(gòu)造變形時(shí)間早，強(qiáng)度大，對(duì)頁(yè)巖氣保存不利，盆內(nèi)構(gòu)造抬升時(shí)間晚，變形弱，相對(duì)有利于頁(yè)巖氣聚集和保存。如位于盆地內(nèi)的焦頁(yè)1井和DS地區(qū)位于齊岳山斷裂以西，構(gòu)造抬升時(shí)間距今約82Ma，而位于盆外的彭頁(yè)1井地層抬升時(shí)間較盆內(nèi)早，距今約120Ma[1]，構(gòu)造演化時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度大，地層變形和剝蝕強(qiáng)烈，保存條件差，壓裂測(cè)試階段日產(chǎn)氣僅為2×104m3/d，而焦石壩地區(qū)和DS地區(qū)構(gòu)造抬升時(shí)間晚，構(gòu)造變形弱，地層剝蝕厚度小，保存條件好，DY2井和焦頁(yè)1井壓裂測(cè)試階段的日產(chǎn)氣量均大于10×104m3/d。
川東南地區(qū)經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間、多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的疊加改造，不同期次和級(jí)次的斷裂對(duì)頁(yè)巖氣的保存作用不同。齊岳山斷裂控制下的大型斷裂常錯(cuò)斷頁(yè)巖層，切穿頂、底板，大型斷裂附近小型裂縫過(guò)于發(fā)育，頁(yè)巖氣逸散作用強(qiáng)，對(duì)頁(yè)巖氣的保存不利，而DS地區(qū)小型斷裂對(duì)頁(yè)巖層的破壞程度低，龍馬溪組上部地層中發(fā)育的裂縫對(duì)頁(yè)巖氣垂向上的擴(kuò)散不利，結(jié)合DS地區(qū)實(shí)際勘探開(kāi)發(fā)結(jié)果，距離齊岳山斷裂較近的DY1井和DS1井在試氣階段日產(chǎn)氣分別為3.0×104m3/d和3.4×104m3/d，屬低產(chǎn)頁(yè)巖氣井，而距離齊岳山斷裂相對(duì)較遠(yuǎn)的DY4井單井日產(chǎn)量達(dá)到20.0×104m3/d。巖心觀察發(fā)現(xiàn)，DY1井和DS1井巖心裂縫發(fā)育程度遠(yuǎn)高于DY2井和DY4井。研究結(jié)果表明:頁(yè)巖層中裂縫具有控制頁(yè)巖氣運(yùn)移和保存的雙重作用，一方面，未充填裂縫加大了頁(yè)巖儲(chǔ)集空間，增大頁(yè)巖氣滲流能力，加速了頁(yè)巖吸附氣的解吸，加大游離氣含量;另一方面，當(dāng)裂縫被高度充填時(shí)，可以阻礙頁(yè)巖氣的逸散，對(duì)頁(yè)巖氣富集高產(chǎn)有利。同時(shí)，研究區(qū)在區(qū)域構(gòu)造作用下產(chǎn)生的小型褶曲在一定程度上阻礙了頁(yè)巖氣的運(yùn)移，為頁(yè)巖氣的保存提供了條件。
4.2頂、底板條件
龍馬溪組底部為五峰組頁(yè)巖及臨湘組和寶塔組的灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，巖性致密、孔隙度低，孔隙度為1.5%，滲透率為0.013×10-3μm3，突破壓力為48.8MPa，同時(shí)寶塔組和臨湘組灰?guī)r地層厚度大，分布連續(xù)。根據(jù)碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，底板碳酸鹽巖孔隙度小于2.0%，屬于隔層，為頁(yè)巖有利的底板條件，龍馬溪組上段頁(yè)巖厚度大、塑性強(qiáng)、裂縫欠發(fā)育，是龍下段優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖的直接蓋層，而龍馬溪組頂部的石牛欄組主要以泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖為主，泥質(zhì)含量高，平均孔隙度僅為1.3%，滲透率為0.015×10-3μm3，突破壓力高達(dá)75.9MPa，屬有利頂板條件。此外，志留系地層上部發(fā)育的三疊系膏鹽層雖非廣布盆地，但在川東南DS地區(qū)，三疊系沉積環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)榫窒?mdash;強(qiáng)蒸發(fā)臺(tái)地相[19]，膏鹽層分布范圍廣、厚度大，阻礙頁(yè)巖氣垂向上的運(yùn)移，是研究區(qū)良好的區(qū)域性蓋層。
4.3地層埋深與壓力系數(shù)
根據(jù)國(guó)外頁(yè)巖氣勘探經(jīng)驗(yàn)，將地層埋深大于1000m、地層壓力系數(shù)大于1.2的地區(qū)劃為頁(yè)巖氣勘探相對(duì)有利區(qū)[20-21]。DS地區(qū)頁(yè)巖整體埋深為1000～4500m，DS鼻狀構(gòu)造優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖埋深為1500～4500m(圖5)，處于有利埋藏深度。DS1、DY1井埋藏深度約為2000m，埋藏深度淺，壓力系數(shù)小于1.2;DY3井頁(yè)巖的壓力系數(shù)雖大于1.2，但埋藏深度淺，日產(chǎn)氣量較低;DY2、DY4井頁(yè)巖埋深大于3000m，壓力系數(shù)大于1.2。頁(yè)巖氣實(shí)際勘探開(kāi)發(fā)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)證實(shí)，埋藏深度大、地層壓力系數(shù)大于1.2的DY2、DY4井等單井獲得較高的日產(chǎn)氣量。
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