王燕，馮明剛，魏祥峰，李素蘭，劉帥

（中國石化勘探分公司勘探研究院，四川 成都610041）

1 區(qū)域概況

川東南涪陵焦石壩構(gòu)造，位于四川盆地川東隔擋式褶皺帶南段石柱復(fù)向斜、 方斗山復(fù)背斜和萬縣復(fù)向斜等多個構(gòu)造單元的結(jié)合部，整體由7 個局部構(gòu)造組成。研究區(qū)海相頁巖氣儲層主要發(fā)育于志留系下統(tǒng)龍馬溪組龍一段和奧陶系上統(tǒng)五峰組。巖性以暗色頁巖為主，巖石類型豐富，常見的有含放射蟲碳質(zhì)筆石頁巖、碳質(zhì)筆石頁巖、含骨針放射蟲筆石頁巖、含碳含粉砂質(zhì)泥巖、含碳質(zhì)筆石頁巖以及含粉砂質(zhì)泥巖；沉積相主要是深水陸棚亞相和淺水陸棚亞相沉積的濱外陸棚相；頁巖礦物成分主要包括硅質(zhì)、長石、方解石、白云石、黃鐵礦和黏土等；頁巖有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體較高，原始生烴潛力巨大，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅰ型，為過成熟演化階段，以生成干氣為主；頁巖現(xiàn)場含氣檢測總含氣量較高，吸附氣量較大；頁巖儲集空間以孔隙為主，主要為低—中孔、特低滲—低滲儲層［1-6］。截至2014年6月，焦石壩構(gòu)造第1 口探井JY1HF 井按日產(chǎn)氣6×104m3定產(chǎn)，已穩(wěn)產(chǎn)1.5 a，累計產(chǎn)氣3 769×104m3。

2 黏土礦物組分特征

2.1 黏土礦物組分及體積分?jǐn)?shù)

焦石壩構(gòu)造五峰組—龍馬溪組頁巖氣儲層黏土礦物體積分?jǐn)?shù)總體較低，縱向上具有自上而下逐漸減少的特征，體積分?jǐn)?shù)為16.60%～62.80%，平均40.90%。黏土礦物組分以伊蒙混層和伊利石為主，次為綠泥石，不含蒙脫石，體積分?jǐn)?shù)分別為25.00%～85.00%，12.00%～68.00%，1.00%～20.00%，平均分別為54.45%，39.45%，6.02%，縱向上具有自上而下伊蒙混層體積分?jǐn)?shù)增高、伊利石減少的特征。

2.2 黏土礦物與有機(jī)質(zhì)

頁巖氣以吸附方式吸附在頁巖有機(jī)質(zhì)和黏土顆粒表面；因此，有機(jī)質(zhì)豐度不僅影響頁巖的生烴強(qiáng)度，同時也影響頁巖中有機(jī)質(zhì)孔隙的發(fā)育以及吸附氣的體積分?jǐn)?shù)。通常，高有機(jī)質(zhì)豐度頁巖，具有高生烴潛力以及高吸附氣體積分?jǐn)?shù)［7-10］。

利用交會法，分析JY1 井五峰組—龍馬溪組頁巖氣儲層有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與黏土礦物組分及其體積分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系（見圖1），可知頁巖氣儲層總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與黏土礦物、伊利石、綠泥石體積分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與伊蒙混層體積分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)關(guān)系。

圖1 JY1 井頁巖氣儲層巖心實驗分析結(jié)果

2.3 黏土礦物間孔

頁巖氣儲層的儲集方式不同于常規(guī)油氣藏，主要表現(xiàn)為以吸附狀態(tài)賦存在微孔隙的內(nèi)表面上，少量以游離狀態(tài)存在于頁巖的裂隙中［11-12］。因此，儲層是一種雙孔隙巖層，由基質(zhì)孔隙和裂隙組成，基質(zhì)孔隙和裂隙的大小、 形態(tài)以及孔隙度和連通性等決定頁巖氣的儲集、運移和產(chǎn)出。利用氬離子束拋光掃描電子顯微鏡技術(shù)對頁巖氣儲層孔隙進(jìn)行高分辨率觀察，主要針對納米級孔隙進(jìn)行研究，識別出五峰組—龍馬溪組頁巖氣儲層的孔隙類型主要為有機(jī)質(zhì)孔、黏土礦物間孔、晶間孔、次生溶蝕孔4 類。其中，黏土礦物間孔指頁巖中片狀黏土礦物之間的孔隙，包括黏土礦物與黏土礦物間或與其他顆粒之間的孔隙（見圖2）。這類孔隙具有體積小、吸附性較強(qiáng)、數(shù)量多的特點。該類孔隙發(fā)育與黏土礦物密切相關(guān)，有利于頁巖氣的聚集。

焦石壩構(gòu)造五峰組—龍馬溪組頁巖氣儲層中的黏土礦物間微孔，多表現(xiàn)為片狀黏土礦物邊緣的微小裂隙。其寬度一般小于1 μm，于黏土礦物周緣不均勻分布；礦間孔的發(fā)育程度與頁巖中黏土礦物的數(shù)量和種類息息相關(guān)，黏土礦物越多，礦間孔越發(fā)育，頁巖吸附天然氣的能力越強(qiáng)。伊利石、高嶺石、蒙脫石均發(fā)育此類孔隙。其中，以伊利石最優(yōu)，掃描電鏡下呈彎曲的薄片狀、不規(guī)則板條狀，集合體呈蜂窩狀、絲縷狀等，其礦間孔是頁巖儲層的主要孔隙類型之一（見圖2）。

圖2 焦石壩構(gòu)造五峰組—龍馬溪組一段頁巖中黏土礦物粒間微孔特征

3 黏土礦物組分體積分?jǐn)?shù)計算

在常規(guī)測井解釋中，泥質(zhì)主要是指顆粒粒徑小于0.01 mm 的巖石礦物，成分上一般包括黏土礦物、細(xì)粉砂和碳酸鹽巖。而針對頁巖氣儲層解釋計算的黏土礦物體積分?jǐn)?shù)，是指地層中的伊蒙混層、伊利石、綠泥石以及高嶺石等黏土礦物組分體積分?jǐn)?shù)的總和［13-14］。黏土礦物體積分?jǐn)?shù)的計算精度，不但影響儲層礦物成分體積分?jǐn)?shù)計算，還直接影響著儲層孔隙度及其脆性參數(shù)的計算精度。利用巖心分析數(shù)據(jù)和常規(guī)測井資料，建立頁巖氣儲層中黏土礦物體積分?jǐn)?shù)的測井解釋模型是非常必要的。

3.1 技術(shù)思路

常規(guī)測井資料計算黏土礦物及其組分體積分?jǐn)?shù)的總體思路為：

首先，整理分析頁巖氣儲層段的測井資料和巖心實驗數(shù)據(jù)，確定建模樣本，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化數(shù)理模型，設(shè)定變量自動篩選條件，建立黏土礦物組分預(yù)測模型，進(jìn)而計算出黏土礦物組分相對體積分?jǐn)?shù)。

然后，利用自然伽馬能譜測井資料，定性分析識別黏土礦物類型，并在此基礎(chǔ)上，改進(jìn)原有泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)計算模型，建立黏土礦物總量計算模型，計算出黏土礦物總量絕對體積分?jǐn)?shù)。

最后，將計算得出的黏土礦物組分相對體積分?jǐn)?shù)和黏土礦物總量絕對體積分?jǐn)?shù)，利用模型進(jìn)行轉(zhuǎn)化，最終計算得出頁巖氣儲層黏土礦物組分絕對體積分?jǐn)?shù)。

3.2 計算模型

3.2.1 黏土礦物組分計算模型

優(yōu)選多元線性回歸數(shù)理統(tǒng)計方法建立黏土礦物組分計算模型，計算頁巖氣儲層中黏土礦物組分相對體積分?jǐn)?shù)。同時，結(jié)合焦石壩構(gòu)造五峰組—龍馬溪組頁巖氣儲層地質(zhì)、測井等特征，排除儲層段局部鈾值異常高的干擾，設(shè)定鈾值等于8×10-6為門閥值，分別建立富鈾和非富鈾頁巖氣儲層段的黏土礦物組分計算模型。

3.2.1.1 非富鈾頁巖氣儲層段

將鈾值小于等于8×10-6的儲層段定義為非富鈾段，優(yōu)先選用含鈾值的計算模型：

式中：w（IS），w（I），w（C），w（K′）分別為伊蒙混層、伊利石、綠泥石、高嶺石相對體積分?jǐn)?shù)，%；w（Th），w（U），分別為釷、鈾測井體積分?jǐn)?shù)，10-6；w（K）為鉀測井體積分?jǐn)?shù)，%。

3.2.1.2 富鈾頁巖氣儲層段

當(dāng)儲層段鈾值大于8×10-6時，為排除鈾值異常高的影響，優(yōu)先選用不含鈾值的計算模型：

式（1）、式（2）中的系數(shù)，利用焦石壩構(gòu)造巖心實驗分析資料，采用最小二乘擬合法求得。

3.2.2 黏土礦物總量計算模型

一般情況下，頁巖氣儲層在測井曲線上表現(xiàn)為高自然伽馬、高視孔隙度和較高電阻率，所以可以用這些曲線指示黏土礦物的存在。但孔隙度測井系列和電阻率曲線受地層孔隙度、 地層水礦化度等因素的影響較大，所以一般不選擇它們計算泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)。而自然伽馬（或釷、鈾、鉀）曲線值反映地層的自然放射性，其主要與沉積環(huán)境有關(guān)，當(dāng)?shù)貙痈缓袡C(jī)質(zhì)時，地層將吸附含鈾礦物，從而使自然伽馬值升高，因此，在計算黏土體積分?jǐn)?shù)時首選無鈾伽馬，具體計算模型如下。

1）利用無鈾伽馬相對值的變化，計算黏土礦物體積分?jǐn)?shù)指數(shù)。

式中：CLAY 為黏土礦物體積分?jǐn)?shù)指數(shù)；KTH 為地層無鈾伽馬曲線值，API；KTHmax為純地層無鈾伽馬最大值，API；KTHmin為純地層無鈾伽馬最小值，API。

2）將CLAY 轉(zhuǎn)化為黏土礦物體積分?jǐn)?shù)。

式中：V 為黏土礦物體積分?jǐn)?shù)，%；GCUR 為地層常數(shù)（焦石壩地區(qū)取值為2）。

將上述2 個模型計算得出的黏土礦物組分相對體積分?jǐn)?shù)和黏土礦物總體積分?jǐn)?shù)，利用數(shù)理模型進(jìn)行轉(zhuǎn)化，最終計算得出黏土礦物組分的絕對體積分?jǐn)?shù)。

3.3 實例分析

應(yīng)用上述計算模型（式（1）—（4）），可以計算JY1井五峰組—龍馬溪組頁巖氣儲層段黏土礦物總量及其組分體積分?jǐn)?shù)。同時，利用巖心實測資料進(jìn)行精度分析，可知測井計算與巖心分析結(jié)果之間具有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.539 4～0.883 0（見表1）。

表1 巖心分析與測井計算黏土礦物體積分?jǐn)?shù)誤差統(tǒng)計

4 結(jié)論

1）涪陵頁巖氣田焦石壩構(gòu)造五峰組—龍馬溪組頁巖氣儲層黏土礦物總量較低，在縱向上具有從上到下逐漸減少的特征。

2）黏土礦物間孔為涪陵頁巖氣田焦石壩構(gòu)造五峰組—龍馬溪組頁巖氣儲層的重要孔隙之一，其發(fā)育程度與黏土礦物的體積分?jǐn)?shù)和種類息息相關(guān)，黏土礦物組分中的伊利石、高嶺石、蒙脫石均發(fā)育此類孔隙，其中以伊利石最優(yōu)。

3）利用常規(guī)測井曲線計算得出頁巖氣儲層的黏土礦物組分及體積分?jǐn)?shù)，并利用巖心分析資料進(jìn)行精度分析，證實測井計算與巖心分析之間相關(guān)性較好。

［1］李玉喜，聶海寬，龍鵬宇.我國富含有機(jī)質(zhì)泥頁巖發(fā)育特點與頁巖氣戰(zhàn)略選區(qū)［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（12）：115-118.

［2］郭彤樓，張汗榮.四川盆地焦石壩頁巖氣田形成于富集高產(chǎn)模式［J］.石油勘探與開發(fā)，2014，41（1）：28-36.

［3］郭彤樓，劉若冰.復(fù)雜構(gòu)造區(qū)高演化程度海相頁巖氣勘探突破的啟示：以四川盆地東部盆緣JY1 井為例［J］.天然氣地球科學(xué)，2013，24（4）：643-651.

［4］梁超，姜在興，楊鐿婷，等.四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖巖相及儲集空間特征［J］.石油勘探與開發(fā)，2012，39（6）：691-698.

［5］張琴，王紅巖，拜文華，等.南方海相志留系頁巖有機(jī)質(zhì)類型恢復(fù)研究［J］.斷塊油氣田，2013，20（2）：154-156.

［6］武瑾，王紅巖，拜文華，等.渝東南龍馬溪組頁巖儲層特征及吸附影響因素分析［J］.斷塊油氣田，2013，20（6）：713-718.

［7］Lewis R，Ingraham D，Pearcy M，et al.New evaluation techniques for gas shale reservoirs［C］//The Denver Well Logging Society.SPWLA 47th Annual Logging Symposium.Houston：Society of Petrophysicists and Well-Log Analysts，2004.

［8］Cluff B，Miller M.Log evaluation of gas shales：A 35-year perspective［C］//The Denver Well Logging Society.SPWLA 52th Annual Logging Symposium.Denver：DWLS Luncheon，2010.

［9］王燕，張漢榮，馮明剛，等.利用常規(guī)測井資料預(yù)測泥頁巖含氣量的方法［J］.石油天然氣學(xué)報，2014，36（1）：66-72.

［10］董大忠，程克明，王世謙，等.頁巖氣資源評價方法及其在四川盆地的應(yīng)用［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（5）：33-39.

［11］朱彤，曹艷，張快.美國典型頁巖氣藏類型及勘探開發(fā)啟示［J］.石油實驗地質(zhì)，2014，36（6）：718-724.

［12］張金川，薛會，張德明，等.頁巖氣及其成藏機(jī)理［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，2003，17（4）：466.

［13］王燕.自然伽馬能譜測井資料確定黏土體積分?jǐn)?shù)方法研究［J］.石油天然氣學(xué)報，2013，35（1）：100-104.

［14］潘仁芳，趙明清，伍媛.頁巖氣測井技術(shù)的應(yīng)用［J］.中國科技信息，2010（7）：16-18.