鄧恩德

黔北上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M泥頁巖含氣性及影響因素分析＊

鄧恩德

（貴州省煤層氣頁巖氣工程技術研究中心，貴州 貴陽 550081）

基于參數(shù)井巖心編錄資料，結(jié)合氣測錄井、泥頁巖現(xiàn)場含氣量解析、有機地球化學、X-射線衍射分析、等溫吸附等測試分析工作，對黔北金沙地區(qū)泥頁巖含氣特征及泥頁巖吸附能力影響因素進行分析。結(jié)果表明，氣測錄井顯示龍?zhí)督M泥頁巖具有良好的含氣性，泥頁巖現(xiàn)場解析總含氣量較高，介于0.82～2.52 m3/t，平均為 1.38 m3/t；泥頁巖吸附氣含量為1.50～3.28 m3/t，平均為2.16 m3/t，具有良好的吸附性能；龍?zhí)督M泥頁巖的吸附氣含量與TOC、黏土礦物、石英含量呈正相關關系，影響程度依次遞減，與有機質(zhì)成熟度先呈正相關再轉(zhuǎn)為負相關。

黔北；龍?zhí)督M；頁巖氣；吸附性能

頁巖氣是一種自生自儲的非常規(guī)天然氣[1]。根據(jù)泥頁巖沉積特點，可以劃分為海相頁巖氣、陸相頁巖氣及海陸過渡相頁巖氣。目前，海相頁巖氣已經(jīng)獲得重大突破，相繼在四川長寧-威遠、重慶涪陵、云南昭通等地實現(xiàn)工業(yè)開發(fā)[2]，陸相頁巖氣在鄂爾多斯盆地延長組獲得工業(yè)氣流[3]，海陸過渡相龍?zhí)督M頁巖氣進展相對緩慢，只開展了一些前期研究工作，暫未獲得重大突破。本文以黔北金沙地區(qū)海陸過渡相龍?zhí)督M為研究對象，基于實施的參數(shù)井資料，結(jié)合氣測錄井、現(xiàn)場解析、地化測試、X-射線衍射分析、等溫吸附等實驗結(jié)果，開展泥頁巖含氣特性研究，并分析其影響因素，以期深化對該地區(qū)海陸過渡相頁巖氣含氣特征的認識。

1 地質(zhì)概況與采樣

研究區(qū)主要以發(fā)育北北東、北東向褶皺和斷裂為特征，自中二疊世以來，形成了一套海陸過渡相龍?zhí)督M地層[4]。巖性主要為泥頁巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及煤層，縱向上可見泥頁巖、砂巖、煤層頻繁交替出現(xiàn)。由于野外露頭樣品遭受風化剝蝕嚴重，難以反映頁巖層系實際情況，需要結(jié)合參數(shù)井鉆井資料及鉆井巖心樣品進行研究工作。

本文基于金沙地區(qū)實施的龍?zhí)督M參數(shù)井JC1井相關鉆井資料，結(jié)合獲取的實驗數(shù)據(jù)開展龍?zhí)督M泥頁巖含氣性研究，并分析其影響因素。

2 泥頁巖含氣特性

2.1 氣測錄井

研究區(qū)實施的參數(shù)井JC1井龍?zhí)督M煤系地層厚度約 130 m，從氣測錄井分析結(jié)果可以看出，龍?zhí)督M層段煤層和砂泥巖氣測顯示出較大的差異，煤層氣測全烴值和甲烷值明顯高于砂泥巖，其中煤層的全烴值為2.85%～14.48%，平均為8.55%；甲烷值為1.05%～11.33%，平均為6.26%；砂泥巖氣測全烴值為0.17%～12.04%，平均為5.18%；氣測甲烷值為0.03%～10.06%，平均為3.08%。整體而言，龍?zhí)督M氣測顯示結(jié)果較好。

2.2 現(xiàn)場解析

現(xiàn)場解析是反映目的層系含氣性最直觀的方法，它通過模擬地層溫度條件來反映泥頁巖（砂巖）的含氣性特征?，F(xiàn)場解析總含氣量包括三部分，即解吸氣、損失氣、殘余氣，解吸氣和殘余氣可以通過儀器測試直接獲取，損失氣需要通過USBM直線法和多項式曲線法進行線性回歸求得。

本次測試共取7個泥頁巖（含粉砂質(zhì)泥巖）樣品進行現(xiàn)場解析實驗，經(jīng)計算解吸氣含量加回推損失氣量以及實驗測得殘余氣量，得到總含量為0.82～2.52 m3/t，平均為 1.38 m3/t，整體含氣量較高。共取14個粉砂巖（含泥質(zhì)粉砂巖）樣品進行現(xiàn)場解析實驗，經(jīng)計算解吸氣含量加回推損失氣量以及實驗測得殘余氣量，得到總含量為0.32～1.45 m3/t，平均為0.81 m3/t，整體含氣量中等偏低。

2.3 等溫吸附

JC1井泥頁巖樣品等溫吸附曲線如圖1所示。等溫吸附實驗能夠反映泥頁巖的吸附性能，通過圖1可以看出，泥頁巖吸附氣含量為1.50～3.28 m3/t，平均為2.26 m3/t。整體上表現(xiàn)出具有良好的吸附性能。

3 泥頁巖含氣性影響因素

頁巖氣的含氣量主要包括吸附氣、游離氣。龍?zhí)督M礦物成分主要為黏土礦物和石英，黏土礦物含量高，其氣體賦存狀態(tài)主要為吸附氣。因此主要通過分析泥頁巖飽和吸附量的影響因素來分析龍?zhí)督M頁巖氣含氣性的影響因素，泥頁巖吸附性能的影響因素很多，主要包括有機碳含量（TOC）、有機質(zhì)成熟度（Ro）、礦物成分等。

龍?zhí)督M有機碳含量（TOC）與吸附氣量關系如圖2所示。龍?zhí)督M泥頁巖TOC含量普遍較高，為0.56%～9.58%，平均為3.97%。TOC含量與頁巖飽和吸附氣含量之間呈良好的正相關關系，相關系數(shù)大，從圖2可以看出TOC含量越高，泥頁巖的飽和吸附量越大。有機碳含量是影響泥頁巖吸附能力最重要的一個因素。有機質(zhì)成熟度（Ro）對頁巖的吸附能力同樣有著一定的影響，主要表現(xiàn)為吸附氣含量隨著Ro的增加先逐漸增加，到達一定值時再逐漸減小。

圖1 JC1井泥頁巖樣品等溫吸附曲線

圖2 龍?zhí)督M有機碳含量（TOC）與吸附氣量關系

龍?zhí)督M泥頁巖的礦物成分主要為黏土礦物、石英、少量的長石、方解石等，黏土礦物含量高。礦物成分對泥頁巖飽和吸附氣量有較大的影響。黏土礦物成分以伊/蒙間層礦物、伊利石為主，其次為綠泥石，含少量的高嶺石和蒙皂石，黏土礦物成分的差異性影響其吸附性能，不同成分吸附性能由高到低依次為：蒙皂石、伊/蒙混層、高嶺石、綠泥石、伊利石[5]。

通過研究證明，黏土礦物和石英礦物含量均與吸附氣含量呈良好的正相關關系，即黏土礦物含量越高其吸附性能越好，石英礦物越高其吸附性能亦越好，正相關系數(shù)黏土礦物大于石英，可以看出黏土礦物對吸附能力的影響要高于石英礦物。

4 結(jié)論

黔北上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M氣測錄井顯示出良好的含氣性，氣測全烴值為0.17%～12.04%，平均為5.18%，氣測甲烷值為0.03%～10.06%，平均為3.08%；現(xiàn)場解析實驗結(jié)果顯示泥頁巖總含氣量較高，為0.82～2.52 m3/t，平均為1.38 m3/t，泥質(zhì)粉砂巖總含氣量中等偏低，為0.32～1.45 m3/t，平均為0.81 m3/t；等溫吸附結(jié)果顯示泥頁巖具有良好的吸附性能，泥頁巖吸附含氣量為1.50～3.28 m3/t，平均為2.26 m3/t。龍?zhí)督M泥頁巖吸附性能的影響因素多樣，主要包括TOC、Ro、黏土礦物含量、石英含量等。有機碳含量是影響泥頁巖吸附性能最為重要的因素，有機碳含量與飽和吸附量呈正相關關系，相關系數(shù)大；有機質(zhì)成熟度對飽和吸附氣含量表現(xiàn)為先增后減；黏土礦物和石英含量均與飽和吸附量呈正相關關系，但黏土礦物影響更大。

［1］張金川，金之鈞，袁明生.頁巖氣成藏機理和分布［J］.天然氣工業(yè)，2004（7）：15-18.

［2］馬永生，蔡勛育，趙培榮.中國頁巖氣勘探開發(fā)理論認識與實踐［J］.石油勘探與開發(fā)，2018，45（4）：561-574.

［3］王香增，范柏江，張麗霞，等.陸相頁巖氣的儲集空間特征及賦存過程——以鄂爾多斯盆地陜北斜坡構(gòu)造帶延長探區(qū)延長組長7段為例［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2015（4）：651-658.

［4］貴州省地礦局.貴州省區(qū)域地質(zhì)志［M］.北京：地質(zhì)出版社，1987.

［5］黨偉，張金川，黃瀟，等.陸相頁巖含氣性主控地質(zhì)因素——以遼河西部凹陷沙河街組三段為例［J］.石油學報，2015（12）：1516-1530.

P618.13

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.02.026

2095－6835（2020）02－0078－02

鄧恩德（1990—），男，湖南邵陽人，碩士研究生，工程師，研究方向為非常規(guī)油氣資源勘查及評價。

中國地質(zhì)調(diào)查局資助項目（編號：12120114020201-05）

〔編輯：嚴麗琴〕