舒志國，王 進

(中國石化 江漢油田分公司 勘探開發(fā)研究院，武漢 430223)

隨著勘探開發(fā)的不斷突破，頁巖氣已成為一種重要的非常規(guī)油氣資源。美國是世界上頁巖氣勘探開發(fā)時間最早、研究程度最高的國家，頁巖氣產量從2006年的311億立方米迅速增加到2019年的6 321億立方米。我國頁巖氣勘探起步相對較晚，但近年來發(fā)展迅速。隨著四川盆地涪陵、長寧、威遠等一批頁巖氣田開發(fā)投產，一方面極大提升了我國頁巖氣產量，同時也推動了我國頁巖氣勘探開發(fā)技術不斷進步，尤其是涪陵頁巖氣田的成功開發(fā)，標志著我國頁巖氣加速邁入大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展階段[1-4]。

目前，國內頁巖氣的四大產區(qū)分別為涪陵頁巖氣田、川南頁巖氣田、威榮頁巖氣田和長寧頁巖氣田，勘探層系主要為上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組一段，開發(fā)層系集中在五峰組—龍馬溪組下部氣層。涪陵頁巖氣田焦石壩區(qū)塊五峰組—龍馬溪組頁巖氣層厚度 85～102 m，縱向上可劃分為9個小層，其中下部的①～⑤小層為主力含氣頁巖段，簡稱下部氣層，是早期頁巖氣開發(fā)的主要目的層段；上部的⑥～⑨小層為上部含氣頁巖段，簡稱上部氣層，未進行開發(fā)。2013—2017年采用水平井在下部①～③小層穿行并進行大規(guī)模水力壓裂，獲得高產工業(yè)氣流。但一次井網實施發(fā)現(xiàn)，縱向儲層儲量動用率和采收率均較低。在分析頁巖氣富集高產因素過程中，眾多學者研究認為，下部氣層有機質豐度高、孔隙度大，下部氣層穿行率越高，氣井初期產量也越高，優(yōu)質儲層鉆遇厚度與單井測試產量正相關[5-10]。隨著氣田投產年限的逐漸增加，部分氣井遞減較快，給氣田穩(wěn)產帶來較大壓力，迫切需要開辟新的勘探開發(fā)領域[11-12]。研究發(fā)現(xiàn)焦石壩區(qū)塊氣層縱向上無明顯巖性隔層，作為較低品位的上部氣層是否具備分層開發(fā)潛力？下部氣層開發(fā)建立的有利區(qū)劃分技術在上部氣層是否適用？為解決這些問題，還需進一步攻關低品質頁巖甜點評價方法、頁巖氣分層開發(fā)評價方法與技術。本文通過研究焦石壩區(qū)塊上部氣層頁巖地質特征，建立上部氣層評價標準，開展上部氣層縱向選層、平面選區(qū)等工作，明確上部氣層有利開發(fā)層系和開發(fā)區(qū)域，為涪陵頁巖氣田持續(xù)穩(wěn)產提供技術支撐，研究成果可為類似海相低品位頁巖(有機質豐度在1%～2%)的勘探開發(fā)提供借鑒。

1 地質概況

涪陵焦石壩區(qū)塊地理位置屬重慶市涪陵區(qū)，構造位置位于四川盆地川東高陡褶皺帶(圖1a)。焦石壩區(qū)塊靠近四川盆地邊部，位于盆地邊界斷裂—齊岳山深大斷裂帶以西，華鎣山深大斷裂以東，被天臺場、吊水巖和大耳山西、石門等兩組北東向和近南北向逆斷層夾持圍限，近似呈菱形(圖1b)。自基底形成后，焦石壩區(qū)塊先后經歷了加里東運動、海西運動、印支運動、燕山運動等多期構造運動，受雪峰、大巴山等方向多期構造影響，該區(qū)主要發(fā)育北東向和北西向兩組斷層。早期為北東向的斷層，形成東西分塊、隆洼相間的格局，主體構造走向為北東向，從西到東表現(xiàn)為“三隆三凹”的特征；后期為北西向的斷層，形成南北分帶的特征。

圖1 四川盆地涪陵氣田焦石壩區(qū)塊地理位置及焦頁A井五峰組—龍馬溪組頁巖地層綜合柱狀圖

五峰組—龍馬溪組一段為焦石壩區(qū)塊勘探開發(fā)的目的層段。目的層橫向分布穩(wěn)定，厚度約80～100 m，其中下部氣層(①～⑤小層)約35～40 m，巖性以灰黑色硅質頁巖為主；上部氣層(⑥～⑨小層)約45～60 m，巖性主要為灰黑色黏土質硅質頁巖、灰黑色混合頁巖和灰黑色黏土質頁巖。上、下部氣層巖性、巖相、地化特征、孔隙特征、含氣性等特征均存在一定差異(圖1c)。

2 上部氣層地質特征

2.1 地層特征

志留紀早期，受華南板塊擠壓，揚子板塊由臺地轉換為前陸盆地沉積環(huán)境[13]。涪陵焦石壩地區(qū)位于四川盆地川東隔檔式褶皺帶南段石柱復向斜、方斗山復背斜和萬縣復向斜等多個構造單元的結合部，南邊是黔中隆起，西邊為川中古隆起，受古隆起的夾持，涪陵焦石壩區(qū)塊處于相對安靜的深水陸棚沉積環(huán)境，發(fā)育一套暗色富有機質頁巖。

以焦頁A井為例，上部氣層厚度約58.4 m，依據(jù)測井曲線特征將其自下至上依次劃分4個小層。底部⑥小層發(fā)育灰黑色含粉砂質泥巖，自下而上粉砂質紋層逐漸增加，與下伏⑤小層碳質頁巖整合接觸。測井曲線具有相對低伽馬、相對高電阻的特征，電阻率齒化高值，密度平均值為2.64 g/cm3，U/Th相對較低，平均值為0.41。古生物欠發(fā)育，偶見單列式筆石化石。⑦小層巖性以灰黑色含粉砂質泥巖為主，自下而上粉砂質含量逐漸減少，與下伏⑥小層含粉砂質泥巖整合接觸。伽馬測井曲線相對低值，電阻率呈箱形中高值，密度曲線、U/Th曲線縱向變化不大。古生物自下而上由發(fā)育—欠發(fā)育，見單列式筆石化石。⑧小層上部為灰黑色含碳質灰質泥巖，電性上表現(xiàn)為低伽馬；中部為含粉砂質灰質頁巖；下部為灰黑色含碳質頁巖，與下伏⑦小層含粉砂質泥巖整合接觸。整體上伽馬曲線為中高值，電阻率曲線齒狀低值，密度平均值2.63 g/cm3。古生物發(fā)育—欠發(fā)育，可見筆石及角石化石。⑨小層上部為灰黑色頁巖夾灰色粉砂質泥巖，自下而上粉砂質含量增加；下部巖性為夾灰色薄層粒屑灰?guī)r及灰黑色含粉砂質泥巖，本段總體上自下而上粉砂質含量增加，灰質含量減少。自然伽馬呈箱形中高值，電阻率曲線低值，密度較高，平均為2.68 g/cm3，U/Th平均為0.29。

2.2 巖相特征

目前頁巖巖相劃分和表征已成為頁巖氣層地質評價的重要基礎工作。梁超等[14]將四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖劃分為碳質頁巖等5類；李卓等[15]以頁巖有機碳含量和礦物組分作為巖相劃分參數(shù)，將頁巖巖相劃分為富有機質頁巖等12種；朱逸清等[16]認為在劃分頁巖巖相時，必須將石英成因考慮進去，依據(jù)石英含量、石英成因及紋層類型，將頁巖巖相劃分為富硅紋層頁巖等7種。由上可知，目前關于頁巖巖相的劃分尚未形成統(tǒng)一標準[7-19]。筆者認為合理的巖相劃分既需考慮頁巖礦物組分等靜態(tài)參數(shù)，也應結合生產開發(fā)實際應用。因此，本文以硅質礦物、碳酸鹽礦物和黏土礦物三端元礦物法為基礎，先將頁巖劃分為硅質頁巖、鈣質頁巖、黏土頁巖和混合頁巖4類，同時參考巖性分級命名體系，對上述四大類巖相進一步細化。即以三端元含量的 10%、25%、50%、75%為分界，并以單組分、雙組分和三組分為命名層級。例如：當硅質礦物含量為 50%～75%，黏土礦物含量為 25%～50%時，可命名為黏土質硅質頁巖，當三組分含量均在 25%～50%時，為混合頁巖。

以小層劃分為垂向剖析單元，對焦石壩區(qū)塊上部氣層頁巖巖相發(fā)育類型開展系統(tǒng)分析，可知上部氣層巖相縱向具有“三分性”特征。⑥～⑦小層巖相以黏土質硅質頁巖為主，見薄層狀黏土質硅質混合頁巖。⑧小層巖相類型由下部硅質類頁巖過渡為混合類頁巖，以黏土質硅質混合頁巖和含鈣黏土質硅質混合頁巖為主，偶見薄層狀含鈣黏土質硅質頁巖。此外，該段可見厚層狀硅質黏土頁巖。⑨小層巖相以厚層狀硅質黏土頁巖為主。整體來看，上部氣層頁巖巖相由下向上依次發(fā)育硅質類頁巖—混合類頁巖—黏土類頁巖，其中硅質類頁巖和黏土類頁巖呈厚層狀，混合類頁巖多以薄層狀互層發(fā)育。平面上，該區(qū)上部氣層頁巖巖相南北存在一定差異(圖2)，北部⑥～⑧小層以混合頁巖巖相為主，⑨小層以黏土頁巖巖相為主；南部⑧～⑨小層均以黏土頁巖巖相為主。

圖2 四川盆地焦石壩區(qū)塊五峰組—龍馬溪組頁巖巖相對比

2.3 地化特征

焦頁A井上部氣層共完成有機碳含量(TOC)測試57塊樣品，實測⑥～⑨小層有機碳含量為0.50%～2.41%，平均1.61%，縱向上呈現(xiàn)三分性特征(表1)：⑥小層TOC平均值1.57%，⑦小層TOC平均值1.60%，⑧小層TOC平均值2.02%，⑨小層TOC平均值1.10%；⑧小層最優(yōu)，其次為⑥～⑦小層，⑨小層有機碳含量最低。

表1 四川盆地焦石壩區(qū)塊焦頁A井上部氣層龍馬溪組有機碳含量縱向分段統(tǒng)計

平面上，焦石壩區(qū)塊上部氣層TOC整體變化較小(圖3a)，北部焦頁A井⑥～⑨小層TOC平均為1.61%，東南部焦頁B井⑥～⑨小層TOC平均為1.52%，西南區(qū)焦頁C井⑥～⑨小層TOC平均為1.49%。

2.4 孔隙特征

根據(jù)焦頁A井58塊樣品氦氣法實測孔隙度分析結果表明，焦石壩區(qū)塊上部氣層實測孔隙度具有“中間高，兩頭低”的特征，⑧小層孔隙度高，⑥～⑦小層和⑨小層略低。統(tǒng)計結果表明，上部氣層孔隙度為3.38%～5.12%，平均孔隙度4.50%，其中⑧小層最優(yōu)，孔隙度達5.12%。按照能源行業(yè)《頁巖氣藏描述技術規(guī)范：NB/T 14001—2015》評價標準[20]，上部氣層總體以Ⅱ類儲層為主，其中⑧小層最優(yōu)，為Ⅰ類儲層。

平面上，焦石壩區(qū)塊上部氣層自北向南孔隙度呈降低趨勢(圖3b)，北部焦頁A井⑥～⑨小層孔隙度平均為4.50%，東南部焦頁B井⑥～⑨小層孔隙度平均為4.20%，西南區(qū)焦頁C井⑥～⑨小層孔隙度平均為3.52%，反映出構造變形對頁巖孔隙度有著明顯的控制作用。

圖3 四川盆地焦石壩區(qū)塊上部氣層地質參數(shù)平面分布

從孔隙類型上看，上部氣層發(fā)育有機質孔隙、碎屑孔隙和黏土孔隙，孔隙類型縱向具備三分性特征：⑥～⑦小層以有機質孔隙和碎屑孔隙為主；⑧小層以有機質孔隙和黏土孔隙為主；⑨小層以微裂隙為主(圖4)。

圖4 四川盆地焦石壩地區(qū)焦頁B井上部氣層頁巖氬離子拋光照片

2.5 含氣性特征

含氣性特征表征通常采用含氣量和含氣飽和度2個參數(shù)。針對涪陵焦石壩其他地區(qū)單井實測含氣量與測試產量存在明顯矛盾的問題，有學者提出了使用測井解釋含氣量來代替實測含氣量的方法[21-24]。

縱向上，從焦石壩區(qū)塊焦頁A井上部氣層測井解釋結果看，自下而上表現(xiàn)為中—高—低三分性特征：⑥～⑦小層含氣量3.92 m3/t，其中游離氣含量1.60 m3/t；⑧小層含氣量4.69 m3/t，其中游離氣1.83 m3/t；⑨小層含氣量3.23 m3/t，游離氣含量1.02 m3/t。從測井解釋含氣量方面來看，⑧小層最優(yōu)。從焦頁 A井實測含氣飽和度來看，自下而上含氣飽和度逐漸降低，⑥～⑦小層含氣飽和度62.02%～62.62%，⑧小層含氣飽和度55.72%，⑨小層含氣飽和度49.97%。因此，就含氣性而言，⑥～⑧小層為上部氣層中有利開發(fā)層系。

平面上，焦石壩區(qū)塊上部氣層⑥～⑨小層平面差異較大(圖3c)，平均值為2.87～4.69 m3/t。分析認為，頁巖儲層的含氣性受多方因素控制，除頁巖自身的品質，還受熱演化程度、保存條件等外在因素的影響，含氣性結果需要綜合分析。

2.6 脆性特征

巖石脆性用來評價頁巖基質破碎和形成多維破裂面的難易程度，可反映壓裂后形成裂縫的復雜程度，脆性表征可以從脆性礦物含量和脆性指數(shù)兩方面進行[25-26]。其中脆性礦物含量定義為長英質礦物含量和碳酸鹽礦物含量之和；脆性指數(shù)定義為脆性礦物與脆性礦物、黏土礦物含量之和的比值。

根據(jù)58塊樣品全巖X衍射實驗結果，焦頁A井頁巖脆性礦物包括石英、鉀長石、斜長石、碳酸鹽和黃鐵礦，自下而上總體呈現(xiàn)逐漸減小趨勢。⑥～⑦小層脆性礦物含量介于56.81%～60.32%，平均為58.57%；⑧小層脆性礦物含量平均為54.65%；⑨小層脆性礦物含量最低，平均值為44.84%。脆性指數(shù)也具有自下而上逐漸減小的特征，其中⑥～⑦小層平均為61.13%，⑧小層56.93%，⑨小層46.30%(表2)。

表2 四川盆地焦石壩區(qū)塊焦頁A井上部氣層五峰組—龍馬溪組89 m含氣頁巖段礦物含量分段統(tǒng)計

平面上，根據(jù)焦石壩區(qū)塊導眼井X衍射分析結果，上部氣層脆性礦物含量比較穩(wěn)定，平均在50%～55%之間(圖3d)，分析主要是因為上部氣層沉積時期，焦石壩地區(qū)處于遠離物源區(qū)的深水陸棚沉積區(qū)，平面沉積環(huán)境沒有明顯變化，因此脆性礦物含量平面展布較為穩(wěn)定。

3 上部氣層綜合地質評價

依據(jù)上部氣層頁巖氣富集高產主控因素，分別優(yōu)選了上部氣層含氣性評價標準和可壓性評價標準，同時參考下部氣層開發(fā)井頁巖氣壓裂改造影響因素分析結果，建立上部氣層開發(fā)評價指標體系。

3.1 含氣性評價標準

焦石壩上部氣層平面上厚度大于40 m，厚度因素暫不用考慮，結合焦石壩上部氣層目前實際資料狀況，優(yōu)選上部氣層含氣性評價指標，明確有機碳含量、孔隙度、含氣飽和度和含氣量4項指標體系(表3)。有機碳含量、孔隙度和含氣量參考能源行業(yè)標準，同時結合下部氣層開發(fā)效果，含氣飽和度分別以60%和45%作為標準界線，將頁巖氣層劃分為Ⅰ、Ⅱ和￣Ⅲ類(表3)。

表3 四川盆地焦石壩上部氣層含氣性評價指標體系

3.2 可壓性評價標準

焦石壩區(qū)塊頁巖可壓性評價標準，參考能源行業(yè)標準中頁巖儲層分類評價規(guī)范[20]，將脆性評價分為三級，其中，脆性礦物含量大于55%或脆性指數(shù)大于60%，巖石脆度大，壓裂中易于形成復雜縫網，可壓裂性好，為Ⅰ類脆性層；脆性礦物含量40%～55%或脆性指數(shù)45%～60%，壓裂中縫網形態(tài)較復雜，可壓裂性較好，為Ⅱ類脆性層；脆性礦物含量小于40%或脆性指數(shù)小于45%，形成縫網形態(tài)以雙翼縫或多縫為主，可壓裂性較差，為Ⅲ類脆性層。

焦石壩區(qū)塊上部氣層⑥～⑦小層脆性礦物平均為58.57%，脆性指數(shù)為61.13%，可評價為Ⅰ類；⑧小層脆性礦物含量平均為54.65%，脆性指數(shù)為56.93%，可評價為Ⅱ類；⑨小層脆性礦物含量平均為44.84%，脆性指數(shù)為46.3%，可評價為Ⅱ類。

3.3 上部氣層縱向有利層段優(yōu)選

綜合評價后認為，焦石壩區(qū)塊上部氣層以Ⅱ類氣層為主，⑧小層含氣性最優(yōu)(有機碳平均值2.02%，孔隙度5.12%，測井解釋含氣量4.69 m3/t，脆性礦物平均為54.65%，計算的脆性指數(shù)56.93%)。綜合評價認為⑥～⑧小層為Ⅱ類頁巖層段，其中⑧小層含氣性最優(yōu)，可壓性較差，為Ⅱ1類，⑥～⑦小層含氣性中等，可壓性較好，為Ⅱ2類；⑨小層含氣性和可壓性均較差，為Ⅲ類(圖5)。

圖5 四川盆地焦頁A井五峰組—龍馬溪組上部氣層綜合評價

3.4 上部氣層平面有利區(qū)優(yōu)選

涪陵氣田下部氣層開發(fā)證實，構造變形強度是頁巖氣富集的關鍵因素[27]。眾多學者研究認為，構造變形強度是造成焦石壩區(qū)塊含氣性差異的關鍵因素，通過優(yōu)選主斷裂斷距、地層增厚比例、斷裂密度、曲率值等參數(shù)，建立了構造變形強度指數(shù)。本次研究綜合上部氣層頁巖氣富集高產動靜態(tài)分析成果，參考下部氣層開發(fā)井壓裂效果評價成果，針對上部氣層優(yōu)選頁巖原生品質、含氣性、構造變形強度、裂縫、埋深共5大類8項開發(fā)選區(qū)評價指標體系，建立了焦石壩上部氣層分層開發(fā)選區(qū)評價指標體系(表4)，將頁巖氣層劃分為3類。其中，Ⅱ類開發(fā)區(qū)依據(jù)構造保存條件評分、裂縫及埋深，進一步劃分為Ⅱ1類和Ⅱ2類；Ⅲ類開發(fā)區(qū)依據(jù)含氣量、構造保存條件和裂縫，進一步劃分為Ⅲ1類和Ⅲ2類。

表4 四川盆地焦石壩區(qū)塊上部氣層分層開發(fā)評價指標體系

綜合上部氣層頁巖儲層品質、含氣性、構造變形強度、裂縫發(fā)育特征，將整個焦石壩區(qū)塊上部氣層劃分為4個區(qū)——焦頁A井區(qū)、焦頁B井區(qū)、焦頁C井區(qū)和焦頁D井區(qū)(圖6)。其中，焦頁A井區(qū)位于焦石壩區(qū)塊北部，地層傾角0°～5°，斷裂不發(fā)育，構造變形弱，保存條件好，綜合評價為Ⅱ1類區(qū)；焦頁B井區(qū)位于焦石壩區(qū)塊中部，地層傾角0°～5°，斷裂不發(fā)育，裂縫發(fā)育程度中等，構造變形較弱，保存條件較好，綜合評價為Ⅱ2類區(qū)；焦頁C井區(qū)位于焦石壩區(qū)塊東南部，地層傾角5°～15°，靠近東翼石門1號斷層附近，地層增厚，斷裂較發(fā)育，構造保存條件較差，綜合評價為Ⅲ1類區(qū)；焦頁D井區(qū)位于焦石壩區(qū)塊西南部，受烏江斷裂影響較大，地層傾角5°～20°，斷裂發(fā)育，構造變形強，保存條件差，綜合評價為Ⅲ2類區(qū)。

圖6 四川盆地焦石壩區(qū)塊上部氣層地質綜合分區(qū)

4 開發(fā)效果及富集主控因素分析

4.1 開發(fā)效果評價

目前針對焦石壩區(qū)塊上部氣層部署實施了評價井6口，從已完鉆的上部氣層評價井測試產量來看，與地質分區(qū)具有一致性。部署在Ⅱ1類區(qū)的5口評價井測試壓力9.6～17.6 MPa，平均13.4 MPa，測試產量(15.0～24.8)×104m3/d，平均19.9×104m3/d；部署在Ⅱ2類區(qū)的1口評價井測試壓力7.0 MPa，測試產量5.3×104m3/d。整體上上部氣層評價井測試產量呈現(xiàn)北高南低的趨勢，與地質特征的分布趨勢一致。

4.2 上部氣層頁巖氣富集高產主控因素

4.2.1 頁巖氣富集主控因素

頁巖氣與常規(guī)油氣的最大區(qū)別在于自生自儲，因此頁巖氣富集要求頁巖儲層自身具備良好的生氣和儲集能力；其次良好的保存條件也是必要的，可為頁巖氣井的高產提供有效保障。

具備高熱演化程度的焦石壩區(qū)塊，在保存條件良好的地區(qū)，有機碳含量與含氣量之間呈現(xiàn)明顯的正相關。眾多學者認為影響頁巖氣含量的因素主要有有機碳含量、孔隙度、地層溫度和壓力、保存條件等[28-29]，針對焦石壩區(qū)塊上部氣層而言，最關鍵的是有機質豐度、孔隙度和保存條件。

(1)有機質豐度。頁巖氣富集首先要解決源和儲的問題，頁巖氣屬于典型的自生自儲性天然氣，因此有機碳豐度決定了頁巖氣生成量的問題。從目前具備高熱演化程度的焦石壩區(qū)塊研究結果來看，在保存條件良好的焦石壩區(qū)塊主體區(qū)，有機碳含量與含氣量呈現(xiàn)明顯的正相關關系，表明有機碳是頁巖氣生成的重要物質基礎。其次，有機碳熱演化過程中生成大量的有機質孔隙，是頁巖主要的孔隙類型，孔徑以微孔和中孔為主，不僅為吸附氣提供了豐富的比表面積，也為游離氣的賦存提供了重要的孔隙空間。因此，有機質豐度為頁巖氣提供了生氣和儲集兩方面的保障，是頁巖氣富集的物質基礎。

(2)孔隙度。分析焦石壩區(qū)塊已開發(fā)的下部氣層井含氣量的影響因素，孔隙度對含氣量的影響較大。頁巖氣主要存在游離和吸附2種賦存方式，而游離氣含量決定氣井初產，孔隙度對游離氣的影響主要是通過孔隙體積實現(xiàn)的，孔隙體積表示游離氣的賦存空間，游離氣的賦存需要足夠的空間，在微孔中，由于沒有足夠的賦存空間，游離氣含量較低。因此，足夠的賦存空間是影響游離氣含量和賦存機理的重要因素。焦石壩區(qū)塊上部氣層孔隙度平面差異較大，自北向南孔隙度逐漸降低，孔隙度的變化是造成頁巖含氣量平面差異的原因之一。

(3)保存條件。焦石壩區(qū)塊目前開發(fā)實踐證實，構造變形強度越大，頁巖儲層含氣性相對變差，構造保存條件對于頁巖氣富集而言至關重要。此外，保存條件對于頁巖儲層孔隙尺度也有著重要的影響，保存條件變差，氣層壓力下降，受上覆地層的壓實作用，孔隙尺度會變小[30]?？紫冻叨鹊淖兓?/p>

對頁巖氣的賦存狀態(tài)會產生較大的影響，孔隙尺度變小導致游離氣含量減少，而吸附氣含量增加，影響單井初期產能。

4.2.2 頁巖氣高產主控因素

影響頁巖氣改造效果的地質因素主要有脆性礦物含量、埋深、裂縫發(fā)育特征等。根據(jù)焦石壩區(qū)塊實際地質特征，脆性礦物含量平面差異較小，因此在開展上部氣層有利區(qū)優(yōu)選時，重點根據(jù)埋深和裂縫發(fā)育特征開展研究。

(1)埋深與地應力。國內外研究表明，埋深對地應力有著最為直接和顯著的影響，隨著埋深的增加，垂直地應力和水平地應力均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，而且?guī)r石強度隨溫度升高而降低，泥頁巖在高溫高壓環(huán)境下塑性變形能力增強，形成復雜縫網難度增大[25,31]。

埋深是通過影響地應力而間接對壓裂改造施工難度產生影響，主要表現(xiàn)在以下3個方面：①埋深增大導致形成的復雜縫網難度增大，上覆巖層壓力增加導致層間縫剪切難度增加，最小水平主應力、溫度增加導致巖石塑性增強，巖石力學參數(shù)變化導致誘導應力強度及作用區(qū)域減?。虎诼裆钤黾訒е率┕毫μ岣?，限制了壓裂改造施工規(guī)模；③埋深增加使得人工縫網的剪切滑移面由粗糙變得光滑，從而導致壓裂縫的導流能力、保持能力降低。統(tǒng)計涪陵地區(qū)已完鉆井壓裂段閉合壓力與埋深關系發(fā)現(xiàn)，二者呈明顯正相關關系，在深度3 500～3 700 m附近，二者變化趨勢出現(xiàn)拐點，施工閉合壓力增加速度加快(圖7)。表明在地質背景類似的情況下，隨著埋深的增加，壓裂改造難度增加，埋深對壓裂改造效果有負面影響。

圖7 四川盆地涪陵地區(qū)完鉆井壓裂段閉合壓力與埋深相關關系

(2)裂縫發(fā)育特征。裂縫發(fā)育情況對水平井壓裂改造效果影響較大，可使與之相遇的水力裂縫停止、轉向或產生新縫，從而影響水力壓裂的縫網結構[31]。焦石壩區(qū)塊開發(fā)實踐證實，在焦石壩西南區(qū)，以條帶狀裂縫為主的區(qū)域，人工縫網復雜度低，壓裂效果差；而在裂縫不發(fā)育區(qū)或弱曲率區(qū)，人工縫網復雜程度高，壓裂效果較好。分析原因可能是在裂縫發(fā)育區(qū)，人工裂縫易優(yōu)先進入已存在的天然裂縫，使其發(fā)生膨脹，導致縫內凈壓力降低，影響復雜縫網形成。

此外，大尺度裂縫對上部氣層的高產也存在一定的負面影響。從已實施的上部氣層評價井來看，大尺度裂縫發(fā)育區(qū)，在下部氣層開發(fā)井壓裂過程中壓裂縫網易波及上部氣層，可能已動用部分上部氣層儲量，導致上部氣層初期產能相對較差。比如在地質評價的Ⅱ1類區(qū)內部，測試產量也有差異，焦頁X平臺上部氣層井位于裂縫發(fā)育區(qū)，⑧小層高導縫及微斷層相對發(fā)育，該區(qū)⑧小層相對穩(wěn)定區(qū)壓裂難度降低，壓裂曲線表現(xiàn)為開井壓力低，破裂壓力低，施工壓力低，壓裂加液順暢，地應力偏低，表明天然裂縫發(fā)育程度對上部氣層壓裂改造效果有較大影響。

5 結論

(1)焦石壩區(qū)塊五峰組—龍馬溪組一段上部氣層具備“中低碳、中低硅、非均質性強”的地質特征，縱向上地化、孔隙、含氣性具備三分性特征，即⑥～⑦小層低，⑧小層高，⑨小層低。

(2)綜合評價后認為，焦石壩區(qū)塊上部氣層以Ⅱ類氣層為主，其中，⑧小層含氣性最優(yōu)，可壓性較差，為Ⅱ1類；⑥～⑦小層含氣性中等，可壓性較好，為Ⅱ2類；⑨小層含氣性和可壓性均較差，為Ⅲ類。

(3)針對焦石壩區(qū)塊上部氣層，建立了頁巖原生品質、含氣性、構造變形強度、裂縫、埋深共5大類8項開發(fā)選區(qū)評價指標體系，將焦石壩區(qū)塊上部氣層劃分為4個區(qū)，即焦頁A井區(qū)，焦頁B井區(qū)，焦頁C井區(qū)，焦頁D井區(qū)。其中，焦頁A井區(qū)最有利，評價井效果好，可作為焦石壩區(qū)塊上部氣層開發(fā)有利區(qū)。

(4)有機質豐度、孔隙度和保存條件是影響焦石壩區(qū)塊上部氣層富集的主要因素，埋深與地應力、天然裂縫發(fā)育程度對上部氣層壓裂改造效果有較大影響，是上部氣層高產的主控因素。