蔡 進(jìn)，劉 莉，劉 超，舒志恒，鄧佳琪

中國石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院，湖北 武漢 430223

奧陶系上統(tǒng)五峰組—志留系下統(tǒng)龍馬溪組下部龍一段為涪陵頁巖氣田的主要開發(fā)層段，目前已投入商業(yè)開發(fā)[1]，前期研究認(rèn)識中將該層段細(xì)分為九個(gè)小層，其中①～⑤小層稱為下部氣層；⑥～⑨小層稱為上部氣層[2-4]，為研究區(qū)此次研究的主要目的層段。目前江東區(qū)塊已有下部氣層完試井69口，測試產(chǎn)量1.8～62.9萬方/天，平均為18.5萬方/天，上部氣層井缺少生產(chǎn)資料，目前僅2口上部氣層完鉆。前人研究主要針對本區(qū)的下部氣層開展，上部氣層的勘探、開發(fā)及相關(guān)研究工作尚處于初步階段，本區(qū)取心評價(jià)井焦頁X-3井五峰組—龍馬溪組①～⑨小層共完成沉積、地化、儲(chǔ)層、含氣性、開發(fā)試驗(yàn)等5大類2 071塊次的樣品分析，論文主要對其中上部氣層五峰組—龍馬溪組沉積、地化特征、儲(chǔ)層特征、巖石學(xué)特征及含氣性特征進(jìn)行分析，對儲(chǔ)層及含氣性特征進(jìn)行綜合評價(jià)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

江東區(qū)塊隸屬川東褶皺帶，處于萬縣復(fù)向斜、方斗山復(fù)背斜隔擋式褶皺與齊岳山隔槽式褶皺帶的交匯區(qū)域，構(gòu)造上隸屬川東高陡構(gòu)造帶萬縣復(fù)向斜東南部，處于焦石壩背斜帶、烏江背斜帶和江東向斜帶的結(jié)合部位[5-7]。江東區(qū)塊整體可分為南、北兩個(gè)構(gòu)造帶，北部構(gòu)造帶可分為天臺(tái)場1號、2號斷鼻、吊水巖向斜三個(gè)次級構(gòu)造單元（圖1），呈北東向展布；南部構(gòu)造帶可細(xì)分為江東鞍部及烏江1號斷背斜兩個(gè)次級構(gòu)造單元，呈北西向展布，整體來看由北向南構(gòu)造逐漸復(fù)雜[8]，評價(jià)井焦頁X-3井位于區(qū)塊核部。

圖1 江東區(qū)塊構(gòu)造劃分平面圖及焦頁X-3井上部氣層柱狀圖Fig. 1 Tectonic location of the Jiangdong block and The lithology stratigraphic column of Well JiaoyeX-3

2 頁巖儲(chǔ)層特征

2.1 沉積特征

江東區(qū)塊五峰組—龍馬溪組上部氣層主要發(fā)育四種含碳量不同的巖石類型，自下而上分別為灰黑色中碳粉砂質(zhì)泥頁巖、灰黑色中—低碳粉砂質(zhì)泥頁巖、深灰黑色中—高碳細(xì)砂—粉砂質(zhì)泥頁巖、深灰色低中碳砂質(zhì)泥頁巖，四種巖石類型有機(jī)質(zhì)均較為發(fā)育，黃鐵礦較為發(fā)育，且發(fā)育水平紋層，指示了安靜、還原性條件的深水沉積特征[9]。

⑥—⑦小層：巖性整體顯灰黑色，巖心觀察表明含碳量較低，多為中碳，⑥小層較⑦小層略高，多為黏土質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖，巖心硬度較低，易于刻劃，碳質(zhì)含量與龍馬溪組底部—五峰組相比明顯降低，巖心污手程度較低，觀察巖心斷切面可知硅質(zhì)含量占切面的35%左右，巖心薄片可觀察到大量的水平粉砂質(zhì)細(xì)—粗紋層（圖2a），其自生硅質(zhì)含量較下伏的①—⑤小層明顯減少，薄片下未觀察到明顯的硅質(zhì)骨骼類生物化石，指示了較為安靜的深水、還原性沉積環(huán)境。

⑧小層：巖性整體顏色為灰黑色—深灰色，含碳量較下伏⑦小層增高，主要為中碳及少量高碳粉砂質(zhì)粘土頁巖，觀察巖心斷面可知，其硅質(zhì)含量介于30%～35%之間，碳質(zhì)含量與⑥—⑦小層大體相當(dāng)，在局部井區(qū)有機(jī)碳含量高于⑥—⑦小層，局部段夾有中薄層的灰黑色含灰質(zhì)頁巖，薄片顯示黏土被炭質(zhì)浸染嚴(yán)重（圖2b），呈平行于紋層的細(xì)條紋狀分布（圖2c），整體指示了較為安靜的深水、還原性沉積環(huán)境。

⑨小層：巖心主要為灰黑色，含碳量較低，為低碳粉砂質(zhì)粘土頁巖：其硅質(zhì)含量約為35%左右，碳酸鹽巖含量明顯減少，黏土礦物含量顯著增高，約為65%左右，巖心斷面觀察可知碳質(zhì)含量普遍在1%左右，平均值低于1%，局部井區(qū)可高于1%。巖心可觀察到粉砂質(zhì)條帶，自下而上粉砂質(zhì)條帶逐漸變寬，趨于發(fā)育。薄片下可看到片狀黏土礦物定向排列（圖2d），整體指示了深水、安靜、弱還原性的沉積環(huán)境，但水體深度較下伏層段淺、還原性較下伏層段弱[10]。

從評價(jià)井焦頁X-3井巖心觀察結(jié)果來看，該井區(qū)整個(gè)含氣頁巖段具備深水陸棚的沉積特征，其中上部氣層⑧小層可見大量筆石化石（圖2e），局部見星散狀黃鐵礦（圖2f），反映出強(qiáng)還原的深水陸棚沉積環(huán)境，有利于有機(jī)質(zhì)富集，為最優(yōu)開發(fā)層段。

圖2 焦頁X-3井五峰組—龍馬溪組⑧小層巖石薄片與巖心照片F(xiàn)ig. 2 The core photos of Well JiaoyeX-3

從江東區(qū)塊已完鉆3口導(dǎo)眼井含氣頁巖段（①—⑨小層）厚度劃分來看，北部厚度分別為88～90 m，而南部厚度略有增加，實(shí)鉆顯示厚度為120 m，其中上部氣層（⑥—⑨小層）厚度在北部為50～52 m，而在區(qū)塊南部厚度略有增加，約70 m，全區(qū)厚度整體在40～70 m。

2.2 地化特征

江東區(qū)塊焦頁X-3井在五峰組—龍馬溪組取心段共檢測TOC樣品88塊，上部氣層50塊，TOC值為0.54%～2.37%，平均值為1.48%，從數(shù)值分布來看，大部分樣品TOC值為1.5%～2.0%；分小層統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，⑧小層TOC最高，⑥、⑦小層次之，⑨小層最差（表1）。

表1 焦頁X-3井巖心TOC分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 1 The Organic carbon content of Well JiaoyeX-3

焦頁X-3井干酪根鏡檢分析有機(jī)質(zhì)類型結(jié)果來看，區(qū)塊主體處于淺海沉積環(huán)境，生物以水生生物為主，具有大量的浮游生物和菌藻類，尤以筆石占絕對優(yōu)勢，局部有放射蟲和硅質(zhì)海綿骨針，有機(jī)質(zhì)類型以腐泥型干酪根為主，上部氣層⑨小層為II1型干酪根，類型指數(shù)65.5，⑥—⑧小層為II2型干酪根，類型指數(shù)20.5～34.0。

焦頁X-3井五峰組—龍馬溪組進(jìn)行9塊鏡煤樣品分析，其中上部氣層有效測點(diǎn)7個(gè)，瀝青質(zhì)反射率3.49%～5.98%，鏡質(zhì)體反射率（Ro）是國際上公認(rèn)的標(biāo)定有機(jī)質(zhì)成熟度的指標(biāo)，古生界地層干酪根組成缺乏鏡質(zhì)體，瀝青反射率已成為表征那些缺乏鏡質(zhì)體而含有瀝青的海相烴源巖有機(jī)質(zhì)成熟度的一個(gè)重要指標(biāo)，利用Ro=0.3195+0.679×Rb公式換算鏡質(zhì)體反射率[11]，上部氣層鏡質(zhì)體反射率2.69%～4.38%，結(jié)果表明江東區(qū)塊五峰組—龍馬溪組上部氣層進(jìn)入過成熟演化階段，以生成干氣為主[12]。

2.3 物性特征

江東區(qū)塊焦頁X-3井五峰組—龍馬溪組取心段共檢測物性樣品88塊，其中上部氣層49塊，巖心孔隙度為1.5%～6.6%，平均值為3.7%，從數(shù)值分布來看，大部分樣品孔隙度值為2%～4%；分小層統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，⑥小層孔隙度最高，⑧、⑨小層次之，⑦小層最低（表2）。

表2 焦頁X-3井巖心孔隙度分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Table 2 The core porosity of Well JiaoyeX-3

從焦頁X-3井巖心觀察結(jié)果來看，上部氣層⑨小層構(gòu)造縫欠發(fā)育，高導(dǎo)流縫主要在⑧小層，整體構(gòu)造縫欠發(fā)育，多為方解石全充填，開啟程度較低。有機(jī)質(zhì)孔隙以微孔和中孔為主，呈圓形和橢圓形，空間上呈片狀、管柱狀和洞穴狀、主要為中孔，內(nèi)部連通性及其與外部連通性好；黏土孔隙主要為大孔，呈片狀和不規(guī)則狀，內(nèi)部連通性及其與外部連通性較好；碎屑孔隙主要為大孔，呈不規(guī)則狀，連通性差[13]。

從焦頁X-3井樣品掃描電鏡顯示，上部氣層主要發(fā)育有機(jī)孔，孔徑以中孔為主，黃鐵礦晶間孔（圖3a、3b），有機(jī)質(zhì)內(nèi)孔較發(fā)育（圖3c、3d）?？傮w而言，頁巖儲(chǔ)層孔隙主要以中孔為主，孔隙主要分布在孔隙直徑≤24 nm以下的孔徑范疇，中孔孔隙體積占總孔隙體積的80%以上，不同類型的孔隙和不同尺度的孔隙組合形態(tài)呈兩端開放的楔形和墨水瓶型，孔隙開放程度較好，對頁巖氣在基質(zhì)中的滲流較為有利[14]。

圖3 焦頁X-3井五峰組—龍馬溪組上部氣層掃描電鏡Fig. 3 The scanning electron microscope photos of Well JiaoyeX-3

2.4 巖石學(xué)特征

江東區(qū)塊焦頁X-3井巖心分析數(shù)據(jù)表明，五峰組—龍馬溪組脆性礦物含量較高，且自上而下逐漸增加，其中上部氣層石英含量平均為34.85%，碳酸鹽含量平均為12.24%，分小層統(tǒng)計(jì)表明，⑦、⑧小層脆性礦物含量較高，⑨小層較低（圖4）。從52塊巖心分析粘土礦物X衍射結(jié)果來看，上部氣層黏土礦物含量平均為40.82%，以伊利石和伊蒙混層為主，少量綠泥石，不含高嶺石，具備較好的可壓性[15]（表3）。

表3 焦頁X-3井巖心全巖X衍射礦物組分分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Table 3 The mineral composition of whole rock X-ray diffraction in core of Well JiaoyeX-3

圖4 焦頁X-3井⑥—⑨小層巖石礦物組分三角圖Fig. 4 The triangle diagram of rock mineral composition for ⑥—⑨ sublayer of Well JiaoyeX-3

3 含氣性

焦頁X-3井鉆探過程中，五峰組—龍馬溪組整體見良好油氣顯示，上部氣層段氣測全烴顯示最高值達(dá)14.08%，甲烷值達(dá)9.88%，錄井解釋含氣層25 m/層；焦頁X-3井共取氣組分分析樣品94塊，分析結(jié)果表明氣體組分以甲烷為主，甲烷體積分?jǐn)?shù)平均值達(dá)59.70%。

焦頁X-3井現(xiàn)場實(shí)測總含氣量平均值3.49 m3/t，其中上部氣層實(shí)測總含氣量平均值為2.25 m3/t，⑦小層含氣量最高，⑥、⑧小層次之，⑨小層最低。從焦頁X-3導(dǎo)眼井整個(gè)含氣頁巖段實(shí)測總含氣量看，江東區(qū)塊上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣層含氣量縱向上整體呈現(xiàn)出自上而下總含氣量增高的特征；核磁法進(jìn)行含水飽和度測試，上部氣層含水飽和度36.6%～57.68%，平均值為44.84%，其中⑧小層含水飽和度平均值38.76%，是含氣飽和度最好的層段，其次為⑦小層，⑥、⑨小層含氣飽和度相對較差。

從含氣性分析結(jié)果來看，江東區(qū)塊上部氣層整體比下部氣層含氣性差，總體評價(jià)為II2類頁巖氣儲(chǔ)層，其中以⑦、⑧小層為最優(yōu)層段，⑨小層最差。

表4 焦頁X-3井含氣性分析測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 4 The gas bearing property of Well Jiaoye X-3

4 結(jié)論

（1）涪陵頁巖氣田江東區(qū)塊上部氣層⑥—⑨小層厚度40～70 m，區(qū)塊北部厚度較低，往南逐漸增厚，主要發(fā)育灰黑色粉砂頁巖、粉砂質(zhì)黏土頁巖。

（2）上部氣層⑥—⑨小層TOC含量0.54%～2.37%，平均值為1.48%，有機(jī)質(zhì)豐度較高，其中⑦小層和⑧小層最優(yōu)，有機(jī)質(zhì)類型為II1和II2型，鏡質(zhì)體反射率2.69%～4.38%，有機(jī)質(zhì)處于高成熟—過成熟階段，以生干氣為主。

（3）上部氣層⑥—⑨小層孔隙度為1.5%～6.6%，平均值為3.70%，有機(jī)質(zhì)孔隙以微孔、中孔為主，脆性礦物含量較高，石英含量平均為34.85%，碳酸鹽含量平均為12.24%，粘土礦物以伊利石和伊蒙混層為主，現(xiàn)場實(shí)測含氣量1.45%～2.74 m3/t，平均值為2.25 m3/t，含氣性與可壓性較好，其中⑦小層和⑧小層為最優(yōu)層段。