黔北地区牛蹄塘组页岩气形成富集条件研究智库

发布时间:2018-06-20 10:50:21  作者:伍耀文 喻生锋 刘苏瑶  来源:本站原创  浏览次数:


摘要:在野外实测剖面、地质调查井、实验分析测试等工作基础上,系统分析黔北地区牛蹄塘组页岩分布、地化、储集、含气性特征等,重点研究页岩气形成富集的控制因素。研究结果表明,黔北地区牛蹄塘组黑色富有机质页岩分布稳定,厚度40-120米,地化指标良好,有机碳含量4%-6%之间,成熟度Ro 2.5%-4%,相对偏高,达到过成熟生干气阶段;牛蹄塘组属于脆性易压型储层;黑色碳质页岩段气测显示异常,现场解析含气量位于0.4-2.04m3/t,靠近大断裂含气性变差,远离大断裂含气性相对较好,具有一定资源潜力。通过对黔北地区牛蹄塘组页岩气成藏富集条件及分布规律研究认为页岩气纵向上分布于微裂隙、超压发育、富有机碳的潜质页岩段,平面上分布于生烃潜力大,保存条件好的潜质页岩分布区。

关键词:黔北地区  牛蹄塘组页岩气  富集条件  研究


引言


近年,在四川盆地盆威远、金石构造稳定区下寒武统筇竹寺组(牛蹄塘组)页岩气勘探已获得突破(图1),威201井、威201-H3井压裂后分别获日产1.08×104m3 、2.83×104m3和金石1井2.3×104m3气流。而盆外复杂改造区牛蹄塘组多口井钻探(黄页1井、岑页1井、黔山1井、昭101井、龙页3井、宁206井、宁208井、昭103井、方深1井等)产气极少或无气显示。因此,开展黔北地区页岩气形成富集条件研究,深化盆外复杂改造区页岩气成藏认识,对指导黔北牛蹄塘组页岩气勘探开发、实现突破具有重要意义。

黔北地区位于南方上扬子地台,是海相页岩广泛沉积分布区,页岩气勘探潜力巨大。已相继开展了野外地质调查、地表踏勘、页岩气调查井、实验分析测试等工作,并积累了乌罗、中坝等区域固体钻孔资料,为此次页岩气形成富集研究奠定良好的资料基础。笔者整理和利用这些资料,通过野外地质调查与室内综合研究相结合、地表剖面与钻井相结合,系统分析牛蹄塘组页岩气地质、地化特征,研究黔北地区牛蹄塘组页岩气富集的主控因素。


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 图1 黔北地区勘探程度图


1.区域地质概况

1.1 构造特征

黔北地区褶皱、断裂构造非常发育。褶皱整体上以北东向或北北东向展布为主(图2),南北向、东西向和北西向褶皱、断裂也有发育。褶皱类型主要以隔槽式褶皱为主,向斜狭窄紧闭呈紧密槽状,背斜宽阔舒缓呈箱状。黔北地区的断裂是多个走向的断裂相互切割、联合和干扰下形成的,以北东向和北北东向断裂为主,由于在多期构造运动的影响下,古断裂活化现象普遍,造成了不同走向的断裂切割关系非常复杂。

从区域构造地质剖面来看:第一,受岩性的差异、构造条件的不同和后期风化剥蚀作用的改造,常出现向斜地势高,背斜的地势低洼的地貌特征,即“向斜成山,背斜成谷”;第二,广泛发育隔槽式褶皱,向斜轴部二叠-三叠系,背斜核部常由寒武系组成,奥陶系、志留系地层沿着褶皱翼部呈环形分布;第三,与背斜构造带相伴生的断层发育普遍,表现出断层的发育对地层分布的控制作用明显。

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图2 黔北地区构造纲要图(据部油气中心)

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图3 黔北地区下寒武统牛蹄塘组沉积相图


1.2牛蹄塘组沉积背景

在早寒武世牛蹄塘期(图3),扬子地台北部为活动大陆边缘,南部为被动大陆边缘[2]。早寒武世初期,黔北地区整体下沉,大部分地区演变为陆棚沉积环境,此时沉积古地貌格局是北西高、南东低,自北西向东南分别由古陆、滨岸、浅水陆棚、深水陆棚、斜坡相组成。早寒武世总体是在早期短暂的快速海进和缓慢海退的沉积背景下,早期为深水陆棚,后期沉积环境逐渐变浅,向浅水陆棚及潮坪演化,形成一个以快速加深为特征的淹没不整合面,导致牛蹄塘组底部的深水相沉积直接覆盖在灯影组之上,沉积了一套泥页岩建造[3]。

平面上自西北向东南牛蹄塘组总体沉积环境的展布为浅水陆棚亚相(粉砂质泥岩与粉砂岩微相 、粉砂质泥岩与粉砂质碳质泥岩微相、粉砂质碳质泥岩与含粉砂含泥岩微相)过渡到深水陆棚亚相(含粉砂质泥岩微相、粉砂质碳质泥岩与含粉砂质泥岩微相)。

2.牛蹄塘组页岩气地质特征

下寒武统牛蹄塘组富有机质泥页岩在黔北发育比较完全[4],是页岩气勘查主要目的层。通过消化野外地质调查、钻井、分析测试等资料,对黔北目的层富有机质页岩厚度、埋深、有机碳含量、有机质类型、有机质成熟度、页岩矿物组分、岩石力学分析及储集物性、保存条件等页岩气地质条件进行了综合分析和研究。

2.1 牛蹄塘组页岩分布特征

对黔北页岩气井统计表明,牛蹄塘组页岩厚度比较稳定,以绥页1井最厚,达到130.2m,德页1井次之,为89.7m,正页1井则为99.7m,湄页一井页岩含气层厚度则为70.3m,呈现由南向北逐渐增厚趋势。

根据湄潭幅区调资料和1:5万地质图,邻区钻井揭示地层深度资料综合分析预测牛蹄塘组埋深0~4500m,其中复向斜区域最深达5000m。

2.2 牛蹄塘组页岩地化特征

2.2.1 有机质类型

通过以往成果资料,并结合与本区相邻的湄页1井、正页1井等牛蹄塘组的钻井资料地化分析研究表明,寒武系牛蹄塘组干酪根有机显微组分主要以腐泥无定型和腐殖无定型为主,干酪根类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主,为好级烃源岩。

2.2.2 有机质丰度

通过对有机质丰度统计分析,黔北地区北部的正页1井TOC含量4.14%-5.5%,绥页1井TOC含量3.25%-6.33%,德页1井有机质丰度最高,TOC含量6%-10%,平均7.43%,对南部湄页1井统计计算,其牛蹄塘组泥页岩有机碳最高达到15.33%,主要分布于3.87~8.16%之间,综合研究认为,黔北地区北西部牛蹄塘组有机碳含量略高,往西南有机碳含量有所减小,牛蹄塘组有机碳含量普遍大于3.0%,具有较强的生烃潜力。


表1 黔北周边页岩气井牛蹄塘组碳质泥岩干酪根显微组分及类型统计表

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2.2.3 有机质成熟度


黔北松桃地区牛蹄塘组泥页岩Ro基本都大于3.0%,大的可达4.2%,处于过成熟的晚期;绥阳、正安等地区绥页1井、德页1井、正页1井Ro在2.65%-3.07%之间,西南部的湄潭地区湄页1井Ro平均2.45%(表2),黔北地区牛蹄塘组泥页岩热演化程度介于2%~3%之间,由西向东有逐渐变大的趋势。


表2 黔北周边页岩气井牛蹄塘组碳质泥岩镜质体反射率分布表

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2.3 页岩储集特征

2.3.1 页岩岩矿特征


下寒武统牛蹄塘组含气页岩主要岩石类型为:粉砂质伊利石碳质(含碳)泥岩、含粉砂伊利石碳质泥岩、钙质(含粉砂)伊利石碳质泥岩(局部)[5]。

通过湄页1井、正页1井、绥页1井薄片鉴定资料统计计算,牛蹄塘组碳质泥岩以碎屑矿物为主,石英、黄铁矿等脆性矿物含量45~95%,粘土矿物含量为5~35%(表2-3)。其中石英、长石含量38%~86%,平均53%;粘土矿物以伊利石和伊蒙混层为主,以及少量的高岭石和绿泥石,含量9%~34%,平均17%,属脆性易压裂储层。


表3 周边页岩气井牛蹄塘组矿物含量统计表

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2.3.2 页岩物性特征


根据黔北地区页岩气井牛蹄塘组储层测试,牛蹄塘组页岩孔隙度0.1~6.4%,平均1.27%,渗透率0.0006~0.452mD,平均0.0033mD(表1)。

表4 周缘页岩气井牛蹄塘组储层测试统计表

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通过对页岩气井牛蹄塘组岩石薄片和电镜扫描观察,牛蹄塘组页岩主要孔隙类型:矿物颗粒间(晶间)微孔缝、矿物颗粒溶蚀微孔隙、基质溶蚀孔隙、有机质生烃形成的微孔隙等(图4),主要储集空间为孔隙和裂缝,孔隙间普遍连通性差。



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图4 黔北地区含气页岩主要孔隙类型


2.4 保存条件

黔北地区构造复杂,早古生代地层裸露程度高,保存条件显得尤其重要。下面将从断裂构造、封盖层分布、水文地质条件对保存条件进行分析。 

 2.4.1 断裂构造

通天断裂可断穿上部区域盖层,成为天然气散失的通道,造成气藏被破坏,如邻区昭101井、方深1井、黄页1井钻探失利的原因就 是因为有大断裂通过目的层位,绥页1井、湄页1井也因为靠近大断裂,解析含气性一般,因此部署页岩气钻井应避开深大断裂。若井区周边有沟通震旦系白云岩的隐伏断裂,可能出现古岩溶含水层,不利于页岩气保存和开发,如岑页1井、方深1井、黄页1井压裂后产水。 

2.4.2 封盖条件

在勘查区内牛蹄塘组上部覆盖有中上寒武系、奥陶系、志留系、二叠系和三叠系地层,其中对下伏牛蹄塘组页岩气具有封盖能力的泥页岩地层有寒武系明心寺组泥页岩、金顶山组泥页岩、奥陶系湄潭组页岩、龙马溪组泥页岩、韩家店组泥岩。受构造抬升和风化剥蚀作用影响,勘查区残留盖层以下寒武统地层为主,除基底出露区域外,分布面积广,厚度大,为主要直接盖层。

2.4.3 水文地质条件

高矿化度、高Na+、Cl-离子浓度特点的沉积埋藏水,具有良好的油气保存条件,而地层矿化度低、多属Na2SO4、NaHCO3型水,则保存差。黔西方深1井、底1井地层水矿化度小于3g/L,地层水为Na2SO4和NaHCO3型,保存条件较差。黔北地区位于温泉点附近的断裂一般开启程度高,牛蹄塘组保存条件差,黔北温泉水循环深度大约为1000-1500米(据楼章华,2012),因此从水文地质条件分析埋深大于1500米页岩气保存条件相对好。

表5 勘查区周边钻井含气页岩油气显示数据表

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3 页岩含气特征 

3.1 气显示

经统计分析发现,黔北地区页岩气调查井在钻遇含气页岩层段时都有较好的气显示(表5),主要集中于牛蹄塘组中下部富有机质页岩段,全烃异常值最大可达1.8%。

3.2 现场解析含气量

黔北地区页岩气井现场解析见不同程度含气量[6-7],其中东南部的岑页1井牛蹄塘组页岩现场解析量较高,牛蹄塘组含气页岩1455.45~1463.62m岩芯段现场解析量+损失气量可达1.165m3/t;而松桃乌罗ZK408井其牛蹄塘组泥页岩640.3~640.8m岩芯段现场解析量达0.254m3/t,相对偏低;中部的正页1井其牛蹄塘组泥页岩1003~1022.00m岩芯段解析总气量较高0.9-2.05m3/t;整体上看,黔北地区总含气量0.2—2.0 m3/t, 具有一定页岩气潜力。

但松页1井、正页1井、绥页1井、湄页1井现场解析N2和H2(已排除空气组分)含量异常,而CH4等烃类气体含量较低,距离勘查区最近的湄页1井现场解析含气量0.06-0.64m3/t,气组分中N2的含量高达94%,CH4含量仅有4.5%,反映含气情况的复杂性。

4 黔北地区页岩气富集特征 

通过对黔北及周边页岩气钻、录井及页岩气藏观察及解剖发现,纵向上,页岩气显示及压裂后页岩气出气量较好的页岩层段主要主要有以下几个特征:

 (1)微裂隙发育的潜质页岩段

  黔北地区牛蹄塘组潜质页岩的孔隙类型主要包括脆性矿物内微孔隙、有机质孔隙、粘土矿物层间微孔和页岩内裂缝。脆性矿物含量越高,岩石脆性越强,在外力作用下越易形成天然裂缝和诱导性裂缝。下寒武统烃源岩是南方构造变形中的主要滑脱层,在印支期、燕山期和喜马拉雅期多期构造演化中起着层滑作用,潜质页岩层段与后期多期构造运动形成的高角度裂缝一起在底部形成网状裂缝有利于天然气的运聚和储层改造。 

(2)超压发育的潜质页岩区段

通过对长宁页岩气示范区钻井岩芯及资料分析,长宁地区龙马溪组潜质页岩段厚度大,TOC>1.5%的潜质页岩段厚约60-120m,现场页岩气含气量测试约2.4~4m3/t[8]。通过区域钻井资料分析,潜质页岩含气量测试较好的层段往往存在异常高压区,压力系数一般为1.4~2.2,而潜质页岩越厚,含气量越高的层段,可能压力系数还会增加。

  异常压力区对油气的封盖作用良好,有利于页岩气藏的保存;并且超压对有机质演化有抑制作用,可以延缓烃源岩的演化,加之超压分担了上覆沉积物的分布重量,和通常深度相比,页岩的物性条件均要好些。目前,黔北地区钻井较少,主要为常压或低压,压裂效果不好,异常压力区潜质页岩层段是页岩气分布较好的层段。

(3)生烃潜力大,保存条件好的潜质页岩分布区

  高有机质丰度既是成烃的物质基础,也是页岩气吸附的重要载体,那些有机碳含量高,厚度的地区生成和保存页岩气体的量也就越大。黔北地区下寒武统牛蹄塘组潜质页岩厚度平均大于40m,有机碳含量大于3%,但随着岑页1井及昭101井的失利,充分说明那些生烃潜力大,但保存条件不好的地区,页岩气的勘探潜力也较差。因此,那些生烃潜力较大,区域保存条件较好的区域才是进行页岩气有利分布区。

5 结论和认识

(1)黔北地区牛蹄塘组有机质页岩较发育,地化指标良好,储层物性差,易压裂。黔北地区牛蹄塘组黑色富有机质页岩分布稳定,厚度40-120米,地化指标良好,有机碳含量4%-6%之间;页岩孔隙度0.1~6.4%,平均1.27%,渗透率0.0006~0.452mD,平均0.0033mD,属特低孔渗储层,脆性矿物含量>50%,脆性易压裂。

(2)牛蹄塘组气测见显示,现场解析见微量气,具一定勘查潜力。黔北页岩气井钻遇牛蹄塘组普遍见气测异常显示,全烃值0.031%↑1.8%,岩心现场解析含气量介于0.2~2.0m3/t,牛蹄塘组具有一定的含气性。

(3)区内构造复杂,通天断层发育,保存条件为页岩气富集重要因素。黔北地区通天断层发育,抬升剥蚀厚度大,出露地层较老,盖层受到一定程度破坏,靠近通天断层如湄页1井含气性相对较差,远离通天断层如正页1井含气性相对较好,牛蹄塘组保存有利区主要分布于远离深断裂的宽缓背斜翼部-复向斜(地表出露志留系-三叠系地层)区域,主体埋深不小于2000m。

(4)牛蹄塘组底板灯影组为含水层,同时沟通牛蹄塘组下伏古岩溶不整合面的隐伏断层发育,对压裂改造效果影响较大。区域钻探揭示,下寒武统牛蹄塘组泥页岩下部存在古岩溶层灯影组碳酸盐岩,隐伏断层发育,并通过大断层与地面水沟通,大型水力压裂参数难以控制,易与通天断裂或灯影组水层联通,影响压裂效果。

参考文献

1.张金川,姜生玲,唐玄等.我国页岩气富集类型及资源特点[J].天然气工业,2009,29(12):109-114.

2.杨永军,林丽,张远国等.遵义松林地区牛蹄塘组底部岩性特征及沉积环境分析[J].海洋地质动态,25(11):153-159.

3.杨剑.黔北地区下寒武统黑色岩系形成环境与地球化学研究[D]..2009西安:长安大学.

4.李娟,于炳松,张金川等黔北地区下寒武统黑色页岩储层特征及其影响因素[J]..2012.石油实验地质,33(3):289-290.

(作者单位:贵州天然气能源投资股份有限公司)