重慶地區頁巖氣資源及儲層評價內容

雍海燕，黃 茜，王善善，徐 園，楊凌海，智松林

（西南石油大學，四川 成都610500）

前 言

頁巖氣是指以吸附和游離狀態存在于頁巖（或泥巖）及其間所夾砂質、粉砂質巖地層中的天然氣，賦存狀態和聚集模式不同于常規天然氣藏，具有典型的“自生自儲”成藏特征。作為最有可能接替常規天然氣的油氣資源，頁巖氣已在全球能源結構中扮演著重要角色。目前我國頁巖氣勘探開發的重點在四川盆地。四川盆地東南部和東部的重慶地區，頁巖氣資源量巨大。從國內外頁巖氣藏勘探開發成功的事例中，我們發現，高效合理開發頁巖氣藏的關鍵是準確的認識和評價頁巖氣儲層。只有對儲層進行詳細的評價后，才能充分認識頁巖氣儲層特征，找出頁巖氣“甜點區”，進行商業開發和生產，獲得最大經濟效益。因此，對頁巖氣資源豐富，但勘探程度較低的重慶地區來說，對頁巖氣儲層進行準確評價顯得尤為重要。

1 重慶頁巖氣資源

重慶位于川東高陡構造帶和川南中低緩構造帶，地跨揚子準地臺和秦嶺地槽褶皺系兩大構造單元。經歷多期次構造演化，沉積了一套有機質含量高、成熟度高、成藏條件好且厚度大的下古生界海相優質頁巖。

根據全國頁巖氣資源戰略選取評價預測，重慶地區頁巖氣地質資源量達12.75×1012m3，可采儲量達2.05×1012m3。作為非常規天然氣能源，頁巖氣資源在重慶的分布范圍廣，主要分布在渝東南的秀山－酉陽－彭水－黔江一帶，渝東北的城口－巫溪一帶，渝西南綦江、南川以及渝中西涪陵地區（圖1），頁巖氣勘探開發潛力巨大。其中，涪陵焦石壩地區龍馬溪組頁巖氣獲得重大突破，標志著我國下古生界海相頁巖勘探開發的成功。

圖1 重慶地區頁巖氣資源分布圖

2 儲層評價內容

頁巖本身既是源巖又是儲集層，具有自生自儲特征。頁巖氣儲層致密，孔隙度、滲透率極低?？紫督Y構區別于常規儲層，具有脆性強、構造裂縫及微裂縫發育等特點。頁巖儲層性質的特殊性決定了其評價內容不同于常規油氣儲層。

重慶地區含氣頁巖儲層主要位于下寒武統牛蹄塘組／水井沱組、上奧陶統五峰組、下志留統龍馬溪組、上二疊統龍潭組（吳家坪組）、上三疊統須家河組、下侏羅統自流井組。國內黃勇斌、蔣裕強對頁巖氣儲層的基本特征以及頁巖氣儲層選區評價等方面進行過深入研究。結合重慶地區頁巖氣資源特征，對頁巖氣儲層的評價內容包括：地化特征、礦物組成、孔滲參數、總含氣量、有效厚度、裂縫發育程度、儲層埋深、巖石力學特征。

2.1 地化特征

不同類型的干酪根具有不同的生烴潛力。研究證明，干酪根的類型影響天然氣吸附率和擴散率。干酪根只有在達到一定成熟度后才能生烴?？傆袡C碳含量（TOC）控制著氣體含氣量，決定著頁巖的生氣潛力，并受到沉積環境和熱演化程度的影響。TOC含量越高，對氣體的吸附能力越強。有機碳含量（TOC）對頁巖氣儲層物性的控制作用體現在：一方面控制著頁巖的物理和化學性質。有機質含有大量微孔隙，會增加頁巖孔隙空間，直接影響吸附氣的數量；另一方面控制著頁巖的裂縫發育程度。

有機質成熟度（R0）反映有機質是否已經進入熱成熟生氣階段（生氣窗）。有機質成熟度越高，含氣量越高。在熱演化過程中，易形成有機質孔，有機質減少會增加脆性礦物的含量。

研究表明，重慶地區發育Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型有機質，生烴能力均較好，區內有機碳含量均大于1%，部分地區有機碳含量平均達到了5.6%，區內有機質熱演化程度適中，一般在2% ～3%，未見小于1%的區域。

2.2 礦物組成

頁巖的礦物組成主要由石英、長石等脆性礦物和伊利石、蒙脫石、伊－蒙混層礦物、高嶺石、綠泥石等粘土礦物，常見黃鐵礦。這些礦物對頁巖氣藏物性有兩方面的作用：一是高脆性礦物含量易產生天然裂縫和應力誘導裂縫；二是粘土礦物具有高微孔隙體積和比表面積，吸附性能較強，吸附氣量隨粘土礦物含量增加而增加，但是蒙脫石等粘土礦物在鉆井和水力壓裂時會遇水膨脹，會給頁巖鉆井和完井帶來風險。脆性礦物的含量越高、脆性越大，儲層越容易改造。黃鐵礦是無生物擾動的缺氧深水沉積的良好指標。

研究發現，重慶地區脆性礦物主要以石英為主，含量基本都大于40%，粘土礦物主要以伊利石、蒙脫石為主，含少量黃鐵礦。

2.3 孔滲特征

巖石孔隙是儲存油氣的重要空間?？紫抖仁谴_定游離氣含量的關鍵參數，滲透率則是表征氣體運移能力的重要物理量?？紫抖群蜐B透率直接影響著頁巖氣的產能。頁巖的滲透率極低，一般在（0.001～0.000 01）×10－3μm2之間，是超低孔低滲的致密沉積巖。

含氣頁巖儲集空間以納米級有機孔為主，孔隙度大小直接控制著游離態天然氣的含量，并與游離氣量呈正相關。通常，優質頁巖氣層孔隙以大量的有機孔和少量的粘土礦物孔為主。高有機碳的頁巖脆性好，構造裂縫極為發育，可以為頁巖氣的儲集提供空間，增加頁巖儲層的孔隙度和相對滲透率。Sagar等人研究發現，頁巖孔隙度與方解石等脆性礦物含量有一定相關性，方解石含量越低，儲層的孔隙度越高，當方解石含量低于20%，儲層的孔隙度介于2% ～10%。

國內學者對重慶地區頁巖氣儲層物性進行分析后，認為下志留統龍馬溪組孔隙度介于1.5%～7%，滲透率極低。

2.4 總含氣量

富有機質頁巖含氣量的大小除受到頁巖內部因素（有機地化參數、礦物組成、物性參數）的影響，同時還受到外部因素（溫度、地層壓力、深度）的影響。富有機質頁巖吸附氣含量隨地層壓力的增加而增加，吸附能力隨著溫度的增加而降低。

頁巖氣賦存形式具有多樣性。含氣量包括游離氣、吸附氣和溶解氣，溶解氣可忽略不計。吸附態頁巖氣的吸附場所主要位于有機質顆粒、中孔、微孔、宏孔隙和裂縫的孔壁上。頁巖的氣體吸附能力通常受到有機碳含量、礦物成分、含水量、孔隙結構、溫度和壓力等因素的影響。游離態頁巖氣主要儲存于巖石孔隙與裂隙之中，保存條件成為制約其含量高低的重要因素。

國內目前對吸附氣含量的測定主要通過解吸和測井獲得，游離氣測定主要通過確定游離氣含氣飽和度，建立巖電關系獲得。吸附氣、游離氣含量的計算與區內頁巖含氣面積、有效厚度、地層壓力等因素相關。

2.5 有效厚度

頁巖達到一定厚度并連續分布，才能保證頁巖氣有足夠的有機質和充足的儲集空間，從而形成工業性頁巖氣藏。含氣頁巖有效厚度是指達到儲量起算要求的含氣層段中具有產氣能力的儲層厚度，即高伽馬、富含有機質頁巖儲層（氣層）的厚度。富含有機質頁巖厚度越大，頁巖氣藏富集程度越高，含氣量越豐富。要達到一定規模的頁巖氣藏，頁巖厚度要在有效排烴厚度以上。含氣頁巖的有效厚度一般＞15m。

2.6 裂縫發育程度

裂縫可有效地改善儲層的滲流能力。裂縫發育程度與脆性礦物含量呈正相關，脆性礦物含量高，脆性大，造縫能力強。裂縫的發育程度與游離氣和吸附氣含量呈正相關。裂縫越發育，有利于游離態天然氣體積的增加和吸附態天然氣的解吸。裂縫的發育程度決定著頁巖氣藏的品質和產量高低，頁巖裂縫發育的氣藏，品質越好，氣藏的富集程度越高。

2.7 儲層埋深

含氣頁巖的埋藏深度是評價頁巖能否進行經濟開發的重要參數。足夠的埋藏深度保證有機質具備向油氣轉化所必需的溫度和壓力。儲層的埋藏深度直接影響頁巖氣的生產和聚集。當埋深增加時，上覆巖層壓力增大，頁巖裂隙閉合，滲透率降低，產氣量低。國內李武廣等人研究發現，頁巖層的產氣能力與頁巖氣的滲透率呈正相關。

揚子地臺下古生界海相頁巖的埋藏深度主體分布在1 200～5 300m，頁巖有利富集區分布在構造相對穩定的盆地斜坡或中心部位。研究表明，重慶地區頁巖氣層的埋藏深度一般在300～5 000m之間，屬中－深層埋深。

2.8 巖石力學特征

在頁巖開發過程中需要對儲層進行壓裂改造，巖石力學參數影響裂縫的形態、方位，決定了頁巖儲層改造的效果。因此，儲層的巖石力學性質是評價頁巖儲層造縫能力的重要內容之一。借鑒國內外頁巖氣勘探開發的成功經驗，將楊氏模量和泊松比作為評價頁巖脆性的主要依據。

研究表明，泊松比低，楊氏模量高，可壓性較好，利于復雜裂縫形成。以重慶焦石壩為例，含氣頁巖巖石力學具有典型的低泊松比、高楊氏模量特征。

3 結論

1）區內下古生界發育富有機質頁巖，有機質影響著頁巖生氣能力和儲集能力。埋藏深度適中、有機質含量高，有機質成熟度高，頁巖含氣量越高。

2）頁巖礦物組成眾多，石英方解石類的脆性礦物越多，脆性越大，越利于儲層的壓裂改造。粘土中的膨脹性礦物含量越低越好。

3）頁巖儲層致密、低孔低滲。脆性影響儲層的物性，頁巖脆性越好，構造裂縫越發育，可大大增加特低滲致密頁巖儲層的孔隙度和相對滲透率。

4）富含有機質頁巖厚度越大，裂縫越發育，頁巖氣藏富集程度越高，含氣量越高。

［J］5）低泊松比、高楊氏模量，頁巖可壓性好，利于儲層改造。

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