鄂西松滋地区牛蹄塘组页岩气储层特征及选区评价.pdf

杨洁（1990），女，工程师，430034 湖北省武汉市。通信作者吴龙（1988），男，高级工程师，430034 湖北省武汉市。鄂西松滋地区牛蹄塘组页岩气储层特征及选区评价杨洁吴龙赵雪松余江浩徐聪（湖北省地质调查院）摘要为研究松滋地区牛蹄塘组页岩气成藏条件，从岩石组合特征、有机地化特征、储层特征、含气性等方面对研究区牛蹄塘组页岩进行了分析。结果表明，研究区松地2井富有机质泥页岩位于牛蹄塘组一段，岩性为灰黑色含碳钙质泥岩，厚度124.3 m；干酪根以腐泥型为主，TOC值为0.5%10%，平均值为1.6%；牛蹄塘组普遍发育裂缝，以高角度斜交裂缝最为发育，近垂直裂缝次之，少见顺层裂缝；松地1井牛蹄塘组现场解析含气量为00.2 m3/t，平均含气量为0.1 m3/t；松地2井牛蹄塘组现场解析含气量为00.7 m3/t，平均含气量为0.3 m3/t。通过综合上述分析结果，与鄂西地区牛蹄塘组各类参数进行类比，在松滋刘家场地区共优选出1个三类有利区。关键词页岩气牛蹄塘组选区评价松滋地区DOI：10.3969/j.issn.1674-6082.2023.09.014Reservoir Characteristics and Constituency Evaluation of Niutitang Formation Shale Gasin Songzi Area,Western Hubei ProvinceYANG JieWU LongZHAO XuesongYU JianghaoXU Cong（Hubei Geological Survey）AbstractIn order to study the shale gas accumulation conditions of Niutitang Formation in Songzi area,the shale of Niutitang Formation in the study area is analyzed from the aspects of rock association,organic geochemistry,reservoir characteristics and gas bearing properties.The results show that the organic-richmud shale of No.2 Songdi well in the study area is located in the first member of Niutitang Formation.The lithology is gray-black carbonaceous calcareous mudstone with a thickness of 124.3 m.Kerogen is dominatedby sapropelic type,and TOC values range from 0.5%10%,with an average value of 1.6%.Fractures are generally developed in Niutitang Formation,with high-angle oblique fractures being the most developed,followed by near-vertical fractures,and rare along bedding fractures.The field analytical gas content of niutitang formation in No.1 Songdi well is 00.2 m3/t,the average gas content is 0.1 m3/t,and the field analyticalgas content of niutitang formation in No.2 Songdi well is 00.7 m3/t,the average gas content is 0.3 m3/t.Bycomparing the above analysis results with the parameters of Niuitang Formation in western Hubei,a three-class favorable area is selected in Liujiachang area of Songzi.Keywordsshale gas,Niutitang Formation,selection evaluation,Songzi area总第 653 期2023 年 9 月第 9 期现代矿业MODERN MININGSerial No.653September.2023近年来页岩气资源的研究已成为国内热点，在四川威远及长宁等地牛蹄塘组已经发现多个页岩气田1-5，相比于四川盆地，鄂西地区牛蹄塘组研究程度相对较低。前人研究工作成果表明，鄂西牛蹄塘组富有机质页岩平均厚度为104 m，平均TOC（总有机碳值）为3.5%。同时鄂西牛蹄塘组形成于浅海陆棚深水区域，沉积厚度大，具备形成页岩气规模物质基础6-11。本文以松滋刘家场地区为背景，在牛蹄塘组黑色页岩的发育地质背景、岩石组合特征、有机地化特征、储层孔裂隙特征、含气性等方面开展研究，并63现代矿业2023 年 9 月第 9 期总第 653 期评价了该地区页岩气资源潜力，以期为该地区页岩气勘探开发提供参考。1区域地质背景研究区位于湖北省松滋县境内，大地构造位置上位于中扬子（华南）板块中北部西与四川盆地毗邻，北接秦岭大别造山带，东靠江南雪峰滑脱推覆隆起带。本次研究主要涉及的松地1井、松地2井位于桑植石门复向斜东北部刘家场背斜，构造线走向以北东东近南北向为主12，背斜核部出露寒武系覃家庙组、两翼出露寒武系三游洞组和奥陶系，背斜北翼地层陡倾，倾角 4050，南翼平缓，倾角1015，北翼被断层切割，在剖面形态上总体呈现背斜紧闭、向斜宽缓的隔挡式褶皱特征。2页岩储存特征2.1地层及岩性特征松地2井牛蹄塘组三段为深灰色、薄厚层状泥岩，上部含钙质，偶夹深灰色泥质灰岩薄层、条带，见缝合线构造，下部碳质含量较高，含黄铁矿条带、纹层，厚度125.1 m。二段为灰黑色、薄中层状泥质粉砂岩，上部夹深灰色钙质条带，局部发育黄铁矿结核；中高角度裂隙较发育，方解石脉、泥质充填，见一处石英脉充填裂隙，摩擦镜面较发育，厚度120 m。一段为灰黑色、薄厚层状钙质泥岩，碳质从上往下增加，局部含硅质，底部为硅质泥岩，方解石脉极其发育，下部黄铁矿结核、纹层较发育，厚度124.3 m，与下伏灯影组呈平行不整合接触。上部为灰泥质深水陆棚微相，中部为砂泥质浅水陆棚微相，下部含碳质硅质泥岩段为碳质硅质泥质深水陆棚微相。牛蹄塘组富有机质泥页岩位于牛一段，是生成页岩气的有利相带。2.2有机地球化学特征2.2.1有机质类型有机质类型决定了烃源岩的生烃能力和烃类性13。对松地1井和松地2井采样进行了干酪根有机显微组分分析，结果显示，牛蹄塘组泥页岩的腐泥组含量占比最大，均超过 96%，惰性组含量不超过4%，几乎不含壳质组和镜质组，表明主要母质以菌藻类低等水生生物等有机质输入为主，干酪根以腐泥型为主（表1）。2.2.2有机质丰度松地2井有机质含量分析结果显示，牛蹄塘组二段、三段泥页岩有机质含量整体较低，TOC 值为0.5%1%，从牛蹄塘组一段1 530 m处开始有机碳含量明显增大，TOC值大于10%，随深度增加，TOC值具有明显的增大趋势。平面上，研究区北部宜昌地区牛蹄塘组富有机质泥页岩有机碳含量介于019.4%，平均5%，且主要集中于1%5.5%14。其中长地1井牛蹄塘组一段富有机质泥页岩厚 125 m，TOC值主要为 1.2%12.5%，平均值5.4%；长地2井牛蹄塘组一段富有机质泥页岩厚63.3 m，TOC值主要为1%5%，平均值 2.6%；聂地1牛蹄塘组一段富有机质泥页岩厚125.2 m，TOC值主要为1.5%19.4%，平均值6.8%（表2）。2.2.3有机质成熟度下古生界缺乏来源于高等植物的标准镜质体，而富含沥青，本文采用换算的等效Ro评价成熟度15。采样分析结果显示，松地1井实测牛蹄塘组泥页岩沥青随机反射率为3.1%4.3%，平均为3.6%，松地2井牛蹄塘组实测牛蹄塘组泥页岩沥青随机反射率为3.5%4.2%，均值接近4%。对比长地1井、长地2井、聂地1井，总体看来研究区总体为过成熟阶段。2.3矿物组成及物性特征2.3.1矿物组成页岩储层的形成，不仅需要高的有机碳含量，而且要有一定量的石英等脆性矿物。脆性矿物含量控制页岩的造缝能力，高含量的脆性矿物有利于后期的压裂改造，黏土矿物的含量影响着页岩的吸附能力，同时，高含量的碳酸盐矿物有利于产生溶孔16-17。64杨洁吴龙等：鄂西松滋地区牛蹄塘组页岩气储层特征及选区评价2023 年 9 月第 9 期以松地2井为例，16个页岩样品的全岩及黏土矿物组分分析结果显示，牛蹄塘组泥页岩矿物组份以石英和黏土矿物为主。石英含量为30.5%50.7%，平均 41.4%。黏土矿物含量为 26.6%50.1%，平均为39.9%，以 伊 利 石 为 主，占 比 83.0%87.0%，平 均84.1%；绿泥石次之，占比10.0%14.5%，平均12.3%；另外含少量高岭石2.5%4.0%。碳酸盐岩矿物含量为 10.3%25.7%，平均为 16.8%，其余为少量长石与黄铁矿等。总体上来看，松滋刘家场地区牛蹄塘组为含粘土硅质泥页岩相。2.3.2孔裂隙结构对松地2井镜下岩心观察统计发现，牛蹄塘组含炭质钙质泥岩和炭质泥岩普遍发育裂缝，以高角度斜交裂缝最为发育，近垂直裂缝次之，少见层间裂缝（图1）。其中，高角度斜交裂缝和近垂直裂缝的成因主要与构造挤压有关，缝面常见擦痕和阶步。高角度裂缝倾角为5065，最大密度为8条/m，局部呈网状密集发育，对连通页岩内各类孔隙增加有效孔隙度有贡献。2.4含气性特征对松地2井牛蹄塘组进行了现场解析含气性测试，数据显示，含气量为0.020.67 m3/t，平均含气量为0.292 m3/t，松地2井含气性一般，垂向上含气性规律为下部解析气量要明显高于上部。3页岩气选区评价3.1选区评价方法确定根据规范 页岩气资源/储量计算与评价技术规范（DZ/T 02542014），针对牛蹄塘组目的层，研究区范围内自2017年以来累计施工了2口调查井，但由于构造原因，目的层见气效果不佳，勘探程度较低，无单井页岩气动态生产数据，对于单井产量下限标准、含气量下限标准等储量起算要求均难以确定，本区块按照“未发现原地资源量”估算页岩气资源潜力。本文结合本地实际，按照中国地调局选区标准所厘定的各参数与优选因素，并综合考虑研究区具有泥页岩厚度大、有机质丰度高、热演化程度高、构造变形强、含气性一般的特点，按照在活动区寻找稳定区的思路，通过与鄂西地区牛蹄塘组各类参数运用类比法进行分析。选择与工区地质条件具有相似性，且进行了系统的页岩油气资源评价研究，对油气田或油气藏的区块采用类比法进行分析18-19。3.2综合评价本次研究选取埋深5004 500 m，有效厚度大于50 m，连续面积50 km2以上，临近调查区的鄂西地区作为类比标准区，结合前人对鄂西地区16口井牛蹄塘组含气性特征进行分析，类比区牛蹄塘组页岩总含气量范围为0.026.5 m3/t，平均值约2.93 m3/t。根据气量类比法计算预测区（调查区）和类比区的类比相似系数值为1.02。3.3评价结果调查区有利目标层段牛蹄塘组一段厚度均值为120 m，埋深1 0003 000 m，同时考虑到调查区松地2井成熟度均值为3.8%，多个样品的成熟度大于4%，因此，本调查区仅能优选出三类有利区（图2）。4结论（1）松滋刘家场地区牛蹄塘组分为3段，三段为深灰色、薄厚层状泥岩，厚度 125.1 m。二段灰黑色、薄中层状泥质粉砂岩，厚度120 m；一段为灰黑色、薄厚层状钙质泥岩，厚度124.3 m。其中上部为灰泥质深水陆棚微相，中部为砂泥质浅水陆棚微相，下部含碳质硅质泥岩段为碳质硅质泥质深水陆棚微65现代矿业2023 年 9 月第 9 期总第 653 期相。（2）松滋刘家场地区牛蹄塘组干酪根以腐泥型为主，有机质丰度值在 0.53%19.44%，平均 4.96%；松地2井牛蹄塘组实测牛蹄塘组一段泥页岩沥青随机反射率为3.47%4.22%，均值接近4%。矿物成分以脆性矿物和黏土矿物为主，普遍发育裂缝，以高角度斜交裂缝最为发育，近垂直裂缝次之，少见层间裂缝，对连通页岩内各类孔隙增加有效孔隙度有重要贡献。（3）松滋刘家场地区松地1井和松地2井牛蹄塘一段组现场解析含气量为0.010.45 m3/t，平均含气量为0.2 m3/t。通过与鄂西地区牛蹄塘组各类参数进行类比，在松滋刘家场地区共优选出1个三类有利区。参考文献1BOWKER K A.Barnett Shale gas production，Fort Worth Basin:Issues and discussion J.AAPG Bulletin，2007，91（4）:523-533.2刘成林，葛岩，范柏江，等.页岩气成藏模式研究 J.油气地质与采收率，2010，17（5）:1-5.3CURTIS J B.Fractured shale-gas systemsJ.AAPG Bulletin，2002，86（11）:1921-1938.4ROSS D J K，MARC B R.The importance of shale composition andpore structure upon gas storage potential of shale gas reservoirs J.Marine and Petroleum Geology，2009，26（6）:916-927.5李建忠，郑民，张国生，等.中国常规与非常规天然气资源潜力及发展前景 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