鄂爾多斯盆地富縣區(qū)塊頁巖氣成藏條件分析

鄂爾多斯盆地富縣區(qū)塊頁巖氣成藏條件分析

鄂爾多斯盆地豐富的有機(jī)粘土巖石發(fā)育，并在上、疊層中發(fā)育生長。9級、7級、6.5級和4.3級。該套泥頁巖屬陸相盆地中三角洲及湖岸沼澤相、淺湖、半深湖相產(chǎn)物。已有的研究成果表明,延長組富有機(jī)質(zhì)泥巖厚度大,在盆地中南部地區(qū)分布穩(wěn)定,是頁巖氣成藏有利區(qū)域。富縣區(qū)塊位于延長組富有機(jī)質(zhì)泥巖分布區(qū)的南部,構(gòu)造上屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡南部,面積約3834km2,是中國石化華北分公司鄂爾多斯南部勘探區(qū)塊之一。筆者根據(jù)富縣地區(qū)的地質(zhì)、鉆井巖心分析、測井、錄井等資料開展區(qū)內(nèi)頁巖氣成藏地質(zhì)條件研究,提出勘探方向。這不僅對該區(qū)今后的頁巖氣勘探開發(fā)具有指導(dǎo)作用,也為將來全盆中生界、甚至上古生界的頁巖氣成藏評價(jià)具有借鑒作用。1烴源巖總有機(jī)碳含量與頁巖氣藏增長的關(guān)系頁巖氣藏的形成是天然氣在烴源巖中大規(guī)模滯留的結(jié)果,按天然氣成因可分為生物成因和熱成因兩種主要類型,以及兩種類型的混合成因型。頁巖氣藏是“自生自儲(chǔ)”式氣藏,運(yùn)移距離極短,其現(xiàn)今保存狀態(tài)基本上可以反映烴類運(yùn)移的狀況,即天然氣主要以游離相、吸附相和溶解相存在。在生物化學(xué)生氣階段,天然氣首先吸附在有機(jī)質(zhì)和巖石顆粒表面,飽和后則富余的天然氣以游離相或溶解相進(jìn)行運(yùn)移;當(dāng)達(dá)到熱裂解生氣階段,由于壓力升高,若頁巖內(nèi)部產(chǎn)生裂縫,則天然氣以游離相為主向其中運(yùn)移聚集,受周圍致密頁巖烴源巖層遮擋、圈閉,易形成工業(yè)性頁巖氣藏。要形成頁巖氣藏,烴源巖總有機(jī)碳含量必須大,有機(jī)質(zhì)成熟度要適中,有效烴源巖厚度足夠大且分布廣。總有機(jī)碳含量與產(chǎn)氣率密切相關(guān),實(shí)踐表明其值大于2%才有工業(yè)價(jià)值。如美國主要的產(chǎn)生物氣頁巖TOC平均為6%,產(chǎn)熱成因氣頁巖TOC平均為3%。在熱成因頁巖氣藏中,含氣量會(huì)隨有機(jī)質(zhì)成熟度的逐漸增大而增加;但當(dāng)有機(jī)質(zhì)進(jìn)入過成熟期,生氣量會(huì)明顯減少,如美國FortWorth盆地Barnett頁巖氣藏,其Ro為1.1%~3%的范圍是熱成因氣藏的有利分布區(qū)。2?？h區(qū)塊巖質(zhì)結(jié)構(gòu)條件及勘探方向2.1西藏條件2.1.1富縣探區(qū)頁巖在陸相盆地中,湖沼相和三角洲相沉積產(chǎn)物一般是頁巖氣成藏的最好條件,其通常位于或接近于盆地的沉降—沉積中心處,導(dǎo)致頁巖氣的分布有利區(qū)主要集中于盆地中心處。鄂爾多斯盆地頁巖氣的有利發(fā)育區(qū)位于鄂爾多斯盆地中南部地區(qū):定邊—華池—富縣的“L”形區(qū)域是最有利發(fā)育區(qū),該區(qū)發(fā)育大套黑色頁巖,分布面積廣、沉積厚度大,埋藏深度適中,有機(jī)質(zhì)含量高、成熟度適中、斷裂構(gòu)造不發(fā)育,富縣探區(qū)靠近盆地中心方向,頁巖氣資源豐富。富縣區(qū)塊上三疊統(tǒng)延長組7段為半深湖—深湖相沉積體系,厚度一般在100m左右,最小約為70m,最厚超過130m?？v向上長7段油層組為厚層灰黑色—深灰色泥巖、碳質(zhì)泥巖、油頁巖等夾灰綠色中—薄層狀粉—細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖,特別是厚層狀的灰黑色、深灰色泥巖和油頁巖連續(xù)性較好,全區(qū)可以對比;電性呈塊狀高伽馬、高時(shí)差、高電阻等異常。該區(qū)長7段并非全部為泥質(zhì)巖,其中粉—細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等常占多數(shù),具多個(gè)小型泥—砂反旋回序列,真正的頁巖厚度為10~50m,東北薄,西南厚,發(fā)育在長7段底部,俗稱“張家灘頁巖”。長7段頁巖頂面構(gòu)造平緩,呈東高西低單斜構(gòu)造,無大型斷層裂縫,有利于頁巖氣成藏(圖1)。長8段為湖泊、三角洲沉積體系,頁巖只在工區(qū)內(nèi)西南部發(fā)育,油頁巖厚度可超過20m。2.1.2部埋深的確定長7頁巖頂面埋深,總體上東南部淺,西北部深;東部埋深一般為650~800m,西部埋深一般為780~1200m(圖2),埋藏深度合適。上覆地層巖性以厚層泥巖和粉砂質(zhì)泥巖為主,封閉條件好。2.1.3煤系toc為高生巖心和生物基質(zhì)材料所具有的生物和有機(jī)碳等特征有機(jī)質(zhì)含量是影響頁巖氣富集的一個(gè)根本性因素,不僅決定著頁巖的生氣量,也直接影響頁巖的含氣量。因?yàn)轫搸r中有機(jī)質(zhì)含量對氣體具有重要的吸附作用,大量的氣體就是以吸附形式存在于干酪根表面。因此,高的TOC就意味著高的生氣量和吸附量。美國5大頁巖具有豐富的有機(jī)質(zhì)含量,其TOC大多介于1.5%~20%,通常認(rèn)為總有機(jī)碳含量超過0.5%的頁巖是有潛力的烴源巖。蔣裕強(qiáng)等則提出TOC至少應(yīng)為2%。據(jù)該區(qū)鉆井巖心的有機(jī)地化項(xiàng)目分析,長7段頁巖有機(jī)碳含量一般為2.54%~6.16%,平均值為3.74%(17塊樣品);由有機(jī)質(zhì)干酪根類型分析、生油巖熱解分析等資料(表1、2)可以看出:長7段頁巖有機(jī)質(zhì)類型多為腐泥型、混合型。2.1.4ro根據(jù)美國和加拿大的勘探開發(fā)結(jié)果,形成頁巖氣的頁巖有機(jī)質(zhì)成熟度(Ro)值為0.4%~3.0%。如Barnett頁巖的成熟度就屬于中等—較高范圍,Ro為1.0%~2.1%。區(qū)域上對延長組有機(jī)質(zhì)熱演化的研究表明,早白堊世中期進(jìn)入成熟門限,早白堊世末期進(jìn)入大量生烴門限,古近紀(jì)進(jìn)入高成熟期。富縣地區(qū)曾經(jīng)是埋深最大的生油中心,Ro值大于1%,有機(jī)質(zhì)成熟度較高。該區(qū)中富2、中富30、葫43井主要生油巖長7段鏡質(zhì)體反射率分別為1.13%、1.06%、1.10%;總體上西部頁巖有機(jī)質(zhì)演化程度高于東部(圖3)。2.1.5未充放電孔隙度頁巖是由大量的黏土礦物、有機(jī)質(zhì)及細(xì)粒碎屑組成的易碎裂的沉積巖。據(jù)美國含氣頁巖統(tǒng)計(jì),頁巖巖心孔隙度小于6.5%,平均為5.2%;滲透率一般為0.001~2mD,平均為0.0409mD,由此可知其自身的有效基質(zhì)孔隙度和滲透率都很低。富縣區(qū)塊油頁巖的孔隙分析報(bào)告顯示,孔隙度高的大于2%,滲透率高的大于0.5mD(不含裂縫樣品),具備含氣頁巖有效孔滲條件。2.1.6巖石學(xué)和礦物成分頁巖氣藏投入開發(fā)后,初期產(chǎn)量來自頁巖的裂縫和基質(zhì)孔隙,因此天然裂縫的發(fā)育既可作為儲(chǔ)集空間,同時(shí)也是很好的滲流通道。巖石中的礦物成分是控制裂縫發(fā)育程度的主要因素,美國頁巖氣主產(chǎn)盆地頁巖SiO2含量一般超過30%。硅質(zhì)含量越高,頁巖脆性越大,越有利于形成裂縫。富縣區(qū)塊頁巖中石英含量一般為18%~70%,平均為43%。區(qū)內(nèi)頁巖中微裂縫發(fā)育,鉆井氣測異?；钴S,中富18、中陜32井等鉆井都有很好的頁巖氣顯示。2.1.7天然氣吸附能力氣體在頁巖儲(chǔ)層中主要以兩種主要的方式儲(chǔ)集:在天然裂縫及有效的大孔隙中以游離狀態(tài)存在;在有機(jī)質(zhì)或礦物固體顆粒表面以吸附狀態(tài)存在。頁巖吸附能力的大小通常與頁巖的許多特征有關(guān),如總有機(jī)碳含量、干酪根成熟度、儲(chǔ)層溫度、壓力、頁巖原始含水量和天然氣組分等。為了解該區(qū)頁巖的吸附能力,在鉆井巖心中采集4個(gè)樣品進(jìn)行等溫吸附試驗(yàn),試驗(yàn)條件為:試驗(yàn)溫度為35℃(大約相當(dāng)于1000m埋深的地溫),采用純甲烷在平衡濕度條件進(jìn)行,試驗(yàn)結(jié)果為:蘭氏體積為0.98~3.96cm3/g,平均為1.75cm3/g;蘭氏壓力為5.19~19.23MPa,平均為11.89MPa(圖4)。此結(jié)果說明該區(qū)頁巖具有一定的天然氣吸附能力,但能力大小有差別,其影響因素尚待進(jìn)一步探索。頁巖含氣量是指每噸巖石中所含天然氣折算到標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力條件下(1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,25℃)的天然氣總量。頁巖中的天然氣賦存相態(tài)具有多樣性變化特點(diǎn),主體上包括了游離態(tài)(大量存在于頁巖孔隙和裂縫中)、吸附態(tài)(大量存在于黏土礦物顆粒、有機(jī)質(zhì)顆粒、干酪根顆粒及孔隙表面上)及溶解態(tài)(少量存在于干酪根、瀝青質(zhì)、殘留水以及液態(tài)原油中),包含了天然氣存在的幾乎所有可能相態(tài)。其中,吸附相態(tài)存在的天然氣可占天然氣賦存總量的20%(BarnettShale)~85%(LewisShale)。目前該區(qū)還沒有通過鉆井取心進(jìn)行頁巖含氣量測試的資料,因此尚無法確切知道該區(qū)頁巖含氣量數(shù)據(jù)。但是,可以通過頁巖的等溫吸附特征和頁巖賦存的地質(zhì)條件對頁巖含氣量進(jìn)行估算。該區(qū)頁巖埋深一般為1000m左右,按靜水壓力計(jì)算,地層壓力為10MPa,投影到圖4的頁巖等溫吸附曲線上,其吸附氣量為0.34~1.35m3/t,平均為0.75m3/t。若吸附相態(tài)存在的天然氣能夠占到天然氣賦存總量的50%,則頁巖的含氣量可達(dá)1.5m3/t。頁巖氣資源強(qiáng)度可達(dá)1.08×108m3/km2(頁巖平均厚度為30m)。因此,該區(qū)頁巖具有良好天然氣資源基礎(chǔ)。2.1.8發(fā)育地區(qū)氣測異常分布對富縣區(qū)塊探井的氣測資料進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,由于氣測全烴受鉆井液密度、黏度、鉆時(shí)等因素的影響較大,在系統(tǒng)分析氣測值與泥漿密度、黏度、鉆時(shí)關(guān)系后認(rèn)為:在同等條件下,泥漿密度越小,氣測值越大;泥漿黏度越小,氣測值越大;鉆時(shí)越小,氣測值越大。綜合考慮上述影響因素,繪制的長7段頁巖氣測全烴異常高值區(qū)圖顯示(圖5)東部、中部、西部均有氣測異常分布區(qū):東部為中富54井區(qū)和牛東4井區(qū);中部為中富18井區(qū);西部為中陜32井區(qū),中富54、中富18、中陜32井長7段頁巖隨鉆全烴值高達(dá)70%。實(shí)際錄井資料表明,在長7段泥巖段氣測異常活躍,在氣測全烴異常高值分布區(qū),泥巖厚度大、有機(jī)質(zhì)豐度高、勘探潛力較好。2.2地層及井區(qū)地層分區(qū)頁巖氣藏是“自生自儲(chǔ)”型氣藏,成藏要求頁巖厚度足夠大且分布廣、適當(dāng)?shù)穆裆?、總有機(jī)碳含量必須大、有機(jī)質(zhì)成熟度要適中、較好的儲(chǔ)集孔滲條件、微裂縫發(fā)育。根據(jù)富縣地區(qū)長7段泥巖地質(zhì)特征,綜合分析后認(rèn)為,該區(qū)具有良好的頁巖氣成藏地質(zhì)條件,主要泥巖發(fā)育層段具有泥巖厚度大、分布穩(wěn)定、有機(jī)碳含量、成熟度和埋深適中的特征。參考國外頁巖氣評價(jià)關(guān)鍵參數(shù),根據(jù)富縣地區(qū)已有的資料,分析后認(rèn)為該區(qū)應(yīng)關(guān)注的頁巖氣勘探方向如下:2.2.1區(qū)塊西南部中富25—中富28井區(qū)該區(qū)長7段頁巖厚度最為發(fā)育,厚度可達(dá)50m;埋藏深度為800~1200m,有機(jī)碳含量高,Ro>1.1%。區(qū)內(nèi)大部分鉆井均有較好的氣測異常顯示。因此,該井區(qū)是頁巖氣勘探的最有利方向。2.2.2區(qū)塊中部中富19—中富29井井區(qū)該區(qū)長7段頁巖厚度也較發(fā)育,最大厚度可超過30m;埋藏深度為1000m左右,有機(jī)碳含量高,Ro值介于1.0%~1.1%。區(qū)塊北部部分井均有較高的氣測異常,因此,該井區(qū)也是探索頁巖氣藏的有利方向之一。3成藏地質(zhì)條件鄂爾多斯