濟陽坳陷區(qū)頁巖氣資源儲存可能性淺析

王立東，張明德，吳清華，王玲麗，張平平

(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州　253072)

?

濟陽坳陷區(qū)頁巖氣資源儲存可能性淺析

王立東，張明德，吳清華，王玲麗，張平平

(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州253072)

摘要：頁巖氣作為一種非常規(guī)能源，一般主要產(chǎn)于空隙率滲透率極低且富含有機質(zhì)的暗色頁巖地層系統(tǒng)中，是近期可實現(xiàn)經(jīng)濟規(guī)?？碧介_發(fā)、資源豐富的非常規(guī)天然氣資源。山東省頁巖氣資源調(diào)查評價工作已起步實施，戰(zhàn)略選區(qū)為：濟陽坳陷區(qū)和臨清坳陷區(qū)、膠萊坳陷區(qū)、魯西南潛隆起區(qū)，現(xiàn)已先后施工多眼參數(shù)井，該次結(jié)合具體工程，針對濟陽坳陷頁巖氣參數(shù)井施工，淺析濟陽坳陷頁巖氣資源存在可能。

關(guān)鍵詞：頁巖氣；可能性；濟陽坳陷

引文格式：王立東，張明德，吳清華，等.濟陽坳陷區(qū)頁巖氣資源儲存可能性淺析[J].山東國土資源，2016,32(6)：27-31.WANG Lidong, ZHANG Mingde, WU Qinghua, etc. Primary Analysis on the Possibility of Shale Gas Resource Storage in Jiyang Depression[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(6)：27-31.

0引言

頁巖氣作為一種非常規(guī)能源，一般主要產(chǎn)于空隙率滲透率極低且富含有機質(zhì)的暗色頁巖地層系統(tǒng)中，是近期可實現(xiàn)經(jīng)濟規(guī)?？碧介_發(fā)、資源豐富的非常規(guī)天然氣資源。頁巖氣的形成與分布獨具特征，往往分布在盆地內(nèi)厚度較大、分布較廣的有效烴源巖層中，具資源潛力大、開采壽命長的優(yōu)勢[1-2]。

2012年溫家寶總理所作的政府工作報告中，要求“加快頁巖氣勘查、開發(fā)攻關(guān)，提高新能源和可再生能源比重”，將頁巖氣的勘查開發(fā)工作上升為國家戰(zhàn)略。

山東省頁巖氣資源調(diào)查已起步實施，綜合考慮頁巖的賦存層位、頁巖成氣潛力和頁巖氣開發(fā)可行性的基礎(chǔ)上，初步選定山東省頁巖氣戰(zhàn)略選區(qū)為：濟陽坳陷區(qū)和臨清坳陷區(qū)、膠萊坳陷區(qū)、魯西南潛隆起區(qū)，此外，魯中隆起區(qū)大汶口—蒙陰斷陷官莊群大汶口組泥頁巖中夾油頁巖，也是頁巖氣資源潛力區(qū)[3]。目前山東省頁巖氣已先后施工多眼參數(shù)井，野外鉆探基本結(jié)束。

據(jù)前人研究成果，東營凹陷內(nèi)富有機質(zhì)的頁巖層主要賦存于古近紀(jì)沙河街組沙四上亞段、沙三下亞段與沙一段[4]。該次結(jié)合具體工程，針對濟陽坳陷頁巖氣參數(shù)井施工進行分析探討，該工程位于山東省東營市河口區(qū)西北，設(shè)計孔深3 700 m，實際完鉆成井3 665.47 m，通過實鉆資料分析，到達古近紀(jì)沙河街組四段，結(jié)合取心及地質(zhì)編錄綜合測井等手段研究，顯示該區(qū)具備頁巖氣資源開發(fā)利用的條件。

1區(qū)域地質(zhì)背景

1.1構(gòu)造

圖1　區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造略圖

沾化凹陷：位于工作區(qū)北部，北與義和莊凸起、車鎮(zhèn)凹陷相連，南與陳莊凸起毗鄰，東部為孤島凸起，西與惠民凹陷相通。呈近東西向略延長的三角形，向西收斂，向東散開并延伸入海。凹陷長22 km，寬6～20 km，該區(qū)面積約220 km2。上覆新近紀(jì)及第四紀(jì)厚度為1 300～2 200 m。

渤南洼陷位于沾化潛凹陷中部，屬于“北斷南超”、“東西雙斷”北東走向的斷陷湖盆；北部以埕南

斷裂帶與埕東凸起相鄰、西部以義東斷裂帶與義和莊凸起相接；東、東南部以孤西斷層對接孤北洼陷、孤島潛凸起，南部為陳莊潛凸起。

1.2地層

濟陽坳陷頁巖氣參數(shù)井所鉆遇的地層有第四紀(jì)、新近紀(jì)明化鎮(zhèn)組、新近紀(jì)館陶組、古近紀(jì)東營組、古近紀(jì)沙河街組，地層界線劃分見表1。

2頁巖氣資源存在可能性分析

2.1資料預(yù)測分析

2.1.1區(qū)域研究成果

根據(jù)收集的物探資料及油田地質(zhì)資料，渤南洼陷勘探面積600 km2，三維覆蓋面積600 km2，已完鉆探井377眼，發(fā)現(xiàn)了渤南、羅家、義東3個油氣田，已累計探明常規(guī)石油地質(zhì)儲量1.84×108t。泥頁巖中多眼井見到油氣顯示，其中錄井見到油斑以上級別顯示井52眼，20眼井進行測試9眼井獲得工業(yè)油流，6眼進行投產(chǎn)，產(chǎn)能從574～13 465t不等，展示了渤南洼陷頁巖油氣良好的勘探前景[5]。

表1　鉆遇地層界線劃分

2.1.2儲層特征分析

泥頁巖的儲集性能是影響頁巖油氣產(chǎn)能的主要因素，而儲集性能主要與巖相及巖相組合、埋藏深度等密切相關(guān)。渤南洼陷沙一段、沙三中亞段、沙三下亞段、沙四上亞段沉積環(huán)境存在差異，形成的巖相及其巖相組合不同。

沙四上亞段沉積時期：屬于斷陷湖盆初始裂陷期，此時為水進體系域，湖水仍然維持了較高的鹽度，烴源巖中碳酸鹽含量普遍較高，洼陷內(nèi)蒸發(fā)量較大，多形成泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖與膏巖、含膏泥巖等互層的特征。

沙三下亞段沉積時期：斷陷湖盆發(fā)育的鼎盛，氣候溫暖濕潤，隨著湖盆的擴大由半咸水迅速演變?yōu)槲⑾趟练e。利用周邊油田鉆孔系統(tǒng)取心井資料，從早期到晚期，巖相呈現(xiàn)由紋層-層狀泥質(zhì)灰?guī)r(灰質(zhì)泥巖)—紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r—紋層-層狀泥質(zhì)灰?guī)r(灰質(zhì)泥巖)—層狀泥質(zhì)灰?guī)r(灰質(zhì)泥巖)—塊狀灰質(zhì)泥巖的變化，反映了早期水體由淺至深的變化規(guī)律。在渤南洼陷北部及中部也可以看到紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖與薄層砂條互層的巖相組合。

沙三段為深湖—半深湖環(huán)境，以灰色泥巖、油頁巖、油泥巖為主，與下伏沙四段為角度不整合沉積，上部主要以層狀泥質(zhì)灰?guī)r、泥巖、層-紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖為主，局部發(fā)育紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r，底部巖性以油頁巖與油泥巖互層為主。

綜合渤南洼陷沙四上、沙三下、沙三中、沙一段的巖相組合特征，認(rèn)為沙三下亞段、沙一段儲集條件較好，優(yōu)選沙三下亞段為該地區(qū)頁巖氣目標(biāo)區(qū)勘探的主力層系。

2.2實鉆資料分析

2.2.1勘探孔概況

濟陽坳陷頁巖氣參數(shù)井自2014年7月開鉆施工，2015年1月完鉆，參數(shù)井采用三開井身結(jié)構(gòu)，下部裸眼完井，終孔孔深3 665.47m，鉆孔結(jié)構(gòu)見表2。

表2　頁巖氣參數(shù)井鉆孔結(jié)構(gòu)

2.2.2巖屑錄井及分段取心

濟頁參1井全井巖屑錄井，撈去巖屑樣共計735件，其中0～1 160 m，20 m/包；1 160～2 590 m，10 m/包；2 590～2 640 m，5 m/包；2 640～3 665.47 m，2 m/包，每包取樣不低于500g，曬干裝袋保存。

取心工作先后采用“川6-3”取心鉆具分段取心10次，累計取心進尺133.83 m，巖心長度共計118.96 m/31箱，總采取率88.89%，詳細回次取心數(shù)據(jù)見表3。

表3　鉆孔取心記錄

2.2.3物探測井解譯

該參數(shù)井重點針對油氣層進行了1∶200綜合測井，測井項目自然電位、自然伽馬、雙側(cè)向、雙感應(yīng)、電阻率、聲波補償、井溫等，通過綜合解譯，沙河街組三段中段以層狀泥質(zhì)灰?guī)r為主，視電阻率呈鋸齒狀高阻，中下段以塊狀泥巖為主，電阻率呈鋸齒狀低阻，下部以油頁巖與油泥巖互層為主，電阻率鋸齒狀低阻。油氣儲層孔隙度1.2%～13.6%，平均4.5%，滲透率<10×10-3μm2，因頁巖油的主要儲集空間類型為微孔隙、其次為微裂縫，由此可見該段儲集條件較好。

通過取心及樣品測試，該頁巖氣參數(shù)井主要揭露古近紀(jì)沙河街組地層，巖性為一套色調(diào)和成分復(fù)雜生物碎屑巖系，具有生成大量頁巖油氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，具有頁巖油氣成生和聚集前景，具備頁巖氣儲藏條件，證明該區(qū)是較理想的頁巖氣開發(fā)利用區(qū)域。

2.2.4實測儲集特性分析

(1)頁巖厚度、孔隙度及滲透率。根據(jù)參數(shù)井實測值及對油田鉆井取得有關(guān)參數(shù)的統(tǒng)計分析，工作區(qū)沙三段暗色富含有機質(zhì)泥頁巖累計厚度大于300m，單層最大厚度可達8m，沙四段累計厚度大于150m。沙三下亞段空隙度變化1.3%～13.6%，主要集中在2%～8%，均值在5%，滲透率變化很大，最大可達到493m/D(推測與裂縫發(fā)育有關(guān))，一般分布在1～10m/D，其次為0.1～1m/D，均值為7.72m/D(表4)。

(2)有機碳豐度。據(jù)測試及收集資料，沙一段巖樣的有機碳分布范圍為0.93%～12.69%，有約50%巖樣的有機碳含量在4%～6%之間，平均含量為4.76%，因此從有機碳含量來看，沙一段為很好的烴源巖。沙二段巖樣的有機碳分布范圍為1.33%～2.44%，平均含量為2.30%，從有機碳含量來看，沙二段也是很好的烴源巖。沙三段巖樣的有機碳分布范圍為0.55%～12.44%，其中有約40%分布在1%～5%之間，平均含量為3.02%，單從有機碳含量來看，沙三段是好—很好的烴源巖。沙四段巖樣的有機碳分布范圍為0.77%～15.18%，有約70%分布在1%～5%之間，平均含量為3.28%。因此沙四段從有機碳來看是好—很好的烴源巖。

(3)有機質(zhì)熟度。據(jù)測試及收集資料，沙一段巖樣的Ro分布范圍為0.27%～0.56%，其平均值為0.4575%，可見該段巖樣總的來說還沒進入成熟，僅部分成熟。其特點為有機質(zhì)演化程度低，說明干酪根的縮聚程度差。沙二段巖樣的Ro分別為0.32%～0.41%，可見該區(qū)沙二段巖樣沒有進入成熟階段。但是進入了低熟階段。特點為有機質(zhì)演化程度低，說明干酪根的縮聚程度差。沙三段巖樣的Ro分布范圍為0.36%～0.9%，平均值為0.59%，其中僅有兩個巖樣的Ro值小于0.5%，說明該區(qū)沙三段巖樣己經(jīng)進入成熟階段，有機質(zhì)演化程度明顯加深，說明干酪根的縮聚程度較高。沙四段巖樣的Ro分布范圍為0.41%～1.56%，平均值為0.794%，這說明該區(qū)沙四段巖樣已經(jīng)進入成熟階段，為有機質(zhì)演化程度較高，說明干酪根的縮聚程度較高。

表4　孔隙度特征和滲透性特征

(4)總烴產(chǎn)率。巖樣高溫?zé)峤饪梢允共粨]發(fā)的高分子聚合物(如干酪根)加熱裂解成揮發(fā)性產(chǎn)物(烴類)。巖樣熱解所得到的游離烴(S1)和裂解烴(S2)之和，即為熱解總烴產(chǎn)率，通常用毫克烴/克巖石表示。S1代表巖樣中已經(jīng)生成的烴(游離烴)，S1代表巖樣隨埋深增大，熱演化增強，所含干酪根進一步裂解所生成的烴(裂解烴)，故熱解烴和游離烴之和更本質(zhì)的反映了巖樣中干酪根熱解的生烴潛力，用以表征有機質(zhì)豐度更有實用價值，據(jù)測試及收集資料，區(qū)內(nèi)統(tǒng)計見表5。

表5　巖樣高溫?zé)峤饪偀N產(chǎn)率(S1+S2)

3結(jié)語

我國擁有豐富的頁巖氣資源，但是研究起步較晚，2015年我國才開始正式投入開發(fā)的頁巖氣藏，開始供氣運營。現(xiàn)在我省頁巖氣資源調(diào)查已起步實施，已先后施工多眼參數(shù)井，建議針對目前已有的濟陽坳陷參數(shù)井取得的基礎(chǔ)資料，分析論證后重點布置開展?jié)栛晗輩^(qū)頁巖氣勘查工作，與當(dāng)前礦產(chǎn)勘查項目緊密結(jié)合，以快速實現(xiàn)頁巖氣勘查突破；另外省內(nèi)還有許多盆地頁巖氣情況不明，尚需要進一步開展遠景調(diào)查和研究。

通過該頁巖氣參數(shù)井施工取得的成果分析，該地區(qū)存在頁巖氣資源，具有一定的開發(fā)利用價值，應(yīng)加大對該區(qū)及相似區(qū)域的地質(zhì)勘探，通過更多的勘探孔，尋找油氣富集區(qū)，圈定高產(chǎn)范圍，盡早進行相關(guān)開發(fā)利用試驗，為將來大規(guī)模開發(fā)利用頁巖氣資源提供基礎(chǔ)性資料。

參考文獻：

[1]鄒才能，董大忠，王社教，等.中國頁巖氣形成機理、地質(zhì)特征及資源潛力[J].石油勘探與開發(fā)，2010，37(6)：641-653.

[2]董大忠，程克明，王玉滿，等.中國上揚子地區(qū)下古生界頁巖氣形成條件及特征[J].石油與天然氣地質(zhì)，2010，31(3)：288-299.

[3]趙季初.東營凹陷沙三下亞段頁巖氣前景分析[J].山東國土資源，2015，31(3)：26-29.

[4]張增奇,田京祥.國內(nèi)外頁巖氣研究進展及山東省頁巖氣資源潛力[J].山東國土資源，2012,28(10)：1-6.

[5]張林曄，李政，朱日房，等.濟陽坳陷古近系存在頁巖氣資源的可能性[J].天然氣工業(yè)，2008，37(12)：26-29．

Primary Analysis on the Possibility of Shale Gas Resource Storage in Jiyang Depression

WANG Lidong, ZHANG Mingde, WU Qinghua, WANG Lingli, ZHANG Pingping

(Lubei Geo-engineering Exploration Insitute, Shandong Dezhou 253072, China)

Abstract：As a kind of unconventional energy, shale gas is generally occurred in dark shale formation system with porosity, low permeability and rich organic matter. It is unconventional rich gas resources in recent years which can realize economic scale exploration and development. Shale gas strategy research has been launched in Shandong province at present. Strategic selecting areas are Jiyang depression, Linqing depression, Jiaolei basin, Longkou sag and Luxinan uplift. Combining with specific engineering project, in view of the construction parameters of shale gas wells in Jiyang depression, shale gas resource existed in Jiyang depression has been analyzed.

Key words：Shale gas; possibility;Jiyang depression

收稿日期：2015-08-13；

修訂日期：2015-09-20；編輯：王敏

作者簡介：王立東(1984—)，男，吉林梨樹人，工程師，主要從事深部資源勘探及地?zé)豳Y源的勘查開發(fā)工作；E-mail：swdwld@126.com

中圖分類號：P618.1

文獻標(biāo)識碼：A

依托項目：山東省國土資源廳《關(guān)于下達2013年度升級整裝勘查區(qū)地質(zhì)勘查項目和頁巖氣調(diào)查評價項目計劃的通知》(魯國土資字[2013]1170號)——《濟陽坳陷頁巖氣資源潛力調(diào)查評價項目》(任務(wù)書號：魯勘字(2013)3號)