四川盆地南部志留系页岩气成藏特征研究
中国石油勘探开发研究院廊坊分院 中国石油非常规油气重点实验室 国家能源页岩气研发实验中心 刘洪林 二〇一三年九月


前 言
近年来，美国页岩气成功开发已成为全球能源行业关注的焦 点，对国际天然气市场及世界能源格局产生巨大影响。

我国南方海相页岩沉积区资源潜力大，发展前景广阔。

2009年 底启动了长宁-威远、昭通两个页岩气产业化示范区先导试验工作， 完成了大量实质性工作，在南方海相页岩沉积区获得重要进展， 2012年页岩气水平井获得15万方以上的日产量，获得重要突破，证 实了页岩气资源的富集程度和开发前景。

页岩气与煤层气地质评价上有相似性，也有差异。

本文就该地 区地质条件进行分析，提出地质评价方面的一些想法供大家参考。

汇 报 提 纲
一、北美地质选区指标面临挑战 二、蜀南超压气藏特征及分析 三、初步认识与思考


（一）美国页岩气资源及选区指标
1．美国页岩气资源与分布 目前获得商业开发的页岩气赋存于海相沉积页岩
分布时代：奥陶纪、泥盆纪、石炭纪、二叠纪、三叠纪、侏罗纪和白垩系
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Marcellus Big Sandy Greater Siltstone New Albany Antrim Cincinnati Arch* Haynesville Eagle Ford Floyd-Neal & Conasauga Fayetteville Woodford Cana Woodford Barnett Barnett Woodford Hilliard-Baxter-Mancos Lewis Williston-Shallow Niobraran* Mancos
产气页岩
（据Scott，2008）


2.有利页岩气五大地质指标 （1）埋深小于4000米，构造相对稳定
美国目前获得商业性气产量的开发深度一般小于4000m，过深一目前的 开采技术成本高,需要更高的资源丰度 热成因为主，绝大部分页岩气井分布在盆地斜坡或盆地中心部位，构 造相对稳定


（2）页岩单层厚度大于30m
较大的页岩单层厚度有利于提高页岩气的资源丰度 有利于页岩气水平井压裂改造，增加改造体积
》30m


（3）有机碳含量（TOC）在2%以上
较大TOC含量可以提高单位体积源岩生气量 提高对天然气的吸附能力，原地保存更多的天然气量
参数 深度（m） 有效厚度（m） TOC（%） Ro（%） 石英含量（%） 吸附气（%） 含气量（m3/t岩石） 储量丰度（108m3/km2） 所属盆地 Barnett 密西西比系 1950~2550 15~61 4.5 1.0~1.9 38-55 20 8.5~9.9 3.28~4.37 Fort Worth Ohio 泥盆系 600~1500 9~30 0~4.7 0.4~1.3 35-47 50 1.7~2.8 0.55~1.09 Appalachian Antrim 泥盆系 180~720 21~37 0.3~24 0.4~0.6 26-50 70 1.1~2.8 0.66~1.64 Michigan New Albany 泥盆系 180~1470 15~30 1~25 0.4~1.0 26-58 40~60 1.1~2.3 0.77~1.09 Illinois Lewis 白垩系 900~1800 61~91 0.45~3.5 1.6~1.88 22-52 60~85 0.4~1.3 0.87~5.47 San Juan


（4）成熟度： Ro 1.4%～3.0%
美国页岩气产量主要来自热成因气，占85%以上，最大的页岩气 田Barnett shale 每年366亿方的页岩气全部为热成因气 绝大部分Barnett页岩气井分布在Ro≥1.1％的范围内
有利的范围
Ro>1.1%


（5）硅质含量>35%，易于形成微裂缝
美国典型页岩气盆地页岩矿物组成
•脆性矿物（石英、斜长石）的富集有利于产生微裂缝（天然或诱导裂缝）


（二）四川蜀南页岩气成藏的两大不利条件
1.海相黑色页岩成熟度高，处于过成熟热裂解阶段。

Ro isopach map of Longmaxi black shales, Lower Silurian, in Sichuan basin
Ro isopach map of Qiongzhusi black shales, Lower Cambrian, in Sichuan basin
Ro总体格局:从乐山-龙女寺古隆起向四周增大 S1l :Ro 2.6%-3.6% ；∈1q: Ro 2.8%-4.2%;


页岩气开发需要人工改造形成渗流通道。

构造运动形成的应力场远大于人工压裂，所以构造运动形成的断裂在页岩气保存中究竟起什么作用？是气体逸散的通道？对页岩气成藏起破坏作用？还是富集作用？
筇竹寺组页岩天然裂缝图
1.水平井的成功证实，在蜀南地区存在大范围页岩气富集区
1）沉积环境与岩石学特征对比
Organic Shale
2）页岩成熟度对比
四川盆地蜀南地区志留系龙马溪组Ro度图
蜀南龙马溪组页岩
 蜀南龙马溪组Ro 经过校正后2.8%-3.6%，为高-过成熟气藏


3）蜀南龙马溪组和Haynesville页岩含气饱和度都较高，60-80%以 上，长宁略低
差
好
M1井


3）岩石脆度与杨氏模量对比
 蜀南龙马溪组岩石脆性与美国页岩大致相当
M1井


4）储层厚度对比
 页岩核心区的页岩厚度较大，一般45米以上，TOC一般大于3%，长宁区块 龙马溪组TOC大于2%的页岩厚度一般33.4-48米，基本相当


5）游离气与吸附气比例
 蜀南龙马溪组页岩游离气比例高于Barnett页岩，Haynesville 游离气比 例最高（80%），地层压力系数高。

储层超压增强
蜀南地区 龙马溪组页岩


 对比结论  TOC大于2%以上厚度在3m以上。

 蜀南气藏页岩储层脆性指数高，易于压裂  页岩储层成熟度较高，对TOC含量和孔隙度不利  含气饱和度高，游离气比例高，气藏超压对有利区 的正面影响大大超过高成熟的负面影响


（三）蜀南页岩气地质评价进一步思考
1）低孔隙度与地层压力系数 对于我国高成熟、低孔隙度的页岩，同样的含水饱和度就需要较大的地 层压力系数，才能使得地下页岩达到较高的含气量，单井EUR达到经济， 所以我们需要超压地质条件
南方 海相 北美
游离气计算公式


2）超低含水饱和度是形成超压的基本条件
超低含水饱和度：储层中初始含水饱和度低于束缚水饱和度最大值，也就是 与介质毛管压力相比处于欠水饱和度状态。

3）断裂系统与地层压力系数 构造运动形成的断裂在页岩气保 存中究竟起什么作用？是气体逸散 的通道？对页岩气成藏起破坏作 用？还是富集作用？ 开展热演化历史和含气量历史 模拟研究表明： 上扬子地区强烈改造区J-K末期 含气量到达最大，如果稳定抬升 页岩将出现超压，含气量应该至 少3-5方/吨，但是目前小于0.1方 /吨。

上扬子地区强烈改造区
上扬子地区强烈改造区


包裹体分析：采集分析了裂隙中发育的方解石脉130多块，60-70%样品中发 现了群体包裹体，多为气-液包裹体；另外30-40%样品没有发现包裹体
综合热演化历史和包裹体均一温度实验结果分析认为，包裹体形成为喜山期。

页岩在喜山期构造运动形成了大量的方解石脉捕集到逸散的天然气并形成包 裹体。

据此我们推断，页岩气藏破坏是因为喜山期产生大量断裂。

推测整个 南方页岩气情况基本相似。

由此看来，构造运动形成的断裂对页岩气成藏起破坏作用；而超压现象说
筇竹寺组页岩天然裂缝图
1、高成熟页岩气选区需要我们关注储层压力系数，在选区中加以考虑
2、页岩气地质评价需要我们关注构造改造程度和页岩气成藏地质过程
页岩气主要岩石类型与岩石结构图
3．中国南方海相页岩气开发前景。