页岩气藏地质特征及地质选区评价方法——以辽河坳陷东部凸起为例

杨一鸣，毛俊莉，李晶晶

(1.中油辽河油田公司，辽宁 盘锦 124010;2.中油辽河工程有限公司，辽宁 盘锦 124010)

页岩气藏地质特征及地质选区评价方法
——以辽河坳陷东部凸起为例

杨一鸣1，毛俊莉1，李晶晶2

(1.中油辽河油田公司，辽宁 盘锦 124010;2.中油辽河工程有限公司，辽宁 盘锦 124010)

以辽河坳陷东部凸起为例，分析了其构造特征及沉积环境，认为东部凸起上古生界山西组、太原组存在1套良好的高成熟度、高有机质丰度的烃源岩。通过对山西组、太原组泥页岩的分析，认为有机碳含量、演化程度、单层厚度、硅质含量、含气量、渗透率是页岩气地质选区的6个基本参数，初步确立了页岩气有利区地质评价方法，有助于推动页岩气勘探开发和产业化的发展。

有机质;含气量;地质特征;地质选区;页岩气;东部凸起;辽河坳陷

引 言

据预测，世界范围内页岩气储量相当于煤层气与致密砂岩气储量的总和，占3种非常规天然气总资源量的50%［1－2］。进入21世纪，全球已有30多个国家开展页岩气勘探开发。其中，美国商业化开采程度最高，年产页岩气量为1 000×108m3，已经超过中国现今所有类型天然气产量的总和(大约为830×108m3)。页岩气作为1种新型能源，越来越引起人们的关注，已经成为油气勘探开发的重要领域。根据类比法预测，中国页岩气资源前景约30×1012m3。四川盆地寒武系页岩气资源量为7.14×1012～14.6×1012m3，志留系为2×1012～4×1012m3［3－4］。中国页岩气资源潜力巨大，勘探开发前景较好，具有加快勘探开发的巨大资源基础。

辽河拗陷页岩分布层位较广。其中，古生界石炭、二叠系的暗色泥岩、炭质泥岩及煤系地层主要分布在东部凸起，面积为1 600 km2。为了推动页岩气资源勘探开发快速发展，以东部凸起为例，从页岩气藏地质特征入手，探讨页岩气地质选区评价方法，提出了下一步勘探建议。

1 地质概况

1.1 勘探概况

辽河坳陷东部凸起为一中、古生界斜坡，中、新生代时期为东部洼陷的一部分，古生界时期为太子河洼陷的一部分，勘探面积为1 600 km2。目前，东部凸起完钻探井10口，其中6口井钻遇古生界，佟3、王参1、辽M1等多口井见到油气显示，佟3、王参1、辽M1，佟2905等井显示气测异常。

1.2 沉积特征

东部凸起上古生界暗色泥岩为海陆过渡的有障壁海岸相沉积，主要分布在石炭系太原组、二叠系山西组。石炭系为1套海陆过渡相地层，广泛发育潮坪、潟湖泥炭坪，底部为薄层灰岩，向上演变为煤层、泥岩、粉砂岩互层沉积特征。二叠系下部为海陆过渡相泥页岩，向上过渡为陆上沉积的石英砂岩，在煤层上下普遍有海相泥岩夹泥灰岩等夹层。

2 页岩气藏地质特征

页岩气是从页岩层中开采出来的天然气，页岩气的形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布较广的页岩烃源岩地层中页岩气藏不同于常规气藏，页岩本身既是气源岩又是储集岩，页岩气藏的分布与有效气源岩的面积相当，页岩气藏一般不需要常规圈闭的存在，烃类气体主要以吸附状态赋存在干酪根和黏土颗粒的表面。

根据页岩气定义，高有机质丰度页岩既是成烃的物质基础，也是页岩气吸附的重要载体［5－7］。在同一压力下，有机碳含量越高，吸附气含量越大(图1)。页岩经历沉积埋藏，有机物逐步进入成岩作用、深成热解作用及后成岩作用阶段，成熟度加深，生成大量油气。按照Tissot划分方案：Ro小于0.5%为成岩作用阶段，生油岩处于未成熟或低成熟作用阶段;Ro介于0.5% ～1.3%为深成热解阶段，处于生油窗内;Ro介于1.3% ～2.0%为深成热解作用阶段的湿气和凝析油带;Ro大于2%为后成岩作用阶段，处于干气带［8］。当然，对于不同干酪根类型进入湿气阶段的界限有一定差异，一般Ro为1.2% ～1.4%。

图1 东部凹陷不同有机质泥岩等温吸附试验

与常规天然气相比，页岩气开发开采寿命长，生产周期长，大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。根据估算认为，页岩气井生产寿命可在30 ～50 a。

页岩的孔隙度与渗透率极低，需要裂缝来提高孔、渗性能。一般情况下，页岩气藏需要人工压裂才能进行工业生产。根据美国东部早期页岩气井数据统计，40%的页岩气井初期裸眼测试时无天然气流;55%的页岩气井初始无阻流量，没有工业价值;90%以上的页岩气井需要采取压裂等增产措施沟通裂缝［9－10］。

3 页岩气地质选区评价方法

东部凸起上古生界山西组、太原组分布稳定，厚度大于100 m，发育高炭质泥页岩，TOC平均为3.34%，Ro大于1.2%，为页岩气主要目标层系。针对东部凸起上古生界山西组、太原组各参数进行分析，在现有阶段初步确定了页岩气藏地质选区评价标准。

3.1 泥页岩厚度

太原组泥岩厚度为60～80 m，山西组泥岩厚度为70～80 m。暗色泥岩分布趋势呈现2个中心分布，北部沿北东方向，分布于佟二堡洼陷内;南部沿近东西向，位于刘二堡洼陷内。单层厚度为3～40 m。

3.2 矿物成分

在页岩气开发中，压裂造缝较关键，牵涉到页岩气井的产能，而暗色泥岩中的脆性成分是保证泥岩能被顺利压裂的关键因素。脆性成分，尤其是SiO2含量高，地层脆性大，在合适的地应力作用下容易产生裂缝，为天然气聚集提供有效空间。

通过对某A、B井的取样进行全岩分析后认为，A井山西组脆性成分(SiO2)的评价含量超过35%，大部分超过45%，A、B井太原组全岩分析脆性成分含量整体超过45%(图2)，具备页岩气藏后期改造的物质基础。

图2 某A井和某B井太原组暗色泥岩矿物成分统计

3.3 有机碳含量(TOC)

页岩有机碳含量(TOC)是页岩气藏形成的重要地质条件之一。页岩富含有机质，有机碳含量一般大于2%，甚至高达25%。研究区石炭、二叠系泥页岩有机碳含量基本大于2%，山西组底部和太原组相对高某B井有机碳含量最大为13%，某C井有机碳含量最大为11%，是页岩气主要目的层系。根据实测数据显示，B、C井太原组有机碳值较高，均值超过2%，部分值超过10%，C井均值接近2%;山西组底部数据较高，整体超过2%［11］。

3.4 镜质体反射率(Ro)

东部凸起上古生界有机质以Ⅲ型干酪根为主。根据有机质热演化剖面，上古生界页岩演化成熟度(Ro)在高成熟湿气—过成熟干气阶段，有机碳含量较高的石炭、二叠系源岩仍处于大量生气阶段(图3)。

图3 东部凸起C－P泥页岩热演化成熟度Ro剖面

3.5 储层物性

通过对某A井泥岩进行岩石孔隙度、渗透率分析认为，研究区孔隙度分布范围为0.40% ～3.22%，平均为1.37%;渗透率范围为0.005×10－3～ 7.960 × 10－3μm2，其均值为 2.07 × 10－3μm2，与美国页岩主要产气盆地的孔隙度、渗透率值相当，具有储层页岩气的基本条件。

3.6 含气性

东部凸起地区上古生界某B井进入山西组65 m后，全烃开始上升为3%，甲烷上升为0.710% ～1.018%;某C井进入山西组104 m后，全烃开始上升为5%，甲烷上升为2.32%～7.51%。对某A井进行解吸试验，测得山西组含气量为1.27 m3/t(图4)。上古生界泥页岩含气量达到了页岩气工业下

限标准。

图4 某A井泥页岩含气量分析

3.7 页岩气地质选区评价参数指标

目前，辽河油田页岩气处于初期研究阶段，通过对东部凸起上古生界页岩气藏地质参数的研究初步确定页岩气地质选区评价的6个主要参数，确定了各参数的指标(表1)，认为东部凸起达到了页 岩气有利区标准。

表1 页岩气地质选区评价参数指标

4 结论

(1)页岩气具有源、储一体化特征，页岩本身既是气源岩又是储集岩。页岩气藏的分布与有效气源岩的面积相当，一般不需要常规圈闭的存在，烃类气体主要以吸附状态赋存在干酪根和黏土颗粒的表面。

(2)页岩含气量主要与有机质丰度及演化程度有关。在同一压力下，有机碳含量越高，吸附气含量越大。对于热成因含气页岩，演化程度处于深成热解阶段的含气量最大。

(3)辽河坳陷页岩气研究正处于初始阶段，确定了页岩气地质选区6个评价参数及指标，认为东部凸起山西组、太原组有机碳含量、演化程度、单层厚度、硅质含量、含气量、渗透率等参数具备页岩气有利区的标准，可以优选有利目标展开部署，并进一步系统地求取参数。

［1］刘成林，李景明，李剑，等.中国天然气资源研究［J］.西南石油学院学报，2004，26(1)：9－12.

［2］闫存章，黄玉珍，葛春梅，等.页岩气是潜力巨大的非常规天然气资源［J］.天然气工业，2009，29(5)：1－6.

［3］董大忠.页岩气资源评价方法及其在四川盆地的应用［J］.天然气工业，2009，29(5)：33－39.［4］王世谦，陈更生，董大忠，等.四川盆地下古生界页岩气藏形成条件与勘探前景［J］.天然气工业，2009，2(5)：51－58.

［5］王兰生，邹春艳，郑平，等.四川盆地下古生界存在页岩气的地球化学依据［J］.天然气工业，2009，29(5)59－62.

［6］程克明，王世谦，董大忠，等.上扬子区下寒武统筇竹寺组页岩气成藏条件［J］.天然气工业，2009，29(5)40－44.

［7］李新景，胡素云，程克明.北美裂缝性页岩气勘探开发启示［J］.石油勘探与开发，2007，34(4)：392－400.

［8］ MontgomerySL，JarvieD M，BowkerK A，e al.Mississippian Barnett Shale，Fort Worth basin，nort－central Texas：Gas－shale play with multi－trillion cubic foot potential［J］.AAPG，2005，89(2)：155 －175.

［9］陈更生.页岩气藏形成机理与富集规律初探［J］.天然气工业，2009，29(5)：17 －21.

［10］聂海宽，唐玄，边瑞康.页岩气成藏控制因素及中国南方页岩气发育有利区预测［J］.石油学报，2009，3(4)：484－491.

［11］单俊峰，韩霞，毛俊莉.辽河东部凹陷天然气地球化学特征及深层天然气勘探潜力［J］.特种油气藏2011，18(2)：7 －10.

Shale gas reservoir characteristics and geological evaluation of prospective areas：A case study with the Eastern Uplift of Liaohe depression

YANG Yi－ming1，MAO Jun－li1，LI Jing－jing2
(1.Liaohe Oilfield Company，PetroChina，Panjin，Liaoning 124010，China;(2.Liaohe Petroleum Engineering Co．，Ltd．，PetroChina，Panjin，Liaoning 124010，China)

The Eastern Uplift of Liaohe depression has been studied for tectonics and sedimentary environment．It is believed that there is a set of hydrocarbon source rocks of high maturity and high organic abundance in the Neopaleozoic Shanxi and Taiyuan formations of the Eastern Uplift．It is concluded through analysis of the shale in the Shanxi and Taiyuan formation that organic carbon content，evolution degree，single layer thickness，siliceous content，gas content and permeability constitute 6 basic parameters for screening prospective areas of shale gas，thus established a preliminary method of geological evaluation of favorable shale gas areas，which would help promote shale gas exploration，development and industrialization．

organic matter;gas content;geological characteristics;geologically prospective area;shale gas;Eastern Uplift;Liaohe depression

TE122.2

A

1006－6535(2012)02－0046－04

20110507;改回日期：20110527

中石油重大攻关课题“辽河探区有利预探目标综合评价及目标优选”(2008D－0702－02)

杨一鸣(1983－)，男，工程师，2008年毕业于东北石油大学矿产普查与勘探专业，现从事页岩气藏地质评价研究工作。

编辑黄华彪