0 引言
1 地质特征
1.1 岩性特征
（1）粉砂质页岩岩相：主要发育黏土质粉砂质页岩，属深水陆棚亚相。岩心硬度较小，炭质含量降低，长英质含量占50%~60%，碳酸盐矿物含量较少约占8.7%，薄片下纹层明显，富粉砂纹层与富泥炭质纹层间互成层，形成明暗相间的纹层构造[图2（c）]；薄片下未观察到明显的生物骨骼。
（3）混合类页岩岩相：长英质含量为30.6%~49.7%，黏土含量为37.1%~49.5%，碳酸盐矿物含量为4.3%~22.9%，岩心上可见粉砂质纹层，镜下薄片可见砂质纹层发育，纹层宽度多在0.02~0.15 mm之间，密度约为25条/cm，扫描电镜下可见石英颗粒较为发育[图2（f）]，反映当时的沉积环境为较安静的深水沉积。
1.2 矿物组成
根据页岩样品的X-射线衍射实验数据结果，认为研究区上部气层的矿物组成主要包括脆性矿物（石英、长石、碳酸盐矿物和黄铁矿）和黏土矿物。
脆性矿物中石英含量为26.6%~43.7%，平均为35.3%，长石含量为4.2%~19.3%，平均为9.3%；碳酸盐矿物含量为1.4%~21.7%，平均为9.2%；黄铁矿含量为1.6%~8.1%，平均为4.0%；脆性矿物总含量为35.8%~69.9%，平均为55.7%。黏土矿物中主要包括伊/蒙混层和伊利石，其次为绿泥石，黏土矿物含量为30.1%~64.2%，平均为44.3%，黏土矿物中伊利石相对含量为18%~50%，平均为30%；绿泥石相对含量为15%~40%，平均为26%；伊/蒙混层相对含量为18%~59%，平均为44%。
其中，上部气层脆性矿物含量平均值为55.7%，按照评价标准（表1），上部气层脆性整体属于Ⅰ类。
1.3 有机地球化学特征
通过对研究区内上部气层2块样品进行有机地球化学分析表明，该区有机质以藻类体和棉絮状腐泥无定形体为主，无壳质组和镜质组，腐泥质含量为40.27%，藻粒体含量为52.57%，干酪根类型指数为92.84，为Ⅰ型干酪根，同时根据干酪根碳同位素检测分析δ13CPDB=-29.2‰，判断焦石坝地区下志留统龙马溪组有机质类型为Ⅰ型。镜质体反射率R O值分布范围为2.42%~2.80%，表明该区五峰组—龙马溪组页岩处于生成干气的过成熟演化阶段。
涪陵焦石坝地区焦页A井龙马溪组上部气层的实测有机碳丰度最小为0.50%，最大为2.41%，平均为1.61%，按照评价标准，上部气层有机质丰度整体属于Ⅲ类，部分层段为Ⅱ类。
1.4 储层特征
1.4.1 孔隙结构类型
1.4.1.1 有机质孔隙
1.4.1.2 无机质孔隙
基于氩离子抛光扫描电镜观察结果，结合常规测井，建立了测井解释模型，从而针对不同孔隙类型的纵向发育特征开展了测井解释，解释结果表明，上部气层有机质孔隙度为1.06%~1.56%，占总孔隙体积比例为23%~35%。
1.4.2 总孔隙度与孔隙体积
1.4.2.1 总孔隙度
对焦页A井的氦气法实测孔隙度的分析结果进行统计，结果表明研究区上部气层实测孔隙度为1.1%~7.1%，平均为4.0%。按照评价标准，上部气层孔隙度总体以Ⅱ类为主，部分层段为Ⅰ类。
1.4.2.2 孔隙体积
对研究区上部气层样品进行孔隙尺度的分析测试，方法主要借助于液氮吸脱附法测定。
对不同尺度孔容与有机质丰度的相关性进行分析可知，微孔与有机质丰度具有最高的相关性，介孔与有机质丰度具有较好的相关性，大孔同有机质丰度无相关性（图7）。解释其原因，认为有机质孔隙主要属于微孔与介孔，有机质丰度越高，在有机质内部形成的微孔和介孔越多；而大孔主要由无机质孔隙组成。
1.5 含气性特征
表征页岩含气性的主要参数有录井气测显示值、含气量、含气饱和度、压力系数等。
1.5.1 气测显示
1.5.2 实测含气量特征
在取心现场实测的含气量数据是第一手资料，能最直观的定量反映页岩的含气性。解吸法测定的页岩含气量由损失气、解吸气及残余气共3部分含量组成。在实际研究中损失气相当于游离气，为生产初期的主要产出部分[20]；解吸气相当于吸附气；由于残余气占比小，测量复杂，不参与总含气量的计算。
通过现场实测解吸气量数据，运用USBM直接法（直线拟合法）拟合计算得到损失气量，结果表明，上部气层样品总含气量介于0.6~2.8 m3/t之间，平均值为1.7 m3/t，其中损失气含量为0.3~2.0 m3/t，平均值为1.1 m3/t；解吸气含量为0.2~0.9 m3/t，平均值为0.6 m3/t。实测解吸气在总含气量中占比为29.8%~48.2%，平均值为36.7%，损失气在总含气量中占比为51.8%~70.2%，平均值为63.3%，解吸气在总含气量中占比较低。
2 综合地质评价
表2 上、下部气层地质综合评价参数Table 2 Comprehensive geological evaluation parameters of upper and lower gas reservoirs |
| 地层 | 厚度/m | 脆性矿物含量/% | TOC/% | 孔隙度/% | 含气量 /(m3/t) | 综合评价 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 组 | 段 | 亚段 | 小层 | 分类 | ||||||
| 龙马溪组 | 龙一段 | 三亚段 | ⑨ | 上部气层 | 58.4 | 55.7 | 1.61 | 4.00 | 1.07 | Ⅱ类为主 |
| ⑧ | ||||||||||
| 二亚段 | ⑦ | |||||||||
| ⑥ | ||||||||||
| 一亚段 | ⑤ | 下部气层 | 40.3 | 72.12 | 3.97 | 6.54 | 3.84 | Ⅰ类为主 | ||
| ④ | ||||||||||
| ③ | ||||||||||
| ② | ||||||||||
| 五峰组 | ① | |||||||||
3 开发潜力
由于页岩气为自生自储的非常规气藏，在气藏内页岩气以游离态和吸附态为主，在裂缝内主要以游离气为主，在基质孔隙内既可以游离气为主、又可以吸附气为主，随着压力的降低，吸附气会发生解吸形成游离气[21]。在页岩气开发过程中，裂缝内游离气首先被采出，当地层压力下降至吸附压力时，基质孔隙内的吸附气开始解吸为游离气并向裂缝和孔隙流动，因此，裂缝网络是页岩气最大限度开采的关键。目前国内外普遍采用水力压裂方式对页岩气层进行改造，产生更多的裂缝网络以增加压裂改造体积（SRV），最大程度地采出页岩致密储层中的天然气。
目前焦石坝区块页岩气的开发层系为五峰组—龙马溪组下部气层（①—⑤小层），虽然上部气层具有一定的储量基础，但下部气层的开发是否动用上部气层储量，这一问题将影响上部气层的开发潜力，因此要确定下部气层老井压裂裂缝的延伸范围。
3.1 微地震监测
微地震是在地下岩石发生破裂时产生的小型微地震，因岩石破裂而出现的声发射现象称为微地震事件[22]。微地震监测技术在页岩气水力压裂中运用较为广泛，用以监测压裂过程中产生的人工裂缝，确定其方向、长度和高度，在优化压裂参数和井网布置等方面提供依据。
对研究区的6口下部气层老井的微地震监测数据进行统计，结果表明压裂缝网向上延伸高度主要介于5~25 m之间（图8）。由于下部地层厚度约为40 m，下部气层井穿行层位主要在①—③小层，距上部气层20~35 m，大部分缝高25 m的裂缝还未延伸至上部气层，仅局部裂缝延伸至上部气层。由于压裂支撑剂主要沉降在人工裂缝底部，延伸至上部气层的裂缝可能无支撑剂支撑，在生产过程中裂缝闭合为无效裂缝。因此，下部气层井压裂形成的有效裂缝大部分未向上延伸至上部气层，上部气层基本未动用，可单独开发。
在研究区部署3口上部气层评价井，水平段穿行层位主要在上部气层中部，距上部气层顶约为30 m、底约为25 m，对3口上部气层评价井的微地震监测资料进行统计，结果表明大部分裂缝向上延伸高度为10~30 m,向下延伸高度为15~25 m（图9），大部分压裂缝未延伸至下部气层。
3.2 地层压力
对上部气层井投产前地层压力与同期老井的实测地层压力进行对比，投产前静压比同期老井地层压力高21.03 MPa，证实上、下部气层之间基本无沟通（表3）。
表3 上部气层井投产前静压与邻井目前压力统计Table 3 Statistical table of static pressure of upper gas reservoir well before production and current pressure of adjacent well |
| 上部气层井 | 上部气层井投产前静压 /MPa | 同期老井测压值 /MPa | 与老井目前静压差值 /MPa |
|---|---|---|---|
| 焦页21-SHF | 31.28 | 7.2 | 24.08 |
| 焦页29-SHF | 33.28 | 10.7 | 22.58 |
| 焦页5-SHF | 26.4 | 9.97 | 16.43 |
| 平均值 | 30.32 | 9.29 | 21.03 |
3.3 开发效果
页岩气井的开发效果主要通过单井技术可采储量来评价。部署3口上部气层评价井均获得较高的测试产量，测试压力为12.53~16.64 MPa，12 mm油嘴测试产量为（20.2~28.86）×104 m³/d。综合运用产能系数法、产量递减法、RTA法对生产动态进行分析，计算这3口井的技术可采储量，以焦页5-SHF井为例。
该井于2018年8月5日投入试采，截至2019年4月15日，井口套压为7.82 MPa，油压为5.6 MPa，输压为5.48 MPa，日产气为8.26×104 m³，累计产气为2 794×104 m³，累产水为1 904 m³(图10)。应用RTA软件，结合流动物质平衡曲线最终确定井控储量，预测该井的可采储量为1.02×108 m³。
最终计算3口评价井的平均单井技术可采储量可达到0.9×108 m³，开发效果较好。
综上所述，从地质条件、人工裂缝上下延伸高度、单井技术可采储量方面看，上部气层具有良好的开发潜力。
4 结论
(1）综合评价焦石坝地区上部气层整体为Ⅱ类页岩储层，具有较优的物质基础。上部气层脆性矿物含量平均值为55%，脆性整体属于Ⅰ类；实测有机碳含量最小为0.50%，最大为2.41%，平均为1.61%，有机质丰度整体属于Ⅲ类，部分层段为Ⅱ类；实测孔隙度为1.1%~7.1%，平均为4.0%，整体以Ⅱ类为主，部分层段为Ⅰ类；总含气量介于0.6~2.8 m3/t之间，平均值为1.7 m3/t，含气性评价为Ⅱ类。
(2）微地震监测资料和地层压力资料表明，焦石坝区块上、下部气层的压裂缝网未相互沟通，上部气层可单独分层开发。
(3）焦石坝区块上部气层获得较高的测试产量与单井技术可采储量，具有良好的开发潜力。
甘公网安备 62010202000678号
