李宗亮

(中油辽河油田公司，辽宁 盘锦 124010)

辽河坳陷东部凹陷南部沙三段页岩气聚集特征分析及资源量计算

李宗亮

(中油辽河油田公司，辽宁 盘锦 124010)

通过测井、录井、地球化学等资料以及页岩吸附气量实验，对辽河坳陷东部凹陷南部沙三段页岩气的聚集特征进行分析，预测页岩气发育的有利区并计算页岩气资源量。研究表明，研究区沙三段具备形成页岩气的物质基础和储集空间，较高的石英含量满足开发要求。泥岩段中大量的气测全烃异常显示是页岩气存在的直接证据。页岩气发育的有利区主要分布在黄金带、于楼、热河台、桃园、荣兴屯等地区。

东部凹陷南部;气测曲线;页岩气;有利区;资源量

引 言

页岩气是指以吸附和游离状态同时赋存于暗色泥页岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至细砂岩地层中的天然气，表现为典型的“自生自储”式聚集模式［1－3］。据预测，世界页岩气资源量为 456.24×1012m3，其中，在天然气勘探技术和程度较高的美国，页岩气资源量超过28×1012m3。中国页岩气资源也非常丰富，具有巨大的资源潜力和勘探开发远景，但是研究程度较低，还处于起步阶段，初步预测资源量为30×1012m3。页岩气作为一种非常规含气系统在国内也逐步得到关注［4－6］。

辽河坳陷是渤海湾中、新生代断陷盆地的一个一级构造单元，位于盆地的东北部。东部凹陷作为辽河坳陷三大凹陷之一，南部地区主要包括荣兴屯、大平房、桃园、黄金带、新开、于楼、热河台7个地区，面积为1 200 km2，探明天然气储量为142.6×1012m3。自下而上发育了太古界、古生界、中生界、古近系房身泡组、沙河街组三段、沙河街组二段、沙河街组一段、东营组、新近系馆陶组、明化镇组地层［7－11］。沙三段是该区重要的烃源岩和含油气层系，由于埋藏较深，勘探程度相对较低。因此，在东部凹陷南部首次进行页岩气分布特征的分析以及资源量的估算，对于辽河油田乃至东部渤海湾地区寻找新的天然气勘探领域具有重要的理论和现实意义。

1 页岩气聚集特征

页岩气具有源储一体、吸附聚集、储层致密等特点，其聚集需要具备生烃能力较强的页岩条件。东部凹陷南部沙三期为断陷发育的主要时期，沉积了厚层的泥页岩。其中沙三中下亚段泥页岩在驾掌寺洼陷最大厚度超过千米。岩性主要为深灰、灰黑、褐色泥页岩，相带以深湖—半深湖相为主。沙三上亚段泥页岩在驾掌寺洼陷厚度最大可达500 m，岩性组合以碳质泥页岩和粉砂岩及深灰色泥岩为主，主要发育于沼泽或泛滥平原沉积相中。

影响页岩气成藏的主要因素是烃源岩的有机质含量及其生气作用［2］。东部凹陷南部沙三段干酪根元素组成和有机质显微组成分析表明，沙三段烃源岩的干酪根类型主要为ⅡB和Ⅲ型，以生气为主。

页岩的矿物成分较复杂，除高岭石、蒙脱石、伊利石等黏土矿物以外，还混杂石英、长石、云母等许多碎屑矿物和自生矿物。这些富含石英和长石的泥页岩段脆性较强，常致使泥页岩内部产生大量的微裂缝。这些微裂缝不仅改善了泥页岩的渗流能力，是页岩气从基质孔隙流入井底的必要途径，而且也是储集空间。由于致密页岩的渗透率一般很低(小于 1×10－3μm2)，因此，那些页岩气已经投入开发利用的地区往往天然裂缝系统比较发育［12］。东部凹陷南部古近系沙三段泥页岩扫描电镜表明，沙三段泥页岩的裂缝发育，例如，驾27井3 063.98～3 066.46 m的沙三段黑色泥岩中发现微裂缝存在(图1)。另外，沙三段厚层泥岩的生烃膨胀以及广泛发育岩浆也会产生各种成因的泥岩裂缝。这些微裂缝的发育为页岩气的赋存提供了有效的储集空间。

图1 驾27井沙三段泥页岩微裂缝(放大100倍)

石英含量高的页岩脆性较强，不仅容易形成天然裂缝，而且容易形成诱导裂缝。气体的生产速度依赖于裂缝的发育程度，而裂缝发育程度取决于页岩的矿物组成，故页岩的矿物组成在很大程度上影响着页岩气的产能［13］。硅质含量越高页岩脆性越大，越有利于形成裂缝，同等情况下可以采出更多的天然气。美国5大页岩气主产盆地页岩SiO2含量一般超过30%［1］。泥岩全岩定量分析表明，东部凹陷南部沙三段泥质岩中富含石英、长石，含少量方解石、白云石和黄铁矿等，其中石英含量在23% ～62%，平均为44.9%，大于美国5大页岩气主产盆地页岩中的石英含量，因此满足后期的工程压裂改造要求。

同时，研究区探井还有大量气测异常的存在，视为页岩气存在的直接证据。通过对东部凹陷南部500多口探井资料的复查，发现共有30口井的泥页岩段具有明显含气显示:桃6井3 350～3 450 m的沙三段，泥岩厚度为3～57 m，气测全烃最大值达到8%;开40井2 850～2 950 m的沙三段，泥岩厚度为14～24 m，气测全烃最大值达到2.5%(图2)。

图2 东部凹陷南部页岩气测显示异常段

页岩气的聚集需要具备多个条件，根据页岩有机碳含量大于等于1.5%、镜质体反射率大于等于1%、气测全烃大于等于2%，以及含气泥岩厚度大于等于60 m等原则，预测东部凹陷南部页岩气发育的有利区主要分布在黄金带、于楼、热河台、桃园、荣兴屯等地区，面积约180 km2(图3)。

2 页岩气资源量计算

在页岩中天然气的赋存状态多种多样，除极少量的溶解状态天然气以外，大部分均以吸附状态赋存于岩石颗粒和有机质表面，或以游离状态赋存于孔隙和裂缝之中，其中吸附态天然气的含量在20% ～85%，一般为50%左右［1］。在页岩吸附气量实验研究的基础上，依据吸附气量约占天然气总量的50%来计算东部凹陷南部页岩气资源量。步骤如下:

图3 东部凹陷南部沙三段页岩气有利区预测

(1)利用研究区页岩分布面积、厚度及泥岩密度，求出泥岩的质量。

(2)利用已知的有机碳含量，计算总有机碳质量。

(3)通过研究区页岩吸附气量和有机碳含量的测定(表1)，确定研究区页岩气吸附气量与有机碳含量的关系。结合已知有机碳含量，计算出页岩吸附气量，根据公式:

表1 东部凹陷南部页岩吸附气量与TOC统计

式中:Q为页岩气资源量，108m3;m为预测区页岩质量，t;q为吸附气量，m3/t。由式(1)计算东部凹陷南部页岩气资源量为1 110×108m3。

3 结论

(1)辽河坳陷东部凹陷南部沙三段发育厚层泥页岩，有机碳含量平均达2.4%，镜质体反射率平均为0.7%，与美国页岩有很好的可比性，并且有机质类型以生气为主，具备形成工业性页岩气的物质基础。

(2)东部凹陷南部沙三段泥页岩的裂缝发育，为页岩气的赋存提供了有效的储集空间。泥页岩中富含石英、长石等脆性矿物，石英含量平均为44.9%，满足后期的工程压裂改造要求。

(3)东部凹陷南部沙三段泥岩段中气测全烃异常显示是页岩气存在的直接证据。页岩气有利区主要分布在黄金带、于楼、热河台、桃园、荣兴屯等地区，面积约180 km2。在页岩吸附气量实验研究的基础上，预测东部凹陷南部沙三段页岩气资源量为1 110×108m3。

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Characteristics and resource extent of shale gas accumulation in the Es3of south Eastern Depression of Liaohe Oilfield

LI Zong－liang
(Liaohe Oilfield Company，PetroChina，Panjin，Liaoning124010，China)

This paper addresses the characteristics of shale gas accumulation in the Es3of the south of the Eastern Depression in Liaohe Oilfield of through wireline logging，mud logging，geochemical data and adsorbed gas experiment，predicts the favorable zones of shale gas and estimates the resource extent．The study indicates that the Es3in the study area has the material base and reservoir space of forming shale gas reserve，and sufficient quartz content to meet development requirement．The significant abnormality shown in gas logging from mudstone interval is a direct evidence of the existence of shale gas．The favorable zones of shale gas include Huangjindai，Yulou，Rehetai，Taoyuan and Rongxingtun regions，etc．

the south of Eastern Depression;gas logging curve;shale gas;favorable zone;resource extent

TE122.1

A

1006－6535(2011)04－0023－03

20110214;改回日期20110708

中石油重点科技项目“辽河探区有利预探区带综合评价和目标优选”(2008D－0702－02)

李宗亮(1979－)，男，工程师，2008年毕业于中国石油大学矿产普查与勘探专业，获博士学位，现从事油气地质研究与勘探工作。

编辑 林树龙