王 滢，何 嘉，寇一龙，周 昊

（1.中国石油川庆钻探工程有限公司地质勘探开发研究院，四川成都 610051；2.中国石油西南油气田分公司四川长宁天然气开发有限责任公司，四川成都 610051）

中国页岩气资源已逐步进入大规模开发阶段，四川盆地发育多套富有机质黑色页岩，其下古生界沉积环境好、分布稳定、厚度大、范围广，品质与北美具有可比性［1］，具有较大的勘探开发潜力。其中龙马溪组页岩气在威远-长宁、昭通、涪陵礁石坝等地区形成了规模化产能［2-7］。四川盆地南部长宁地区龙马溪组页岩气资源十分丰富、地质条件良好，2012 年被确定为国家级页岩气示范区，长宁地区页岩气勘探开发历经了评层选区、先导试验、示范区建设、深化评价与规模上产阶段4 个阶段［8］，实现了页岩气规模效益开发。目前，长宁地区在已普遍获得较高含气量的井区逐渐出现了含气量微弱甚至不含气的新完钻评价井，研究发现这些微弱气量的钻井在龙马溪组底部均存在低电阻率特征。电阻率间接反映了页岩储层的含气性。最早低电阻率页岩大规模出现在筇竹寺组，很多井的页岩层段出现超低电阻率（＜2 Ω·m）特征。目前对页岩储层低电阻率成因的研究比较薄弱，中国还处于起步和探索阶段。蒋珊等认为有机质石墨化是造成筇竹寺组页岩超低电阻率的主要原因［9-12］。高和群等认为页岩层低电阻率的主要影响因素包括高黄铁矿含量和高黏土矿物含量、高页岩成熟度、高地层水矿化度、高页岩页理（层间裂缝）发育程度等，这几种影响因素大多同时存在并相互叠加［13-15］。笔者在前人的研究基础上，基于长宁地区低电阻率页岩特征，结合地震、构造及断层期次、测井、岩心实验等，对长宁地区页岩储层低电阻率成因和主要影响因素进行了分析和探讨。

1 区域地质概况

长宁地区处在不同构造带相互叠加、影响的区域，构造变形异常复杂。研究区构造存在两大构造带：一是北西西走向的构造带，以长宁背斜及其东部区域以及北西区域的天宫堂背斜为代表；二是北东走向的构造带，主要分布在长宁页岩气勘探区块的中部罗场向斜、双龙向斜，为华蓥山褶皱带西倾伏段的延伸，平面上呈线状分布，前后翼倾角较大。

在长宁地区南部，向北西方向的挤压仍然存在，源自大娄山的北西向挤压造成山前多条逆冲断层的发育，断层由基底高角度向上往北西方向逆冲，在长宁背斜南侧的建武向斜北西、南东两侧形成了北东向背斜变形，北东向与北西向双侧挤压作用的综合结果，形成了现今短轴状的建武向斜。在建武向斜的北西前陆方向，滑脱断层依次出现逆冲或反冲过程，导致推覆褶皱带的出现，形成了楼东背斜（图1）。

龙马溪组是长宁地区页岩气勘探开发的主要目的层。龙马溪组划分为龙二段和龙一段共上下两段。在龙一段内部，自下而上可划分出龙一1亚段和龙一2亚段。在龙一1亚段内部，根据电性特征自下而上划分出龙一11、龙一12、龙一13、龙一144 个小层（表1）。长宁地区商业页岩气井的主力产气层段为龙一1亚段。

表1 长宁地区龙马溪组地层划分Table1 Stratigraphic division of Longmaxi Formation in Changning area

2 低电阻率页岩储层特征

研究区低阻4 井、低阻2 井在龙马溪组底部相继钻遇页岩，低阻4井电阻率为10 Ω·m左右，低阻2井自龙一13开始电阻率低于1 Ω·m，含气性受到极大破坏，低阻2 井封井，低阻4 井日产气量为19×104m3/d。随后又相继钻了低阻3、低阻H11-5、低阻H9-1等低电阻率井，其中低阻H11-5井和低阻H9-1 井试油为干层。在研究区建武向斜开发井也存在部分水平段低电阻率的现象，日产气量受影响（均小于25×104m3/d）。低电阻率井的出现严重阻碍了页岩气的勘探开发。笔者将研究区龙马溪组底部储层电阻率为2～20 Ω·m 的定义为低电阻率，底部储层电阻率低于2 Ω·m 的定义为超低电阻率，有机质石墨化是造成页岩储层超低电阻率的主要原因。本次研究主要针对长宁地区页岩储层低电阻率的成因进行分析。

2.1 分布特征

研究区页岩储层出现低电阻率的评价井主要分布在天宫堂背斜、双龙-罗场向斜、建武向斜以西（图1，表2），建武向斜31 口水平井呈局部水平段（平均长度为630 m）低电阻率的特征，日产气量平均为19×104m3/d。

表2 长宁地区页岩储层低电阻率评价井龙13—龙11平均电阻率及日产气量统计Table2 Average resistivity and daily gas production of Long13-Long11 Sublayers shale reservoirs in low resistivity evaluation wells in Changning area

2.2 电性特征

研究区龙二段电阻率正常，均大于20 Ω·m，从龙一段开始，电阻率逐步降低，自龙一13开始，电阻率呈现大幅度降低，均小于20 Ω·m。其中低阻2、低阻3、低阻9 井自龙一13开始电阻率极低，均为2 Ω·m 左右，甚至更低（表3）。电阻率极低的低阻2井测井电阻率曲线呈显著的“细脖子型”特征，龙一2电阻率平均为12.82 Ω·m，龙一14电阻率平均为2.59 Ω·m，龙一13至龙一11电阻率基本小于0.3 Ω·m，呈箱状低阻，电阻率与总有机碳含量（TOC）呈负相关（图2）。

图2 低阻2井龙13—龙11电阻率与TOC关系Fig. 2 Relationship between resistivity and average TOC of cores ofLong13-Long11 Sublayers in low resistivity Well2

表3 长宁地区龙马溪组页岩储层低电阻率评价井平均电阻率Table3 Resistivity of Longmaxi Formation shale reservoirs in low resistivity wells in Changning area Ω·m

据数据统计，页岩储层龙13—龙11电阻率平均为2 Ω·m 以下的井，均不产气，龙13—龙11电阻率平均为5 Ω·m 以上的井，具产气能力（图3）。其中低阻10 井电阻率高于5 Ω·m，但孔隙度低，含水饱和度高，储层含气性差，导致产微气且产水。

图3 长宁地区龙13—龙11平均电阻率柱状图Fig. 3 Histogram of average resistivity of Long13-Long11 Sublayersin Changning area

2.3 物性特征

2.3.1 孔隙度和含气性

由评价井平均孔隙度、含气量和含气饱和度（表4，图4—图6）可知，电阻率与含气饱和度正相关，相关系数达0.76，说明储层含气性影响电阻率。孔隙度低于4.2%，含气量低于2.0 m3/t，含气饱和度低于60%的低电阻率井，含气性被破坏，均不具产气能力；孔隙度高于4.2%，含气量高于2.0 m3/t，含气饱和度高于60%的低电阻率井，含气性受影响但未被破坏，具产气能力。

图6 长宁地区龙13—龙11电阻率与岩心平均含气饱和度散点图Fig. 6 Scatter plot of resistivity and average gas

表4 长宁地区评价井物性参数Table4 Physical parameters of evaluation wells in Changning area

图4 长宁地区龙13—龙11电阻率与岩心平均孔隙度柱状图Fig. 4 Histogram of resistivity and average porosity of cores from Long13-Long11 Sublayers in Changning area

图5 长宁地区龙13—龙11电阻率与岩心平均含气量柱状图Fig. 5 Histogram of resistivity and average gas content of cores from Long13-Long11 Sublayers in Changning area

2.3.2 录井全烃含量

长宁地区不具产气能力的低电阻率井的全烃含量均低于2%，变化范围为0.19%～1.62%，平均为0.78%。具产气能力的低电阻率井全烃含量高于2%，变化范围为2.36%～13.9%，平均为6.58%。具产气能力的正常电阻率井全烃含量高于2%，变化范围为2.11%～16.08%，平均为7.388%（图7）。

图7 长宁地区龙13—龙11平均全烃含量散点图Fig. 7 Scatter plot of average total hydrocarbon ofsaturation of cores from Long13-Long11 Sublayers in Changning area Long13-Long11 Sublayers in Changning area

3 低电阻率成因分析

3.1 与距断层距离有关

研究区已钻水平井显示，水平段越靠近断层，电阻率有下降的趋势（图8），断层是引起电阻率降低的主要因素。常9H16-4 井位于宁39 号断层下盘，在宁39 号断层消失处，断距较小，为25 m，为正常电阻率井，水平段电阻率由65 Ω·m 降低至31 Ω·m，平均为51 Ω·m，越靠近断层，电阻率越低，相关系数为0.929 5。常H28-2井位于宁39号断层下盘，在宁39 号断层中部，断距较大，为110 m，水平段电阻率由50 Ω·m 降低至13 Ω·m，平均为29 Ω·m，越靠近断层，电阻率越低，其中有350 m 水平段电阻率低于20 Ω·m，电阻率与井至断层距离呈明显正相关，相关系数为0.973 1。宁39号下盘水平井电阻率分布表明，越靠近断层，电阻率越低，断距影响电阻率基值和低电阻率波及范围，断距越大，电阻率基值越低，低电阻率波及范围越大。

图8 低电阻率水平井的分布及电阻率与距断层距离关系Fig. 8 Relationship between resistivity and distance to faults

研究区断层下盘对电阻率的影响大于上盘，如罗场向斜与建武向斜之间，褶皱强烈，构造受断层控制，区内发育北东向断裂体系，多条断层断距大、延伸长。其中罗7 号断层最大断距为510 m，宁175号断层最大断距为200 m（图9）。罗7 号、宁175 号断层下盘受挤压应力集中，含气性破坏较严重，导致页岩储层低电阻率，下盘低阻2 井岩心扫描电镜下有机孔不发育，孔隙度较低，为1.19%（图10）。罗7 号断层下盘低阻3、低阻4 井岩心照片可见明显强应力作用下形成的擦痕及复杂网状缝等（图11），下盘低阻3 井距罗7 号断层断距510 m 处长度为1 000 m，电阻率为1.93 Ω·m，下盘低阻H11-5 井距离宁175 号断层断距200 m 处长度为800 m，电阻率为1 Ω·m，试油均为干层；上盘受挤压有张力释放，受力相对较小，可能存在下盘天然气向上盘运移，电阻率相对更高。常17 井位于宁175 号、罗7 号断层的上盘，电阻率为22.63 Ω·m，为正常电阻率井，弱挤压作用，有利于原生孔隙保留，岩心扫描电镜下有机孔发育，岩心孔隙度为4.2%（图12），测试日产气量为11.12×104m3/d，自2019 年5 月投产以来，已累积产气量为6 165.21×104m3，产气情况较好。

图9 过罗7、宁175号断层地震剖面Fig. 9 Seismic profile of Luo7 and Ning175 faults

图10 低阻2井岩心扫描电镜下有机孔分布Fig. 10 SEM images of organic pores in low resistivity Well2

图11 罗7号断层下盘低电阻率井岩心照片Fig. 11 Core photos of low resistivity wells in footwall of Luo7 fault

由图1 和表4 可知，研究区所有低电阻率井多位于断层附近，由此认为页岩储层低电阻率原因与断层有关。大型断层强烈的破碎作用对页岩气保存条件具有明显的破坏作用，强烈的构造变形造成页岩气储层及顶板和底板裂缝发育，导致页岩气散失［16-19］。断层的挤压作用破坏储层含气性，导致电阻率相对较低。岩心扫描电镜显示，正常井常17井有机孔形态总体完整，未发生大规模压实、坍塌（图12），而在双龙-罗场低电阻率井低阻2 井有机孔被断层挤压，出现孔隙被压实，发育大量扁平孔（图10），孔隙中气体散失、含水饱和度增高，导致低孔隙度，推测强构造运动对页岩气成藏有破坏作用，电阻率偏低。

图12 常17井岩心扫描电镜下有机孔分布Fig. 12 SEM images of organic pores in cores from Well Chang17

3.2 与断层期次有关

研究区五峰组沉积时期地层整体呈西南高、东北低的古地貌特征，后期经历加里东期、海西期、印支期、燕山期、喜马拉雅期等多次改造，五峰组-龙马溪组的断层非常发育，规模大小不等，断层走向也呈多组系展布。

加里东期南北向挤压形成的近东西向断层影响页岩储层含气性但未造成破坏（图13）。研究区建武向斜所有低电阻率水平井均分布在加里东期形成的断层下盘，影响产气量，断层上盘页岩气富集，高产气井众多（图13，图14）。

图13 建武向斜断层活动期次Fig. 13 Faulting stages in Jianwu syncline

图14 加里东期断层天然气运移模式Fig. 14 Natural gas migration model of Caledonian faults

加里东期研究区建武向斜内断层下盘附近的页岩储层因受断层影响，部分天然气运移散失，地层水进入断层产生的裂缝中，水在近距离向构造低部位聚集，导致断层下盘附近页岩储层低电阻率，井产气量受损；断层上盘的页岩储层由于应力释放，在相对构造高部位形成大面积的构造裂缝带，不同级别的断层系统在空间上既可以构成复式输导通道，又可以形成大规模断缝储集体，断层下盘部分天然气沿着断层运移至上盘，有利于上盘天然气的富集，断层上盘附近实施井均获得高产气量。宁56 号断层下盘附近低电阻率井测试日产气量平均为20.2×104m3/d，上盘附近水平井测试日产气量为33.6×104m3/d，通过低电阻率井段长度、电阻率、产能与相邻正常井对比分析，下盘低电阻率井电阻率小于20 Ω·m 条件下每100 m 水平段长度损失日产气量约为1.0×104m3/d，单井平均损失日产气量为6.7×104m3/d，下盘损失的天然气运移至上盘，致使上盘附近水平井产气量高。研究区建武向斜所有低电阻率井均受加里东期形成的断层影响。

喜马拉雅中晚期形成的北东向断层破坏页岩储层含气性，如双龙-罗场向斜的鹰1、鹰2、灯1、灯2、罗7等断层（图1），这些断层均发育在喜马拉雅中晚期，规模较大，基本都是一级断层。天宫堂背斜、双龙-罗场向斜、建武向斜以西所有低电阻率井均与喜马拉雅中晚期形成的北东向断层有关。

低阻10 井磷灰石裂变径迹测量和热演化史分析表明（图15），新生代早期距今50～45 Ma 开始缓慢抬升，直至距今30～25 Ma 以来逐渐发生中等速率抬升剥蚀，结合周边井断层分布情况认为宫1 号断层可能在喜马拉雅早中期，尤其是距今10 Ma 以来发生快速抬升剥蚀，总体导致地表抬升剥蚀量达3 500～4 000 m。宫1 号断层被鹰1、鹰2 号断层截断（图1），说明鹰1、鹰2 号断层发育时期更晚，鹰1、鹰2 号断层可能发生在喜马拉雅中晚期，破坏性更大。天宫堂背斜评价井距鹰2号断层距离与电阻率呈明显正比关系（图16），相关系数达0.977 9，说明鹰2号断层影响天宫堂背斜页岩储层电阻率。因此天宫堂背斜、双龙-罗场向斜所有低电阻率井均受喜马拉雅中晚期形成的北东向的断层影响。

图15 低阻10井热演化史分析（据文献［19］修改）Fig. 15 Thermal evolution history of low resistivity Well10（Modified by Reference［19］）

图16 天宫堂背斜评价井距鹰2号断层距离与电阻率关系Fig. 16 Relationship between distance to Ying2 fault and resistivity of evaluation well in Tiangongtang anticline

3.3 与断层附近含水饱和度增高有关

对电阻率影响较大的还有一个因素是存在于页岩气储层中的地层水。建武向斜低电阻率井均分布在断层附近微裂缝发育处（图17）。断层附近的井钻遇的微裂缝较发育，页岩储层储存较多水分，增强导电能力，降低电阻率。从见气返排率和气量最高返排率（表5）可知，建武向斜低电阻率水平井返排率明显高于正常电阻率水平井。天宫堂背斜低阻10 井靠近宫1 号断层，岩心含水饱和度为61.6%，返排率达103.11%，证实产水（折算日产水量为12.7 m3/d）。由图6 可知，储层含气饱和度与电阻率呈正比，含气饱和度越高，电阻率越高，低电阻率不产气井的含水饱和度高，证明了研究区部分井存在低电阻率原因是因为靠近断层附近的页岩储层含水饱和度增高引起电阻率降低。

图17 建武向斜蚂蚁体裂缝预测Fig. 17 Ant-tracking based prediction of fractures in Jianwu syncline

表5 建武向斜水平井见气返排率和气量最高返排率Table5 Gas breakthrough flowback rate and maximum gas flowback rate of horizontal wells in Jianwu syncline

4 结论

长宁地区低电阻率评价井电阻率为0.20～15.92 Ω·m，龙二段电阻率正常，均大于20 Ω·m，从龙一段开始，电阻率逐步降低，自龙一1 3开始，电阻率呈现大幅度降低，均小于20 Ω·m。测井电阻率曲线呈显著的“细脖子型”特征，电阻率与总有机碳含量呈负相关。研究区低电阻率页岩储层的产气能力特征为，电阻率相对较高（＞5 Ω·m），全烃含量正常（＞2%），孔隙度较高（＞4.2%），含气量较高（＞2.0 m3/t），含气饱和度高（＞60%）。龙马溪组页岩储层低电阻率成因与断层有关，断层的挤压破坏储层含气性，导致低电阻率，断层下盘对电阻率的影响大于上盘，断层下盘页岩储层易出现低电阻率，断层上盘电阻率正常。另外与断层期次有关，建武向斜低电阻率页岩储层受加里东期形成的断层影响，下盘储层部分天然气运移散失，地层水进入断层产生的裂缝中，水在近距离向构造低部位聚集，导致断层下盘附近页岩储层低电阻率，实施井产气量受损，而上盘储层天然气富集，实施井均获得高产气量。下盘低电阻率井电阻率小于20 Ω·m 水平井段每100 m 长度损失日产气量约为1.0×104m3/d，单井平均损失日产气量为6.7×104m3/d，下盘损失的天然气运移至上盘，导致上盘附近水平井产气量高。天宫堂背斜、双龙-罗场向斜、建武向斜以西所有低电阻率井均受喜马拉雅中晚期形成的北东向断层影响。研究区部分井存在低电阻率原因是因为靠近断层附近的页岩储层含水饱和度增高引起电阻率降低。