车世琦

(中国石化油田勘探开发事业部，北京 100728)

随着世界能源问题的进一步凸显，我国在能源结构调整中的重心逐渐向非常规能源转移，其中页岩气是非常规能源的重要组成之一[1]，也是目前国内外所关注的热点[2-3]。在多旋回的构造与沉积演化过程中，我国各大含油气盆地相继发育了海相、陆相和过渡相多套富有机质泥页岩，页岩气资源十分丰富，开发价值巨大[4-8]。

作为国内首个实现商业开发的页岩气田，四川盆地涪陵页岩气田的成功开发标志着我国页岩气勘探的突破性进展。继2015年底一期焦石坝区块顺利完成50×108m3产能建设后，目前正全力投入到平桥、江东等二期区块的产能建设中；然而，平桥区块地质条件复杂，局部构造差异较大，岩性纵向变化快，与涪陵气田一期焦石坝区块相比，储层差异性更大、埋藏更深，增加了储层压裂改造的难度。截至2020年底，平桥区块已试气15口水平井，单井试气产能为9.65×104～45.21×104m3/d。该区域主要存在试气效果差异性大且影响因素不清等一系列问题，因此，急需建立一套适用于涪陵平桥区块页岩气井复杂地质条件下的地质综合评价技术，旨在明确平桥区块气井产能地质主控因素及有效评价参数，为平桥区块页岩气的高效开发提供技术支撑。

1 地质背景

平桥区块位于涪陵页岩气田西南部，地处川东南高陡褶皱带平桥断背斜，该区先后经历了加里东运动、海西运动、印支运动、燕山运动、喜山运动等几次大的构造运动，其中，早白垩世末期的晚燕山运动对该区构造影响最大，区域上整体呈现“东陡西缓”的狭长断背斜形态，剖面上受各构造层岩石软硬间互的影响，各构造层变形程度存在差异，从而造成了上、中、下构造的不同。研究区发育多条边界断裂和次级断裂，其中平桥西断层为平桥区块的主控断层，主要形成期为燕山运动早期。该区沉积地层发育较为齐全，整个含气页岩段属深水陆棚沉积环境，与焦石坝区块沉积特征基本相同，但五峰组顶部的观音桥段发育存在差异，研究区观音桥段普遍缺失。

综合岩性、电性特征，平桥区块五峰组-龙马溪组页岩自下而上划分为9个小层，页岩平均厚度为110.5 m，整体比焦石坝区块略厚，但主力页岩气层③小层地层厚度和焦石坝区块基本相当，平均为9.0～12.0 m，勘探开发潜力良好；平桥区块东翼受强压实作用影响，页岩厚度仅90.0 m左右，主力页岩气层③小层仅7.5 m，略薄于焦石坝区块。

2 地质主控因素

2.1 埋藏深度

涪陵地区地表属于低山、丘陵、河流地貌，高低不平。实钻资料表明，平桥区块五峰组地层埋藏深度为2 600～4 200 m，其中矿权范围内埋深3 500 m以浅占60%，从试气效果来看，平桥区块深度大于3 500 m的页岩气井产能明显较低。前人研究认为，深度的增加会导致页岩由脆性向塑性转变[9]，不利于压裂改造；但目前平桥区块深度大于3 500 m的页岩气井产能低的原因除了受页岩岩石物理性质转变影响外，绝大程度上可能受限于目前工程工艺条件。

2.2 断裂

水平井周边断裂发育程度的差异会对压裂效果造成明显影响[10]，平桥区块试气产量偏低井主要集中在中部和深层，其中，深层气井产量偏低的主要原因是深度较大，其后期压裂改造难度大，需要工艺技术进一步突破，而背斜核部气井产量偏低的原因主要受区域断裂的影响，保存条件较差。

首先从地震剖面上来看(图1)，平桥西断层为一条大型滑脱断层，背斜中部断距达1 000 m，南区最小，南北部地层变形强度相对较弱，中部地层变形强度较大，认为平桥西断层对平桥背斜中部的破坏作用相对较强。其次，中区发育典型的双层滑脱逆冲构造变形，而北区、南区滑脱逆冲构造变形发育程度明显减弱，中浅层发育的通天逆冲断层在中区目的层及上覆地层中滑脱消失，但其派生的次级断层、高角度裂缝发育，上下沟通，成为逸散通道，造成中区保存条件变差，同时，从实际试气效果来看，中区页岩气井产能均低于预期。

由此证实，断裂发育程度对页岩气的保存有着明显影响，因此，断裂发育程度是影响平桥区块页岩气井产能的主控因素之一。

2.3 曲率

平桥区块页岩气产能受断裂发育程度的影响较大，在此认识基础上，通过对曲率概念的进一步细化和量化，进而开展断裂对页岩气井的影响研究。目前，主要通过曲率属性对页岩储层裂缝发育情况进行表征[11-14]，利用曲率预测裂缝的原理为：在应力作用下，岩层发生弯曲变形，弯曲程度大的部位为应力较集中处，对于易破裂的脆性岩层，应力集中处微裂缝发育。因此，曲率的大小能够反映岩层构造微裂缝相对发育程度和分布特征，曲率越大，裂缝相对越发育。针对平桥区块的地质特点，结合CRP道集的高精度曲率属性特征，对平桥区块裂缝的发育规律进行预测。结果表明，大裂缝在靠近平桥断层处最为发育，背斜主体区欠发育；按裂缝分布特征和曲率值强度，将其划为5个区带：①平桥西翼裂缝发育区，基本位于断裂带上，靠近平桥西断层处曲率较高，高曲率分布密集；②平桥东翼裂缝发育区，基本位于断裂带上，靠近平桥东1号断层处曲率较高，高曲率分布密集；③平桥北部地层破碎区，地层破碎，地震同相轴连续性较差，曲率高，无明显方向性；④中部大裂缝欠发育区，背斜主体区，中部发育一条褶皱条带，裂缝整体不发育；⑤平桥东翼裂缝中等发育区，位于平桥东1号断层、东2号断层中间区域，靠近断层处曲率较高，裂缝中等发育(图2)。

图2 平桥区块主力页岩气层曲率属性

2.4 地层倾角

平桥区块为受平桥西断层与平桥东2号断层夹持的北东走向狭长的断背斜构造，北窄南宽，构造两翼地层较陡。受构造运动的影响，岩层的产状发生变化，同时不同倾角岩层的应力状态与裂缝特征亦会发生变化。地层倾角变大时，页岩中容易形成大量顺层滑脱缝，裂缝较平直，延伸范围大，压裂改造时极易成为压裂液逸失通道，影响压裂造缝效果。

当地层存在一定倾角时[15]，上覆岩层压力可分解为垂向应力和切应力，降低了垂向应力对地层压实作用的影响，地应力随着地层倾角的增大而减小，增大了岩层的各向异性，随着倾角的增大，水平最大主应力与最小水平主应力的差值增加，复杂缝网形成难度增大，从而影响压裂改造效果。因此，对于倾角较大的地层，不能忽略其对压裂效果的影响。平桥区块地层倾角与产量之间存在一定的负相关关系，随着地层倾角的增大，产量逐渐减小，进一步证实了地层倾角对产量的影响较大。

2.5 全烃校正值

气测全烃值是页岩含气性的重要评价指标之一，可定性表征页岩含气量的高低[16-17]。全烃值是页岩气层中进入钻井液的烃类气体的总和，主要由钻遇破碎的页岩所产生的气体计算得来，而该类型气体受钻井参数、钻井液性能和脱气效率等因素的影响非常大[18-20]，现场录井中，往往出现气测值很高但试气产量却较低，或气测值不高但试气产量却较高的情况。因此，通过分析气测录井的相关影响因素，并利用已钻井的相关数据，对主力页岩气层③小层，全烃值进行进一步校正，通过统计分析并拟合，近似得到以下关系:

式中：Q为全烃值，%；Q校正为全烃校正值，无量纲；t为钻时，min；ρ为泥浆密度，g/cm3。从而得到全烃校正值和产量、全烃含量和产量的关系(图3)，全烃校正值与产能的相关性更强，说明全烃校正值可以代替全烃值更好地表征区域内同层之间的产能差异。

图3 平桥区块页岩气井测试产量与③小层全烃校正值、全烃值关系

③小层全烃校正值平面图(图4)表明：平桥区块中部和北部存在两个高值区，平桥D井井区以南全烃校正值整体高于平桥D井以北。平桥D井以南整体全烃校正值较高，主要因为该区域属于平桥背斜核部，背斜高部位和近断层部位小尺度高角度裂缝较为发育，为游离气的运移和储集提供了良好的条件，因此在钻井过程中具有较好的气测显示。

图4 平桥区块页岩气井③小层全烃校正值平面分布

2.6 电阻率

一般含油气储层电阻率显示为高值，而在页岩储层研究过程中发现，页岩储层电阻率受黏土含量、过成熟有机质、黄铁矿含量、地层水矿化度和微裂缝发育等多方面因素的影响，相较于常规沉积岩储层具有电阻率异常偏低的特征[21-23]，因此，利用电阻率参数评价页岩储层含气性的过程中需要充分考虑页岩储层的地质特征和页岩气的赋存状态。

根据实际钻探资料在平桥区块开展电阻率对产能影响的相关研究，主力页岩气层③小层的电阻率参数与平桥区块产能呈现较好的负相关关系，同时电阻率在平面上存在明显的分区性，平桥D井以南的背斜核部区域，属于高电阻率区；平桥D井以北的背斜倾没端属于中-低电阻率区(图5)。高电阻率区表明页岩储层中游离气含量较高，导致电阻率增大，而储层中的页岩气主要有游离气和吸附气两种赋存状态[7-8]，其中以吸附气为主，如果页岩储层中游离气含量较高，则相应的吸附气含量明显降低，表现为明显的高电阻率，而储层中的游离气在保存条件不利的情况下极易散失，进而导致页岩气井产能较低。平桥D井以南的背斜核部发育大量高角度裂缝，为游离的页岩气提供了储集空间，但相对也为页岩气的逸失提供了通道，因此，页岩气保存条件变差，气井产能较低。

图5 平桥区块页岩气井③小层电阻率平面分布

综合各种因素考虑得出，平桥区块优质页岩气储层的电阻率值整体呈中低值，电阻率与气井产能呈现负相关较为合理，电阻率参数可间接反映页岩气储层的含气性，进而有效评价气井产能。

3 压裂前地质综合分区

综合以上分析，平桥区块主力页岩气层③小层全烃校正值和区块内页岩气井的产量相关性最好，在建立页岩气井产能评价体系时，应优先考虑全烃校正值，该指标对页岩气井的含气性有较好的指示作用；在分析含气性的同时，要综合考虑保存条件的差异，而保存条件主要受断裂控制，因此，页岩气井周边断裂的发育程度，对气井的产量同样起控制作用，总体上，断裂发育程度和全烃校正值两项指标为页岩气井产能差异的主控因素。

综合考虑，压裂前地质因素包括：埋藏深度、曲率特征、地层倾角、构造形态、断裂特征、全烃校正值和电阻率等，根据其影响程度分成主要指标和次要指标，建立平桥区块页岩气产能评价指标体系(表1)。

表1 平桥区块气井产能评价指标体系

Ⅰ类区：主要位于平桥东1号断层和西断层倾没端，埋深相对两翼较浅，为3 000～3 500 m，曲率非均质性弱，地层倾角为15°～20°，全烃校正值大于12，电阻率为50～100 Ω·m，易于压裂改造(图6)。

Ⅱ类区：位于平桥东1号断层和西断层夹持的背斜中部区域，埋深3 000 m以浅，压裂改造相对较容易；中部发育一条褶皱条带，邻近区域曲率非均质性较强，不利于压裂改造；同时，背斜中部纵向上受滑脱逆冲构造变形影响，近断裂区裂缝发育，在压裂改造过程中，容易发生滤失，导致加砂困难；地层倾角主要为10°～25°，全烃校正值为6～12，电阻率一般大于100 Ω·m(图6)。

Ⅲ类区：位于平桥区块平桥东1号断层以东3 500 m以浅区域，断裂发育，断裂周边曲率较发育，且非均质性较强，钻井过程中容易发生漏失，同时，地层倾角一般大于30°，导致压裂改造过程中不利于形成复杂缝网，全烃校正值大于12，电阻率为50～100 Ω·m，由于其靠近断层，存在一定的漏失风险，同时，该区块地层倾角过大，不利于后期压裂改造(图6)。

Ⅳ类区：位于平桥区块平桥东1号断层以东3 500 m以深区域，曲率中等发育，但埋深较大，压裂施工难度较高，同时，由于其埋深变化迅速，不利于水平井地质导向钻进，钻井难度同样较大，所以将该区划分为Ⅳ类区块(图6)。

图6 平桥区块地质综合评价分区

4 应用效果

基于前期的研究结果，在平桥区块Ⅰ类区和Ⅱ类区分别论证部署了平桥A-6井和平桥B-1井，其中位于Ⅰ类区的平桥A-6井水平段③小层电阻率为55.22 Ω·m，水平段③小层全烃校正值为14.59，曲率值较低，埋深2 800 m左右，试气产量达25.2×104m3/d，目前稳产6×104m3/d；位于Ⅱ类区的平桥B-1井，该井水平段③小层电阻率为101.36 Ω·m，水平段③小层全烃校正值为10.05，曲率均匀但发育程度较低，埋深2 600 m左右，试气产量为12.7×104m3/d，目前稳产3×104m3/d。

为进一步探究深层页岩气开发潜力，在Ⅳ类区部署了平桥D-2井，该井水平段③小层电阻率为45.72 Ω·m，水平段③小层全烃校正值为5.76，曲率值低，埋深3 960 m左右，试气产量为3×104m3/d。

目前平桥区块一系列探井的钻探效果表明，在平桥区块该评价体系的应用效果较好，有利于页岩气井的优化部署，提高经济效益，同时，该评价体系在平桥区块相邻的白马区块，也开展了应用和推广，部署在Ⅰ类和Ⅱ类区的页岩气井试气效果较好，为白马区块下步提交千亿方探明储量夯实了基础。

5 结论

(1)涪陵页岩气田复杂构造区气井产能受多因素影响，埋藏深度、曲率、地层倾角、断裂特征、全烃校正值以及电阻率这6个因素与页岩气井产量均具备较好的相关性，其中，断裂发育特征和全烃校正值是影响页岩气产量的主控因素。

(2)基于目前涪陵页岩气田平桥区块气井开发实践，综合页岩气井产能主控因素，建立涪陵页岩气田复杂构造带地质综合评价体系，优选出位于平桥区块平桥东1号断层和西断层夹持的北部及南部断裂倾没端，埋深相比两翼较浅的3 000～3500 m区域为最优开发区，位于平桥东1号断层和西断层夹持的背斜核部区域，埋深3 500 m以浅区域和位于平桥区块平桥东1号断层以东3 500 m以浅区域次之。