湘西北常页1井下寒武统牛蹄塘组页岩气聚集条件及含气特征

为评价湘西北地区下寒武统牛蹄塘组页岩气聚集条件及含气性,优选并实施钻探了湖南省第一口以牛蹄塘组为目的层段的页岩气参数井——常页1井,累计揭示了牛蹄塘组黑色页岩层系真厚度674.5 m,是目前中国单井钻遇的最大厚度黑色页岩层系.通过岩心样品有机地球化学、岩石矿物学、储层物性等实验分析,认为常页1井牛蹄塘组黑色页岩具有机碳含量高（平均为3.9％）、成熟度适中（等效R.平均为2.6％）、脆性矿物含量高（石英含量平均为50.1％）、黏土矿物含量低（平均为32.4％）、低孔低渗（孔隙度、渗透率平均分别为1.7％、1.32×10^-3mD）、中小孔及裂缝发育的特征,具有良好的页岩气聚集条件.岩心现场解析实验和等温吸附实验都显示出常页1井具有良好的含气性,且整体上含气量随深度的增大而增加,其中井段1 100～1 250m的黑色页岩段平均有机碳含量高达10.1％,现场解析总合气量为0.5～2.1 m^3/t,等温吸附含气量为3.7～6.4 m^3/t,是该井页岩气发育最有利的深度,显示出以常页1井为代表的湘西北牛蹄塘组具有良好的页岩气勘探开发潜力,鉴于其沉积厚度巨大,应优先对牛蹄塘组中下部黑色页岩进行勘探开发.

湘西北常页1井下寒武统牛蹄塘组页岩气储层特征

湘西北常页1井为目前国内钻遇海相页岩层段厚度最大的调查井，其下寒武统牛蹄塘组页岩厚度约700m。该套页岩组合以粉砂质页岩、粉砂质页岩夹泥岩、炭质页岩、泥灰岩、钙质页岩、含炭钙质页岩、细晶灰岩、硅质页岩为主，见钙质结核及黄铁矿条带。其底部200m以富有机质炭质页岩为主，石英、长石和黄铁矿总量平均为41.9%，粘土矿物含量平均为27.9%，方解石和白云石含量平均为8.7%，与美国典型页岩储层相似。牛蹄塘组页岩有机碳含量底部为3.9%～17.6%，上部为0.3%～2.1%；平均孔隙度为1.57%，平均渗透率为0.004×10^-3μm^2。氩离子抛光扫描电镜下页岩微孔隙主要包括矿物晶间（溶）孔、晶间隙、晶内孔，有机质内微孔和微裂缝等。根据比表面-孔径分析，页岩孔喉中值半径最大为6.6nm，平均为5.5nm。综合研究认为牛蹄塘组海相页岩储气能力与孔隙体积、孔隙度、矿物成分、TOC等均有着一定的关系，其中有机碳含量是影响页岩含气量的最主要因素，其次是石英含量、粘土矿物含量、黄铁矿含量、比表面积和BJH总孔体积。利用多元线性回归法，建立了常页1井牛蹄塘组页岩含气量地质模型。

湘西北下寒武统牛蹄塘组页岩气井位优选及含气性特征——以常页1井为例

根据野外地质调查,结合区域构造特点和沉积背景研究,优选并实施钻探了湖南第一口牛蹄塘组页岩气调查井——常页1井,并通过取样测试分析、现场解析实验对牛蹄塘组含气性进行了定量分析。研究表明,常德市周边及以北的慈利—石门—澧县一带,沉积厚度大、分布稳定、地势平坦,是优选页岩气地质调查井位的有利区域。优选的常页1井揭示了牛蹄塘组富有机质页岩厚674.5m（真厚度）,是目前已知我国单井钻遇黑色页岩层系的最大厚度,其有机碳含量、现场解析含气量、等温吸附含气量具有明显的正相关关系,且随着深度的增加,三者都表现为先从顶部到中下部增大、再向底部减小的特点。位于牛蹄塘组中下部、井深为1 067~1 250m的黑色页岩、炭质页岩段,平均有机碳含量为10.14%,等温吸附气量为3.7~5.8m3/t,现场解析总含气量为0.5~2.1m3/t,是该井页岩气发育的最有利层段,具有良好的勘探潜力。