2025, Vol. 37
2. 南方复杂页岩油气地质与开发湖北省重点实验室，武汉 430100;
3. 非常规油气地质与工程湖北省工程研究中心，武汉 430100;
4. 南方海洋科学与工程广东省实验室(湛江)，广东 湛江 524000;
5. 中国石油长庆油田公司，西安 710018;
6. 中国石油长城钻探录井公司，辽宁 盘锦 124010
2. Hubei Key Laboratory of Complex Shale Oil and Gas Geology and Development in Southern China, Wuhan 430100, China;
3. Hubei Engineering Research Center of Unconventional Petroleum Geology and Engineering, Wuhan 430100, China;
4. Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory(Zhanjiang), Zhanjiang 524000, Guangdong, China;
5. Changqing Oilfield Company, PetroChina, Xi'an 710018, China;
6. GWDC Mud Logging Company, CNPC, Panjin 124010, Liaoning, China
页岩气主要存在于泥页岩储层内纳米级孔隙和微小裂缝中，以游离状态为主，与传统天然气相比，其储存特点不同，更依赖于泥页岩特有的储集空间[1-2]。在过去几年中，中国在页岩气勘探和开采领域实现了明显的进展与突破，2023年，页岩气年产量达到250×108 m3，大约占全国天然气总产量的11%，成为北美以外首个实现工业化开采的国家[3]。目前，中国北方的页岩气勘探仍在持续深化，以往鄂尔多斯盆地西缘下古生界的勘探重点是常规天然气的寻找与开发，奥陶系乌拉力克组一直被认为是主要的烃源层，具有厚层泥页岩和泥质碳酸盐岩的混合岩性特征。然而，现阶段对盆地西缘乌拉力克组的勘探方向已从传统油气资源转向开采非常规的页岩油气资源。以往研究普遍指出，乌拉力克组的有机碳含量(TOC)较低，生成烃类物质的潜力有限，此外储层表现出较强的致密性，难以实现大规模的页岩气聚集现象[4]。与中国四川盆地和北美的页岩气资源相比，鄂尔多斯盆地西缘乌拉力克组在勘探潜力上显得相对较弱。中国石油长庆油田分公司在近几年对盆地西缘乌拉力克组天然气勘探过程中，已在多口探井中发现较好的气测异常显示，日产气量多为(0.10~0.45)×104 m3，但一直未获较大的突破。特别需要指出的是，位于盆地西缘北段的忠4井在钻井过程中对乌拉力克组进行测试时，获日产工业气高达4.18×104 m3。为进一步明确西缘乌拉力克组页岩气潜力，长庆油田再次钻探忠平1井、那平1井2口水平井，其中忠平1水平井乌拉力克组测试日产气6.42×104 m3，试气获日产气26.48×104 m3; 2023年在李86井试气获日产天然气15.22×104 m3，在银探3井试油获日产石油5.3 t、日产天然气1 013 m3，这一发现标志着中国北方低TOC含量“新型”海相页岩气勘探取得了突破[5-6]，也证实了西缘海相烃源岩的可靠性。鄂尔多斯盆地乌拉力克组页岩气勘探的成功，确认了乌拉力克组拥有海相页岩气形成的有利地质条件，与此同时，也认识到尽管乌拉力克组普遍具有含气性，但气体富集程度在不同区域表现出局部差异的特征[6]。因此，全面系统地了解鄂尔多斯盆地西缘乌拉力克组海相页岩气的地质特征，对于指导后期的勘探工作而言，这一发现显得尤为重要，对中国北方页岩气的勘探活动也具备深远的科学指导价值和意义。
以盆地西缘南部沙井子地区银探2井乌拉力克组泥页岩为研究对象，通过岩石学分析、烃源岩生烃潜力评价、页岩含气量测试等手段，对该井组页岩进行了有机质含量、成熟度水平、矿物组成成分、孔径分布的具体特征、含气性的评估以及岩石力学的相关特性等多项分析，结合区域地层展布特征，对页岩气勘探潜力进行综合研究和评价，深化对中国北方海相页岩气地质特征的认识，以期为盆地西缘的下一步勘探工作提供指导。
1 地质概况鄂尔多斯盆地是一种多旋回沉积类型的克拉通含油气盆地，其特点包括沉降稳定、坳陷位置变动以及明显的扭动现象[7]。盆地划分为西缘冲断带、天环坳陷、伊陕斜坡、晋西褶皱带、伊盟隆起和渭北隆起六大主要构造单元[8-9]，盆地内部地层通常平坦且构造相对稳定，盆地周边断裂带则较为常见。盆地西缘总体上为南北走向，东西宽50~200 km，南北长约600 km，总面积约5×104 km2[6]，涵盖了西缘冲断带和天环坳陷2个主要构造单元。在地史时期，天环坳陷构造活动较为平稳，但西缘的冲断带则相对活跃，因此产生了大量断裂，主要表现为多条沿南北走向分布的大型逆冲断裂，以及接近平行东西走向的平移断层(图 1a)。
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下载原图 图 1 鄂尔多斯盆地西缘沙井子地区构造位置(a)、古生界地层剖面(b)及岩性地层综合柱状图(c) 注: C3—P包括上石炭统羊虎沟组和二叠纪太原组、山西组、石河子组、石千峰组; O2-3包括中奥陶统乌拉力克组、上奥陶统垃什仲组、公乌素组; ①青铜峡—固原断裂; ②惠安堡—沙井子断裂。 Fig. 1 Structural location of Shajingzi area(a), Paleozoic stratigraphic profile (b) and comprehensive stratigraphic column (c) of the western margin of Ordos Basin |
沙井子地区位于鄂尔多斯盆地西缘中段，距离盆地沉积中心较远，在构造上横跨西缘冲断带和天环坳陷，西面以青铜峡—固原断裂为界，东临环县，北抵沙井子镇，南至银洞子，面积约1.6×103 km3 (图 1a)。早古生代以来，沙井子地区经历了加里东期、印支—海西期、燕山期和喜马拉雅期的构造运动，构造极其复杂。研究区自西向东延伸的逆冲断裂逐渐扩展，且南北方向上的大型逆冲断裂被东西方向的断层分割，从而形成了多个小型构造区域，东西方向的断层多表现为右行走滑特征，具有调节断层的特征[6](图 1a，1b)。银探2井位于沙井子镇西南方向约10 km处，临近惠安堡—沙井子断裂，自下而上发育下古生界奥陶系(中、上奥陶统部分缺失)以及上古生界石炭系(中、下石炭统缺失)(图 1c)。加里东运动时期，盆地西缘发生裂陷，发育缺氧还原环境下的深水斜坡-盆地相沉积[10]，且奥陶系厚度大，有利于烃源岩形成。目的层奥陶系乌拉力克组厚度约96 m，钻井过程中有明显的气测显示。
2 储层特征 2.1 岩石学特征鄂尔多斯盆地西缘中段沙井子地区乌拉力克组岩性主要由深灰—灰黑色的灰泥页岩和页岩构成，包含多种岩石类型，如页岩、白云质泥岩、灰质泥岩以及泥质灰岩等。银探2井乌拉力克组主要由黑色页岩、灰黑色页岩、灰黑色云质泥岩组成，其中黑色页岩累计厚度为78.9 m，页岩层理比较发育，可见笔石化石，高角度裂缝比较常见，且可见方解石充填(图 2)。
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下载原图 图 2 鄂尔多斯盆地西缘银探2井奥陶系乌拉力克组泥页岩典型照片 (a)黑灰色页岩，页理较为发育，3 879.95~3 884.90 m; (b)黑灰色泥页岩，层理发育，可见笔石和裂缝，3 866.10 m; (c)黑色页岩，裂缝充填方解石，3 869.75 m; (d)黑色页岩，近垂直裂缝被方解石充填，3 872.13 m; (e)灰褐色页岩，层理发育，夹灰色灰岩条带，3 879.02 m; (f)黑色页岩，发育笔石，3 879.50 m; (g)灰黑色含白云质泥岩，3 883.73 m; (h)灰黑色页岩，层理发育，可见高角度裂缝，3 926.20 m。 Fig. 2 Photographs of mudstone and shale from Ordovician Wulalike Formation in well Yintan 2, western margin of Ordos Basin |
鄂尔多斯盆地西缘银探2井乌拉力克组页岩矿物以石英为主，其次为黏土和碳酸盐矿物，长石含量较少，黄铁矿仅少量出现，石英质量分数为46.0%~65.81%，黏土矿物质量分数为9.68%~29.02%，碳酸盐矿物质量分数为3.88%~27.50%，长石质量分数为5.00%~7.80%，黄铁矿质量分数为0.60%~1.29%(图 3a)，其中脆性矿物(石英、长石、碳酸盐矿物以及黄铁矿)的质量分数为70.98%~90.32%。按照“高弹性模量、低泊松比”的评判标准，一般情况下，石英、白云石以及黄铁矿被视作高脆性矿物[11]。页岩中脆性矿物的含量越高，就越容易在外部力量的作用下产生天然裂缝和诱导裂缝，有助于后续储层的压裂改造工作[12]。北美福特沃斯盆地Barnett页岩中石英质量分数为23.00%~58.00%，黏土矿物质量分数为7.00%~8.00%，碳酸盐矿物质量分数为0~78.00%，长石质量分数为3.00%~12.00%，黄铁矿质量分数为1.00%~46.00%[13]，与银探2井乌拉力克组页岩的脆性矿物含量接近，但矿物成分含量差异大。四川盆地焦页1井龙马溪组泥页岩中石英质量分数为18.40%~70.60%，黏土矿物质量分数为16.60%~62.80%，碳酸盐矿物质量分数为4.30%~43.30%，长石质量分数为3.20%~15.00%，黄铁矿质量分数为1.90%~4.80%[14]，其矿物成分及含量与银探2井乌拉力克组页岩差异较小，但脆性矿物含量更低。
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下载原图 图 3 鄂尔多斯盆地西缘银探2井奥陶系乌拉力克组页岩矿物相对含量(a)和脆性指数(b) Fig. 3 Relative minerals content(a)and brittleness index(b)of shale from Ordovician Wulalike Formation in well Yintan 2, western margin of Ordos Basin |
页岩气的有效开发面临着诸多挑战，其中页岩本身具有强烈的非均质性、极低的孔隙度和渗透率等特征，必须依赖大规模的体积压裂技术对储层进行改造，才能从根本上解决页岩气开采过程中的技术瓶颈并实现高效开发。页岩脆性特征是影响储层改造效果最重要的因素之一，储层脆性越高，压裂改造时越容易形成裂缝网络[15]。开展页岩储层脆性评价研究，是页岩储层压裂改造手段选择的重要依据，基于国内外关于页岩气储层可压裂性的评估经验，脆性指数能够用来体现页岩进行压裂操作的难易程度[16]。
(1) 基于矿物组成的力学脆性指数
Jarvie等[17]认为石英具有明显的高杨氏模量和低泊松比特征，脆性程度最高，据此提出以石英含量所占比例表征页岩脆性指数:
| $ B_1=\frac{w_{\text {石英 }}}{w_{\text {石英 }}+w_{\text {碳酸盐矿物 }}+w_{\text {黏土 }}} \times 100 \% $ | (1) |
式中: B1为脆性指数; w石英为石英的相对含量; w碳酸盐矿物为碳酸盐矿物的相对含量; w黏土为黏土矿物的相对含量。银探2井乌拉力克组页岩脆性指数为50.03%~71.16%(图 3b)。
(2) 基于弹性参数的力学脆性指数
脆性指数是基于岩石的弹性模量和泊松比定义的，弹性模量越大、泊松比越小，脆性指数就越高。脆性指数较高的岩石一般性质硬脆，容易产生天然裂缝，同时对压裂作业的反应也较为敏感，相对容易形成网状裂缝。基于泊松比、杨氏模量参数的区域归一化数值可以表征页岩的力学脆性[18]:
| $ B_2=\left(\frac{E-E_{\min }}{E_{\max }-E_{\min }}+\frac{\sigma_{\max }-\sigma}{\sigma_{\max }-\sigma_{\min }}\right) \times \frac{1}{2} \times 100 \% $ | (2) |
式中: B2为基于泊松比、杨氏模量区域归一化数值的脆性评价参数; E为杨氏模量，GPa; Emax为杨氏模量的最大值，研究区取值100 GPa; Emin为杨氏模量的最小值，0;σ为泊松比; σmax为泊松比的最大值，取值0.4;σmin为泊松比的最小值，取值0。
利用杨氏模量和泊松比测井数据计算出银探2井乌拉力克组3 870~3 930 m井段的页岩脆性指数为38.0%~77.0%(图 4)，可以看出，2种方法计算出的脆性指数存在差异，这是由于矿物成分含量依赖X-射线衍射(XRD)实验，反映岩石的静态成分特征及岩石成分的先天脆性潜力，但未考虑地应力、孔隙结构等环境因素[19]。弹性模量和泊松比基于测井或实验室动态测试(声波速度换算)，反映岩石在原位应力下的动态响应，但受各向异性影响大[20]。在进行地质评价时，基于矿物成分含量计算的脆性指数(50.03%~71.16%)更具有参考意义[19]。
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下载原图 图 4 鄂尔多斯盆地西缘银探2井奥陶系乌拉力克组含气性、物性和岩石力学特征综合评价 Fig. 4 Comprehensive evaluation of gas-bearing properties, physical properties, and rock mechanics characteristics of Ordovician Wulalike Formation in well Yintan 2, western margin of Ordos Basin |
银探2井乌拉力克组与四川盆地焦石坝地区龙马溪组页岩(脆性指数为50.0%~67.0%)[14]以及美国Barnett页岩(脆性指数为40.0%~79.7%)[21]均较为接近，大致处于同一水平。
2.2 物性及孔隙结构特征 2.2.1 物性特征核磁共振测井孔隙度结果显示银探2井乌拉力克组孔隙度小于1.0%，其中在3 855~3 930 m井段孔隙度普遍小于0.1%，渗透率普遍小于0.01 mD(图 4，表 1)。四川盆地龙马溪组泥页岩孔隙度为4.0%~7.0%，平均渗透率为0.2×10-3 mD[22]，美国Fort Worth盆地Barnett页岩孔隙度为4.0%~5.0%，渗透率为(0.073~0.500)×10-3 mD[21]，可见鄂尔多斯盆地西缘乌拉力克组泥页岩孔隙度相对较低，但是渗透率相对较高，推测是由于微裂缝及水平层理极为发育导致。
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下载CSV 表 1 鄂尔多斯盆地西缘银探2井奥陶系乌拉力克组页岩相关参数 Table 1 Parameters of shale from Ordovician Wulalike Formation in well Yintan 2, western margin of Ordos Basin |
泥页岩储层中裂缝系统对游离气的富集至关重要，而且也是页岩气渗流运移的主要通道[14, 23]。结合氩离子抛光扫描电镜观察结果，银探2井乌拉力克组泥页岩主要发育纳米—微米级孔缝储集空间体系，包括层间缝隙、微裂隙、矿物溶蚀孔隙、有机质孔和矿物粒间孔，孔隙孔径变化范围较大，其中矿物粒间孔孔径多数为1~10 μm。成岩作用阶段，黏土矿物脱水转化，体积减小形成次生粒内孔隙，多呈长条状分布; 无机矿物中的不稳定矿物(长石和碳酸盐矿物)易溶蚀形成溶蚀孔隙[15]，孔径多在50 nm以上，属于大孔级别(图 5)。
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下载原图 图 5 鄂尔多斯盆地西缘银探2井奥陶系乌拉力克组泥页岩微观孔隙特征 (a)云母片层间缝隙，3 860.30 m; (b)少量微裂隙及溶蚀微孔，3 875.60 m; (c)页岩有机质孔，3 880.80 m; (d)页岩有机质孔，3 927.52 m; (e)碎屑颗粒与黏土矿物间贴粒缝和页岩有机质孔，3 880.80 m; (f)微裂缝和黄铁矿晶体以及黄铁矿晶间孔，3 927.52 m。 Fig. 5 Microscopic pore characteristics of mud shale from Ordovician Wulalike Formation in well Yintan 2, western margin of Ordos Basin |
此外，银探2井乌拉力克组中泥页岩微小裂缝及裂隙发育良好，为其提供了丰富的储存空间，在成像测井和钻井岩心中观察到了大量裂缝，其中主要包括层间裂缝、有机裂缝以及高角度构造裂缝(图 6)。在铸体薄片中也发现了丰富的粒间溶孔和微裂纹，这些裂纹的宽度为5~20 μm(图 7)。乌拉力克组泥页岩中裂缝网络较为发达，明显提升了页岩储层的物理性质，这种特征为储层中的吸附态气体转变为游离气体提供了有利条件。
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下载原图 图 6 鄂尔多斯盆地西缘银探2井奥陶系乌拉力克组成像测井裂缝特征 (a)高角度裂缝，可见页岩层理，3 876.6~3 840.6 m; (b)可见有机裂缝和高角度裂缝，3 854.4~3 857.4 m; (c)发育密集高角度裂缝，页岩层理清晰，3 871.0~3 874.0 m; (d)可见清晰页岩层理，高角度裂缝发育，3 893.2~3 896.2 m; (e)页岩层理发育，有机裂缝和高角度裂缝均发育，3 912.0~3 915.0 m。 Fig. 6 Imaging logging fracture characteristics of Ordovician Wulalike Formation of well Yintan 2, western margin of Ordos Basin |
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下载原图 图 7 鄂尔多斯盆地西缘银探2井奥陶系乌拉力克组泥页岩储集空间特征 （a）粒间溶孔，岩性致密，3 883.90 m；（b）粒内溶孔，具水平层理，岩性致密，3 884.52 m；（c）微裂缝，略具水平纹层，早期垂直纹层开启裂隙均被亮晶铁方解石充填，未被铸体充填的顺层裂隙是人为造成，整体岩性致密，3 926.36 m；（d）微裂缝，具水平层理，早期开启裂隙均被铁方解石充填，3 929.15 m。 Fig. 7 Reservoir space characteristics of mud shale from Ordovician Wulalike Formation in well Yintan 2, western margin of Ordos Basin |
借助孔径分布分析仪，对相应相对压力下的氮气吸附与脱附气体体积进行精确的定量分析，从而获取吸附-脱附曲线，结合BET，BJH和DFT等模型[24]，可对页岩比表面积和孔径分布特征等进行分析。银探2井乌拉力克组页岩N2吸附-脱附曲线如图 8所示，各样品的吸附曲线在形态上存在轻微差异，不过整体呈反S型特征。具体来看，吸附曲线的前段上升较为缓慢，且略微向上微凸，而后段则急剧上升。根据吸附等温线BET分类，曲线与Ⅱ型吸附等温线接近，表明样品以微孔和中孔为主[25]。吸附- 解吸曲线之间存在明显的滞后环形状，对于滞后性，有学者提出了不同的解释[26-28]，最有可能的解释是中孔结构中的毛细凝结[26]。根据IUPAC分类，银探2井乌拉力克组页岩的滞后环形状与H3型相似，表明样品中的微孔形状为狭缝状或板状[26]。然而，单纯用滞后环的形状来解释孔隙形状可能是不准确的，因为实际的孔隙形状可能是不同孔隙类型的混合，这一点可从FE-SEM图像中得到印证(参见图 5)。
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下载原图 图 8 鄂尔多斯盆地西缘银探2井奥陶系乌拉力克组泥页岩氮气吸附-脱附曲线 Fig. 8 N2 adsorption-desorption curves of Ordovician Wulalike Formation mud shale in well Yintan 2, western margin of Ordos Basin |
N2吸附-脱附实验结果如表 1所列，采用BET (brunauer-emmet-teller)法计算得到介孔的比表面积为3.20~8.77 m2/g，利用BJH理论计算孔隙体积为0.016 27~0.033 73 cm3/g。基于N2吸附-脱附实验结果，根据BJH理论计算数据绘制孔径分布曲线(图 9)，孔隙孔容随孔径变化曲线呈单峰分布特征，峰值约4 nm，最大累积孔隙体积达到0.036 cm3/g。
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下载原图 图 9 鄂尔多斯盆地西缘银探2井乌拉力克组泥页岩N2吸附-脱附实验的孔径分布曲线 注: V为孔体积，cm3/g; dV(d)表示对应孔径(d)的体积增量，cm3/g。 Fig. 9 Pore size distribution curves from N2 adsorption-desorption experiments of Wulalike Formation mud shale in well Yintan 2, western margin of Ordos Basin |
泥页岩中的有机质为烃类生成提供了物质基础，TOC含量越高，其生烃能力往往越强[29-30]，且TOC含量对页岩的吸附能力具有重要的影响[31-33]。研究认为，有机质中纳米级孔隙对甲烷吸附能力具有重要的控制作用，因为纳米级孔隙具有较大的表面积，有助于气体和固体分子之间的相互作用[34]。
有机质在生烃过程中会产生额外的微孔，因此页岩的甲烷吸附能力随着成熟度的增加而增加，如Barnett页岩的热成熟度处于气窗(Ro > 1.4%)时，有机物分解产生了约4.3% 的孔隙度[17]; 在低热演化阶段(Ro＜0.8%)，有机质的降解和产气过程会导致干酪根中微孔数量增加[13]。然而，也有研究表明，在有机质热演化到一定程度时，随着成熟度的增加，甲烷吸附能力下降。在高度过成熟阶段，由于TOC含量降低，有机物微孔数量减少，同时碳化增加，从而导致气体吸附位置减少[35]。王道富等[36]比较了四川盆地下寒武统页岩(Ro为3.2%~3.6%，高碳化)和下志留统页岩(Ro为2.3%~2.8%，低碳化) 的有机孔隙，发现下寒武统页岩的有机微孔远不如下志留统页岩发育，这与Woodford页岩中有机孔隙的演化特征非常一致。Curtis等[37]对Woodford页岩样品进行了一系列SEM观察和孔隙度分析，发现有机孔隙在过成熟阶段早期增加，在Ro为3.6% 时达到最大值，在高度过成熟阶段减少。聂海宽等[38]指出，当四川盆地及外围下古生界黑色页岩的等效镜质体反射率(Ro)为1.1%~3.0%时，吸附气含量达到最大值，平均质量体积为0.5 m3/t; 当Ro小于1.1%或大于3.0%时，吸附气体含量和总含气量都有不同程度的降低。
鄂尔多斯盆地西缘乌拉力克组泥页岩被认为是该地区海相地层中最优质的烃源岩之一，厚度较大，且富含有机物。银探2井乌拉力克组在3 887~3 922 m井段，TOC为1.0%~1.54%(参见表 1)，岩石热解峰温(Tmax)为379~463 ℃，处于高成熟度阶段; 在3838~3 887 m和3922~3 932 m井段，TOC均小于1.0%，Tmax为440~466 ℃，Ro为0.70%~1.41%，处于高成熟—过成熟阶段，热解吸附烃(S1)为0.10~2.31 mg/g，干酪根热解烃(S2)为0.05~4.01 mg/g (图 10)，生烃潜量(S1+S2)最高达到5.63 mg/g，整体生烃潜力较好。四川盆地五峰组—龙马溪组页岩TOC平均为3.5%[39]，美国的五大含气页岩TOC总体为0.50%~25.00%，其中Barnett页岩TOC为2.0%~7.0 %[40]。相比之下，位于鄂尔多斯盆地西缘的乌拉力克组泥页岩的有机质含量较低，被认为是品质相对较差的海相烃源岩层。
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下载原图 图 10 鄂尔多斯盆地西缘银探2井奥陶系乌拉力克组烃源岩特征参数分析 注: U为轴; Th为钍; HI为热解氢指数; OI为热解氧指数。 Fig. 10 Characteristic parameters analysis of source rocks from Ordovician Wulalike Formation in well Yintan 2, western margin of Ordos Basin |
有机质类型是影响油气生成的重要因素之一，腐泥型干酪根以生油为主，生气量少，而腐殖型干酪根则以生气为主[30, 41]。银探2井乌拉力克组烃源岩有机质类型属于Ⅰ，Ⅱ1型，以腐泥型和腐殖腐泥型为主，腐泥组体积分数为92.00%、壳质组体积分数为0.30%、镜质组体积分数为0.70%、惰质组体积分数为0.20%。HI-Tmax交会图同样显示乌拉力克组页岩的有机质类型主要为Ⅰ，Ⅱ1型(图 11)。
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下载原图 图 11 鄂尔多斯盆地西缘银探2井奥陶系乌拉力克组页岩HI-Tmax交会图(据文献[42]修改) Fig. 11 HI-Tmax values for shales from Ordovician Wulalike Formation in well Yintan 2, western margin of Ordos Basin |
页岩含气量是资源潜力评价和页岩气有利勘探区优选的重要指标参数[43-44]。天然气在页岩储层中主要以2种状态存在，一种是以吸附态的形式存在于有机质以及岩矿固体物质的表面; 另一种以游离态的形式储存在微孔隙系统和天然裂缝之中[34, 45]。银探2井乌拉力克组测井含气量解释表明，泥页岩吸附气质量体积为0~1.00 m3/t，平均为0.35 m3/t; 自由气质量体积为0~3.17 m3/t，平均为0.69 m3/t; 总含气质量体积为0~3.40 m3/t，平均为1.03 m3/t (参见图 4)。
甲烷等温吸附实验可测定页岩在某一特定温度条件下的最大甲烷吸附量，从而反映出页岩的最大气体吸附能力，采用德国Rubotherm公司制造的ISOSORP-HP Ⅱ Static型磁悬浮天平重量法高压等温吸附仪，对页岩的甲烷吸附能力进行测量和分析。在30 ℃实验条件下，乌拉力克组页岩甲烷绝对吸附曲线在15~16 MPa时渐近饱和，甲烷最大吸附质量体积为0.65~0.99 m3/t，且最大吸附量和TOC含量呈明显的正相关关系(图 12)。银探2井乌拉力克组总含气量(质量体积为0~3.40 m3/t)明显低于四川盆地五峰组—龙马溪组含气量(质量体积为0.44~5.19 m3/t)[14]，但高于美国泥页岩含气量底限(质量体积为0.50~1.00 m3/t)[46-47]，表明研究区乌拉力克组泥页岩仍具有一定的页岩气勘探潜力。
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下载原图 图 12 鄂尔多斯盆地西缘银探2井奥陶系乌拉力克组页岩在30 ℃条件下甲烷等温吸附曲线(a)和甲烷吸附量与TOC含量关系(b) Fig. 12 Methane isotherm adsorption curve (a) and relationship between methane adsorption amount and TOC content (b) of shale under experimental conditions of 30 ℃ of Ordovician Wulalike Formation in well Yintan 2, western margin of Ordos Basin |
从鄂尔多斯盆地西缘沙井子地区4口主要探井的连井剖面可以看出，乌拉力克组页岩分布稳定，且厚度较大(图 13)。银探2井乌拉力克组页岩TOC大于1.0%的地层厚度大于30 m; 银探3井黑色泥页岩累计厚度约140 m，含气页岩厚度大于90 m，远大于四川盆地和美国主要典型页岩(表 2)。对比银探2井乌拉力克组页岩、四川盆地和美国主要典型页岩储层的特征参数，沙井子地区页岩虽然TOC含量和含气量相对均较低，但页岩厚度大，处于生烃高峰期，地层脆性矿物含量高，地层渗透率相对较高，有利于后期的工业化开采。整体来看，盆地西缘沙井子地区乌拉力克组具有较好的页岩气勘探潜力。
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下载原图 图 13 鄂尔多斯盆地西缘沙井子地区银探1井—银探2井—银探3井—环14井奥陶系乌拉力克组连井对比 Fig. 13 Comparison of well-tie of Ordovician Wulalike Formation in well Yintan 1-well Yintan 2-well Yintan 3-well Huan 14 of Shajingzi area, western margin of Ordos Basin |
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下载CSV 表 2 鄂尔多斯盆地西缘沙井子地区银探2井奥陶系乌拉力克组泥页岩与四川盆地及美国主要页岩气储层参数对比 Table 2 Comparison of parameters of mud shale from Ordovician Wulalike Formation in Yintan 2 well in Shajingzi area of western margin of Ordos Basin and major shale gas reservoirs from Sichuan Basin and the United States |
(1) 鄂尔多斯盆地西缘银探2井乌拉力克组岩性主要为黑色页岩、黑色泥岩以及灰黑色云质泥岩的组合，页岩层理发育，累计厚度约78.9 m，矿物组成以石英为主，其次包含黏土和碳酸盐矿物，而长石的含量相对较少，脆性矿物质量分数为70.98%~90.32%，脆性指数为50.03%~71.16%，有利于后期储层的压裂改造。
(2) 研究区乌拉力克组页岩孔隙度普遍小于0.1%，但是渗透率相对较高，纳米—微米级孔缝储集空间体系较为发育，主要为层间缝隙、微裂隙、矿物溶蚀孔隙和矿物粒间孔; 宏观上层间缝隙、有机裂缝和高角度构造裂缝也大量发育，微观孔隙结构以微孔和中孔为主，孔隙体积为0.016 27~0.033 73 cm3/g; 裂缝体系的发育为吸附在页岩储层中的气体向游离状态的转化提供了有利条件，有助于后续的排采作业顺利进行。
(3) 研究区乌拉力克组页岩有机质类型主要为Ⅰ，Ⅱ1型，TOC最高可达1.54%，处于高成熟—过成熟阶段，总含气质量体积最高可达3.4 m3/t，30 ℃时甲烷最大吸附质量体积为0.65~0.99 m3/t，甲烷吸附量和TOC含量呈明显的正相关关系; 与国内外典型优质页岩相比，研究区乌拉力克组页岩有机质丰度偏低，脆性矿物含量相对较高，有利于后期的压裂改造; 含气性处于中等水平，且页岩区域分布稳定、厚度大，具有较好的勘探前景。
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