引用本文
肖文同. 泸州页岩气志留系地层溢流规律及地质主控因素[J]. 录井工程, 2026,37(2): 85-92.
XIAO Wentong. Overflow law and geological main controlling factors of shale gas Silurian strata in Luzhou[J]. Mud Logging Engineering, 2026,37(2): 85-92.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2026.02.011  
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泸州页岩气志留系地层溢流规律及地质主控因素
肖文同
中国石油测井公司西南分公司

作者简介：肖文同 工程师,1990年生,2013年毕业于西南石油大学资源勘查工程专业,现在中国石油测井西南分公司EISC西南分中心从事地质工程一体化工作。通信地址：610000 四川省成都市锦江区沙河街道下沙河铺街59号（联合广场）。E-mail：695544230@qq.com

收稿日期: 2026-04-28
摘要

四川盆地泸州区块志留系深层页岩气资源丰富,但受多期构造运动叠加影响,钻井过程中溢流事故频发,严重制约了该区块的效益开发。通过系统梳理泸州区块2022-2024年24口开发井共33井次的溢流数据,从损失时间、发生层位、溢流成因3个维度揭示了志留系地层溢流的纵横向分布规律,明确了异常高压、实钻密度偏低、钻遇断层为主要诱因,其占比分别为53%、18%、15%。在此基础上,通过耦合志留系沉积演化与断裂发育特征,剖析气源供给、气体运移通道、储集空间“三要素”对溢流的控制作用,提出并构建了“断层疏导型”“甜点富集型”“储层非均质型”3类溢流地质模式,分别对其识别标志、实钻表现及处置难度进行对比分析,为钻井工程提供了精准的地质指导,显著提升了溢流风险识别的时效性与井控措施的针对性,可为后续同类深层页岩气钻探井控风险防控提供地质依据与理论指导。

关键词: 泸州区块; 志留系; 页岩气; 溢流规律; 地质主控因素; 地质模式
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Overflow law and geological main controlling factors of shale gas Silurian strata in Luzhou
XIAO Wentong
Southwest Branch of China National Logging Corporation,Chengdu,Sichuan 610000,China
Abstract

The Silurian deep shale gas resources are abundant in Luzhou Block,Sichuan Basin. However,due to the superposition of multi-stage tectonic movements,overflow accidents occur frequently during drilling,which seriously restricts the effective development of the block. The overflow data of 33 wells in 24 development wells in Luzhou block from 2022 to 2024 are systematically sorted out. From the three dimensions of loss time,occurrence horizon and genetic classification,the vertical and horizontal distribution law of overflow in Silurian strata is revealed. It is clear that abnormal high pressure,low actual drilling density and drilling faults are the main causes,accounting for 53%,18% and 15% respectively. On this basis,coupled with the sedimentary evolution and fault development characteristics of Silurian,the control effect of "three elements" of gas source supply,migration channel and reservoir space on overflow is analyzed,and three types of overflow geological models of "fault dredging type" "dessert enrichment type" and "reservoir heterogeneity type" are proposed and constructed. The identification marks,drilling performance and disposal difficulty are compared and analyzed,in order to provide geological basis and theoretical guidance for the prevention and control of well control risk of similar deep shale gas drilling in the future.

Keyword: Luzhou Block; Silurian; shale gas; overflow law; geological main controlling factors; geological model
0 引言

四川盆地南部即通常所指川南地区, 其上奥陶统五峰组到下志留统龙马溪组深层页岩气资源非常丰富, 这不仅是四川盆地天然气增储上产的接替领域, 还是我国唯一一套实现商业开发的经济性页岩气层系。随着长宁、威远、昭通等中浅层页岩气商业开发区的相继建成, 勘探开发工作正加速向泸州、渝西等埋深超过3 500 m的深层页岩气区推进, 初步的勘探成果表明[1], 川南地区的深层页岩分布广泛且有效厚度大, 其中泸县-泸州是全区资源丰度最高的区域, 达到8× 108~15× 108 m3/km2, 远高于长宁地区的4× 108~5× 108 m3/km2, 以及合川、重庆地区普遍小于2× 108 m3/km2的水平。截至目前, 泸州、渝西地区已部署探井40余口, 其中, L 203井和H 202井分别获得百万方的高产工业气流, 充分展示了深层页岩气所具有的巨大资源潜力[2, 3]。

随着勘探开发工作的不断推进, 资源禀赋与工程作业、地质认识及钻井响应相互之间的矛盾表现得愈发突出。泸州区块受到多期构造运动叠加的改造作用, 地层呈现出多期次、多类型、多级别的构造变形特征[4], 钻井作业过程中溢流、井涌等井控事故频繁发生, 给钻井周期以及作业安全带来严重的影响。现有泸州区块相关研究多聚焦于页岩气成藏富集机理或单井工程参数优化, 很少从地质主控因素角度出发, 对溢流发生规律进行系统性、定量化的梳理, 导致地质认识与工程防控之间存在明显的“ 脱节” ：在工程上很难提前对高风险井段进行预判, 在地质上也未能形成用来指导钻前风险评估的溢流模式图板。同时, 在断层封闭性定量评价、灰岩“ 甜点” 条带地球物理预测精度、页岩储层横向非均质性表征等方面仍存在明显短板, 亟待深入探索。基于上述研究背景, 本文以地质-工程一体化为指导思想, 对泸州区块近三年来的溢流数据进行系统梳理, 分析志留系地层溢流的分布规律与地质主控因素, 构建典型的溢流地质模式, 以期为该区块深层页岩气的安全、高效钻探提供理论支撑[5, 6, 7, 8]。

1 区域地质概况

泸州区块位于四川盆地川南低褶带阳高寺构造群, 区域内以长条形背斜为主, 隆起幅度相对较高, 构造形态比较复杂, 构造轴向总体呈NE向。地腹断裂发育, 受到多期构造运动的叠加改造, 区域内的断裂主要是燕山早期形成的挤压性逆断层[9]。

研究区志留系地层, 从上往下依次为韩家店组、石牛栏组和龙马溪组。韩家店组主要为浅海陆棚相和滨外陆棚亚相沉积, 受构造抬升及剥蚀差异控制, 泸州区块北部地层严重剥蚀, 有的甚至缺失, 向南缓慢变厚[10, 11]; 主要岩性为灰绿、黄灰色泥岩, 灰质泥岩与褐灰色灰岩呈不等厚互层, 中间夹浅灰色泥质粉砂岩。石牛栏组是在缓坡陆棚背景上发育起来的碳酸盐台地相, 顶部为灰色灰质粉砂岩, 上部为深灰色灰质页岩夹泥质灰岩, 中部以灰岩为主, 下部则以泥岩、灰质泥岩为主, 夹薄层泥质灰岩; 横向上广泛发育规模10~100 m不等的“ 泥包灰” 透镜状石灰岩条带, 内部孔隙度能达到5%~10%, 构成了良好的局部储集单元。龙马溪组为深水陆棚相的富有机质黑色页岩、碳质页岩沉积, 从上至下分为龙二段和龙一段, 龙一段的笔石含量以及黄铁矿自上而下逐步增多, 且有机质丰度高, 是国内页岩气最主要的产层和烃源岩层[12]。

泸州区块在志留纪时期沉积环境整体稳定, 烃源岩受到热作用的时间持续约12 Ma, 到燕山中期（大约175 Ma）, 龙马溪组烃源岩镜质体反射率Ro数值达到2.08%, 进入干气演化阶段。由于地层抬升发生时间较晚, 页岩气逸散时间较短, 加上低角度层理缝发育比较充分, 而纵向裂缝则相对较少, 非常有利于形成超压页岩气的富集区。区域普遍存在异常高压体系, 也为后期钻井过程中频繁发生溢流埋下地质隐患。

2 泸州区块溢流现状统计分析

为更客观地把握泸州区块志留系溢流的纵向与横向分布规律, 对2022-2024年该区块24口开发井合计33井次的溢流数据展开系统梳理, 从发生层位、损失时间、溢流成因3个维度进行定量统计分析。

2.1 发生层位分布

从溢流发生层位的统计结果来看, 从上至下依次涉及嘉陵江组、飞仙关组、茅口组、韩家店组、石牛栏组、龙马溪组、宝塔组等多个层系, 其中志留系的韩家店组、石牛栏组、龙马溪组合计占比高达82%, 为溢流的主要风险层段, 龙马溪组表现尤为突出, 单层占比高达52%（图1）, 是全区溢流最集中的层位。其主要原因在于泸州区块五峰组到龙马溪组地层, 富有机质页岩的厚度很大, 且经历多期构造运动后未发生大规模的烃类散失, 再加上有机孔隙比较发育, 大量烃类滞留在储层里, 进而形成自生自储的含油气系统, 且普遍发育异常高压[13, 14, 15]。

图1 泸州区块溢流层位占比

2.2 损失时间分布

统计结果显示, 33井次溢流事件平均单次处置损失时间达136.6 h, 累计损失时间更是超过4 500 h, 对钻井周期产生显著影响。按井区分类对比：福集向斜（“ L” 字号井）的溢流次数较得胜向斜（“ Y” 字号井）多出17井次, 累计损失时间多1 771.43 h, 可见福集向斜的溢流风险远高于得胜向斜。单井最长损失时间方面, 得胜向斜为Y 101H31-3井的528.75 h, 福集向斜则为L 212井的782.84 h（图2a）。按层位统计：韩家店组最长损失时间为L 224井的622.01 h, 石牛栏组为L 206H8-5井的224.75 h, 龙马溪组则为L 212井的782.84 h（图2b）。总体而言, 龙马溪组溢流发生频次较高, 单次处置的难度及时间成本均最为突出[16]。

图2 泸州区块溢流损失时间统计

2.3 溢流成因分类

从溢流成因角度分析（表1）, 异常高压是导致溢流的最主要原因, 占比达53%, 反映了研究区普遍超压的地质背景; 其次为实钻密度偏低, 占比18%, 主要由钻前压力预测精度不足及钻井液性能调控滞后导致[17]; 钻遇断层占比15%, 是裂缝-断层型溢流的主要诱因; 此外, 钻遇裂缝带、储层高含气段等因素合计占比14%[5]。

表1 泸州区块溢流成因分类统计

综合分析显示, 泸州区块志留系溢流的发生是构造位置、层位、裂缝发育程度、断层展布等多因素耦合作用的结果。

3 溢流发生的地质主控因素及断层控制作用
3.1 溢流发生的地质主控因素

从地质要素层面分析, 钻井溢流的发生需同时满足气源供给、气体运移通道及储集空间3项必要地质条件：

（1）气源供给条件。龙马溪组的海相烃源岩有机质丰度较高、热演化程度适中, 具备良好的气体供给能力, 是泸州区块志留系溢流最主要的气源。

（2）气体运移通道条件。在以泥岩为主的地层当中, 纵向上的气体运移主要依靠断层这个优势通道, 而低角度层理缝则是次要通道。断层的切割深度、断距大小以及封闭性, 会直接决定下部气源对上部储层的供给强度。

（3）储集空间条件。韩家店组的透镜状砂岩以及石牛栏组的条带状“ 泥包灰” 石灰岩主要作为次生气体储集体; 龙马溪组页岩中的有机孔、无机孔、裂缝和微裂缝, 一起构成原生自生自储的储集空间; 断层破碎带以及裂缝带自身也具备比较好的储集性能。

上述3类条件缺一不可, 其时空匹配关系到直接溢流的发生位置、强度与处置难度。

3.2 断层作为核心运移通道的控制作用

3.2.1 断层分级与发育特征

本次研究的断层分级参考西南油气田页岩气研究院制定的断层分级标准, 该标准全面综合考量断层断开层位、断层落差、对保存条件的破坏程度及施工难度等核心要素。统计结果显示, 泸州区块主要发育二级与三级断裂, 具备区域规模的一级断裂则未发育。钻井作业期间, 韩家店组与石牛栏组频繁发生气侵, 甚至出现溢流、高套压等井控事件, 其深层原因多与二、三级断层的发育密切相关[18]。

3.2.2 构造运动期次对含气性的影响

生烃高峰时期的大规模构造运动导致地层快速抬升与剥蚀, 对页岩气的保存产生显著影响。四川盆地南部的主要变形发生于燕山期至喜山期, 泸州区块的主体构造形成于燕山早期。构造运动形成的断裂会对页岩气藏封闭性造成一定程度的破坏。页岩气成藏后, 若断裂切穿页岩气层或裂缝密度过大, 页岩储层的封闭性会局部受损, 页岩气将沿志留系内部断裂通道逸散, 进入韩家店组、石牛栏组储层, 或储存于封闭性较强的塑性断裂带中, 形成潜在的溢流风险点。

3.2.3 塑性断裂带的封闭性特征

泸州区块志留系韩家店组及石牛栏组地层以泥岩等塑性较强的岩类为主, 断层发生塑性形变时诱导裂缝发育较少, 断裂带充填物多为较软的断层泥, 封闭性较好, 因此被定义为“ 塑性断裂带” 。这类断裂带兼具运移通道与局部储集的双重属性, 一旦被钻头揭穿, 往往表现为气体瞬时突涌、初期出气量大但气源接续有限的特征[19, 20]。

在上述3项条件中, 断层对溢流的控制作用最为突出, 是沟通气源与储集空间的核心纽带。

4 泸州区块志留系溢流地质模式

依据上述“ 三要素” 控制机制以及实钻井案例反演, 对泸州区块志留系3类典型溢流地质模式进行归纳（图3）。

图3 泸州区块志留系3类溢流地质模式示意

4.1 断层疏导型模式

二级与三级断层采用自下而上的输导方式, 以龙马溪组与石牛栏组（或韩家店组）为核心组合特征。龙马溪组持续提供气源, 断层既是气体运移的快速通道, 同时又兼作储集空间, 实钻溢流表现为出气量大, 气体上窜速度快, 处置难度大。

典型案例（图4）：Y 101H25-4井钻进至2 738 m（垂深2 298.15 m）深度时, 在循环提密度过程中, 出口流量从29.5%上升到34.8%; 关井进行观察时, 立压从0上升到3.5 MPa; 节流循环期间发生漏失, 承压之后无法建立起循环, 后实施注灰堵漏作业, 总共耗时213 h。地质成因解析：井筒沟通下部含气地层的二级断层, 该断层构成油气运移的快速通道, 持续为井筒补给气源。

图4 Y 101H25-4井断层疏导型溢流最大似然体属性剖面及均方根属性图

4.2 甜点富集型模式

石牛栏组内部横向上广泛发育不连续的10~100 m规模“ 泥包灰” 石灰岩条带, 内部孔隙度为5%~10%, 构成局部优质储集单元。下伏龙马溪组页岩气经由断层或高密度裂缝带向上运移, 最终在石灰岩条带内聚集成藏。实钻溢流表现为：初期出气量较大、气体上窜速度快、突发性和偶然性强, 处置难度居中。

典型案例（图5）：Y 101H25-2井钻进至3 001.5 m（垂深2 688.54 m）, 池体积上涨0.7 m3; 关井后进行节流循环排气, 点火焰高3~5 m, 全烃最高32.3%, 同时钻井液漏失38.6%, 随后进行承压堵漏作业, 耗时22.5 h。地质成因解析：钻遇石牛栏组灰岩甜点富集带, 地层压力瞬间大于井底压力, 天然气持续侵入井筒。

图5 Y 101H25-2井甜点富集型溢流最大似然体属性剖面与均方根属性图

4.3 储层非均质型模式

烃源岩中生成的烃类, 初次运移出来的比例很低。据相关研究计算, 最多不超过生烃总量的10%, 大量的烃类仍滞留于烃源岩中, 形成自生自储的页岩气系统。

根据龙马溪组岩心分析以及测井解释成果, 这个区域的页岩气储集类型以有机孔、无机孔、裂缝和微裂缝为主。当水平段在龙马溪组气层中穿行时, 气测基值明显比上部地层要高; 若钻遇裂缝发育带或局部构造高部位等气体聚集优势区域, 则易引发溢流。该模式在实钻中的表现为：初期出气量大、气体上窜速度快、处置难度中等; 后期受页岩气渗流速度限制, 气体供给接续缓慢。

典型案例（图6）：L 203H153-1井钻进至6 215 m（垂深3405.98 m）完钻后, 实施短起10柱下钻作业以排出后效, 气测全烃最高达到12%, 池体积上涨0.9 m3, 随即进行关井操作, 此时立压为0、套压为5.3 MPa, 在观察期间溢流量上涨5.4 m3, 套压升至8.8 MPa, 随后进行压井且获得成功。地质成因解析：水平段在储层内穿行, 气测基值较高, 且钻遇局部油气聚集优势地带, 导致地层压力高于井底压力。

图6 L 203H153-1井储层非均质型溢流最大似然体属性剖面与变密度属性图

4.4 3类溢流地质模式对比

结合志留系沉积构造演化史和溢流地质条件, 对3类模式的关键要素及实钻表现进行对比（表2）。

表2 泸州区块志留系3类溢流地质模式对比
4.5 不同模式分别适用的钻井处置措施

针对不同的溢流地质模式, 所采取的井控处置策略应当有所区别。针对断层疏导型模式, 鉴于气源会持续进行供给, 因此需要坚持把“ 提密度、堵漏及压井” 结合起来进行综合处置, 在必要时还需封固断层带; 甜点富集型模式, 钻井过程中突发性很强, 但气体总量受储层规模控制, 所以适宜采用节流循环排气的方式来进行快速处置; 储层非均质型模式, 考虑到页岩气渗流速度限制, 后期的气体供给一般会出现持续衰减现象, 工程方一般采用控压钻井技术, 以此让井底压力达到动态平衡。

5 结论

（1）对泸州区块志留系2022-2024年33井次溢流数据的统计显示, 溢流主要集中于韩家店组、石牛栏组、龙马溪组, 合计占比82%, 其中龙马溪组占比高达52%, 为全区溢流风险最集中层位。造成溢流的主要成因包括异常高压（占比达到53%）、实钻密度偏低（占比18%）, 以及钻遇断层（占比15%）。这些是主要控制因素, 而沟通下部气源地层的二、三级断层则是核心地质诱因。

（2）构建了“ 断层疏导型” “ 甜点富集型” “ 储层非均质型” 3类典型的溢流地质模式, 对各模式的气源供给情况、运移通道特征、储集空间组合特性以及实钻表现进行分析, 为开展钻前风险评估工作以及制定井控处置策略提供地质方面的依据。

（3）本文首次提出3类溢流地质模式, 填补了四川深层页岩气溢流机理研究的空白, 为钻井工程提供了精准的地质指导, 显著提升了溢流风险识别的时效性与井控措施的针对性, 对降低钻井成本、缩短作业周期具有重要实践价值。

（4）未来需围绕断层封闭性定量评价、灰岩甜点地球物理识别、页岩储层横向非均质性表征、地质-工程一体化风险预警等方向开展深化研究, 为泸州区块深层页岩气的安全高效开发提供坚实支撑。

编辑 孔宪青

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