渤海湾盆地东营凹陷古近系富碳酸盐矿物页岩储集特征及其控制因素

综合运用岩心观察、薄片观察、氮气吸附和X衍射等分析方法,对渤海湾盆地济阳坳陷东营凹陷牛页1井、樊页平1井古近系沙河街组四段上亚段的湖相页岩的矿物组成、沉积构造、纹层类型、孔径分布、孔体积、比表面积、纹层数量及溶蚀孔形态等特征进行了精细刻画。在此基础上总结了该地区主要岩相类型及纹层特征,不同岩相的孔径、孔体积及比表面积,富碳酸盐矿物页岩的孔隙及纹层特征。东营凹陷主要发育富有机质纹层状泥质灰岩、富有机质纹层状砂质灰岩、含有机质纹层状砂质灰岩、含有机质块状灰岩4种岩相类型。纹层镜下特征主要有平直状、透镜状、夹层状、波状等特征。实测氮气吸附数据显示东营凹陷富碳酸盐矿物页岩具有更大的孔体积及比表面积。同时,溶蚀孔和纹层的发育使得富碳酸盐矿物页岩具有更高的储集能力和水平渗透率。因此,富碳酸盐矿物页岩是东营凹陷优质储集单位。     

东营凹陷古近系页岩组构及典型岩相储集特征

基于岩石薄片、扫描电镜、显微荧光和阴极发光等图像学分析方法,结合核磁共振、氮气吸附等测试技术,对东营凹陷古近系碳酸盐矿物类页岩相和混合类页岩相2种典型岩相进行研究。根据矿物组分和产状将页岩划分为碳酸盐纹层和泥质纹层2类结构单元,通过分析两者的矿物类型及相关孔隙发育特征,揭示了2种典型岩相储集特征,并根据埋藏过程中地质要素的相对变化,讨论了页岩层系储集空间发育条件。研究结果表明：东营凹陷古近系页岩矿物组分多样,以多组分碳酸盐矿物普遍发育、多来源长英质碎屑颗粒局部集中以及黏土矿物和有机质等流变性组分塑性充填为特征。骨架颗粒限定了有机组分的分布边界,有机组分内部又包含部分自生矿物,孔隙充填物受原油沥青质和蜡质含量高、地表凝固点高等因素的影响,有机组分与无机矿物间显示出多重嵌合特征。页岩组构与复杂的演化过程共同决定了孔隙类型和发育机制的多样性,碳酸盐矿物类页岩相发育纳米级晶内孔隙和微米级晶间孔隙及溶蚀孔隙,以孔隙大且连通好为特征,孔隙度相对偏低;混合类页岩相发育纳米-微米级黏土矿物片间孔隙,孔隙小且连通差,孔隙度相对偏高。层间缝发育区具有良好的储集性,储集空间由富含基质孔隙的多尺度孔缝网络构成...     

东营凹陷古近系砂岩次生孔隙成因与纵向分布规律

东营凹陷古近系砂岩储集层的次生孔隙主要为不同期次的碳酸盐胶结物溶蚀成因,其次为长石溶蚀产生的次生孔隙,黏土矿物脱水促使这些溶蚀作用发生。早期方解石溶蚀作用为有机质成熟产生的有机酸所致,产生的次生孔隙分布深度较浅;晚期的含铁方解石和含铁白云石溶蚀作用与有机酸脱羧和有机质裂解产生的CO2有关,产生的次生孔隙主要分布于2500m以下深度。图3表1参22     

东营凹陷古近系碎屑岩成因类型及特征

东营凹陷在古近纪湖盆演化各阶段发育了不同成因类型的碎屑岩储集体，其沉积相主要是冲积扇、河流、近岸水下扇、扇三角洲、深水浊积扇、三角洲、三角洲前缘滑塌浊积扇以及滨浅湖滩坝，岩石类型主要是砾岩、含砾砂岩、中粗砂岩及粉砂岩。不同成因类型的碎屑岩储集体成分成熟度和结构成熟度差异较大，三角洲河口坝及滨浅湖滩坝砂体成分成熟度和结构成熟度最高。不同成因类型储集体的物性特征不同，河流相、(扇)三角洲前线水下分流河道及河口坝砂体储集物性最好，其次为(扇)三角洲前线席状砂及滨浅湖滩坝砂体，近岸水下扇和浊积扇砂体物性相对较差。图4表4参9     

东营凹陷古近系超高压成因及其特征

东营凹陷古近系存在 3 类超高压地层。根据“综合压实曲线”和“压力正演模拟”,确定欠压实和生烃作用是泥岩超高压的成因。“接触传递”使与超高压泥岩呈接触关系的Ⅰ类砂岩产生超高压,Ⅱ类超高压砂岩则是“连通传递”的结果。沙三中亚段较深井段泥岩发育弱超高压,沙三下亚段压力增强到中超高压,沙四段发育强超高压。泥岩超高压平面上以沉积中心为超高压中心,向盆地边缘超高压强度减弱,呈“环状分布”;浅层砂岩（埋深小于 3 000 m）极少发育超高压,只分布在部分断裂带、不整合面附近,砂岩超高压强度大于泥岩;3 000 m 以下,泥岩超高压强度大于砂岩。     

泌阳凹陷核桃园组钙质页岩中晶粒灰质纹层成因分析

泌阳凹陷页岩油甜点富集与钙质页岩具有一定的关联性,研究页岩中晶粒灰质纹层的成因具有较大的意义。通过岩心观察、岩石薄片、电镜能谱等实验分析,从矿物成分、物理特性、岩石结构、构造特征等方面综合研究了钙质页岩纹层成因,结果表明,泌阳凹陷钙质页岩中的晶粒灰质纹层形成于同生早成岩期,为淡水溶解早期形成的泡碱纹层,后期被富钙碳酸盐流体通过黏土渗流、过滤、结晶、交代或填充作用形成。     

东营凹陷古近系泥页岩中存在可供开采的油气资源

利用地球化学、岩石矿物、测井及录井等资料系统研究东营凹陷古近系沙河街组泥页岩,认为东营凹陷古近系沙三下亚段—沙四上亚段泥页岩厚度大,有机质丰度高、类型好、成熟度分布范围广,与北美地区已发现页岩气系统地质地球化学参数具有一定的可比性,具备形成页岩气的物质基础:东营凹陷沙三下亚段和沙四上亚段泥页岩全岩矿物组成具有较高石英和碳酸盐含量,粘土矿物含量低于50%,具有一定的脆性特征,且普遍发育微裂隙,有利于页岩油气的开采;东营凹陷古近系湖相泥页岩气测资料的调查发现,钻至沙三下亚段、沙四上亚段2套泥页岩发育段的探井气测显示均表现为高异常,钻井过程中频繁发生井涌和井漏现象,预示着气体的存在;2套泥页岩罐顶气轻烃(C1—C4)丰度随埋深增加而增加,在3 400m以深重烃/轻烃值较低,一般低于0.15,结合对2套泥页岩气油比的研究认为,东营凹陷针对泥页岩的勘探应采取油气兼探的方针。3 400m以浅以勘探泥页岩油藏为主,页岩气的勘探应在3 400m以深。研究表明,东营凹陷古近系泥页岩中存在可供开采的油气资源,是一个值得关注并投入风险勘探的新领域。     

渤海湾盆地东营凹陷古近系页岩油可动性影响因素

为探索渤海湾盆地东营凹陷古近系页岩油可动性与页岩演化程度变化关系,分析了东营凹陷古近系页岩主要粘土矿物演化特征、页岩流体压力发育情况、页岩内烃类流体性质演化规律,以显微荧光方法对页岩的可动油进行了观测,并对页岩可动油率进行了模拟实验测定。研究表明：随页岩埋深增加,伊/蒙混层及蒙脱石含量逐步降低,至3 500 m深度时达到平衡点。埋深大于3 500 m粘土矿物水化膨胀性减弱,有利于页岩油储层的压裂和压裂后裂缝的保持。2 800 m以下,页岩普遍发育自源异常高压,为页岩油的产出提供了有利的天然能量。埋深大于3 000 m,由于进入生烃高峰,页岩内一般具有较高的含油饱和度。在埋深小于4 200 m页岩内以油相为主,至4 300 m进入凝析气相阶段。页岩油粘度随深度增加明显降低,在3 500 m左右降至较低数值。显微荧光观测和可动油模拟实验表明：埋深大于3 000 m页岩中均存在可动油,且随深度增加,可动油比例增大。综合粘土矿物演化特征、流体压力发育情况、页岩内流体性质和可动油实验结果,认为东营凹陷大于3 500 m的古近系页岩油具有较好的勘探前景。     

东营凹陷古近系页岩成岩事件及其对页岩储集空间发育特征的影响

以东营凹陷古近系页岩为研究对象,通过岩心和岩石薄片观察、扫描电镜分析、电子探针分析及碳氧同位素测试等方法,研究页岩成岩事件及其对页岩储集空间发育特征的影响。结果表明:(1)东营凹陷页岩纹层特征显著,矿物岩石类型复杂,碳酸盐矿物尤其是方解石含量普遍较高,有机质含量高,镜质组反射率中等;纹层状泥质灰岩孔隙度相对较高;游离相油主要分布在微孔隙与裂缝中。(2)页岩主体处于中成岩阶段,3 000～3 600 m是孔隙发育演化的关键深度区间,黏土矿物收缩转化、碳酸盐矿物重结晶以及有机质持续生烃、酸性溶蚀等是页岩成岩史中的关键成岩事件,也是页岩成储的重要因素。(3)重结晶可形成解理缝及晶间孔,伴随生排烃过程的溶蚀作用产生碳酸盐矿物内部溶蚀孔,形成有效的储集空间组合,从而增加了储层孔隙度。(4)层理缝并不是严格意义上的裂缝,其发育与超压及超压引起的渗流力有关,当埋深大于3 000 m时,单纯靠流体超压无法克服上覆岩层压力将裂缝撑开,酸性溶蚀、有机质生烃超压及黏土矿物脱水收缩等成岩事件的继承与匹配,形成更易于流体流动的储集空间(组合),从而成为有效的渗流通道和储油空间。     

渤海湾盆地东营凹陷古近系泥页岩孔隙特征及孔隙度演化规律

基于现代实验手段,对渤海湾盆地东营凹陷古近系沙河街组沙三下亚段和沙四上亚段泥页岩孔隙进行观察分析,研究其孔径分布和孔隙度与埋深的变化关系。指出黏土矿物晶间孔、方解石晶间孔、砂质粒间孔、黄铁矿晶间孔和有机孔隙等是东营凹陷古近系泥页岩的主要孔隙类型;泥页岩中纳米级孔隙非常发育,25 nm以下孔隙占孔隙总体积的49.7%~86.3%;并阐明了孔隙度随深度的变化规律。通过对东营凹陷古近系孔隙度演化特征和影响因素的系统研究,建立了泥页岩孔隙演化模式,把东营凹陷古近系泥页岩孔隙演化划分为基本面貌形成阶段、调整改造阶段和结构滞变阶段,深入剖析了各阶段孔隙度演化规律和主控因素,认为第二和第三阶段对页岩油气储集性能的影响最大;指出具有较大的厚度、较高的有机质丰度、黄铁矿较为发育、热硫酸盐还原作用较强是泥页岩储集空间发育的有利条件。     

辽河西部凹陷页岩纹层结构及其储集空间意义

几乎所有的富有机质页岩均不同程度地包含了纹层结构,对应反映了不同的沉积相产物、页岩有机质丰度、生烃能力、储集空间及含气性等特点。按照陆相断陷盆地富有机质页岩的沉积特点并依据有机质分布的连续性差异,将辽河西部凹陷黑色页岩结构划分为连续型、断续型和分散型3种纹层结构。借助岩心观察、薄片分析、扫描电镜等手段,结合统计学研究,对辽河西部凹陷黑色页岩纹层结构进行了研究。沙四段黑色页岩主要形成于半咸水的半深湖相,发育了灰云质型弯曲状连续型纹层和黏土型平直状连续型纹层;沙三段黑色页岩主要为深湖-半深湖相长英质断续型纹层和分散状纹层。连续型碳酸盐混合纹层页岩既可以与化学作用有关,也可以与藻类勃发产生的生物化学作用有关,或者是二者的共同作用。富有机质黏土连续型页岩,主要为气候变化所形成的季节性纹层（生物作用）。断续型纹层通常由黏土纹层有韵律组合,粉砂、黏土则是以平流或层间流的方式季节性输入（机械作用）。页岩纹层形态在很大程度上决定了页岩的生烃能力和生烃特点,进而可能影响储集能力。连续型纹层结构（白云质泥岩）碳酸盐含量高,易发生溶蚀作用,有机质丰度高、生烃能力强,有机孔发育,有机孔-微缝储集空间系统造成含油气性好,且碳酸盐含量与含油气性正相关。断续纹层除发育各种无机孔外,还发育有机孔、沿层理裂缝和矿物解理裂缝,从而导致页岩储集空间发育,页岩含气性条件优越。分散型（块状泥岩）储集空间相对不发育,含气性条件较差。     

渤海湾盆地东营凹陷古近系页岩油主要赋存空间探索

以GRI孔隙度和含油饱和度测定、高压压汞分析和地球化学测试为基础,建立了页岩油有效赋存空间的研究方法,并探索了东营凹陷古近系泥页岩孔径分布特征、含油孔径下限以及可动油赋存的有利物性条件。孔隙度与孔径分布关系表明,东营凹陷古近系泥页岩的孔隙度与10 nm以下孔隙所占比例负相关,与10 nm以上孔隙所占比例正相关,10 nm以上孔径的孔隙则是较高孔隙度泥页岩孔隙的重要贡献者;含油饱和度与不同孔径孔隙所占比例关系表明,古近系泥页岩中的油主要赋存在10 nm以上孔径的孔隙中;OSI指数与孔隙度关系表明,孔隙度在6.5%以上,且在生油窗范围内的泥页岩,是可动页岩油的有利储层。     

渤海湾盆地东营凹陷湖相富有机质页岩纹层特征和储集性能

以渤海湾盆地东营凹陷沙河街组四段上亚段(沙四上亚段)页岩为研究对象,通过有机质分析、薄片观察、扫描电镜、高压压汞和低压氮气吸附等技术,明确页岩纹层特征及其对储层物性的影响,为页岩油勘探开发提供理论依据.沙四上亚段页岩按照成分可划分出4种在孔隙发育特征上具有差异性的纹层单元,总结出7种纹层组合类型.粒状方解石纹层+混合纹...     

东营凹陷古近系砂岩储集层特征对比

东营凹陷可分为北部陡坡带、中央隆起带和南部缓坡带，由于地质背景有差异，古近系砂岩储集层在不同地区的特征不同：北部陡坡带以近岸水下扇砂砾岩沉积为主，进入晚成岩期的时间早，深度浅，次生孔隙发育中等，主要分布在1650-2450m深度，3200-3500m深度存在第二次生孔隙带，碳酸盐溶蚀和胶结作用在垂向具有分带性；中央隆起带以浊积扇砂岩为主，但由于断裂发育，酸性水活跃，进入晚成岩期的时间也较早，次生孔隙最发育，又分布范围大，1800-3500m深度均发育次生孔隙，碳酸盐胶结弱，储集层物性最好；南部缓坡带以滨浅湖和三角洲沉积为主，进入晚成岩期的时间晚，次生孔隙发育少，北部和中部物性相对差。图4表1参31     

东营凹陷古近系砂岩储集层物性控制因素评价

东营凹陷古近系砂岩储集层物性主要受压实、碳酸盐胶结和溶蚀作用、沉积条件控制。根据铸体薄片和阴极发光薄片、扫描电镜、物性、碳酸盐含量等数据，分析了该区储集层物性的控制因素，对各因素的影响大小和程度进行较为定量的评价。结论是：压实作用对孔隙度的影响主要表现在埋藏早期或碳酸盐胶结程度低的阶段，埋深每增加1000m孔隙度降低约6．8％；胶结作用对储集层性质影响较大，碳酸盐含量小于15％时砂岩孔隙度一般大于20％，碳酸盐含量超过15％后，埋深每增加1000m碳酸盐胶结减孔约3％；溶蚀作用对储集层性质改善很大，产生的次生孔隙最大可达20％。溶蚀作用在宏观上受区域构造背景控制，断层较发育的地区溶蚀作用较强，粒度中一细、分选好、杂基少的中、细粒砂岩溶蚀作用最强；沉积条件对物性的影响主要表现在对原生孔隙的发育程度和溶蚀、胶结等成岩作用的控制方面。图4表3参27     

东营凹陷页岩油储集空间成因及控制因素

断陷湖盆泥页岩储层储集空间类型多样,成因及受控因素均较为复杂。以渤海湾盆地东营凹陷古近系沙河街组三段下亚段-沙河街组四段上亚段泥页岩发育段为研究对象,通过X射线衍射全岩矿物分析、岩石薄片及扫描电镜观察分析技术,结合主、微量元素测试及有机地球化学测试数据,明确泥页岩储层基本特征;从储集空间类型识别及基本特征刻画入手,建立东营凹陷泥页岩储集空间成因分类方案;深入分析影响储集空间发育的关键地质作用机制。结果表明：1东营凹陷泥页岩架构矿物及岩石类型多样、储层非均质性极强、有机质丰度高（TOC普遍介于1.2%~6.7%）、成熟度较低（R_o值为0.51%~0.89%）,孔隙度为2.9%~9.8%,垂直渗透率为0.0034~0.578 mD,孔隙结构复杂;2从成因及发育丰度的角度来看,黏土矿物絮凝成因孔、黏土矿物收缩缝、方解石重结晶晶间孔、白云石化晶间孔、有机质边缘收缩缝、碳酸盐岩溶蚀孔、生烃超压缝、层间微缝等是重要的储集空间类型;3沉积微相控制了孔隙架构矿物的组成、组构及平面分布,气候控制下的湖泊咸化程度影响了细粒物质的垂向叠置混合方式,进而控制了储集空间的类型及其组合;4不同咸化阶段的成岩流体性质、碳酸盐及黏土等自生矿物变化、有机质生烃演化控制了次生孔隙的形成与演化,方解石重结晶作用、黏土矿物的反应与转化、溶蚀作用及有机质生烃作用是控制储集空间发育的重要成岩作用类型。     

东营凹陷页岩油储层中方解石的成因及证据

为明确东营凹陷页岩中方解石矿物成因和储层成岩特征,利用薄片、X衍射、碳氧同位素等分析技术,首次发现了牛页1井页岩中方解石脉具有示顶底构造和机械双晶特征,是地质构造运动产生地应力作用于页岩方解石脉上留痕的直接岩石学证据,为页岩地层地应力的研究提供了载体矿物。通过对研究区页岩中泥晶方解石和亮晶方解石的碳氧同位素对比分析发现:页岩中泥晶方解石的形成主要隶属于与甲烷细菌活动生成生物气有关的碳酸盐,亮晶方解石脉极可能为泥晶方解石溶蚀后再沉淀重结晶的产物。生烃增压等作用形成微裂缝是方解石脉形成的先决条件,有机酸对泥晶方解石的溶蚀和再沉淀是必要条件。根据发现的4个岩石学特征和碳氧同位素证据,阐述了从生烃增压、微裂缝形成、有机质热演化排出有机酸、泥晶方解石被溶蚀、方解石重结晶,直至方解石脉形成的整个同生演化过程,并探讨了页岩与相邻砂岩的碳库来源和砂泥岩协同成岩演化过程。     

东营凹陷超压顶封层及其附近砂岩中碳酸盐胶结物的成因

东营凹陷超压顶界面埋深2.200～2.800 m,在深部超压流体影响下,超压顶封层及其附近砂岩中碳酸盐矿化作用发育,碳酸盐含量一般在15%～40%。对53块砂岩样品共101个碳酸盐胶结物原位微区电子探针成分数据进行数理统计后发现,碳酸盐矿物主要可分为准同生白云石、方解石与铁白云石3种类型,综合X-衍射、阴极发光等判断其成岩序列为准同生白云石→方解石→铁白云石。根据碳酸盐胶结物成岩流体包裹体观测结果,超压顶封层及其附近砂岩中碳酸盐胶结物的沉淀伴随着超压流体环境,最小古压力系数为1.29～1.62,且沉淀温度明显高于背景温度值,指示与超压热流体侵入有关。结合前人研究成果认为,方解石、铁白云石胶结物的沉淀可能分别与东营组沉积末期、明化镇组沉积以来的超压流体活动有关;同时利用氧同位素地质温度计对上述认识进行了检验,其结果与实际观测值也较为吻合。方解石胶结物的沉淀温度90～120℃,其超压流体的δ¹⁸O_SMOW 值为零,方解石胶结物的δ¹⁸O_PDB 值为-16.86‰～-12.29‰;铁白云石胶结物的沉淀温度约110～135℃,其超压流体的δ¹⁸O_SMOW 值为0.25‰,铁白云石胶结物的δ¹⁸O_PDB 值介于−12.20‰～−10.20‰。晚成岩阶段碳酸盐胶结物的碳同位素值具有正漂移现象,δ¹³C_PDB 值介于−0.9‰～+3.58‰,说明其主要来源于沙四段湖相碳酸盐岩的溶解-再沉淀作用,有机酸的参与显得相对次要,或者是由于羧酸分子内碳同位素分馏作用的影响。     

东营凹陷古近系原油物性及其影响因素

以原油物性资料和地质背景分析为基础，将东营凹陷的原油划分为超重油、重质油、中质油和轻质油4种类型。平面上，相同层系的原油性质呈规律性变化，从生油洼陷中心向边缘呈环带状逐渐变差；复杂断块区的原油性质变化复杂。分析认为，东营凹陷原油物性分布规律是多种因素共同作用的结果，其中油气运移、氧化作用、生物降解以及油源差异等对该区原油性质的环带状分布起主要作用；而油藏保存条件、重力分异作用和油田开发等则是导致东营凹陷局部地区物性变化复杂的主要影响因素。