济阳坳陷古近系页岩油富集条件与勘探战略方向

济阳坳 陷页岩油勘探实践的重大突破展示出陆相断陷盆地页岩油的广阔前景,使得页岩油地质理论体系逐步完善。济阳坳陷主力富有机质页岩为新生代古近纪陆相咸化湖盆沉积,总体上具有热演化程度低、埋藏深、地层厚、碳酸盐矿物含量高、地层压力高、地层温度高以及岩相多样、构造复杂、流体性质多样的特征。济阳坳陷古近纪多期次断陷活动与咸化沉积水体形成了页岩规模发育与演化的沉积背景。济阳坳陷主力烃源岩多发育于咸化湖盆,具有早生早富、中等演化程度即可大量生烃的特色,富有机质纹层状岩相无机孔缝并存、大孔发育的储集条件,加之中—低成熟的富有机质富碳酸盐页岩层系游离烃多状态赋存是济阳坳陷古近系页岩油富集的重要基础;富有机质页岩体系中生烃层、储集层的"双层结构"与成烃、成储的"二元耦合"使页岩中大孔径、高孔渗的优势岩相与游离油富集区组成无机-有机的有效匹配。结合页岩油资源量评价实验方法的优化,加之巨厚层页岩油勘探实践的不断突破,济阳坳陷古近系新一轮的页岩油资源评价将会重新认识济阳坳陷页岩油资源规模,预计济阳坳陷页岩油资源总量将在目前41×10⁸t游离油量认识基础上得到显著提高。济阳坳陷页岩油勘探实践将坚持:持续探索不同岩相类型、不同热演化程度、不同压力体系页岩油的富集理论与商业产能,进一步拓展济阳坳陷页岩油资源规模,引领陆相断陷盆地页岩油的 勘探。     

济阳坳陷古近系泥页岩岩石学特征对可压性的影响

济阳坳陷古近系泥页岩蕴含着丰富的油气资源,但针对性的压裂未取得预期效果。立足于岩石学特征,从脆性矿物类型、含量、产状及成因、黏土矿物组成、有机质含量、成岩作用强度、天然裂缝发育程度等方面对泥页岩可压性的影响进行了剖析,并与美国相关盆地的页岩有关参数进行了对比。研究认为：济阳坳陷古近系沙三下亚段—沙四上亚段泥页岩脆性矿物以硬度较低的方解石为主,总体抗嵌入能力较差;陆源的石英碎屑颗粒弥散状分布,影响压裂应力集中造缝,但含量仍与岩石脆性正相关;结晶形成的碳酸盐纹层导致岩石纵、横向非均质性增强,不利于压裂形成复杂网状裂缝;有机质含量与岩石脆性负相关,与源岩质量正相关,有利可压层段的选择需辩证综合分析;地层年代新、成岩时间短使岩石相对呈塑性,岩石脆性破裂难度增加。泥页岩可压性的影响因素非常复杂,既取决于岩石学特征又受围压条件及地应力差异等地质条件影响;压裂效果还受压裂液体系及施工参数的选择等方面的影响。     

济阳坳陷古近系层序地层学研究综述

首先对济阳坳陷古近系层序地层学研究概况进行了系统的综述,并从层序地层界面的划分和层序地层发育控制因素及填充模式及高精度层序地层等方面叙述了济阳坳陷层序地层研究取得的主要进展。对济阳坳陷一、二、三级层序界面特征及体系域划分进行了引述,并记述了以气候变化、构造运动为控制因素的层序发育模式及干旱盐湖型、深水断陷湖盆型和浅水断陷湖盆型等三种层序填充模式。同时,对具有特色的陆相断裂坡折带和低位扇理论进行了阐述。在此基础上,针对济阳坳陷层序地层学的研究现状提出了今后的研究方向。     

济阳坳陷古近系陆相页岩油产量的影响因素

济阳坳陷古近系沙河街组泥页岩发育段有35口井获得了工业油气流,主要产层为沙三下亚段和沙四上亚段,以产页岩油为主。利用分析测试实验、录井、试油及测井资料,分析了影响页岩出油量的地质因素。研究表明,影响陆相页岩出油量的地质因素比较复杂,“甜点”的选取需要综合考虑各种地质要素,其中高丰度有机质含量是页岩油气富集的物质基础,有机质成熟度影响了页岩油气的量和相态,高有机质丰度的纹层状泥质灰岩和灰质泥岩相是页岩油气发育的有利岩相,异常高压影响页岩油气的富集与产出,夹层的分布、裂缝发育和流体流动性是页岩油气局部性富集高产的控制因素。     

手持式X荧光光谱仪在济阳坳陷古近系陆相页岩岩心分析中的应用

中国陆相湖盆沉积相变快,表现出很强的岩石组构和化学组成非均质性。为高效刻画这种非均质性,需要获得高密度地质样品的元素地球化学特征等基础信息。利用X荧光光谱(XRF)分析技术,以济阳坳陷沙三、沙四层段泥页岩系统岩心为主要研究对象,优化手持式X荧光光谱仪岩心测试的实验条件,并选取泥页岩和砂岩典型样品进行方法测试,明确了不同岩性的XRF响应特征。通过对系统岩心高密度XRF测试,实现了高效获取岩心元素组成和岩石学特征的目的。初步应用结果表明,该方法可以有效运用于岩性和岩相划分、岩石矿物组成分布特征分析、泥页岩非均质性表征等方面,并为页岩油赋存机理研究重点样品优选奠定基础。     

陆相泥页岩在水平地应力作用下裂缝的多样性——以济阳坳陷古近系泥页岩为例

基于水平最大主应力（S_H）、水平最小主应力（S_h）和垂向应力（S_V）数据,探讨了济阳坳陷的地应力状态。济阳坳陷中,埋深小于2 600 m的地层总体处于Ⅰ类地应力状态（S_V>S_H>S_h）,埋深大于3 200 m的地层一般处于Ⅲ类地应力状态（S_H > S_V > S_h）,在不同地区由Ⅰ类地应力状态转换为Ⅲ类地应力状态的深度不同。利用岩心资料分析了Ⅲ类地应力状态下的动力学特征,动力学作用表现为横向挤压和错动,并识别出5类典型的Ⅲ类地应力裂缝,即脆性层竖直缝、非均质层竖直主干缝+水平分支缝、雁列式方解石透镜体充填缝、挤压逆冲派生缝和复杂网状缝。由于陆相泥页岩的组成和力学性质在纵向上具有强烈的非均质性,在Ⅲ类地应力状态下更容易形成多样性裂缝。     

济阳坳陷古近系深层成烃与成藏

运用地球化学与沉积学、石油地质学相结合的方法,从深层烃源岩空间展布及沉积有机相分析入手,研究济阳坳陷深层有利勘探方向.济阳坳陷古近系深层孔店组—沙四段烃源岩发育缺氧有机相、短暂充氧有机相、低氧有机相和充氧有机相4种沉积有机相类型,缺氧相、短暂充氧相优质烃源岩主要发育在沙四段,孔店组烃源岩主要为低氧有机相、充氧有机相,为...     

济阳坳陷古近系超高压成因探讨

分析了济阳坳陷古近系压力场分布特征,并用地化分析数据和地层压力及油气显示等相关资料分析了地层超压与含油气性的关系:济阳坳陷地层超压可分为"自源超压"和"它源超压"2种类型。烃源岩残留烃演化与地层自源超压演化具有较好的对应关系;几乎所有的超压储集层均具有一定的油气显示;深洼陷带油气藏剩余压力与油气充注程度总体上具有正相关关系。研究表明,济阳坳陷地层超压主要是来自于烃源岩的高压含烃流体注入储集层后形成异常高压。根据渗流理论分析、运移模拟实验和地层原油黏度变化特点,分析了液态烃生成的间接增压作用。     

济阳坳陷古近系深层自生矿物及其与孔隙发育的关系

通过岩石薄片鉴定、粘土矿物X-衍射分析、镜质体反射率和油层物性分析等手段,结合区域油气地质研究成果,对济阳坳陷古近系沙河街组三段—四段深部碎屑岩储层自生矿物演化特征与次生孔隙发育带的关系进行了研究。结果表明,沙三段深部储层埋深3150～3600m处次生孔隙主要与碳酸盐类等酸溶性组分的溶蚀有关,埋深4250～4500m处的次生孔隙主要成因于碱性溶蚀作用。沙四段次生孔隙发育带（埋深3350～3600,3950～4200和4500～4900m）主要与还原条件下酸溶性矿物的溶蚀有关;埋深5600～5700m处次生孔隙的发育主要与碱溶性组分的溶蚀有关。车镇凹陷埋深4400～4700m处的高岭石低值带、伊利石含量高值带与次生孔隙发育带对应。东营凹陷北带和渤南洼陷深层绿泥石高值带与孔隙带发育有较好的一致性,且与伊利石含量呈消长关系。渤南洼陷在埋深3500～4800m处存在明显的粘土矿物转化异常带,且伊/蒙混层比高值带与绿泥石激增带及次生孔隙带具有较好的一致性。     

济阳坳陷古近系页岩文石含量与烃源岩热演化的对应关系

文石在济阳坳陷古近系湖相页岩中较为常见,多发育于富碳酸盐矿物的页岩中,属于化学成因。统计发现,济阳坳陷古近系湖相页岩文石含量的变化包络线与埋藏深度具有明显对应关系。在埋深2 300 m以上的地层中,文石含量变化不大;当埋深超过2 300 m时,文石含量包络线随埋藏深度的加大而快速降低;埋深达到约3 000 m,文石含量包络线降低的速率达到最大;当埋深超过约3 500 m时,页岩中的文石大部分消失。文石含量包络线的这种变化趋势与烃源岩热演化阶段基本一致,表明页岩地层中文石的含量变化明显受有机质热演化的控制。为进一步验证该解释,将研究区富文石和富方解石的页岩样品分别与有机酸(乙酸)和油层水在高温高压下进行多组溶解实验,测试实验前后碳酸盐矿物的溶解程度,结合不同埋藏深度烃源岩热演化的流体特征分析文石含量的变化趋势。分析认为:文石含量与有机质成熟演化过程中排出的有机酸浓度成反相关,有机酸生成的越多,文石的溶解越严重。当埋深大于3 500 m时,烃源岩进入高成熟—过成熟阶段,有机酸的生成逐渐停止,文石含量的减少也趋于停滞,并在页岩孔隙水中开始重新结晶出较稳定的方解石。     

济阳坳陷不同岩相页岩油赋存机理

通过大量岩心观察、薄片鉴定、X-射线衍射全岩矿物分析和扫描电镜分析,将济阳坳陷古近系泥页岩划分为10余种岩相并分析了主力岩相的特征和形成环境。在岩相划分的基础上,结合氩离子抛光和环境扫描电镜技术,分析了不同岩相的储集空间和页岩油赋存状态。济阳坳陷泥页岩的储集空间主要包括各类基质的孔隙和裂缝。富有机质纹层状泥质灰岩/灰质泥岩储集空间是方解石晶间孔、黏土矿物晶间孔、层间缝,孔隙最大,裂缝最发育;富有机质层状泥质灰岩/灰质泥岩储集空间是方解石晶间孔、黏土矿物晶间孔、(微)裂缝;含有机质块状灰质泥岩储集空间是黏土矿物晶间孔,孔隙最小,裂缝不发育。不同岩相有不同的赋存状态,富有机质纹层状灰质泥岩相/泥质灰岩相和层状灰质泥岩相/泥质灰岩相以游离态为主,含有机质块状灰质泥岩相以吸附态为主。建立了富有机质纹层状-层状岩相和含有机质块状岩相2种页岩油赋存模式。     

湖相深水油页岩段层序地层学属性及成油意义--以济阳坳陷为例

以济阳坳陷为例，分析了湖相深水油页岩段的岩性、电性及地震反射特征，研究发现：湖相深水油页岩段为陆相层序地层的密集段之一，基本对应三级层序的最大湖泛面；该油页岩段具有较高的有机质丰度和良好的有机质类型，为优质烃源岩，且均布于凹陷异常高压带内，可向不同体系域中各种砂体供油。因此，深水油页岩密集段的识别及追踪，对于层序地层划分、烃源岩评价和油气勘探均具有重要意义。     

济阳坳陷页岩油富集主控因素

济阳坳陷页岩油类型包括泥页岩型和夹层型2种类型。在分析泥页岩型和夹层型页岩油特征的基础上,通过数理统计、典型解剖、分析测试技术和生排烃模拟实验,明确了济阳坳陷页岩油富集的主控因素。泥页岩型页岩油富集的主控因素是:泥页岩岩相、异常高压、页岩油的可动性和泥页岩(微)裂缝;富有机质纹层状岩相的异常高压过渡段的页岩油可动性好,裂缝越发育越有利于济阳坳陷页岩油的富集。夹层型页岩油富集的主控因素与常规油藏类似,主要受物性和异常高压控制;夹层的物性越好,异常压力越高越有利于夹层型页岩油的富集。该成果对中国东部陆相断陷盆地页岩油勘探有一定指导作用。     

济阳坳陷古近系沙河街组震积岩特征及其储集性能

通过大量岩心、薄片和成像测井资料分析,在济阳坳陷古近系沙河街组沙四段上部和沙三段地层中识别出震积岩。震积岩的主要标志是发育各种类型的软沉积变形构造,包括液化砂、泥岩脉、液化卷曲变形构造、阶梯状微断层、震积砂枕构造及震积砂球构造、串珠状构造、碳酸盐泥晶脉、自碎角砾状构造及假结核等。震积岩主要发育在古近系沙三段和沙四段上部,表明沙四段-沙三段沉积时期是控盆边界断裂强烈活动的时期。尽管地震作用没有使储集层孔隙度大幅度增加,但能够极大地改善储集层渗透性。震积岩特别是震裂岩和震碎角砾岩是一种潜在的油气储集层。     

济阳坳陷古近系页岩油地质特殊性及勘探实践——以沙河街组四段上亚段—沙河街组三段下亚段为例

基于前期基础研究与勘探实践,建立了济阳坳陷沙河街组四段上亚段—沙河街组三段下亚段页岩岩相发育模型,通过剖析济阳坳陷古近系泥页岩的储集性、含油性、可压性和页岩油的可动性及其协同演化特征,形成了针对性的勘探目标评价体系,支撑了济阳坳陷页岩油勘探的全面突破。明确指出了济阳坳陷页岩油6个方面的特殊性：①济阳坳陷古近系泥页岩岩相具有富含碳酸盐、纹层发育、大面积分布的特点;②无机孔隙和微裂缝形成的孔、缝网络体系是页岩油赋存的有利储集空间;③中、高演化程度富含碳酸盐纹层状页岩游离油富集;④有机、无机协同演化控制了泥页岩储集性和含油性的有效匹配;⑤异常高压体系有利于页岩油产出;⑥富含碳酸盐泥页岩具有中等可压性,通过组合缝网压裂工艺可实现有效改造。形成了基于泥页岩"四性"参数的陆相断陷盆地页岩油有利目标评价体系,建立了页岩油分级优选目标评价流程,破解了济阳坳陷页岩油地质—工程双甜点优选难题。中、高演化程度页岩油勘探的突破,特别是中等演化程度页岩油勘探的突破,大大拓展了济阳坳陷断陷湖盆页岩油勘探空间,也将丰富页岩油勘探理论。