页岩油地质评价实验方法现状、挑战与发展方向

中国陆相页岩油资源丰富,已成为国家战略性资源。作为源内油气资源的典型代表,页岩油具有“原生源储”的富集特征,在微米—纳米级孔-缝系统内油气赋存与产出机理复杂。基于实验室的装置创新与技术革命是推动陆相页岩油理论创新、规模勘探与有效动用的重要助力。通过系统梳理细粒沉积与有机质富集、岩石结构与矿物组成、微米—纳米级孔-缝系统、流体赋存与可动流体、可压性与裂缝扩展等涉及页岩油地质评价热点领域的研究进展和主要认识,提出页岩油地质评价的实验方法要实现从烃源岩向储层、从生烃能力向储烃能力、从排烃能力向产烃能力的转变。当前,页岩油地质评价实验技术的发展面临3方面挑战：(1)细粒沉积矿物成分复杂,不同尺度储层准确表征难度大;(2)页岩储层在有机-无机复合作用控制下的孔隙演化和烃类赋存机理复杂,油气可动性评价难度大;(3)实验室难以完全复制地下真实的地质条件,实验评价的准确性有待提高。页岩油地质评价实验方法的下一步研发重点包括加强原位、精细化、跨尺度实验装置与评价方法的研发,加强页岩关键属性动态演化评价方法以及现场实验室建设与地质工程一体化技术的研发,以提高实验室表征精度、预测精度与现场应用力度。相关研究...     

中国陆相页岩油勘探理论与技术进展

陆相页岩油是一个全新领域,近期的勘探实践已在鄂尔多斯盆地、松辽盆地、渤海湾盆地、准噶尔盆地、柴达木盆地等不同页岩层系取得了重要进展,截止2022年底,页岩油探明、控制、预测三级地质储量达44亿t,2022年产量达318万t。页岩油勘探理论和技术也取得了一系列进展,创新了有机母质类型分析与有机质生排烃实验、储层表征技术、页岩油赋存状态与含油性分析、保压取心与现场测试等页岩实验测试分析技术,基本上能满足页岩油相关实验测试要求;在细粒沉积与有机质富集机理、陆相页岩纹层结构与组合类型、储层孔缝结构与储集性、页岩油富集机理取得了一系列新的认识,指导了重点地区选区选带评价研究。研发了烃源岩品质测井评价、储层品质测井评价、工程品质测井评价、岩石物理敏感参数分析和定量预测、多任务学习储层参数预测、各向异性地应力预测、水平井地震地质导向评价、富集层（甜点）综合评价等技术,并推广应用,在页岩油储量提交、甜点区优选、水平井部署、随钻导向预警和钻完井工程改造方面提供了重要且面向全周期的技术支撑。但陆相页岩油规模勘探与效益开发目前还面临诸多挑战,必须建立全新的研究内容与研究重点,特别需要把研究精度升级并要加强微...     

陆相页岩油富集机理探讨

通过对中国陆相湖盆富有机质页岩形成的构造和沉积环境分析，明确不同湖盆类型陆相优质烃源岩发育条件存在巨大差异性，淡水湖盆形成的泥页岩层系以长英质-黏土质页岩为主要岩相，松辽盆地上白垩统青一段和鄂尔多斯盆地三叠系长7段为典型代表；而咸水湖盆陆相页岩以富碳酸盐-蒸发岩类岩相为主，济阳坳陷古近系沙河街组是典型的实例。中国陆相页岩层系具有互层/夹层、混积页岩和黏土质页岩等3种主要岩相组合类型，它们控制了陆相富有机质泥页岩的源-储耦合特征、烃类差异演化和流体性质多样性。互层/夹层型页岩源-储分离、近源运移；混积页岩宏观上源-储一体，微观上源-储分离；黏土质页岩源-储一体，整体含油。多重证据揭示，无机孔是中-低成熟陆相页岩油最有利的储集空间类型，它们与多类型、多级次微裂缝耦合形成有效的孔缝网络系统，自封闭作用有利于页岩油气原位或近源保存。在典型盆地陆相页岩层系对比分析的基础上，提出良好的源-储耦合关系、适宜的热演化程度和自封闭性是陆相页岩油富集的主控因素，初步建立了中国陆相页岩油差异富集模式。断陷湖盆陆相页岩油勘探应重视缓坡带中-低成熟纹层状页岩和深洼区中-高成熟富黏土质页岩层系，而互层/夹层型和中...     

中国陆相页岩油气沉积储层研究进展及发展方向

针对中国陆相页岩油气沉积类型多样、储集空间复杂及储层成因机理不清等关键科学问题,系统综述近10多年来国内外尤其是中国在陆相深水沉积层序、沉积体系、页岩油气储层等方面的研究进展,重点结合近年来所开展的陆相页岩油气沉积储层方面的地质研究工作,根据成因将陆相深水细粒沉积岩划分为陆源型、内源型、火山-热液型、混源型4类,提出基于无机矿物含量(即碳酸盐矿物、长英质矿物、黏土矿物三端元)、有机质含量(TOC含量以2.0%和4.0%为界)和沉积构造(纹层状、薄层状、块状)的细粒沉积岩综合分类方案;归纳总结了适于陆相深水细粒沉积地层细分对比的基于米兰科维奇天文轨道周期的高频旋回地层学研究方法,并在高频旋回地层对比基础上,提出了陆相深水细粒沉积岩微相平面工业化制图的方法,对于评价预测有利的页岩油气沉积储集岩相具有重要应用价值。根据孔隙赋存的基质类型将陆相页岩油气细粒沉积岩储层孔隙分为矿物基质孔隙(即无机孔)、有机质孔隙、裂缝孔隙3大类,其中,与有机溶蚀作用有关的矿物基质孔隙是页岩油气重要的储集空间,有机质孔隙的发育程度主要与有机质热演化程度有关,通常热演化程度较高有利于有机质孔隙的发育,裂缝孔隙是页岩油...     

中国陆相页岩油研究进展与关键科学问题

中国陆相盆地页岩油资源丰富,是中国油气增储上产的重要战略接替领域.限于陆相盆地特殊复杂的地质条件,陆相页岩油的富集规律与主控因素不够明确,中国陆相页岩油勘探所面临的关键科学问题仍然有待进一步研究.通过充分调研国内外以细粒沉积、烃类赋存以及流体运移为重点研究页岩油的最新进展,结合中国陆相页岩油勘探进展,对比总结了陆相和海...     

泌阳凹陷陆相页岩油资源与有利区评价

泌阳凹陷为中国东部新生代典型富油凹陷,古近系核桃园组沉积了富含有机质湖相泥页岩,前期研究表明,泌阳凹陷深凹区核桃园组具备形成陆相页岩油的有利条件。两年多来,通过开展泌阳凹陷陆相页岩油地质评价和综合研究,形成了包括地质多参数综合评价、岩石学分析、测井储层评价、录井储层评价、地球物理储层预测、资源评价、有利目标评价、水平井优化设计等8项关键技术的地质评价技术系列,其中资源评价及有利区评价技术为页岩油气地质评价最为关键的技术。通过含油气页岩层厚度、面积及含油气量等资源评价关键参数研究,利用体积法计算泌阳凹陷主力页岩层页岩油资源量4.2253×108 t,页岩气资源量729×108 m3。利用有机碳、热演化程度、孔隙度、渗透率等6项页岩油评价指标,结合泌阳凹陷勘探实践,初步建立了泌阳凹陷陆相页岩油有利区评价标准。     

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。     

中国海、陆相页岩层系岩相组合多样性与非常规油气勘探意义

富有机质细粒沉积岩相组合和有机相之间存在着很强的相关性,富碳酸盐细粒沉积岩相组合以Ⅰ-S或Ⅱ-S型有机相为主,长英质页岩相组合多数为Ⅱ型有机相,而富粘土质页岩相组合的有机相多为Ⅲ/Ⅳ型有机质。因此,全岩矿物X衍射分析既可用于研究细粒沉积岩相与沉积环境,也可提供有机质类型、烃类产物特征、岩石力学性质和可压性等重要参考信息。在北美和四川盆地海相页岩对比分析的基础上,以中国主要陆相页岩层系为研究对象,利用全岩矿物X衍射分析,结合岩心观察、薄片鉴定、总有机碳含量（TOC）分析等多种手段,开展岩相和有机相类型识别及岩相组合特征和不同页岩层系差异性分析,并探讨它们对非常规页岩油气勘探的指导意义。研究结果表明,中国陆相湖盆沉积类型多样,陆相盆地拗陷期淡水-微咸水湖泊页岩层系以贫碳酸盐矿物的粘土质-长英质页岩相组合为主;而陆相盆地裂陷期咸化、碱化湖泊沉积以碳酸盐质页岩相组合和含碳酸盐的粘土质-长英质页岩相组合为主,各种陆相细粒沉积体系均以相带变化快、岩性-岩相复杂、储-盖组合样式多变为特征。中国陆相细粒沉积岩相的非均质性和岩相组合的多样性,带来了陆相页岩油气“甜点”类型的多样性;不同岩相组合对应的有机相存在显著差异,有机质的差异演化又带来了不同岩相中烃类赋存状态的差异性。这些分析结果证实,每套陆相页岩都具有各自的地质特点。细粒沉积岩相和有机相组合的多样性和差异性,揭示了陆相页岩油气“甜点”和资源分类评价的必要性。     

济阳坳陷页岩油富集机理

近年来,由于对页岩油富集机理认识不清,济阳坳陷页岩油勘探未获得突破。 在大量岩心、分析化验资料、模拟实验和数理统计的基础上,明确了济阳坳陷页岩油富集机理：有机质是页岩油生成的基础,页岩储集空间是页岩油富集的空间基础,异常压力是页岩油富集动力,有机质演化程度控制了烃类流体类型,油气的可动性利于页岩油富集,岩相决定了页岩油类型。在此基础上建立了页岩油富集模式,对济阳坳陷页岩油勘探有一定的指导意义。     

济阳坳陷页岩油勘探实践与前景展望

济阳坳陷页岩油是在新生代陆相断陷咸化湖盆沉积的半深湖—深湖相富有机质、富碳酸盐页岩中富集的中—低、中—高演化程度的页岩油,丰度高、资源潜力大,与北美海相盆地和国内其他陆相盆地页岩油有所不同。回顾济阳坳陷页岩油50年的勘探历程,可分为勘探偶遇、主动探索、创新突破3个阶段,目前已在东营凹陷沙河街组沙四上亚段、沾化凹陷沙三下亚段取得了中等热演化程度富碳酸盐纹层基质型、高热演化程度富碳酸盐纹层状—层状基质型等多层系、多类型页岩油勘探的战略性突破,同时低热演化程度富碳酸盐纹层基质型页岩油也取得重要进展。通过近10年的科研攻关与勘探实践,提出济阳坳陷页岩岩相划分方案,取得富有机质页岩储集性、含油性、可动性、可压裂性创新性认识,建立济阳坳陷页岩油“四性”为核心的20项参数地质评价体系,配套地质、工程甜点地球物理预测与钻井工程、压裂工艺技术,形成了适合济阳坳陷地质特点的页岩油“一体化”运行管理模式,有效指导了济阳坳陷页岩油勘探实践。     

陆相细粒沉积岩物质来源、搬运-沉积机制及多源油气甜点

伴随着非常规油气工业的蓬勃发展,细粒沉积岩研究受到广泛关注。基于近年来国内外学者对细粒沉积岩的研究认识,对陆相湖盆细粒沉积岩的岩石类型、物质来源、搬运-沉积机制和油气甜点特征进行了系统的阐述。细粒沉积岩的物质来源包括陆源、内源、火山源及混合来源。细粒物质可以通过悬浮沉降、重力流、火山-热液活动和盆内生物化学作用等方式沉积下来,且在成岩前可能发生原地沉积或湖盆内短距离的搬运和再沉积作用。细粒沉积岩在沉积特征、孔渗条件、油气富集机制等方面与细粒物质来源密切相关。对细粒沉积岩物质来源和搬运-沉积动力学模式的研究对页岩油气勘探开发具有重要的指导作用。     

滦平盆地白垩系陆相页岩油储层特征

滦探1井首次在滦平盆地白垩系发现页岩油,填补了燕山构造带中生界油气发现的空白。综合岩心、镜下薄片、测井资料、录井资料和X射线衍射等分析化验资料,对滦平盆地白垩系西瓜园组页岩油储层特征展开研究。研究区西瓜园组页岩油储层主要包括泥页岩、粉砂岩、白云岩、长英质混合细粒岩、碳酸盐型混合细粒岩和黏土型混合细粒岩6种岩石类型。储集空间类型以孔隙和裂缝为主,裂缝包括构造缝、异常高压裂缝和层间缝,孔隙以晶间孔和溶蚀孔为主。页岩油储层孔隙度平均为1.6%,渗透率平均为0.265 mD,整体为低孔超低渗储层。根据岩性组合和录井显示,垂向上识别出2套页岩油储层。下部页岩油储层为火山—湖泊沉积,主要包括泥页岩、粉砂岩、白云岩、长英质混合细粒岩和碳酸盐型混合细粒岩等岩石类型,储集空间以孔隙为主,油气显示以黄绿色轻质油为主,见天然气产出;上部页岩油储层属于正常湖泊沉积,岩石类型以泥页岩、粉砂岩、碳酸盐型混合细粒岩、黏土型混合细粒岩和长英质混合细粒岩为主,储集空间以裂缝为主,见黑色重质油和天然气析出。分析认为,沉积环境、成岩作用、构造背景和总有机碳含量是西瓜园组页岩油储层发育的主要控制因素。     

滦平盆地白垩系陆相页岩油储层特征

滦探1井首次在滦平盆地白垩系发现页岩油,填补了燕山构造带中生界油气发现的空白。综合岩心、镜下薄片、测井资料、录井资料和X射线衍射等分析化验资料,对滦平盆地白垩系西瓜园组页岩油储层特征展开研究。研究区西瓜园组页岩油储层主要包括泥页岩、粉砂岩、白云岩、长英质混合细粒岩、碳酸盐型混合细粒岩和黏土型混合细粒岩6种岩石类型。储集空间类型以孔隙和裂缝为主,裂缝包括构造缝、异常高压裂缝和层间缝,孔隙以晶间孔和溶蚀孔为主。页岩油储层孔隙度平均为1.6%,渗透率平均为0.265 mD,整体为低孔超低渗储层。根据岩性组合和录井显示,垂向上识别出2套页岩油储层。下部页岩油储层为火山—湖泊沉积,主要包括泥页岩、粉砂岩、白云岩、长英质混合细粒岩和碳酸盐型混合细粒岩等岩石类型,储集空间以孔隙为主,油气显示以黄绿色轻质油为主,见天然气产出;上部页岩油储层属于正常湖泊沉积,岩石类型以泥页岩、粉砂岩、碳酸盐型混合细粒岩、黏土型混合细粒岩和长英质混合细粒岩为主,储集空间以裂缝为主,见黑色重质油和天然气析出。分析认为,沉积环境、成岩作用、构造背景和总有机碳含量是西瓜园组页岩油储层发育的主要控制因素。     

美国页岩油研究对我国的启示

页岩油是指以游离态、吸附态及少量溶解态赋存于泥页岩层系中的原油,目前已在美国实现商业开采,而我国页岩油研究起步晚,相关基础理论研究还比较薄弱。 在页岩油一般特征分析的基础上,结合近年来美国海相页岩油勘探开发实践,总结了国内外在页岩油形成条件、储层特征、成藏机理及评价方法等方面取得的进展和重要认识。 对中国和美国页岩油发育特征的系统对比与分析结果表明：我国湖相暗色泥页岩分布广、厚度大、结构复杂,与砂质互层频繁;富有机质泥页岩发育较好,TOC 质量分数一般大于 2%,但成熟度普遍偏低（Ro 为 0.5%～1.2%）;细粒碳酸盐和黏土矿物含量较高（质量分数大于 50%）,储集物性较差;页岩油成藏主要受生烃条件（特别是成熟度）和储集条件控制,而在断陷等构造强烈地区还受保存条件的影响;混合岩性型和裂缝型页岩油总体显示好,勘探潜力较大,基质型次之。 建议在理论研究基础上,重点在页岩油赋存机理、微观孔隙结构、页岩油滞留成藏机理、构造保存条件、勘探评价体系和资源评价方法等方面展开研究,以期为我国页岩油勘探开发提供指导。     

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油富集规律

为进一步揭示准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油富集特征及规律,丰富与发展陆相页岩油成藏理论,更好指导下一步页岩油勘探与开发,综合岩心、岩石薄片、测井、录井、试油资料及X射线衍射全岩矿物组成、岩石热解及分阶热解、核磁共振等分析测试,深化了芦草沟组页岩油富集规律及控制因素的认识。研究区芦草沟组发育湖相混合沉积,岩性以白云质/灰质泥岩、凝灰质泥岩、粉砂质泥岩、碳酸盐岩、粉砂岩为主。泥岩类内部发育"自生自储"滞留型页岩油聚集,良好的生烃潜力和适宜的热演化成熟度主导了其内部页岩油的富集;碳酸盐岩、粉砂岩内部发育"近源运聚"型页岩油聚集,具有含油性更好、游离油含量更高的特点,优质的孔-缝体系和储集物性控制着其内部页岩油的富集成藏。垂向上,泥岩类与碳酸盐岩、粉砂岩构成两相混合(相源混合)型、源区混合(母源混合)型和突变混合(间断混合)型沉积类型,其中,两相混合型沉积和源区混合型沉积具有优质的源储组合,利于发育具良好产能的"源-储一体"湖相混积岩型页岩油。陆相页岩油勘探开发不仅要考虑传统的岩石生烃潜力、储集物性等要素,还需综合分析混合沉积类型、岩性组合和原油可流动性等要素,选取适宜的页岩油开采方式。     

含油气细粒沉积岩研究的几个问题

细粒沉积岩在沉积岩中占有重要地位,但由于其看似“简单”而往往被忽略;同时受超微观实验条件的限制,细粒物质的沉积、成岩作用成为沉积学界乃至于地质学界研究相对薄弱的领域。随着页岩油气勘探开发的不断深入,细粒岩沉积学研究愈来愈受到重视。然而,目前细粒沉积岩研究中还存在诸多不规范和需要进一步深入之处。未来的研究应当综合利用沉积学、储层地质学及地层学相关理论知识,结合高精度的观察手段、地球物理识别技术、实验模拟等方法,探索理论突破与方法创新,规范细粒沉积岩相关概念及术语,建立系统、科学的细粒沉积岩分类方案,明确细粒物质沉积、成岩动力学过程,建立针对深水细粒物质的研究规范。在研究中应当重视学科交叉及科学研究与工业价值间的关联,使得细粒岩沉积学这一薄弱领域得到广泛关注,并取得突破性进展,更好地服务于页岩油气勘探开发。     

东营凹陷西部沙河街组三段下亚段泥页岩沉积微相

关于沉积微相,前人多针对粗碎屑骨架砂体沉积相开展研究工作,对泥页岩这种细粒沉积物的沉积微相很少关注。在一个沉积盆地中,细粒沉积物的总量巨大,在纵向上及平面上均广泛分布。以东营凹陷西部沙河街组三段下亚段（简称沙三下亚段）泥页岩为研究对象,系统划分泥页岩岩相类型。在骨架沉积相控制下,以泥页岩岩石类型及岩相特征为基础,综合控制泥页岩发育的水动力条件、古湖盆底形及事件沉积等因素,将东营凹陷西部沙三下亚段半深湖、深湖相进一步划分为平阔半深湖微相、水下隆起半深湖微相、深洼微相、浊积周缘微相、近岸水下扇前缘微相等。分析了不同微相在矿物组成、岩石类型及组构、成岩作用及测井曲线响应等方面的差异性,细粒沉积物微相的划分和研究对于泥页岩油气的勘探开发工作有重要指导作用。     

鄂尔多斯盆地长73亚段页岩油可动烃资源量评价方法

鄂尔多斯盆地长7₃亚段发育一套富有机质泥页岩夹薄层粉—细砂岩的细粒沉积,具有整体生烃、普遍含油的特征。明确不同类型细粒沉积的含烃量、赋存状态、烃类组分等,对于该类型页岩油资源潜力分析和甜点优选具有重要意义。基于CY1井长7₃亚段岩心系统测试分析,运用多粒级多极性分步抽提方法,对黑色页岩、暗色泥岩、粉砂岩、细砂岩等4种细粒沉积岩石类型开展可动烃研究,评估了盆地长7₃亚段页岩油的可动烃资源量。结果表明,多粒级多极性分步抽提分析不同类型细粒沉积在不同粉碎条件下（1 cm³、0.5 cm³、150目）的含烃量及其组分,单位抽提量大小顺序为细砂岩>黑色页岩>粉砂岩>暗色泥岩,步骤1、步骤2抽提可溶有机质以轻质—中质组分为主,属于可动烃;步骤3和步骤4抽提可溶有机质为不可动烃。实验结果表明长7₃亚段黑色页岩、暗色泥岩、粉砂岩和细砂岩的可动烃量分别为3.35 mg/g、1.45 mg/g、3.28 mg/g和4.48 mg/g。对城80井区220 km²长7₃亚段页岩油可动烃资源量进行评价,初步评价结果为（0.37~0.51）×10⁸ t。鄂尔多斯盆地长7₃亚段页岩油有利分布面积约为1.5×10⁴ km²。通过类比分析,评价其可动烃资源量为（25~35）×10⁸ t,该类型页岩油有望成为盆地石油勘探新的接替领域。