渤海湾盆地东营凹陷古近系碎屑岩储层成岩研究

应用大量的钻井取心分析测试、薄片、X-衍射等资料,对渤海湾盆地东营凹陷古近系碎屑岩储层成岩序列和孔隙演化进行了研究。东营凹陷古近系埋深大于3000m的碎屑岩储层可划分为晚成岩A,B,C3期;储层孔隙演化的影响因素包括原始沉积作用、成岩作用、生物扰动和构造作用,其中沉积物性质、温压条件、水介质性质和流动方式又在一定程度上影响了成岩作用的强度。从晚成岩A期到晚成岩C期,有机质成熟过程、粘土矿物转化、烃类与硫酸盐矿物的热化学氧化还原反应等造成的酸性地层水介质,使东营凹陷古近系碎屑岩储层在不同构造部位分别发育3个次生孔隙发育带。这一结论对该区的油气勘探具有指导作用。     

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。     

东营凹陷古近系红层储层成岩作用特征及形成机制

东营凹陷古近系孔店组一段（简称孔一段）-沙河街组四段下亚段（简称沙四下亚段）沉积时期发育了规模巨大的干旱气候条件下形成的红层沉积。综合利用钻井岩心、铸体薄片、物性及黏土矿物资料,并结合盆地埋藏演化史,对储层成岩作用特征及成因机制进行了系统研究。储层具有多重碱性成岩环境和酸性成岩环境作用特征。压实作用中等偏强,热压实效应明显。胶结物类型主要包括碳酸盐、铁碳酸盐、石膏、硬石膏和自生石英等,胶结作用在砂体边缘强,砂体内部较弱,砂体中部胶结物含量由断块下部向断块上部逐渐增加。溶解作用主要为碱性环境下形成的石英溶解和酸性环境下形成的长石、碳酸盐胶结物溶解,溶蚀孔隙含量由砂体边缘向砂体内部逐渐增加,由断块下部向断块上部逐渐降低。交代作用主要为碳酸盐、硫酸盐胶结物交代石英、长石颗粒及石英加大、铁碳酸盐交代碳酸盐。红层储层经历了早期碳酸盐及石膏胶结、早期石英溶解→长石及碳酸盐胶结物溶解、自生石英胶结→晚期碳酸盐及硬石膏胶结、晚期石英溶解→晚期少量碳酸盐胶结物、长石溶解的成岩演化序列。多重碱性及酸性成岩环境交替演化和上升流作用机制控制了储层的发育。     

东营凹陷页岩油储层孔隙演化

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为一套较低成熟度陆相页岩层系,通过岩石薄片、氩离子抛光扫描电镜观察分析、核磁共振、高压压汞和低温氮气吸附实验,获取了页岩储层孔隙结构及孔隙度等信息,分析了矿物成分和有机质含量对孔隙度及孔径的影响,进一步结合成岩热模拟实验,探讨了主要孔隙类型的演化特征。结果表明：①页岩储层孔隙结构复杂,微米-纳米级储集空间具有保存液态烃类的储集能力,游离相原油主要分布在孔径较大的方解石晶间溶蚀孔隙、重结晶晶间孔、黏土矿物晶间收缩缝等孔隙中。②页岩储层孔隙度及孔径主要受控于架构矿物和有机质的含量;孔隙度与长英质矿物含量、有机质含量均呈线性正相关关系,与碳酸盐矿物含量呈负相关。③埋深2 500~3 500 m是孔隙演化的关键深度段,在此深度区间,有机质生烃排出的有机酸浓度以及压力系数增大区间与孔隙度高值段有良好的对应关系;页岩油储层储集空间的形成几乎都与黏土矿物的成岩演化有关;抗压实能力强的方解石等碳酸盐晶粒形成的架构空间,以及伴随生、排烃过程的溶蚀作用形成碳酸盐晶间和晶内溶蚀孔隙,均增加了储层孔隙度;生烃超压和溶蚀的匹配作用造成3 500~3 800 m出现孔隙度局部增大的现象,孔隙大小、分布及连通性明显变好。     

东营凹陷古近系碎屑岩储层次生孔隙发育规律

东营凹陷古近系碎屑岩储层的孔隙经历了由原生到次生的演化过程,主要储集空间为次生孔隙,不同深度范围分别发育不同的孔隙组合类型。平面上,次生孔隙发育的深度由北向南有增大趋势,但发育程度明显减弱。碳酸盐矿物溶蚀作用、长石矿物溶蚀作用、粘土矿物脱水作用是东营凹陷古近系碎屑岩储层次生孔隙的主要成因,储层物性主要受沉积条件及压实、碳酸盐胶结和溶蚀作用控制,各因素之间存在一定制约关系。     

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     

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。     

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。     

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。     

东营凹陷泥页岩孔隙结构特征及其演化规律

泥页岩物质组成多样且孔隙结构复杂,明确其孔隙结构特征及其演化规律对预测泥页岩油气富集层段具有重要意义。为此,以东营凹陷S井泥页岩为研究对象,采用氮气吸附-压汞联合测孔法,获取泥页岩完整的孔径分布特征及不同类型孔体积等定量参数。结果表明:泥质粉砂岩以大孔为主,粉砂质泥岩和泥岩以介孔和微孔为主。通过分析矿物组分、有机组分与孔隙结构的关系,探讨孔隙结构发育的影响因素,发现泥页岩中黏土矿物含量和类型对介孔和微孔发育影响较大,碳酸盐类矿物对孔隙结构发育的影响受其成因控制;有机质丰度、类型等对孔隙结构的发育影响更显著。分析孔隙结构、矿物组分和有机组分的剖面演化特征,发现在埋藏演化过程中,矿物转化、有机质生烃及埋藏压实作用共同导致孔隙演化的多阶段性。     

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。     

东营凹陷沙河街组页岩微观孔隙多重分形特征

孔体积、孔径分布和比表面积的非均质性刻画是页岩油勘探评价中的一项重要工作。采用多重分形理论,对东营凹陷沙河街组页岩低温氮气吸附实验数据进行研究,探讨页岩孔隙多重分形特征、分形参数与孔隙参数和页岩矿物组成之间的关系。结果表明:东营凹陷沙河街组页岩孔径分布存在明显的多重分形特征,孔径分布的非均质性主要与孔隙比表面积有关;Hurst指数越大,渗透率越大。除多重分形谱的右半偏参数和左右半偏参数之差与其他分形参数相关性较差外,多重分形参数之间表现出很强的相关性,信息维数、关联维数均与Hurst指数呈正相关关系,而与Hausdorff维数、左半偏参数和多重分形谱峰宽等其他参数均呈负相关关系;信息维数、关联维数和Hurst指数等多重分形参数均与比表面积、孔体积呈正相关关系,除右半偏参数外,其他多重分形参数与比表面积、孔体积呈负相关关系;多重分形参数与页岩矿物组成无明显相关性。     

渤海湾盆地东营凹陷泥页岩有机储集空间研究

根据干酪根生烃过程中的体积变化,讨论了渤海湾盆地东营凹陷沙三下亚段和沙四上亚段泥页岩生烃演化对储集空间的贡献。研究认为,东营凹陷这2套泥页岩具有较高的脆性矿物含量,2000～3000m是泥页岩岩石力学性质发生明显转变的阶段,岩石脆性变大,在3000m以下,有机孔隙保存条件较好。在此基础上计算2套不同丰度泥页岩在不同埋深条件下的有机储集空间的大小。结果表明,有机质丰度较低(TOC含量小于2.0%)的泥页岩,生烃次生孔隙非常有限,而高丰度烃源岩(TOC含量大于4.0%),在演化程度较高的条件下生烃转化能形成4%以上的次生孔隙。东营凹陷沙四上亚段埋藏较深,演化程度较高,在深洼处具有较丰富的生烃次生孔隙;而沙三下亚段总体演化程度不高,其生烃产生的次生孔隙仅局部地区发育。     

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。