湖盆细粒沉积特征与富有机质页岩分布模式——以鄂尔多斯盆地延长组长7油层组为例

基于对细粒沉积学发展趋势的分析,指出完善针对性的研究方法、重建古沉积环境、建立细粒沉积岩分类体系与成因模式是目前学科研究的前沿。以鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7油层组为例,应用岩心描述、薄片观察、X衍射、地球化学测试、有机碳测井定量计算等方法研究湖盆细粒沉积体系分布规律及主控因素。长7油层组富有机质页岩以湖侵—水体分层沉积模式为主。"沉积相带、水体深度、缺氧环境、湖流"是富有机质页岩形成与分布的主控因素。长73沉积期快速湖侵,湖水深度和范围急剧增加,湖泊表层水体与下层水体由于温度差异导致循环受阻,形成了深湖区大面积的缺氧环境,有利于富有机质页岩的大规模发育。远离三角洲前缘的宁静深湖区,富有机质页岩发育,有机碳含量高,干酪根以Ⅰ型为主;发育砂质碎屑流的深湖区,富有机质页岩与砂岩互层,富有机质页岩有机碳含量高,干酪根以Ⅰ—Ⅱ1型为主;邻近三角洲前缘的半深湖区,波状—块状粉砂质泥岩发育,干酪根以Ⅱ型为主。图7表2参42     

鄂尔多斯盆地三叠系延长组富有机质泥页岩储层特征

富有机质泥页岩储层特征研究对认识页岩油气勘探潜力具有重要意义。为确定延长组富有机质泥页岩储层特征,开展了岩石薄片、扫描电镜、X-射线衍射、物性、比表面积孔径分析和有机碳含量等分析测试工作,揭示了泥页岩岩相、矿物含量、成岩作用、孔隙类型、物性和孔隙结构等特征。延长组泥页岩可划分为泥岩岩相、含粉砂泥岩岩相和粉砂质泥岩岩相3种岩相类型。泥岩岩相的有机碳含量最高,粘土矿物含量高(>50%),成岩作用较弱;粒间孔和粒内孔是中生界泥页岩储层主要的孔隙类型;微孔主要集中在0.4~1 nm,中孔主要集中在3~5 nm,中孔对孔隙体积和比表面积的贡献好于微孔。根据现有资料认为,延长组富有机质泥页岩塑性矿物含量高,成岩作用弱,对储层后期改造提出了严峻挑战。     

鄂尔多斯盆地东南部延长组长7段富有机质页岩孔隙特征

为研究鄂尔多斯盆地长7段陆相富有机质页岩孔隙发育特征,采用覆压孔隙度测量、脉冲衰减渗透率测量、低温氮气吸附实验等结合氩离子抛光—扫描电镜成像分析,对页岩孔隙发育特征进行深入研究。结果表明,页岩储层孔隙主要为纳米量级,少量黏土矿物粒间孔可达微米级别;孔隙类型主要有粒间孔、黄铁矿微球粒晶间孔、粒内孔、有机孔及少量微裂缝,其中黏土矿物粒间孔最发育,有机孔相对较少;页岩孔径分布复杂,含有大量的中孔(2~50nm)、大孔(50nm)及少量的微孔(0~2nm),中孔和大孔是孔隙体积的主要贡献者,微孔和细中孔(2~10nm)是比表面积的主要贡献者;样品渗透率变化幅度大,与页岩中裂缝的发育程度及孔隙结构有关。     

低熟湖相页岩内运移固体有机质和有机质孔特征——以鄂尔多斯盆地东南部延长组长7油层组页岩为例

富有机质页岩中的有机质孔是页岩储层中重要的孔隙类型,有机质孔的数量、孔径大小和分布特征对页岩油气的吸附和储集能力、储层渗透性、页岩油气赋存状态和含量均具有重要的影响。利用氩离子抛光和场发射扫描电镜分析等技术分析了鄂尔多斯盆地东南部延长组长7油层组页岩中的固体有机质和不同有机质中有机质孔的发育特征。结果表明,延长组长7油层组页岩的成熟度较低（R_o为0.62%~0.85%）,固体有机质中的有机质孔比较发育,有机质孔的分布和发育程度具有明显的非均一性。运移固体有机质常充填于粒间孔、黄铁矿集合体粒内孔、溶蚀孔中,运移固体有机质中有机质孔较发育,孔径相对较大,孔隙数量多,而近似平行层理定向富集的干酪根中有机质孔数量相对较少或不发育。有机质孔的孔径主要介于6~60 nm、占总数的84.9%,多数有机质孔的孔径小于30 nm,孔径大于100 nm的孔隙仅占总数的6.1%,最大孔径可达1 μm以上,不同样品的有机质孔孔径分布特征存在一定的差异。固体有机质的类型及其与无机矿物间的关系对页岩中有机质孔的发育程度具有重要的影响,运移固体有机质含量越高,有机质孔越发育。     

鄂尔多斯盆地三叠系延长组富有机质页岩孔隙特征及发育机制

页岩储层孔隙发育特征是页岩储层评价的重要内容,也是开展页岩油气赋存机理研究的基础。提出了通过“基质类型—孔隙产状—孔隙成因”划分孔隙类型的方案。利用氩离子抛光和场发射扫描电镜技术观察孔隙发育情况,根据基质类型和孔隙产状,识别了4类孔隙：粒间孔、粒内孔、有机质孔和微裂缝,并根据孔隙成因将粒间孔分为碎屑颗粒间原生孔、黏土矿物片体间孔和颗粒间溶蚀孔,将粒内孔分为长石颗粒内溶蚀孔、黏土矿物片体内孔和黄铁矿晶体间孔。有机质孔主要为有机质颗粒内的微裂缝和有机质内孤立分布的孔径较小的孔隙。微裂缝主要表现为纹层缝或页理缝。综合孔隙图像分析、低温液氮吸附实验结果、孔隙结构参数与矿物组成、有机碳含量和有机质成熟度等参数相关性分析,认为沉积条件、成岩作用和有机质热演化控制了孔隙的形成和保存。半深湖—深湖沉积环境下,富有机质页岩中发育重力流成因的薄层砂质纹层,纹层段碎屑颗粒含量高,有利于形成碎屑颗粒粒间孔、碎屑颗粒粒内孔和顺层微裂缝。早期成岩作用阶段形成黄铁矿,有利于形成黄铁矿晶间孔,但黄铁矿也是压实作用的主要参与者;压实作用造成粒间孔和粒内孔的孔径变小和孔体积降低,碎屑颗粒和黄铁矿与有机质颗粒间呈凹凸接触,有机质孔在压实作用下闭合导致有机质孔不发育;溶蚀作用促进长石粒间溶孔和长石粒内溶孔的形成,一定程度改善储层质量。在成熟度达到一定阶段(R_O≈0.75%)后,开始出现有机质孔。有机质孔发育程度差,一方面受成熟度的影响,另一方面可能是压实作用造成的。此外,富有机质泥页岩渗透性较差,烃类被吸附在有机质表面或溶于干酪根内部,造成干酪根体积膨胀也可能是有机质孔不发育的一种原因。     

鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段古沉积环境恢复及意义

通过对鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段周缘露头剖面及盆内钻井取心共289块样品进行元素地球化学测试分析,运用CaO/MgO·Al_2O_3、Sr/Cu、Rb/Sr、B元素含量、Rb/K_2O、Th/U和V/(V+Ni)等一系列古温度、古盐度和古氧化环境判别指标,尝试恢复长7段沉积期的古气候、古盐度和古氧化还原条件等古环境特征。综合分析表明,长7段沉积期为古气温大于15℃的温暖潮湿的温带—亚热带气候,水体为陆相微咸水—淡水环境,沉积物是在强还原条件下形成的。适宜的温度、大面积深水湖盆、强还原性的古沉积环境,导致长73亚段有机质大量发育和富集保存,既形成了一套优质烃源岩,同时也为大规模页岩油的富集创造了有利条件。     

鄂尔多斯盆地延长组长7油层组地质特征讨论

对于渗透率保持在0.3-1m D之间的超低渗透油藏,长庆油田现在进行了大规模勘探开发,联系鄂尔多斯盆地的具体状况,根据莱复生(1966)、朱夏(1983)、谯汉生等多名学者提出的油藏分类观点,中生界油藏其实能够统称为隐蔽型油藏。它并非特别指的是非背斜或者地层岩性类的相关油藏,相反它是广义层面上在开发过程中,不容易辨识、探寻的非常规油藏类型。基于非常规油藏这一定义,中生界三叠系油藏亦能够归结于非常规不间断型油气藏范畴。其中长7油层组中所存在的油页岩以及致密砂岩均为延长组致密油的突出代表,主要形成在半深湖—深湖相区。最初估测长7油层组页岩油的资源总量估计是10×10~8t,致密砂岩油的资源总量估计是9×10~8t。可作为石油的一种弥补性资源。故而研究其地质特征有必要的意义。     

页岩层系致密储层物性下限——以鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段为例

鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段致密油是目前原油上产最重要的现实领域,其3个亚段的储层物性下限决定了长7段致密油勘探开发潜力的规模。运用经验统计法和压汞参数法对长7段物性及试油数据开展研究,发现长7段3个亚段储层物性下限存在差异,即长71亚段孔隙度和渗透率下限分别为7.0%和0.053×10~(-3)μm~2;长7_2亚段孔隙度和渗透率分别为6.5%和0.047×10~(-3)μm~2;长73亚段孔隙度和渗透率分别为5.5%和0.042×10-3μm~2。利用鄂尔多斯盆地陇东地区长7段粒度分析、连续砂体厚度及含油饱和度等数据,开展储层物性下限差异的研究。结果表明,研究区长7段储层物性下限的控制因素主要为砂体连续厚度与含油饱和度,其中长73亚段成藏机理主要为"烃类聚集"与"致密化减孔聚集",供烃强度及含油饱和度对其致密储层物性下限起重要控制作用。     

鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段页岩油勘探发现与资源潜力

在梳理总结"十三五"期间鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段页岩油勘探成果、理论技术进展的基础上,分析长7段页岩油的资源潜力,提出了"十四五"页岩油发展方向。鄂尔多斯盆地发育重力流夹层型、三角洲前缘夹层型、纹层页岩型、页理页岩型4类页岩油,其中在湖盆中部发现10亿吨级庆城大油田,在湖盆周边初步落实5×108t规模储量;纹层页岩型页岩油风险勘探展现出新苗头。研究表明,优质烃源岩为页岩油富集提供了大量富烃优质流体,多类型的储集空间和源内生烃增压形成的持续高压充注是长7段页岩油规模成藏、甜点高产的核心,深水区广泛发育的砂质沉积构成了页岩油的勘探甜点;攻关形成的地质工程甜点综合评价技术、丛式水平井防塌优快钻完井技术和水平井"超前蓄能、细分切割"体积压裂技术等配套勘探技术系列是发现页岩油规模储量的重要保障。"十三五"期间丰硕的勘探成果,更加坚定了在湖盆中部扩大重力流夹层型页岩油规模含油富集区,以及在湖盆周边开拓三角洲前缘夹层型页岩油勘探新领域的信心,同时积极探索页岩型页岩油新类型技术攻关试验,为长庆油田页岩油高质量快速发展提供雄厚的资源基础。     

Oil reserves of Chang 7 Shale,Triassic Yanchang Formation,Ordos Basin

With the successful exploration of unconventional hydrocarbons such as shale oil and shale gas, scholars paid more attention to the residual hydrocarbons within the shale. However, getting the reserves of residual hydrocarbons within the shale is still a problem faced by the petroleum geologists. Shale can act as both the source rocks and the reservoir of shale hydrocarbons, and the hydrocarbons within the shale system have not been expelled except a bit of loss during the geological times. Thus, the quantity of residual oil within the shale can be regarded as the reserves of shale oil. Using the pyrolytic parameters, such as total organic carbon, free hydrocarbons, and pyrolytic hydrocarbons, the quantity of residual oil within the shale can be calculated. Chang 7 Shale in Triassic Yanchang Formation, Ordos Basin, was selected to establish the calculating model, and the reserves of shale oil were calculated. The results show that the reserves of shale oil are 1.11 billion tons.     

鄂尔多斯盆地长7段致密油合理开发方式探讨

鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7致密油储集层致密,孔隙结构复杂,孔隙度小,渗透率低,储集层微裂缝发育,地层压力系数低,采用丛式井网超前注水开发单井产量低,难以实现有效动用。以鄂尔多斯盆地A井区长7致密油为例,通过物质平衡理论计算、数值模拟方法研究以及矿场实践数据分析,认为水平井体积压裂后单井产量大幅度提高,但采用直井注水、水平井采油的联合井网开发,水平井见注入水风险大,见水比例达到65%;水平井衰竭式开发地层能量下降快,前期单井产量平稳,生产12个月后单井产量递减大,4个月单井产量累计下降50.3%。由此提出了水平井体积压裂后衰竭式开采,待地层能量不足时,运用注水吞吐采油的开发方式,致密油体积压裂水平井注水吞吐第1周期单井日产油量比吞吐前增加78.3%,注水吞吐采油取得初步效果。     

鄂尔多斯盆地延长组长7段致密储集层测井评价

以鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段致密储集层为研究对象,结合核磁实验及CT扫描,利用随机游走法开展横向弛豫模拟,进行致密储集层微观孔喉评价;利用测井曲线的光滑程度计算模型评价致密储集层砂体结构,通过多井分析,并结合试油井资料的刻度,建立基于砂体结构的致密储集层产能分级图版进行致密储集层评价。从孔隙级别判断分析储集层品质,比较数值模拟计算T2(横向弛豫时间)谱与样品核磁实验T2谱确定横向表面弛豫速率ρ2,再根据油气校正后的核磁测井曲线获得致密储集层孔喉半径分布。长7段储集层产能与砂体结构关系明显,块状砂体岩性、物性和含油性分布越均匀,对应测井曲线越光滑,往往具有高产油流。利用致密储集层测井评价方法,并根据致密储集层产能分级图版,划分姬塬油田W井区致密油甜点区,将评价结果与试油数据对比,准确率高达94.7%。     

鄂尔多斯盆地靖安油田上三叠统延长组长6段沉积相研究

对鄂尔多斯盆地靖安油田上三叠统延长组长6段岩相、沉积微相类型、垂向序列和沉积相格局进行的研究表明，长6段为大型河流入湖卸载的三角洲-湖泊相沉积，并且是一个完整的复合三角洲沉积体，包含了发育齐全的前三角洲、三角洲前缘以及三角洲平原3个亚相。在平面上，三角洲总体表现出向南西方向的不均匀指状进积，形成了鸟足状三角洲；在垂向上，长6 1表现为相对较浅水的三角洲，分流河道最发育，长6 2为相对较深水的三角洲，水下分流河道和河口坝发育。     

鄂尔多斯盆地三叠系长7段页岩油勘探潜力

从烃源岩的岩相特征、储集性能、地球化学特征、可压裂性及烃源岩中烃类的可动性等方面,研究鄂尔多斯盆地三叠系延长组7段页岩油发育的地质条件与勘探潜力。基于岩性、有机碳含量与测井参数相关性分析,建立长7段烃源岩岩相类型划分标准,明确长7段黑色页岩和暗色块状泥岩2种岩相的空间展布及发育规模。利用氩离子抛光-场发射扫描电镜、扫描电镜-聚焦离子束成像和纳米CT成像等技术对长7段烃源岩微观孔隙结构进行定性和定量表征,揭示粒间孔和粒内孔是长7段烃源岩的主要孔隙类型;2种岩相的孔隙、喉道均为纳米级尺度,暗色块状泥岩的储集性能好于黑色页岩。分别对烃源岩的地球化学参数(热解S1值、氯仿沥青"A"含量、TOC值、热成熟度、游离烃含量等)以及脆性矿物含量与裂缝发育特征进行系统分析,评价了长7段页岩油资源富集级别和可开采性。鄂尔多斯盆地长7段具有页岩油赋存与聚集成藏的物质基础,即大规模分布的黑色页岩和暗色块状泥岩、良好的储集空间和充足的烃类等,页岩油达富集资源级别,原油物性有利于页岩油在纳米级孔喉中流动和开采。长7段具有良好的页岩油勘探潜力,其中暗色块状泥岩类型是目前工艺技术条件下最有利的页岩油勘探开发目标。     

鄂尔多斯盆地延长组长7段致密油微观赋存形式定量研究

结合核磁共振与微米—纳米CT扫描技术,对鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段致密油微观赋存形式开展定量研究。利用核磁共振技术确定致密油在储集层中赋存量,测得原始含油饱和度为63.99%;利用CT扫描技术获取致密油储集层二维切片图像,经数字合成处理得到三维立体图像,据此将储集层中致密油分为薄膜状、簇状、喉道状、乳状、颗粒状和孤立状6种赋存形式。定量计算各种赋存形式致密油的含量发现,乳状和薄膜状致密油为主要的赋存形式,二者约占储集层中致密油总量的70%,其次为簇状和颗粒状致密油,孤立状和喉道状致密油含量低,各种赋存形式致密油含量与储集层原始含水饱和度、黏土矿物含量、孔隙结构等有关。     

鄂尔多斯盆地白豹—华池地区延长组长6油层组沉积环境及成岩相分析

根据测井、岩心等资料综合分析恢复鄂尔多斯盆地白豹—华池地区的沉积环境,利用薄片资料分析储层物性特征及成岩相类型和分布。并在此基础上讨论沉积环境与成岩相的关系。研究认为研究区长6期发育河道型浅水三角洲前缘和与之伴生的深水滑塌成因重力流沉积,其中水下分流河道微相及深水砂质碎屑流沉积是砂体主要成因单元。储集砂体主要为长石砂岩和岩屑长石砂岩,物性较差,属于中低孔特低渗储层。储集空间是原生粒间孔、次生溶蚀孔和少量裂缝的组合。压实作用、溶解作用及胶结作用是影响储层物性的主要成岩作用。不同沉积单元砂体的成岩作用和物性不尽相同,其中三角洲前缘水下分流河道主要以弱压实—绿泥石胶结相为主,深水砂岩主要以长石溶蚀相为主,两者结合部位发育绿泥石胶结—长石溶蚀相,均为有利成岩相带。成岩相研究与沉积环境分析相结合能够更好地预测有利储层的分布。     

鄂尔多斯盆地三叠系延长组沉积有机相

根据沉积有机相基本的有机岩石成分组成,结合三叠系延长组地层的沉积相和富集及分散有机质的地球化学特征,将鄂尔多斯盆地三叠系延长组煤和烃源岩划分为陆地森林(沼泽)有机相(A)、湿地森林(沼泽)有机相(B)、湿地草本混生(沼泽)有机相(C)、覆水草本(沼泽)有机相(D)、异地残殖(漂浮沼泽)有机相(E)和开阔湖盆藻质有机相(F)6类沉积有机相。其中,A和B相成煤,F相为油气源岩,而C,D,E相具有成油和成煤的共性。通过不同有机相有机质的热解实验,分析了各有机相的油气生成潜力,提出沉积有机相是综合评价煤、油、气、油页岩等多种有机可燃矿产共存共生的有效方法,并运用沉积有机相对鄂尔多斯盆地延长组煤和烃源岩的成烃方向及转化能力进行了综合判识。