2. 中国石油长庆油田公司
2. PetroChina Changqing Oilfield Company
非常规油气是全球石油工业发展的热点，致密油是继页岩气突破后又一重大发现，成为新亮点[1-7]。鄂尔多斯盆地致密油资源丰富，主要分布在湖盆中部三叠系延长组7段（以下均简称为长7段）源储共生层系，生油条件优越、储层和构造相对稳定、埋藏深度适中、含油饱和度高、油质较轻、大面积连续分布、储量规模大，具备致密油形成的有利地质条件，初步估计有利勘探面积超过3×104km2。鄂尔多斯盆地长7段，历年钻探均有丰富油气显示记录，近年已建设4个工业先导试验区，2014年探明了中国第一个亿吨级大型致密油田——新安边油田[8-12]。本文回顾了鄂尔多斯盆地致密油的勘探开发现状，通过分析致密油源储地层展布、烃源岩地球化学特征、储层地质特征等基础资料，系统阐述了长7段致密油地质特征，并应用新方法计算了致密油“甜点区”资源规模和可采资源潜力，研究成果对鄂尔多斯盆地及类似大型陆相坳陷盆地的致密油勘探开发有重要参考价值。
1 致密油勘探开发现状鄂尔多斯盆地石油勘探始于1907年，是中国陆上石油勘探最早的地区，已经在低渗透石油勘探方面取得了举世瞩目的成绩[8-9, 13-21]。三叠系延长组含油系统是鄂尔多斯盆地石油勘探开发的主力目的层系，已形成姬塬、华庆、安塞、镇原—合水等4个探明地质储量10×108t级整装含油富集区。鄂尔多斯盆地致密油资源丰富，主要分布在长7段源储共生层系。
鄂尔多斯盆地致密油勘探可追溯到20世纪70年代。在侏罗系油藏勘探中，为了研究全盆地烃源岩展布及生烃潜力评价，针对长7段钻探了一批井，且均在该层见到较好含油显示。20世纪90年代发现了庆阳等致密油有利勘探目标，但受储层物性和压裂工艺限制，试油单井产量普遍较低，低于1.0t/d，勘探未取得实质性突破。进入21世纪，在以长8段为主要目的层的勘探过程中，甘肃省东部、陕西省北部地区在长7段普遍见到油层。随后，逐步发现了安83、庄183、西233、宁89等井区长7段油藏富集区带（图 1）。近年来，通过与北美海相页岩层系液态烃对比，参照连续型油气聚集主要特征，认为长7段致密油具有“大面积连续分布”的地质特征[1, 22-24]，中国石油长庆油田公司持续在致密油富集区带开展水平井体积压裂工业试验，取得显著成效。2007年完钻的安83井在长7段2砂组（T3y72）钻遇油层17.5m，试油获得12t/d的工业油流，获得新安边地区的首次发现。目前新安边地区共完钻开发井700余口，其中水平井260口，建成了70×104t/a产能，2015年提交探明地质储量1×108t，发现了首个陆相致密油田（图 1）。2011年以来，在西233井区首次开展长7段致密油水平井体积压裂攻关试验，完钻水平井10口，平均试油产量为118t/d。2013年在庄183井区实施水平井10口，平均水平段长度为1535m，压裂12.5段，平均试油产量为106t/d。2014年在宁89井区实施水平井4口，平均试油产量为83t/d。通过建设安83、西233、庄183、宁89等4个井区工业先导试验区，2015年鄂尔多斯盆地致密油产量达到100×104t，平均单井产量为9.6t/d。
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图 1 鄂尔多斯盆地延长组地质地理概况图 |
鄂尔多斯盆地是中国内陆第二大沉积盆地，面积约为25×104km2，其中上三叠统长7段分布面积为10×104km2（图 1）。鄂尔多斯盆地大致以长城为界，北部为鄂尔多斯高原，海拔为1200~1500m，风成沙丘和沙漠广泛分布，低洼处盐碱湖零星发育，气候干旱，水源缺乏；南部为黄土高原，海拔为800~1600m（图 1）。
鄂尔多斯盆地位于华北克拉通盆地的西南部，是在华北地台基础上发展演化形成的，在古老的变质岩基底上大范围接受沉积的时间长达4亿~5亿年，期间经历了加里东构造运动晚期、印支构造运动晚期、燕山构造运动晚期等多次大的抬升作用，造成了多个区域沉积间断，构成了不同时代盆地的叠加、复合，为多重叠合型盆地。直到晚侏罗世—早白垩世才形成四周为隆起、山地包围的、独立的盆地。鄂尔多斯盆地现今的构造形态总体显示为东翼宽缓、西翼陡窄的不对称的、南北向矩形盆地。盆地边缘断裂褶皱较发育，而盆地内部构造相对简单，地层平缓，如长7段底界为一由东向西倾的宽缓斜坡，现今地层埋深主体为900~2600m（图 1）。
中、晚三叠世，鄂尔多斯盆地为大型内陆坳陷湖盆，盆地周缘发育的众多水系汇入盆地内，具有多物源控制、湖平面进退交替频繁、沉积类型复杂、砂体叠合大面积分布的沉积特征。延长组与下伏中三叠统纸坊组和上覆侏罗系富县组或延安组在盆地腹部表现为平行不整合或整合接触，而在盆地边缘地区表现为角度不整合接触。延长组发育一套1000余米的河流、湖泊、三角洲碎屑岩沉积建造。延长组不同层段的岩性组合存在较大的差异，其中长7段以暗色泥岩、页岩为主，长9段、长4+5段泥岩较发育，局部地区夹薄层页岩，长10段、长8段、长6段、长3段砂岩相对较发育。长7段沉积的早中期为延长组沉积期最大湖泛阶段，沉积类型丰富，发育湖泊、水下重力流、三角洲、冲积扇等沉积类型。
2.2 主要石油地质特征鄂尔多斯盆地长7段致密油分布范围广，烃源岩条件优越，砂岩储层致密，孔喉结构复杂，物性差，含油饱和度高，原油性质好，油藏压力系数低。其中，长7段页岩分布范围广、厚度大，为典型的页岩油；湖盆中部长7段中的砂岩储集体紧邻优质烃源岩，油源条件优越，源储配置好。
2.2.1 烃源岩特征延长组沉积期，受印支运动的影响，鄂尔多斯盆地形成了面积大、水域宽的大型内陆淡水湖盆，湖盆在长7段沉积期达到鼎盛，形成了盆地主要的生油母质，以页岩、暗色泥岩为主。
鄂尔多斯盆地页岩主要发育在长7段底部，呈北西—南东向展布，分布范围较广，厚20~60m，优质烃源岩分布面积达5×104km2。烃源岩包括纹层状页岩和块状泥岩两种类型，都具有规模生烃能力。烃源岩有机质类型好，以低等水生生物为主，以Ⅰ、Ⅱ1型干酪根为主（图 2）；有机质丰度较高，TOC平均为6.7%（其中页岩TOC平均为11.7%），S1+S2平均为19.9mg/g（其中页岩S1+S2平均为35.6mg/g），IH平均为211mg/g（其中页岩IH平均为271mg/g）（图 2）。早白垩世处于最大埋深阶段（约2400~ 3200m），成熟度适中，Ro一般为0.7%~1.1%，Tmax一般为435~465℃，进入生排烃高峰阶段（图 2）。长7段烃源岩条件优越，是致密油成藏的重要资源基础。
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图 2 鄂尔多斯盆地长7段页岩有机质成熟度与类型 |
长7段沉积期，东北部、西南部、西部等物源在湖盆沉积中心深水区汇聚，砂体大面积复合连片，呈北西—南东向沿环县—合水一线大致平行于相带界线（湖盆轴向）分布，砂体延展约150km，宽25~80km，砂岩厚度大，单砂层厚度一般为5~30m，累计厚度一般为20~70m，局部地区连续砂岩厚度达百米。致密砂岩储层脆性组分的含量一般为70%~80%（其中石英平均含量为46.7%，长石平均含量为19.2%）。
致密砂岩储层岩性主要为细砂岩和粉砂岩，颗粒间主要为线接触和点—线接触，孔隙类型一般为溶孔型或粒间孔—溶孔型，喉道细小，孔隙度一般为6%~12%（图 3）。储层以纳米级喉道为主，主要为小孔微喉型，孔喉分布不均匀，呈网状，连通性差，常规压汞法测定的粉细砂岩孔喉半径80%以上分布于0.01~0.40μm（图 4）。复杂的孔喉结构导致储层的渗流能力差，储层空气渗透率一般为0.001~0.3mD（图 3）。
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图 3 鄂尔多斯盆地长7段致密砂岩孔渗分布图 |
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图 4 鄂尔多斯盆地长7段致密砂岩孔喉半径分布图 |
长7段沉积期以湖退砂进沉积为主，其间也经历了多次小规模的湖盆震荡，致使湖平面发生周期性升降。随着湖盆的振荡运动，湖平面产生周期性湖进、湖退，发育了多套砂岩—泥岩互层的有利源储组合，主要分为厚层烃源岩—块状致密砂岩夹互型组合、厚层烃源岩—块状致密砂岩底生型组合、薄层砂岩—泥岩互层型组合3种不同类型。
2.2.4 地层流体特征湖盆中部长7段石油充注程度较高，地质录井显示致密砂岩储层含油较均匀，常为油浸级，受原油浸染，砂岩常呈褐灰色，密闭取心分析储层含油饱和度主要分布在60%~80%（图 5）。
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图 5 鄂尔多斯盆地长7段致密砂岩孔隙度与含油饱和度交会图 |
长7段埋深主要分布在1000~2800m，现今地层压力为7~23MPa，地层压力系数一般为0.6~0.8，多为低压油藏（图 6）。
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图 6 鄂尔多斯盆地长7段地层压力分布图 |
长7段致密油原油性质较好，流动性强。地表条件下的原油密度一般为0.84g/cm3，地层条件下原油密度约为0.70~0.75g/cm3，原油黏度平均在6.0mPa·s左右，凝固点为18℃，可动流体饱和度为46%。
3 致密油资源潜力评价与甜点优选致密油资源计算关键参数包括评价区面积、储层有效厚度、含油饱和度、有效孔隙度、原油密度、类比系数等。
提出成因与统计相结合的致密油资源分布预测方法：首先，采用PEBI（Perpendicular Bisection）网格剖分技术构建评价单元；其次，采用有限元法预测关键参数的分布；再次，采用盆地模拟技术计算生油量和排油量，校正评价单元净毛比；最后，用可视化软件展示油气资源空间分布，预测甜点分布。
将长7段3个小层分别进行评价，汇总评价结果。
（1）网格构建与参数插值。构建网格，对孔隙度、砂岩厚度、排油强度等数据插值、绘图，形成统一比例的砂岩厚度图、孔隙度图、生油强度图等。
（2）净毛比校正。研究区净毛比数据较少，校正并计算每个评价单元石油充满系数。
（3）计算致密油资源量和资源丰度。致密油密度取0.84t/m3，体积系数取1.15，含油饱和度取评价值70%。经计算，致密油原地资源总量为42.3×108t，平均资源丰度约为15×104t/km2，延长组致密油分布面积合计2.9×104km2。
（4）致密油“甜点区”分布。资源丰度是反映油气资源分布的一个综合性参数，针对陆相致密油储层非均质性强、石油富集程度变化大的特点，资源丰度可以综合反映控制致密油聚集的储层物性、储层规模、烃源中心、裂缝发育等关键要素，可以以较高资源丰度区来表征“甜点区”分布。按资源丰度大于20×104t/km2、(15~20)×104t/km2、(10~15)×104t/km23个等级划分致密油分区。
一级和二级“甜点区”，分布面积为1.27×104km2，原地资源量为22.5×108t，按5%的可采系数换算，“甜点区”可采资源量约1.13×108t。从平面上看，一级“甜点区”主要分布在4个区域：①环县—马岭一线；②塔尔湾西南；③庆阳西南；④正宁南部（图 7）。目前西233、庄183、宁89等3个开发试验区均位于二级“甜点区”。
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图 7 鄂尔多斯盆地长7段致密油“甜点区”资源分布图 |
（1）鄂尔多斯盆地致密油层是湖相沉积，致密油主要赋存于湖盆中部长7段中上部致密砂岩储层中，具有砂体复合叠置、储层致密、脆性矿物含量高，原油充满程度高、原油品质高、低压低产、大面积连续分布等特征。
（2）利用致密油“甜点区”分布预测法，评价出长7段原地资源总量为42.3×108t，平均资源丰度约为15×104t/km2，分布面积为2.9×104km2。
（3）根据“甜点区”分布，指出了鄂尔多斯盆地长7段致密油勘探开发（试验）拓展目标或方向。
致谢:本研究得到赵文智、邹才能、胡素云、李建忠、侯连华、陶士振、徐黎明、姚泾利、刘新社、牛小兵、魏新善、邓秀芹、罗安湘、惠潇、王克、赵彦徳、独育国、崔景伟和吴松涛等领导和专家的大力支持与帮助，在此一并致谢！
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