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  中国石油勘探  2024, Vol. 29 Issue (6): 16-28  DOI:10.3969/j.issn.1672-7703.2024.06.002
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引用本文 

侯雨庭, 杨兆钰, 张忠义, 程党性, 李继宏, 刘江艳, 张岩. 鄂尔多斯盆地延长组长73页岩油地质认识与勘探前景[J]. 中国石油勘探, 2024, 29(6): 16-28. DOI: 10.3969/j.issn.1672-7703.2024.06.002.
Hou Yuting, Yang Zhaoyu, Zhang Zhongyi, Cheng Dangxing, Li Jihong, Liu Jiangyan, Zhang Yan. Geological understanding and exploration potential of shale oil in the third sub-member of the seventh member of Yanchang Formation in Ordos Basin[J]. China Petroleum Exploration, 2024, 29(6): 16-28. DOI: 10.3969/j.issn.1672-7703.2024.06.002.

基金项目

中国石油天然气集团有限公司前瞻性基础性研究重大科技项目"鄂尔多斯盆地页岩油勘探开发理论与关键技术研究"(2021DJ1806);中国石油天然气集团有限公司攻关应用性科技专项"陆相页岩油规模增储上产与勘探开发技术研究"(2023ZZ15YJ01)

第一作者简介

侯雨庭(1971-), 男, 山西运城人, 硕士, 1995年毕业于大庆石油学院勘探系, 教授级高级工程师, 现从事油气勘探开发研究和管理工作。地址: 陕西省西安市未央区未央路151号, 邮政编码: 710018。E-mail: hyt_cq@petrochina.com.cn

通信作者简介

杨兆钰(1994-), 女, 陕西延安人, 博士, 2022年毕业于南京大学, 工程师, 现从事石油地质和油气勘探开发研究工作。地址: 陕西省西安市未央区未央路151号, 邮政编码: 710018。E-mail: 304059491@qq.com

文章历史

收稿日期:2024-05-31
修改日期:2024-11-10
鄂尔多斯盆地延长组长73页岩油地质认识与勘探前景
侯雨庭1,2, 杨兆钰2,3, 张忠义2,3, 程党性2,3, 李继宏2,3, 刘江艳2,3, 张岩2,3     
1. 中国石油长庆油田公司;
2. 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室;
3. 中国石油长庆油田公司勘探开发研究院
摘要: 鄂尔多斯盆地延长组长7段页岩油资源丰富,其中在长71-2亚段夹层型页岩油发现规模储量,取得陆相页岩油勘探开发重大突破,然而在长73亚段新类型页岩油系统性研究与评价方面薄弱。通过扫描电镜、二维核磁共振、全视域荧光薄片及红外光谱分析,应用物探、测井等识别与评价技术,从地质认识、富集机理等方面进行了梳理与总结。分析认为:(1)纹层型页岩油由富长英质纹层、富有机质纹层、富凝灰质纹层、富黏土质纹层组成,孔隙类型以粒间孔、溶蚀孔、晶间孔为主,孔隙度介于2%~10%,含油饱和度介于68%~88%;(2)泥纹型页岩油由含黏土质长英质粉砂岩、黏土长英质泥岩、长英黏土质页岩组成,孔隙类型以溶蚀孔、晶间孔、层理缝为主,孔隙度介于2%~6%,含油饱和度介于65%~75%;(3)长73亚段富有机质泥页岩中生成的原油滞留成藏,并在富长英质粉砂岩中微运移成藏,形成了烃类滞留—微运移富集模式。研究表明,长73亚段纹层型页岩油预测有利区面积为5000km2,泥纹型页岩油预测有利区面积为1600km2,预测达亿吨级储量规模,勘探潜力巨大。
关键词: 鄂尔多斯盆地    延长组长73亚段    微运聚    纹层型页岩油    泥纹型页岩油    
Geological understanding and exploration potential of shale oil in the third sub-member of the seventh member of Yanchang Formation in Ordos Basin
Hou Yuting1,2 , Yang Zhaoyu2,3 , Zhang Zhongyi2,3 , Cheng Dangxing2,3 , Li Jihong2,3 , Liu Jiangyan2,3 , Zhang Yan2,3     
1. PetroChina Changqing Oilfield Company;
2. National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low Permeability Oil & Gas Fields;
3. Research Institute of Exploration & Development, PetroChina Changqing Oilfield Company
Abstract: There are abundant shale oil resources in the seventh member of Yanchang Formation (Chang 7 member) in Ordos Basin. The large-scale interlayered type shale oil reserves have been discovered in the first-second sub-member of Chang 7 member (Chang 71-2 sub-member), marking a major breakthrough in the exploration and development of continental shale oil. However, there is a low level of systematic study and evaluation of new type shale oil in the third sub-member of Chang 7 member (Chang 73 sub-member). By using SEM, 2D NMR, full field fluorescent thin section, infrared spectroscopy analysis, as well as identification and evaluation techniques such as geophysical exploration and logging, geological understanding and oil enrichment mechanisms are summarized. The analysis shows that: (1) The laminated shale is composed of felsic-rich lamina, organic-rich lamina, tuffaceous-rich lamina, and clay-rich lamina. The pore type is dominated by intergranular pores, dissolution pores, and intercrystal pores, with a porosity of 2%–10% and an oil saturation of 68%–88%. (2) The mud laminar type shale is composed of clayey felsic siltstone, clayey felsic mudstone, and felsic clayey shale. The pore type mainly includes dissolution pores, intercrystal pores, and bedding fractures, with a porosity of 2%–6% and an oil saturation of 65%–75%. (3) The crude oil generated by organic-rich shale in Chang 73 sub-member is retained and accumulated, and also accumulated in felsic-rich siltstone after micro migration, showing hydrocarbon retention–micro migration and enrichment pattern. The predicted favorable zone of laminated type shale oil in Chang 73 sub-member is 5000 km2, and that of mud laminar type shale oil is 1600 km2, with predicted reserves of up to one hundred million tons, showing huge exploration potential.
Key words: Ordos Basin    Chang 73 sub-member    micro migration and accumulation    laminated type shale oil    mud laminar type shale oil    
0 引言

页岩油是推动国内原油增产稳产的重要接替资源,其规模高效勘探开发对于保障国家能源安全具有重要的战略意义。近年来,在准噶尔盆地吉木萨尔芦草沟组、玛湖风城组;三塘湖盆地条湖、马朗芦草沟组;松辽盆地古龙、大情字井青山口组青一段、青二段;柴达木盆地英雄岭下油砂山组、上干柴沟组;四川盆地川渝沙溪庙组沙一段、自流井组珍珠冲段;渤海湾盆地沧东、歧口孔店组孔二段、沙河街组沙一段、沙三段;鄂尔多斯盆地陇东、陕北延长组长7段陆续发现资源潜力较大的页岩油勘探新层系[1-5]

2011—2021年,中国石油长庆油田公司对鄂尔多斯盆地延长组长71-2亚段以块状砂岩为主的夹层型页岩油进行了深入的持续探索,探明了10亿吨级的庆城页岩油大油田,建成了百万吨国家级开发示范区[6-12]。为了进一步扩展页岩油领域,2021年以来,石油勘探向长7段下部的泥页岩层系攻关,开展长73亚段页岩油新类型研究,在中国石油风险勘探项目持续支持下,在以薄砂泥互层为主的长73亚段纹层型页岩油勘探取得重大突破,有望解放资源量20×108t[13-15]。2023年,通过对以泥页岩为主的长73页岩油开展探索性攻关,有7口直井试油获得10t/d以上的工业油流,泥纹型页岩油突破出油关[16]。目前,长73页岩油的勘探开发处于起步阶段,不同类型页岩油储层的孔隙结构特征缺乏系统性的研究,制约了对长73页岩油储集能力的认识;不同类型页岩油含油性、可动性评价尚不明确,束缚了长73页岩油勘探开发的步伐;长73页岩油富集模式尚未建立,限制了对其富集机理的认识;不同类型页岩油甜点识别与展布规模还未明确,制约了对其勘探潜力的评估。

本文在前人研究基础上,结合勘探与研究新进展,针对鄂尔多斯盆地三叠系延长组长73亚段页岩油新类型进行划分、对比、总结,以长73亚段纹层型页岩油与泥纹型页岩油为研究对象,着重梳理其在地质认识、富集机理、勘探潜力等方面获得的新认识和新成果,以期为长73页岩油勘探开发部署提供借鉴参考。

1 长7段页岩油概况 1.1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地是中国第二大沉积盆地、含油气盆地,划分为伊盟隆起、西缘冲断带、天环坳陷、伊陕斜坡、晋西挠褶带和渭北隆起6个二级构造单元(图 1a)。受中生代运动影响,晚三叠世形成了大型陆相坳陷型湖盆,发育一套完整的以三角洲—湖泊为主的沉积体系[17-18]。延长组沉积期湖盆经历了形成、发展、衰退至消亡的沉积演化全过程,自下而上划分为长10—长1共10个油层组(段),长7段沉积期为最大湖泛期,半深湖—深湖相面积最大达6.5×104km2,水深为60~120m,长7段既是主力烃源岩段,也是页岩油富集的主要层段[7]。长7段厚95~110m,根据沉积旋回、地层厚度自下而上可划分为3个亚段,长73亚段以深湖相泥页岩为主,也被称为“张家滩页岩”,具有砂质纹层与有机质纹层叠合的特征,厚度为30~40m。长73亚段沉积相图显示,湖盆中部发育零星分布的重力流砂体,周边发育小规模的三角洲砂体,厚度为5~15m(图 1b)。

图 1 鄂尔多斯盆地构造单元划分图(a)与长73亚段沉积相图(b) Fig. 1 Division of structural units in Ordos Basin (a) and sedimentary facies map of the third sub-member of the seventh member of Yanchang Formation (b)

通过印模法,以长73亚段顶部作为区域等时面对长73亚段古地貌形态进行恢复,结果显示整体呈现东北部宽缓、西南部陡窄的不对称凹陷形态[19]。由于受到湖盆底形、周边物源供给影响,不同地区岩性组合存在差异。通过地震前积反射计算古坡度,结果显示姬塬地区西南陡坡带古坡度为10°~20°,东北缓坡带为1.6°~3.3°;陇东地区陡坡带坡度明显降低,西南陡坡带古坡度为3.5°~5.5°,东北缓坡带为2.0°~2.5°(图 2)。鄂尔多斯盆地长73亚段古地貌图显示发育湖底古隆、古脊等相对较高的地貌单元,以及湖底深洼、古沟道等相对较低的微地貌单元,姬塬地区以泥页岩为主,夹块状泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及薄层粉砂岩,远离物源区,供屑能力不足;陇东地区发育毫米级到厘米级粉—细砂岩与泥页岩纹层复合体,物源供给充足。

图 2 鄂尔多斯盆地长73亚段古地貌地形单元图 Fig. 2 Paleogeomorphologic unit map of Ordos basin during the deposition period of the third sub-member of the seventh member of Yanchang Formation (a) 古地貌地形图;(b) 陇东地区长73亚段坡折带模型图;(c) 姬塬长73亚段坡折带模型图
1.2 长73页岩油分类与特征

目前,关于页岩油的定义国内外尚未形成统一意见[20-24]。依据储集空间、有机质成熟度、岩性类型等特征可分为广义页岩油与狭义页岩油[1],前者泛指页岩层系中(致密)砂岩层、碳酸盐岩层和页岩层等含油层中近源或源内的石油资源;后者指富有机质泥页岩中自生自储型石油聚集。与2020年3月31日国家标准委员会发布的《页岩油地质评价方法》对比分析发现[25],鄂尔多斯盆地长7段发育典型的陆相页岩油,符合页岩油判别标准:长7段页岩油赋存于长7段烃源岩层系内,“张家滩页岩”是长7段主要的烃源岩,有一定厚度且分布较广,整体富有机质泥页岩发育,黑色页岩厚度为5~25m,暗色泥岩厚度为5~40m,平均砂岩单层厚度为3.5m,依靠常规技术难以开采[9]

长73亚段以黑色泥页岩为主,局部见薄层粉—细砂岩(图 3),通过岩心精细描述,鄂尔多斯盆地长73页岩油发育两种不同的岩性组合:纹层型页岩油定义为具有毫米到厘米级纹层结构的粉—细砂岩和泥页岩复合体;泥纹型页岩油定义为具有微米级纹层结构的泥页岩复合体。受不同成因机制影响,两种页岩油类型虽然在沉积层系上具有一致性(以长73亚段为主),但沉积环境、储集类型、砂地比等参数表现出明显区别(表 1)。具体表现为,纹层型页岩油发育厚层泥页岩夹薄层粉—细砂岩,储层以低密度浊流为主,单砂体厚度小于0.6m,纹层密度为1000层/m,岩石粒度小于0.1mm,砂地比为5%~20%。泥纹型页岩油发育厚层黑色页岩与暗色泥岩,有机质纹层发育,砂质纹层厚度小于1mm,纹层密度为10000层/m,砂质含量相比纹层型页岩油降低(砂地比小于5%)。

图 3 鄂尔多斯盆地长7段地层综合柱状图(据文献[14] 修改) Fig. 3 Comprehensive stratigraphic column of the seventh member of Yanchang Formation in Ordos Basin (modified after reference [14])
表 1 鄂尔多斯盆地长73页岩油类型划分表 Table 1 Classification of shale oil types in the third sub-member of the seventh member of Yanchang Formation in Ordos Basin
2 长73页岩油地质认识 2.1 纹层型页岩油

纹层型页岩油主要分布于陇东一带,形成于湖底深洼、湖盆平原古沉积环境,靠近物源区、供应能力充足。研究发现纹层型页岩油是受多种因素(如天文周期、气候变化、地质事件等)控制,在深湖中心形成的砂泥混杂的纹层型沉积复合体,每米纹层可达上千条[26]。环形水槽实验模拟揭示了纹层的形成机理,随着搬运距离的增加,纹层的数量与厚度同步降低[13]

2.1.1 分类及矿物组成

纹层型页岩油纹层段以粉砂岩等细粒沉积占比多为特征,粒度较细,普遍小于0.0625mm。纹层类型可划分为富长英质纹层、富有机质纹层(泥页岩纹层)、富凝灰质纹层、富黏土质纹层[13-14]。全岩X射线衍射及扫描电镜成像结果表明,富长英质纹层中,石英、钾长石、钠长石含量占比高,超过75%(图 4ab);富有机质纹层矿物组分以伊利石和有机质为主,平行纹层方向发育大量黄铁矿(图 4cd);富黏土质纹层矿物组分中,伊利石含量超过70%,视域面积内石英、长石类矿物零星分布(图 4ef);富凝灰质纹层矿物组分以伊利石为主,同时可见少量黄铁矿和有机质(图 4gh)。

图 4 长73亚段纹层型页岩油纹层类型与矿物组成图 Fig. 4 Lamina type and mineral composition of laminated shale oil in the third sub-member of the seventh member of Yanchang Formation (a)C30井,1964.88m,富长英质纹层;(b)对应(a)的富长英质纹层矿物组成;(c)C30井,1964.88m,富有机质纹层;(d)对应(c)的富有机质纹层矿物组成;(e)F61井,2482.98m,富黏土质纹层;(f)对应(e)的富黏土质纹层矿物组成;(g)N70井,1711.65m,富凝灰质纹层;(h)对应(g)的富凝灰质纹层矿物组成
2.1.2 储集性特征

纹层型页岩的孔隙结构在纵向上具有强非均质性,在成岩演化过程中盐类矿物的溶蚀可以促进有效孔隙的形成,孔隙度测试结果表明,纹层型页岩油具有良好的储集能力(图 5)。以CY1井为例,富长英质纹层发育粒间孔、溶孔及大量黏土矿物晶间孔,普遍溶蚀作用强,微纳米级孔喉发育,其中孔隙为2~8μm、喉道为20~150nm,孔隙度为6%~10%,渗透率为0.01~0.3mD;富有机质纹层以粒间孔、粒内孔、有机质孔为主,泥岩孔径为60~220nm,孔隙度为2%,渗透率小于0.01mD。

图 5 CY1井长73亚段纹层型页岩油孔隙特征图 Fig. 5 Pore characteristics of laminated shale oil in the third sub-member of the seventh member of Yanchang Formation in Well CY1 (a)2032.90m,富长英质纹层,长石溶蚀孔;(b)2032.90m,富长英质纹层,残余粒间孔;(c)2010.21m,富有机质纹层,粒间孔;(d)2011.41m,富有机质纹层,黏土矿物晶间孔;(e)2024.91m,富有机质纹层,有机质孔;(f)2027.21m,富有机质纹层,黄铁矿晶间孔
2.1.3 含油性特征

在本次含油饱和度分析过程中,为避免常规分析方法无法准确测量小孔径含油量,导致整体含油饱和度偏低,选取室内二维核磁共振实验定量评价Z80井长73亚段长英质纹层和富有机质纹层含油差异性。实验结果表明,长英质纹层中可动油信号明显,含油饱和度(So)可达88.3%,可动油含量(Som)达45.7%;富有机质纹层中含油饱和度略低,为68.2%,可动油含量为39.4%(表 1图 6)。

图 6 纹层型页岩油全直径密闭岩心二维核磁含油饱和度测试成果图(Z80井) Fig. 6 2D NMR oil saturation test results of full diameter sealed core sample of laminated type shale oil in Well Z80 (a)Z80井长73亚段总含油量剖面;(b)富长英质纹层,2269.84m,Som=45.7%,So=88.3%;(c)富有机质纹层,2270.64m,Som=39.4%,So=68.2%
2.2 泥纹型页岩油

泥纹型页岩油主要分布在湖盆中部姬塬一带长73亚段,以黑色页岩和暗色泥岩为主要储层,砂质含量相比纹层型页岩油降低(表 1)。受到湖盆底形、周边物源供给等微古地貌控制因素的影响,姬塬地区泥纹型页岩油临近陡坡带,远离物源区,供屑能力不足,以安静水体环境下原地沉积为特征。

2.2.1 分类及矿物组成

重点取心井(Y22井、J119井等)全岩X射线衍射实测结果显示,根据长英质、黏土组分占比,该地区岩性分为含黏土质长英质粉砂岩、黏土长英质泥岩、长英黏土质页岩3种类型,其中黏土长英质泥岩厚度大(30~80m),占比最高(Y22井占比高达72.22%,J119井占比高达62.79%),是泥纹型页岩油的主要组成类型。长英黏土质页岩占比次之(16.67%),含黏土质长英质粉砂岩占比最低(11.11%)。黏土长英质泥岩脆性矿物含量高,具有高长英质的特点(图 7)。

图 7 泥纹型页岩油不同岩性矿物组成对比图 Fig. 7 Comparison of mineral compositions of mud laminar type shale oil with various rock types
2.2.2 储集性特征

泥纹型页岩油孔隙度介于2%~6%,相比纹层型页岩油孔隙度降低,渗透率总体在0~0.1mD之间(表 1)。孔隙类型具体表现为溶孔、晶间孔、有机质孔、微裂缝,以及少量生物化石孔等(图 8)。考虑到泥纹型页岩油孔隙大小跨越多个尺度,因此联合二氧化碳吸附法、氮气吸附法、高压压汞法对泥纹型页岩油的全孔径孔隙结构进行表征。为了发挥各实验测试的优势,在数据处理过程中,通过二氧化碳吸附法表征微孔(孔径为0.4~2.0nm),氮气吸附法表征介孔(孔径为2~50nm),高压压汞法表征宏孔(孔径大于50nm)。结果表明黏土长英质泥岩主要发育介孔—宏孔,纳米级孔隙直径集中在4~50nm,孔隙连通性较好;含黏土质长英质粉砂岩主要发育宏孔,孔隙直径超过100nm,占比可达70%以上,构成复杂孔缝系统;长英黏土质页岩主要发育微孔—介孔,孔隙直径小于1nm。

图 8 Y22井长73亚段泥纹型页岩油孔隙特征图 Fig. 8 Pore characteristics of mud laminar type shale oil in the third sub-member of the seventh member of Yanchang Formation in Well Y22 (a)黏土晶间孔,数量多孔径小;(b)少量生物化石孔;(c)有机质孔隙发育;(d)黏土晶间孔,数量多孔径小;(e)天然张裂缝,被少量白云石充填;(f)塑性矿物含量高,纳米级粒间孔发育
2.2.3 含油性特征

通过典型井密闭实验,基于二维核磁流体识别图版和实验岩心逸散流体恢复,结果显示泥纹型页岩油整体具有含油性,平均含油量为3.79mg/g,最大含油量达到13.47mg/g(图 9)。作为主要储层的黏土长英质泥岩,含油饱和度平均可达65%,整体含油量相当,可动油饱和度为30%~50%;含黏土质长英质粉砂岩含油饱和度平均可达75%以上,可动油饱和度介于38%~85%。以上研究结果表明黏土长英质泥岩与含黏土质长英质粉砂岩是有利甜点段。

图 9 泥纹型页岩油全直径密闭岩心二维核磁含油饱和度测试成果图(J119井) Fig. 9 2D NMR oil saturation test results of full diameter sealed core sample of mud laminar type shale oil in Well J119 (a)J119井长73亚段总含油量剖面;(b)黏土长英质泥岩,2729.27m,Som=35.8%,So=51.9%;(c)含黏土质长英质粉砂岩,2742.74m,Som=46.8%,So=57.1%
3 富集机理探讨

纹层型页岩油与泥纹型页岩油烃源岩基本相当,TOC高(> 2%),S1>2mg/g,有机质类型主要为Ⅰ、Ⅱ1型,属于好—优质的烃源岩,为源内油藏成藏提供了丰富的物质来源(表 1)。长73亚段纹层型页岩油、泥纹型页岩油多类型、多尺度孔隙发育,随着长英质含量降低、黏土—有机质含量升高,孔隙类型由溶蚀孔、残余粒间孔、晶间孔(细—粉砂岩主要孔隙类型)向黏土矿物粒间孔、黏土矿物晶间孔、黄铁矿晶间孔(泥页岩主要孔隙类型)转变,连通性较好,整体具有储集性(图 5图 8)。前人通过抽提法对烃类赋存状态进行分析,结果显示不同类型孔隙均含油,溶蚀孔、残余粒间孔等微米级较大孔隙中烃类以游离态为主;黏土矿物粒间孔、黏土矿物晶间孔、黄铁矿晶间孔等纳米级较小孔隙中烃类以吸附态—游离态为主,证实了长73亚段储层整体具有含油性[13-14]。本文通过全直径密闭岩心二维核磁含油饱和度测试对纹层型与泥纹型页岩油进行分析,结果显示随着储层砂质含量降低,储层含油饱和度和可动油饱和度稍有降低,但整体变化不大,进一步证实了长73亚段储层具有普遍含油、具备可动性的特征。

激光共聚焦三维可视化分析显示,粉—细砂岩内的原油与泥页岩中吸附的残留原油光谱曲线上D峰和G峰峰位重合,具有基本一致的激光拉曼光谱特征,表明粉—细砂岩中的原油与泥页岩中的残留原油存在“亲缘关系”,指示了具有强生烃能力的泥页岩层向相邻的不具备生烃能力或生烃能力弱、储集性较好的粉—细砂质层及页岩缝运移聚集的特征[27]。红外光谱分析结果进一步论证了这种观点,粉砂岩和泥页岩脂肪烃(P4)峰段均呈现出“尖峰状”。通过对光谱进行强度校准,校准后的结果展现出粉砂岩P4峰具有更高的强度,表明粉砂岩中的脂肪烃含量更高,证实了富有机质泥页岩中生成的原油滞留成藏,并在富长英质粉砂岩中微运移成藏的过程(图 10)。全视域荧光薄片分析表明,长73页岩油储集体中普遍富集烃类,溶蚀孔、黏土晶间、层理间赋存的烃类荧光强(图 11a)。通过扫描电镜对长73亚段储层进行微观赋存特征观察,结果显示不同纹层互层发育,纹层之间发育超压微裂缝与纹层缝;同时,早期生烃形成有机酸[28],对长石进行溶蚀形成大量溶蚀孔(图 11b)。富长英质纹层中溶蚀孔内、长英质颗粒间烃类通过微运移普遍进行了充注;富有机质纹层中黏土矿物晶间孔、有机质孔、黄铁矿晶间孔、石英颗粒间滞留烃发育(图 11c)。综合激光共聚焦、红外光谱、扫描电镜、荧光薄片等分析测试结果,长73页岩油储集性强,整体具备含油性,存在“微运聚+滞留成藏”的富集模式。

图 10 泥页岩(左)与粉砂岩(右)烃类红外光谱对比图 Fig. 10 Comparison of hydrocarbon infrared spectra between shale (left) and siltstone (right) P1—含氮和羟基化合物;P2—饱和烃类;P3—芳环结构;P4—脂肪烃类;P5—原油氧化度;P6—多环芳烃类
图 11 长73页岩油不同类型孔隙烃类滞留与运移情况分布图 Fig. 11 Hydrocarbon retention and migration patterns in different types of pores in the third sub-member of the seventh member of Yanchang Formation a)长73亚段全视域荧光薄片图像;(b)富长英质纹层中溶蚀孔、粒间孔烃类充注;(c)对应(b)的局部放大;(d)富黏土质纹层中黏土矿物晶间孔内滞留烃赋存;(e)对应(d)中黏土矿物晶间孔内烃类;(f)对应(d)中有机质纹层中烃类
4 勘探前景分析

纹层型页岩油主要分布在湖盆中部,该类型页岩油储层是盆地斜坡上部三角洲前缘沉积物在重力作用下,向湖盆中部进积,形成以半深湖—深湖厚层泥页岩夹薄层粉—细砂岩为主的复合体。通过创新地球物理评价方法,纹层型储集体得到有效识别。地震方面,长73亚段纹层段没有独立的地震反射,地震反射信息淹没在烃源岩强反射中,与围岩地球物理属性差异小,常规预测方法较难识别。基于上述问题,在模式分析基础上,突破常规地震预测思路,研发了基于相控多井建模的相变推演技术,实现了纹层型储集体的有效识别和预测。测井方面,通过研发基于结构特征的电成像图像增强技术及M—N交会法泥质含量计算新模型,精准识别了高自然伽马背景下的纹层型储集体,符合率超过90%。在上述研究指导下,通过3300余口老井精细解释,刻画了纹层型页岩油甜点分布规律(图 12):主要分布于湖盆坡脚末端,“成排成带”沿北西—南东方向展布,在环县—庆城—固城一带储层最为发育,纹层储集体累计厚度大于3m,预测有利区面积约为5000km2

图 12 长73亚段纹层型与泥纹型页岩油资源潜力分布图 Fig. 12 Resource potential and distribution of laminated and mud laminar types shale oil in the third submember of the seventh member of Yanchang Formation

在地质理论和测井精细识别技术逐步提高的基础上,2019年优选C80井区部署实施了CY井组,经过多次风险目标论证与提产提效探索,CY1井试获121.4t/d高产油流、CY2井试获108.4t/d高产油流。2021年,采用“纵向穿层立体”压裂思路、结合水平段差异化布缝、组合压裂工艺对LY1H井进行改造,试油获得116.8t/d的高产油流。2023年,围绕LY1H预测区及其外围,加大直井与水平井攻关力度,44口井获工业油流,其中B76井获百吨以上高产;MY1H井和X140H1井分获84.66t/d、65.62t/d高产油流。依据最新的页岩油储量计算标准[29],通过含油面积、平均有效厚度、平均油层原始含油饱和度、平均有效孔隙度、平均原始原油体积系数等参数利用容积法开展预测储量计算,已提交亿吨级预测石油地质储量。

泥纹型页岩油主要分布在湖盆西北部,在高自然伽马、高声波时差、高电阻率背景下,储层“甜点”段难以被发现及准确识别。针对上述问题,建立了以高精度岩石物理实验和测井新技术为基础的“高分辨率成像扫描+微纳米孔喉核磁”测井识别与评价技术。根据核磁测井孔隙度评价结果,本文提出核磁有效孔隙度大于4%的储层为Ⅰ类储层,核磁有效孔隙度为2%~4%的储层为Ⅱ类储层,并结合常规测井参数进行了总结归纳(表 2)。其中Ⅰ类储层因为凝灰岩的加入,受到“极低电阻”测井特征的影响,显示出相比Ⅱ类储层电阻率偏低的特征。Ⅱ类储层具有比Ⅰ类储层更高的有机质含量,导致声波时差高于Ⅰ类储层[30]。通过330口井测井解释处理及分级评价,刻画有利储层分布面积为1600km2,为泥纹型页岩油甜点区优选提供了有利依据(图 12)。

表 2 泥纹型页岩油测井响应特征统计表 Table 2 Statistics of logging response characteristics of mud laminar type shale oil

2023年,在盆地西北部的姬塬次坳开展了地质与核磁测井联合攻关,针对泥纹型页岩油地应力高、储隔层应力差小、泥质含量高等压裂难题,开展降破压酸液配方优化研究,形成了预处理酸化体系,降低了储层破裂压力和初期工作压力,10口直井突破出油关。2024年,持续强化直井+水平井试油试采,在孔喉结构、流体可动性及含油性综合评价的基础上,针对泥纹型页岩油黏土矿物含量高(> 35%)、水敏感性强(水敏指数为75%)的特点,开展了压裂液防膨性能优化技术攻关,形成了阶梯防膨技术(前置液阶段COP-1浓度1%、携砂液阶段COP-1浓度0.5%),较好解决了压裂液黏土防膨问题。截至2024年7月,累计16口直井获工业油流,8口直井试采效果良好,累计产油1633t,2口水平井效果良好(J119H2井和LY1H井分获26.5t/d、55.59t/d高产)。通过小面积体积法开展资源评价,选择泥页岩面积、厚度、原始游离烃含量等作为重要参数,最终预测亿吨级储量规模。下一步将优选有利目标并实施YY1H井进行攻关试验,一旦勘探突破,将对后续资源接替及其他类似非常规的勘探具有重要指导意义。

5 结语

本文详细探讨了长73亚段纹层型页岩油、泥纹型页岩油地质认识、富集机理及勘探潜力。地质认识方面,提出了长73页岩油岩性划分方案,通过全岩X射线衍射、扫描电镜观察、氮气吸附法、二氧化碳吸附法、高压压汞法、二维核磁测试等评价方法总结了纹层型、泥纹型页岩油分类及矿物组成、储集性特征与含油性特征,明确长73亚段储层具有多类型、多尺度孔隙发育,以及普遍含油、具备可动性的特征;富集机理方面,结合激光共聚焦、红外光谱、扫描电镜、荧光薄片等分析测试结果表明长73亚段不同岩性/储集体存在烃类滞留—微运移成藏模式,证实了富有机质泥页岩中生成的原油滞留成藏,并在富长英质粉砂岩中微运移成藏的过程;勘探潜力方面,通过创新地球物理、测井等识别与评价技术对纹层型、泥纹页岩油进行了有利区面积刻画,建立了有利区评价指标和参数取值,其中纹层型页岩油预测有利区面积为5000km2,泥纹型页岩油有利储层分布面积为1600km2,预测储量规模可达亿吨级,具有广阔的勘探前景。

目前,长73页岩油仍面临如下挑战:(1)开展泥纹型页岩油水平井攻关、钻井、压裂难度和挑战大,一是岩性极致密,可动孔隙度为2%~4%,保障裂缝起裂扩展是基础;二是层理缝极发育,是油气储集的重要空间,充分沟通层理缝是关键。(2)泥纹型页岩油富集主控因素有待深入研究,岩性非均质性强,其旋回特征、甜点富集主控因素尚不明确,滞留—微运移富集模式定量化评价尚不清楚,后续还需针对沉积过程、沉积机制、富集机理开展精细地质研究。

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