泌陽凹陷陸相頁巖油富集主控因素分析

章新文，余志遠(yuǎn)，黃 慶，譚靜娟，王優(yōu)先，江本宏

（1.中國石化河南油田分公司石油勘探開發(fā)研究院，河南南陽473132；2.中國石化河南油田分公司新疆勘探開發(fā)中心）

1 地質(zhì)概況

泌陽凹陷位于南襄盆地東部，為中國東部中新生代典型富油凹陷（圖1）。泌陽凹陷在古近紀(jì)核桃園組時期沉積了一套富含有機(jī)質(zhì)湖相頁巖，平面上主要分布在深凹區(qū)，面積近400 km2；頁巖單層厚度30～77 m，累計厚度206～552 m；有機(jī)質(zhì)豐度1.08%～4.96%，平均2.52%；有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型和Ⅱ1型為主［1-2］；熱演化程度在0.5%～1.5%；頁巖主要發(fā)育方解石溶蝕孔、粘土礦物晶間孔、粒間孔、有機(jī)質(zhì)孔、構(gòu)造裂縫、層間裂縫、微裂縫等儲集空間類型；頁巖石英、長石、方解石、白云石等脆性礦物含量高達(dá)73%，可壓性較好；頁巖油氣顯示豐富，氣測全烴最高達(dá)99%。綜合評價認(rèn)為泌陽凹陷深凹區(qū)具備良好的陸相頁巖油形成條件［3-4］。利用氯仿瀝青A法初步估算泌陽凹陷頁巖油資源量10.28×108t，頁巖氣資源量729×108m3；其中五套富含有機(jī)質(zhì)頁巖層頁巖油資源量4.23×108t，可采資源量3 296×104t，資源量豐富。在泌陽凹陷深凹區(qū)部署的頁巖油水平井BYHF1井，水平段長1 044 m，水平段目的層位H33段5 號頁巖層，實(shí)施15 級分段壓裂，最高日產(chǎn)油23.6 m3，展示了泌陽凹陷陸相頁巖油良好的勘探開發(fā)前景［5］。

圖1 泌陽凹陷構(gòu)造位置

2 富集主控因素分析

頁巖油氣富集主控因素與常規(guī)油氣有明顯差別，研究表明泌陽凹陷陸相頁巖油富集與巖相、有機(jī)質(zhì)豐度及賦存方式、熱演化程度、儲集物性及裂縫發(fā)育程度密切相關(guān)。

2.1 巖相對頁巖油富集影響

利用巖心觀察、薄片分析、場發(fā)射電鏡分析等技術(shù)，根據(jù)頁巖礦物組分類型及含量、組合樣式、生物群等特征，將泌陽凹陷頁巖層系的巖相細(xì)分為粉砂質(zhì)頁巖、泥質(zhì)粉砂巖、隱晶灰質(zhì)頁巖、重結(jié)晶灰質(zhì)頁巖及白云質(zhì)頁巖等5種巖相。不同巖相發(fā)育的儲集空間類型、尺寸及豐度有很大差異，物性變化很大（表1、2）。

粉砂質(zhì)頁巖、泥質(zhì)粉砂巖，總體粉砂含量很高，巖性脆，構(gòu)造裂縫發(fā)育；石英、長石含量高，在骨架顆粒周緣發(fā)育一定的粒間孔及長石溶蝕孔；有機(jī)質(zhì)點(diǎn)狀零散或條帶狀斷續(xù)分布，有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育少，連通性較差。從物性上看，粉砂質(zhì)頁巖及泥質(zhì)粉砂巖的孔隙度較大，一般為3.2%～8.93%，平均5.46%，裂縫孔隙度平均0.012%，局部裂縫較發(fā)育；滲透率（0.004～0.0224）×10-3μm2，平均0.005×10-3μm2；含油豐度高，平均2.19%；孔隙半徑在0.08～0.12μm，平均0.114μm。

表1 泌陽凹陷頁巖層系主要巖相儲集空間類型及發(fā)育情況統(tǒng)計

表2 泌陽凹陷頁巖巖相主要巖相物性數(shù)據(jù)統(tǒng)計

隱晶灰質(zhì)頁巖由較純的微晶方解石紋層以及富有機(jī)質(zhì)紋層疊置組成。方解石紋層與富有機(jī)質(zhì)紋層間發(fā)育較多的層間微裂縫；在方解石紋層中儲層空間不發(fā)育，在有機(jī)質(zhì)紋層中發(fā)育有較密集的有機(jī)質(zhì)條帶以及有機(jī)質(zhì)相關(guān)孔隙，在富粘土紋層中發(fā)育較多的礦物收縮縫。從物性上看，隱晶灰質(zhì)頁巖的孔隙度為3.15%～6.19%，平均4.765%；裂縫孔隙度0.01%，裂縫不發(fā)育；滲透率（0.0001～0.0176）×10-3μm2，平均0.005×10-3μm2；含油豐度1%～2%，平均1.78%；平均孔隙半徑0.138μm。

重結(jié)晶灰質(zhì)頁巖中亮晶方解石呈等大粒狀相連，重結(jié)晶晶間孔發(fā)育，溶蝕孔也發(fā)育，有機(jī)質(zhì)含量高，順層富集，有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育，且連通較好。重結(jié)晶灰質(zhì)頁巖方解石、白云石等脆性礦物含量高，頁理發(fā)育，巖石在受到外力時，易發(fā)育構(gòu)造縫；重結(jié)晶灰質(zhì)頁巖富鈣質(zhì)紋層與富有機(jī)質(zhì)紋層頻繁互層，非均質(zhì)性強(qiáng)，各向異性強(qiáng)，層間縫發(fā)育。粘土礦物含量以及有機(jī)質(zhì)含量較高，粘土礦物轉(zhuǎn)化脫水以及有機(jī)質(zhì)排烴，導(dǎo)致礦物收縮裂縫發(fā)育。從物性上看，重結(jié)晶灰質(zhì)頁巖孔隙度2.32%～6.09%，平均4.59%；裂縫發(fā)育，裂縫孔隙度0.016%；滲透率高，平均0.007 μm；含油豐度較平均，平均1.87%。

綜合評價認(rèn)為，重結(jié)晶灰質(zhì)頁巖的孔隙度、滲透率中等，平均孔隙半徑較大，裂縫孔隙度大，含油豐度較高；粉砂質(zhì)頁巖孔隙度高，含油豐度高，滲透率較低，平均孔隙半徑相對較?。欢[晶灰質(zhì)頁巖孔隙度、滲透率、裂縫發(fā)育程度、平均孔隙半徑都較為中等。重結(jié)晶灰質(zhì)頁巖儲集性能最好，泥質(zhì)粉砂巖及粉砂質(zhì)頁巖次之；而隱晶灰質(zhì)頁巖較差。因此，巖相是頁巖油氣影響富集的重要因素之一。

2.2 有機(jī)質(zhì)豐度對頁巖油富集影響

有機(jī)質(zhì)豐度是影響頁巖油氣的富集關(guān)鍵因素，具體表現(xiàn)在有機(jī)質(zhì)的含量以及賦存方式方面。

首先有機(jī)質(zhì)是頁巖油生成和富集的物質(zhì)基礎(chǔ)，在有機(jī)質(zhì)類型和成熟度相似的情況下，有機(jī)質(zhì)豐度與含油豐度及含油飽和度呈正相關(guān)關(guān)系（圖2、3）。為使頁巖地層含有足量的液態(tài)烴，頁巖有機(jī)碳含量必須達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)資料統(tǒng)計，頁巖油形成并具備工業(yè)可采能力的條件是TOC大于2.0%。

圖2 有機(jī)質(zhì)豐度與含油豐度關(guān)系

圖3 含油豐度與含油飽和度關(guān)系

其次，有機(jī)質(zhì)發(fā)育可以改善頁巖儲集物性及儲集能力，增加巖石脆性。有機(jī)質(zhì)演化產(chǎn)生有機(jī)酸，利于方解石的重結(jié)晶，可產(chǎn)生大量有機(jī)質(zhì)孔隙、重結(jié)晶晶間孔及溶蝕孔縫。有機(jī)質(zhì)排烴后殘余的碳質(zhì)，導(dǎo)致巖石脆性變強(qiáng)，易形成微裂縫。

第三，有機(jī)質(zhì)賦存方式影響頁巖油氣賦存及運(yùn)移能力。有機(jī)質(zhì)在頁巖中有順層富集型、斷續(xù)條帶狀、分散狀等三種賦存方式。順層富集型更利于油氣聚集和運(yùn)移。順層富集有機(jī)質(zhì)對周圍母巖的溶蝕改造規(guī)模大，數(shù)量多，能形成較密集的溶蝕孔隙；順層富集有機(jī)質(zhì)中存在大量的生烴演化孔隙，易于相互形成連通網(wǎng)絡(luò)；有機(jī)質(zhì)富集成層處巖石結(jié)合力較弱，流體壓力較高，極易產(chǎn)生沿層微裂縫。

2.3 儲集物性對頁巖油富集的影響

從孔隙度、含油飽和度與含油豐度正相關(guān)的相關(guān)性看，孔隙度是影響頁巖儲油能力的關(guān)鍵因素（圖4、5）。

圖4 BYHF1井含油豐度與孔隙度關(guān)系

圖5 BYHF1井含油豐度與含油飽和度關(guān)系

2.4 成巖作用對頁巖油富集的影響

本區(qū)頁巖有機(jī)質(zhì)成熟度在0.5%～1.2%，平均0.7%，Tmax值434.9～456.3 ℃，熒光顯微鏡下見孢粉顏色呈橘黃色，伊蒙混層中蒙脫石比例為25%，頁巖成巖階段應(yīng)處于中成巖階段A 期。頁巖成巖作用對油氣富集的影響，表現(xiàn)在成烴作用、溶蝕作用、重結(jié)晶作用以及粘土礦物轉(zhuǎn)化作用對頁巖儲層的改造作用，增加頁巖的溶蝕孔隙及裂縫發(fā)育程度。

有機(jī)質(zhì)成烴過程中會釋放出有機(jī)酸對泥晶方解石紋層進(jìn)行溶蝕，由于泥巖中流體運(yùn)移不暢，Ca2＋以及CO32-溶解在流體中運(yùn)移不出去，pH 值逐漸升高，Ca2＋以及CO32-濃度逐漸升高；當(dāng)成烴作用減弱，有機(jī)酸濃度降低，CO32-與Ca2＋重新結(jié)合又會形成CaCO3沉淀，原地析出方解石晶體，形成亮晶方解石紋層。這種紋層質(zhì)純，方解石含量高，脆性大，與相鄰富粘土層力學(xué)性質(zhì)差異大，后期易沿層形成層間縫。

粘土礦物轉(zhuǎn)化作用對頁巖礦物收縮縫及微裂縫的形成起著重要作用。粘土礦物在轉(zhuǎn)化時伴隨著脫水作用，粘土礦物的脫水和石油的生成同時進(jìn)行，脫出的孔隙水和層間水向外排出，成為石油從生油母巖向儲集空間進(jìn)行初次運(yùn)移的良好載體；脫水過程中，礦物顆粒體積收縮、孔隙增大；另外，蒙脫石向伊利石的轉(zhuǎn)化過程中，會生成SiO2，使巖石脆性增大，易形成微裂縫。

2.5 裂縫發(fā)育程度對頁巖油富集的影響

裂縫不僅是頁巖儲層的滲流通道，能起到溝通油氣和改善物性的作用，而且有利于后期壓裂改造的人工裂縫與天然裂縫交匯形成網(wǎng)狀縫［5］；因此裂縫形成時間、發(fā)育程度及后期成巖充填作用與頁巖油富集均有關(guān)系。通過巖心和薄片觀察可知，BYHF1井區(qū)頁巖裂縫及頁理發(fā)育，原油沿裂縫及頁理面呈圓珠狀分布，僅少部分裂縫已被方解石等礦物充填。三維地震裂縫預(yù)測及FMI測井裂縫評價表明，BYHF1井區(qū)主力頁巖層裂縫發(fā)育，是頁巖油富集的有利地區(qū)；BYHF1 井壓后獲23.6 m3高產(chǎn)油流，進(jìn)一步驗(yàn)證了裂縫預(yù)測結(jié)果［6］。

3 結(jié)論與認(rèn)識

（1）泌陽凹陷為中國東部中新生代典型富油凹陷，深凹區(qū)發(fā)育分布穩(wěn)定的富含有機(jī)質(zhì)頁巖，具有縱向厚度大、橫向分布穩(wěn)定、有機(jī)質(zhì)豐度高、熱演化程度適中、脆性礦物含量高、含油氣明顯等特征，陸相頁巖油形成條件有利。

（2）泌陽凹陷陸相頁巖油富集主要受巖相、有機(jī)質(zhì)豐度及賦存方式、熱演化程度、儲集物性及裂縫發(fā)育程度等重要因素控制。

（3）泌陽凹陷頁巖油資源量豐富，勘探開發(fā)前景廣闊，BYHF1井壓后獲高產(chǎn)油流，證實(shí)泌陽凹陷具有陸相頁巖油良好的形成條件和勘探開發(fā)潛力，為中國東部斷陷湖盆陸相頁巖油成藏研究和勘探開發(fā)提供良好的借鑒。

［1］ 楊道慶，陸建林.泌陽凹陷新生代構(gòu)造演化及形成機(jī)制［J］.石油天然氣學(xué)報，2005，27（4）：416-419.

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［3］ 陳祥，嚴(yán)永新，章新文，等.南襄盆地泌陽凹陷陸相頁巖氣形成條件研究［J］，石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2011，33（2）：27-32.

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［5］ 陳祥，丁連民，劉洪濤，等.南襄盆地泌陽凹陷路相頁巖儲層壓裂技術(shù)研究及應(yīng)用［J］.石油地質(zhì)與工程，2011，25（3）：21-24.

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