蘇北盆地古近系阜寧組致密油賦存狀態(tài)與可動(dòng)用性

彭金寧，邱 岐，王東燕，李志明，朱建輝，梁世友，武英利

(中國(guó)石化 石油勘探開發(fā)研究院 無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無(wú)錫 214126)

致密油已成為近年來(lái)非常規(guī)勘探關(guān)注的新領(lǐng)域[1-7]。蘇北盆地古近系阜寧組二段、四段是常規(guī)油氣的主力烴源巖，也是形成非常規(guī)致密油的主要目的層系[8-9]，阜寧組致密油將是蘇北盆地接替常規(guī)油氣資源的最好領(lǐng)域[10-11]。前人針對(duì)蘇北盆地致密油形成條件、儲(chǔ)層特征與裂縫預(yù)測(cè)、富集規(guī)律等開展了相關(guān)研究，取得了重要認(rèn)識(shí)和進(jìn)展[12-15]，但針對(duì)阜寧組致密油賦存狀態(tài)及可動(dòng)用性研究較少。而如何準(zhǔn)確評(píng)價(jià)致密油在儲(chǔ)層中賦存形式、狀態(tài)及其現(xiàn)實(shí)可動(dòng)用性是當(dāng)前致密油勘探的瓶頸，也是當(dāng)前急需解決的重點(diǎn)問題之一[16-19]。本文基于阜寧組二段、四段泥頁(yè)巖、夾層及鄰層碳酸鹽巖、砂巖樣品的系統(tǒng)分析，利用多溫階熱解實(shí)驗(yàn)與核磁共振測(cè)試技術(shù)，探討了阜二、阜四段泥頁(yè)巖、源內(nèi)夾層及其鄰層(阜一、阜三段)致密砂巖含油性、致密油賦存狀態(tài)及其可動(dòng)用性，以期為蘇北盆地阜寧組致密油的勘探與開發(fā)提供參考。

1 致密油賦存狀態(tài)

1.1 致密油地層結(jié)構(gòu)及分布特征

考慮到E1f42烴源巖和E1f23(高郵和金湖凹陷)烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度低，生烴條件較差，而且厚度大，對(duì)上覆生油層和下伏致密儲(chǔ)層起隔擋作用；同時(shí)也考慮到區(qū)內(nèi)斷層及砂體側(cè)向輸導(dǎo)能力，最終形成5套有利的致密油成藏組合(表1、圖1)，包括E1f22+3生+E1f11儲(chǔ)的源下成藏組合，E1f21、E1f22和E1f23烴源巖和其中的碳酸鹽巖、砂巖夾層形成的源內(nèi)成藏組合，以及E1f41和E1f2生油層與E1f2、E1f3及E1f1致密砂巖儲(chǔ)層通過斷層和砂體側(cè)向輸導(dǎo)形成的遠(yuǎn)源斷砂輸導(dǎo)型成藏組合。

1.2 致密油各組分構(gòu)成特征

計(jì)算泥頁(yè)巖或砂巖內(nèi)不同賦存狀態(tài)滯留油的總量，即可評(píng)價(jià)其含油性。溶劑萃取法與加熱釋放法是目前對(duì)游離、吸附等不同賦存狀態(tài)的滯留油定量研究的主要方法[16-17]。本次研究通過多溫階熱解技術(shù)，系統(tǒng)分析了阜寧組泥頁(yè)巖、烴源巖內(nèi)碳酸鹽巖(致密砂巖)夾層及鄰層致密砂巖樣品(表2)，對(duì)阜寧組泥頁(yè)巖、夾層及鄰層致密砂巖含油性與可動(dòng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。熱釋烴S1-1主要成分為輕質(zhì)油組分，呈游離態(tài)賦存，是現(xiàn)實(shí)最可動(dòng)用的油；S1-2主要成分為輕—中質(zhì)油組分，也呈游離態(tài)賦存；S2-1主要成分為重油、膠質(zhì)瀝青質(zhì)組分，呈吸附—互溶態(tài)與有機(jī)質(zhì)共存；而S2-2主要是頁(yè)巖中干酪根熱解再生烴。因此，游離烴總量為S1-1與S1-2之和，總滯留油量為游離烴與吸附—互溶態(tài)賦存油之和，是含油性表征的參數(shù)。

圖1 蘇北盆地阜寧組致密油成藏組合分布

表1 蘇北盆地阜寧組源—儲(chǔ)疊置關(guān)系與成藏組合分布

表2 蘇北盆地金湖-高郵凹陷阜二、阜四段泥頁(yè)巖及夾層與鄰層砂巖含油性與可動(dòng)性評(píng)價(jià)

由表2和圖2可見，金湖凹陷阜二、阜四段泥頁(yè)巖中滯留油總量小于5.0 mg/g，部分樣品小于0.5 mg/g；以吸附—互溶態(tài)油為主，其占總滯留油的40%～95%不等，總體隨埋藏深度的增大，吸附—互溶態(tài)油占總滯留油的比例呈降低趨勢(shì)；輕質(zhì)游離油總體很低，一般小于0.1 mg/g，現(xiàn)實(shí)可動(dòng)油率小于2%。金湖凹陷阜二、阜四段泥頁(yè)巖夾層與鄰層砂巖(含油)內(nèi)滯留油總量一般大于5 mg/g，最大值達(dá)14.02 mg/g；以游離油為主，輕質(zhì)游離油量一般大于0.25 mg/g，現(xiàn)實(shí)可動(dòng)油率一般為4%～7%，這與北美Bakken中段致密砂巖層未改造之前采收率為5%左右相當(dāng)。

圖2 蘇北盆地金湖、高郵凹陷阜二、阜四段泥頁(yè)巖和夾層及鄰層砂巖滯留油總量

高郵凹陷阜二、阜四段泥頁(yè)巖中滯留油總量一般也小于5.0 mg/g，部分樣品小于0.5 mg/g；并以吸附—互溶態(tài)油為主，其占總滯留油的比例一般在50%～92%不等，總體隨埋藏深度的增大，吸附—互溶態(tài)油占總滯留油的比例呈降低趨勢(shì)；輕質(zhì)游離油總體很低，一般小于0.2 mg/g，現(xiàn)實(shí)可動(dòng)油率小于3%。阜二、阜四段泥頁(yè)巖夾層與鄰層砂巖(含油)內(nèi)滯留油總量一般大于15 mg/g，并且以游離油為主，輕質(zhì)游離油量一般大于0.50 mg/g，現(xiàn)實(shí)可動(dòng)油率一般為3%～4%。

通過游離油S1-1、游離油S1-2及吸附—互溶油S2-1與TOC的關(guān)系圖(圖3)可以看出，游離油主要賦存在無(wú)機(jī)孔縫系統(tǒng)，而吸附—互溶態(tài)油主要賦存于有機(jī)質(zhì)內(nèi)，并與TOC成一定的正相關(guān)關(guān)系。

1.3 致密油飽和度特征

北美頁(yè)巖油勘探實(shí)踐表明，獲得頁(yè)巖油勘探突破的層段(無(wú)論是泥頁(yè)巖層還是砂巖層)，其油飽和指數(shù) [熱解S1×100/w(TOC)]大于100[18]。對(duì)蘇北盆地金湖、高郵致密油主力凹陷阜二、阜四段泥頁(yè)巖、夾層碳酸鹽巖(砂巖)樣品的熱解分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)顯示，阜二段層系中以中含油—高含油為主，有些樣品的油飽和指數(shù)大于100，具有致密油潛力；阜四段層系以低含油為主，少量具有致密油潛力(圖4)。可見在阜寧組二段泥頁(yè)巖層系內(nèi)具有致密油勘探潛力，且油飽和指數(shù)隨成熟度(Tmax)的增加有一定的升高。

2 致密油可動(dòng)性

2.1 致密油可動(dòng)性核磁特征

可動(dòng)性及可動(dòng)流體含量是致密油評(píng)價(jià)的關(guān)鍵參數(shù)，周尚文等[19]應(yīng)用核磁共振技術(shù)開展了頁(yè)巖、致密砂巖和致密灰?guī)r儲(chǔ)層的可動(dòng)流體分析；張林曄等[20]采用實(shí)驗(yàn)分析與測(cè)井資料相結(jié)合的研究方法，通過系統(tǒng)研究頁(yè)巖孔隙度、壓縮系數(shù)、巖石力學(xué)性質(zhì)、含油飽和度、氣油比及原油飽和壓力等特征，分析了頁(yè)巖油的可動(dòng)性。本次研究主要基于174件黃158井E1f4頁(yè)巖樣品核磁共振測(cè)試資料，分析了蘇北盆地E1f湖相碳酸鹽巖致密油可動(dòng)性及其賦存狀態(tài)。核磁共振測(cè)試結(jié)果(圖5)表明，頁(yè)巖樣品譜圖多呈單峰狀，不存在可動(dòng)流體。僅有62件樣品T2譜為雙峰或三峰特征，含有一定的可動(dòng)流體，其可動(dòng)流體含量一般小于20.68%，平均6.11%(表3)；其T2截止時(shí)間為6 ms(對(duì)應(yīng)樣品孔喉半徑為0.18 μm)，表明E1f4頁(yè)巖孔喉半徑多小于0.18 μm，僅有部分頁(yè)巖存在孔喉半徑大于0.18 μm的微孔隙，而這些微孔隙中存在可動(dòng)流體。依據(jù)頁(yè)巖壓裂及試油成果表明，這些可動(dòng)流體應(yīng)為原油。

圖3 蘇北盆地阜寧組致密油各組分與TOC的關(guān)系

圖4 蘇北盆地阜二段、阜四段油飽和指數(shù)與Tmax的關(guān)系

但黃158 井E1f4頁(yè)巖可動(dòng)流體含量與其基質(zhì)孔隙度和有機(jī)質(zhì)豐度線性關(guān)系并不明顯(圖6)，反映可動(dòng)致密油應(yīng)主要賦存于裂縫中，即構(gòu)造裂縫為可動(dòng)致密油主要賦存空間，部分微孔隙(喉道半徑大于0.18 μm)為次要賦存空間，從而決定了致密油賦存相態(tài)應(yīng)以游離態(tài)為主，吸附態(tài)次之。

2.2 致密油可動(dòng)性試采特點(diǎn)

本次研究以許X38、天X96井為例，闡述源內(nèi)裂縫性和源內(nèi)夾層型2類不同致密油藏致密油可動(dòng)性試采特點(diǎn)。許X38井E1f2致密油藏埋深2 580～2 840 m，含油層位為E1f2(3 019.3～3 021.3 m)和E1f2(3 076.3～3 077.6 m)。據(jù)許X38井鉆井資料，上含油層巖性以深灰色塊狀灰質(zhì)泥巖為主，頁(yè)理不發(fā)育，但富含生物介屑；下含油層為紋層狀含灰含云頁(yè)巖，頁(yè)理發(fā)育，厚41 m。上含油層TOC平均為2.80%，下含油層TOC平均為1.39%，均具備很好的生油能力。測(cè)井解釋儲(chǔ)層孔隙度介于5.6%～7.9%，平均6.9%；滲透率(0.2～6.6)×10-3μm2，平均1.1×10-3μm2；儲(chǔ)層含油飽和度為65.8%。此外，含油層深感應(yīng)電阻率均比上下圍巖低，電阻率呈“V”字型或尖刀狀，裂縫很發(fā)育。測(cè)井解釋許X38井E1f2存在多處裂縫發(fā)育段，并且在裂縫發(fā)育段油氣顯示活躍，全烴最高峰值達(dá)65.8%和99.9%，屬于源內(nèi)裂縫型致密油藏。

圖5 蘇北盆地紋層狀湖相碳酸鹽巖核磁分析弛豫時(shí)間T2分布

表3 蘇北盆地高郵凹陷黃158井E1f4泥、頁(yè)巖可動(dòng)流體含量統(tǒng)計(jì)

Table 3 Movable fluid content in mud shale in fourth memberof Funing Formation, well Huang 158, Gaoyou Sag, Subei Basin

裂縫發(fā)育情況 可動(dòng)流體含量/% 所有樣品 有可動(dòng)流體的樣品 孔隙度/% 所有樣品 發(fā)育裂縫 0.17(17) 0.14～2.52/1.47(2) 0.24～6.58/2.10(17) 多發(fā)育裂縫 3.34(89) 0.01～20.68/6.75(44) 0.26～13.2/4.20(89) 薄層狀,2個(gè)頁(yè)狀 0.27(32) 1.06～3.80/2.15(4) 1.5～10.18/6.00(32) 薄層狀,發(fā)育裂縫 0.81(36) 0.14～11.58/4.86(6) 1.39～10.36/6.20(36)

注：表中數(shù)值意義：最小值～最大值/平均值(樣品數(shù))。

圖6 蘇北盆地高郵凹陷黃158井E1f4泥頁(yè)巖可動(dòng)流體與基質(zhì)孔隙度、有機(jī)碳含量的關(guān)系

圖7 蘇北盆地許X38和天X96井致密油生產(chǎn)曲線

云頁(yè)巖，頁(yè)理發(fā)育，厚41 m。上含油層TOC平均為2.80%，下含油層TOC平均為1.39%，均具備很好的生油能力。測(cè)井解釋儲(chǔ)層孔隙度介于5.6%～7.9%，平均6.9%；滲透率(0.2～6.6)×10-3μm2，平均1.1×10-3μm2；儲(chǔ)層含油飽和度為65.8%。此外，含油層深感應(yīng)電阻率均比上下圍巖低，電阻率呈“V”字型或尖刀狀，裂縫很發(fā)育。測(cè)井解釋許X38井E1f2存在多處裂縫發(fā)育段，并且在裂縫發(fā)育段油氣顯示活躍，全烴最高峰值達(dá)65.8%和99.9%，屬于源內(nèi)裂縫型致密油藏。

天X96井E1f2致密油藏含油層位包括E1f21源內(nèi)砂巖夾層和E1f22源下灘壩砂體。油藏所在的銅城地區(qū)E1f21為濱淺湖亞相沉積，厚層暗色泥巖層內(nèi)發(fā)育薄層灘壩砂體，砂巖百分含量20%左右，單層厚度最大6.1 m，最小2 m；巖石類型為巖屑長(zhǎng)石粉砂巖、細(xì)砂巖，孔隙度4.61%～13.25%，平均為9.30%，滲透率(0.10～7.37)×10-3μm2，平均為3.51×10-3μm2；含油飽和度14.28%～32.19%，平均23.24%。烴源巖巖性以灰黑色紋層狀泥灰?guī)r為主，局部為紋層—薄層狀泥灰?guī)r，紋層狀泥灰?guī)r中見介形蟲化石，厚19 m；頁(yè)巖TOC平均為2.51%，氯仿瀝青“A”平均為0.26%，熱解烴S1平均為0.44 mg/g，屬于源內(nèi)夾層型致密油藏。

從致密油后期試油試采效果看，裂縫型湖相碳酸鹽巖致密油雖然初期產(chǎn)量較高，但產(chǎn)量遞減快(圖 7a)，生產(chǎn)周期也短，經(jīng)濟(jì)可采性有限。相比之下，源內(nèi)夾層型致密油雖然初始產(chǎn)量不高，但遞減慢(圖7b)，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，具有較好的經(jīng)濟(jì)可采性。

3 結(jié)論

(1)蘇北盆地阜寧組致密油主要以游離和吸附—互溶態(tài)賦存于泥頁(yè)巖層系內(nèi)或鄰層的致密砂巖中，且游離油賦存于無(wú)機(jī)孔縫系統(tǒng)，吸附—互溶態(tài)油主要賦存于有機(jī)質(zhì)孔內(nèi)。

(2)阜二、阜四泥頁(yè)巖層內(nèi)滯留油以吸附—互溶態(tài)油為主，可動(dòng)油量低，致密油勘探潛力小；砂巖(碳酸鹽巖)夾層與砂巖鄰層以游離油為主，可動(dòng)油相對(duì)較高，致密油勘探潛力大。

(3)相比之下，源內(nèi)泥頁(yè)巖裂縫型油藏初期產(chǎn)量高，但產(chǎn)量遞減快，生產(chǎn)周期短，經(jīng)濟(jì)可采性有限；源內(nèi)夾層或鄰層致密砂巖型油藏初期產(chǎn)量較低，但遞減慢，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，具有較好的經(jīng)濟(jì)可采性。