西加拿大沉積盆地Simonette區(qū)塊上泥盆統(tǒng)Duvernay 頁巖地質特征與流體分布規(guī)律

孔祥文 汪 萍 夏朝輝 張曉玲 曲良超 郭澤坤

（中國石油勘探開發(fā)研究院）

0 引言

北美是全球頁巖油氣發(fā)現(xiàn)時間最早、開發(fā)利用最成功的地區(qū)。據EIA資料，2020年美國頁巖氣產量約為7378×108m3，約占全球頁巖氣產量的95%以上，主要來自Marcellus、Permian、Utica、Haynesville和Eagle Ford等地區(qū)[1]。美國借助水平井體積壓裂、微地震監(jiān)測、多井工廠化開采等核心技術，實現(xiàn)了頁巖氣突破與工業(yè)化生產，在全球范圍內掀起了一場能源領域的“頁巖氣革命”，深刻改變了全球油氣供給格局，影響了全球能源發(fā)展態(tài)勢與油氣價格走勢[2]。美國繼頁巖氣開發(fā)取得巨大成就后，在持續(xù)開發(fā)頁巖氣的同時，又將開發(fā)重點轉向頁巖油[3]。推動美國頁巖油開發(fā)的主要原因是頁巖氣的快速發(fā)展使天然氣價格大幅下降，拉大了油氣價差，促使美國將開發(fā)重點從天然氣轉向石油。因此，富含液烴頁巖油氣藏的開發(fā)受到越來越多的關注，油公司加大了頁巖油的勘探開發(fā)力度。2017年初以來，以美國二疊盆地（Permian）頁巖油增產為主導的頁巖油產量呈現(xiàn)快速增長。2020年美國頁巖油產量約為3.8×108t，占美國原油總年產量的44%。

Duvernay頁巖是西加拿大沉積盆地（簡稱西加盆地）上泥盆統(tǒng)的主要烴源巖，為一套最大海侵期形成的富含瀝青質暗色頁巖。Duvernay頁巖總面積約為2.43×104km2，天然氣、液烴和原油資源量分別為23.22×1012m3、115.54×108t、250.60×108t[4]。Duvernay頁巖資源量大，是全球頁巖油氣勘探開發(fā)成熟的一套頁巖，在北美地區(qū)具有重要代表性[5]。受特殊地質條件的控制，Duvernay頁巖表現(xiàn)出由東北向西南“油—凝析油—濕氣—干氣”的變化特征，目前主要開發(fā)盆地中部富含液烴的條帶。本文以中國石油Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖為研究對象，系統(tǒng)闡述Duvernay頁巖的構造和沉積演化特征、地層及小層分布特征與儲層特征，分析油氣成藏特征，基于凝析油含量分布，揭示Simonette區(qū)塊流體分布規(guī)律。該研究有助于為國內頁巖油氣勘探選區(qū)選帶提供參考，以期促進優(yōu)先動用國內優(yōu)質頁巖油氣資源，進而加快勘探開發(fā)節(jié)奏。

1 構造和沉積演化特征

研究區(qū)位于西加盆地中部阿爾伯達次盆的西部，主要目的層是泥盆系Duvernay頁巖。西加盆地位于落基山脈與加拿大地盾之間，屬于典型的前陸盆地。地理上，該盆地橫跨加拿大西北地區(qū)的不列顛哥倫比亞、阿爾伯達、薩斯喀徹溫和馬尼托巴等省，部分向南延伸至美國的蒙大拿州、北達科他州和南達科他州，盆地面積達140×104km2[6]。

從前寒武紀至今，西加盆地先后經歷了3個構造演化階段，包括前寒武紀—中侏羅世的穩(wěn)定克拉通階段、中侏羅世—始新世的弧后前陸階段及始新世—現(xiàn)今的內克拉通階段[7-8]。

西加盆地在泥盆紀靠近赤道，溫暖濕熱的氣候和遠離物源的清潔水體促使細粒沉積物和營養(yǎng)物質在洋流等地質營力的作用下進入盆地內，使得泥盆系礁體和臺地碳酸鹽巖發(fā)育，礁體間及盆地內發(fā)育富有機質頁巖。晚泥盆世，西加盆地構造較為穩(wěn)定，生物礁主要分布在盆地西緣和Rimbey—Meadowbrook地區(qū)[9]。北東—南西向發(fā)育的Rimbey—Meadowbrook生物礁帶將Duvernay頁巖沉積區(qū)分隔為東、西兩個頁巖盆地（圖1a）。

圖1 西加盆地地質簡圖Fig.1 Generalized geologic map of the Western Canada Sedimentary Basin

Duvernay頁巖形成于晚泥盆世弗拉階早期正常海相、富含有機質沉積環(huán)境，與盆地內Leduc組礁灘體的生長演化同步，Leduc組礁灘體降低了水體循環(huán)能力，缺氧水體有利于Duvernay組有機質保存。從泥盆紀早期開始持續(xù)海侵，到晚泥盆世，隨著海侵幅度的增加，水體逐漸加深，生物礁的發(fā)育范圍逐漸縮小，在Woodbend群沉積時期Leduc組生物礁范圍最小，使得該時期Duvernay頁巖沉積范圍最大。Duvernay組沉積期古水深大于100m，靠近礁灘體的水深小于40～80m，空間上，自Rimbey—Meadowbrook生物礁帶向西水體加深[10]。

Duvernay頁巖分布面積約為2.43×104km2，總體 為一南西傾單斜，頁巖埋深為500～5500m（圖1b）。Duvernay頁巖巖性以富含瀝青質泥頁巖為主，上覆Ireton組泥灰?guī)r，在西頁巖盆地下伏Majeau Lake組泥灰?guī)r；在東頁巖盆地下伏Cooking Lake組石灰?guī)r（圖1c）。Duvernay頁巖主要分布在Rimbey—Meadowbrook生物礁帶與皮斯河隆起之間?？拷阁w的頁巖沉積厚度大，可達100m，而西頁巖盆地北部靠近皮斯河隆起、遠離礁體的區(qū)域，頁巖沉積厚度小，僅為10～20m。

Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖位于前陸盆地斜坡帶，頁巖沉積受盆地內Leduc組礁體控制，Simonette區(qū)塊西南部靠近Leduc組礁體，總體上位于頁巖厚度較大的區(qū)域，盡管Duvernay頁巖沉積后經歷了構造運動，但頁巖地層并未受到大規(guī)模破壞，未見大規(guī)模斷裂或褶皺，地層平緩穩(wěn)定。盆地的構造沉降控制了Duvernay頁巖熱演化，但基底斷裂造成的局部熱流異常會影響局部熱演化程度。

2 地層特征

2.1 區(qū)域地層分布特征

自加拿大地盾到落基山山前，西加盆地沉積了一套自東北向西南逐漸變厚的楔狀體，楔狀體下部為寒武系碎屑巖，中部為奧陶系—下石炭統(tǒng)碳酸鹽巖，上部為古近系碎屑巖。西加盆地泥盆系發(fā)育下泥盆統(tǒng)、中泥盆統(tǒng)和上泥盆統(tǒng)，其中中泥盆統(tǒng)和下泥盆統(tǒng)以Elk Point群為主，上泥盆統(tǒng)自下而上發(fā)育Beaverhill Lake群、Woodbend群、Winterburn群和Wabamum群。上泥盆統(tǒng)Duvernay頁巖是Woodbend群的一部分，該頁巖上覆Ireton組泥灰?guī)r，下伏Majeau Lake組泥灰?guī)r或Cooking Lake組石灰?guī)r（圖1c）。

區(qū)域沉積環(huán)境和Duvernay頁巖發(fā)育特征表明，Duvernay頁巖發(fā)育規(guī)模受沉積水深和生物礁的控制作用明顯[11]。西頁巖盆地西部的環(huán)礁內，生物種類多，生物產率高，頁巖沉積物源豐富[12]，同時，礁體的生長增加了頁巖沉積的可容空間，水體較深，造成了該區(qū)的頁巖厚度大，因此，位于礁內的Pinto地區(qū)Duvernay頁巖厚度最大，一般為50～70m（圖1a）。Simonette地區(qū)位于環(huán)礁與塔礁之間，水體較深且距離礁體較遠，礁體和盆內的自生物源是Duvernay頁巖的主要沉積來源，頁巖厚度為30～60m，靠近礁體頁巖厚度增大。Edson地區(qū)距離礁體較遠，頁巖厚度較薄，僅為30～40m，礁體可能是頁巖沉積的主要物源。Willesden Green地區(qū)位于Rimbey—Meadowbrook生物礁帶前，該區(qū)靠近礁帶東側的盆外物源，因此，頁巖沉積物源主要由礁帶提供的盆地自生物源和盆外物源組成，該區(qū)頁巖厚度為30～50m。

綜上所述，靠近礁體和碳酸鹽臺地的Duvernay頁巖相對較厚，地層中頁巖和碳酸鹽巖混雜，頁巖鈣質含量較高；而遠離礁體和碳酸鹽臺地的Duvernay頁巖則厚度相對較薄，頁巖鈣質含量較低。

2.2 Duvernay頁巖小層劃分

Duvernay頁巖可細分為上頁巖段、中部碳酸鹽巖段和下頁巖段（圖2）。

圖2 西加盆地Duvernay組NW—SE向地層對比剖面（Duvernay組頂面拉平，剖面位置見圖1a）Fig.2 NW-SE stratigraphic correlation section of Duvernay Formation in the Western Canada Sedimentary Basin (flatten by the top Duvernay Formation,section location is in Fig.1a)

區(qū)域上，不同地區(qū)頁巖發(fā)育特征存在差異，尤其是中部碳酸鹽巖段發(fā)育厚度及其與上、下頁巖段的關系對于Duvernay頁巖的水平井開發(fā)具有關鍵作用?？傮w上，中部碳酸鹽巖段厚度受控于礁體發(fā)育情況，礁體提供的礫質碎屑是其重要物源，靠近礁前的碳酸鹽巖厚度大，可達20m，遠離礁體厚度減薄。在Simonette地區(qū)上頁巖段厚度大，為40～50m；下頁巖段厚度較薄，僅5～10m；中部碳酸鹽巖段主要發(fā)育一層，厚度為5～10m，部分地區(qū)不發(fā)育；該區(qū)頁巖組合有利于水平井壓裂作業(yè)。南部Willesden Green地區(qū)上、下頁巖段厚度相差不大，中部發(fā)育多層碳酸鹽巖，部分地區(qū)碳酸鹽巖厚度可達10m，容易形成壓裂屏障，只能在上頁巖段或下頁巖段部署水平井并實施壓裂，致使單井產量較低。中部的Pinto地區(qū)為生物礁所圍限，Duvernay頁巖厚度大，但靠近礁體處碳酸鹽礦物含量增高。因此，從地層分布特征上來看，Simonette區(qū)塊距離礁體距離適中，地層厚度較大，上頁巖段厚度大且隔夾層不發(fā)育，有利于水平井鉆井和壓裂改造。生產實踐表明，Simonette區(qū)塊上頁巖段下部的碳酸鹽巖厚度為5～10m，壓裂時不能有效壓穿該層，因此，該區(qū)塊的勘探開發(fā)目的層主要集中在上頁巖段。

縱向上，以Simonette區(qū)塊為例，Duvernay頁巖上頁巖段為主力開發(fā)目的層，厚度約為30m，可進一步細分為A、B、C和D 4個小層（圖3）。

圖3 Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖典型井測井曲線及礦物成分特征Fig.3 Logging curves and mineral composition of Duvernay shale of a typical well in Simonette block

A小層：電性上，電阻率高（100～900Ω·m），密度中等（2.55～2.65g/cm3），聲波時差較高（70～75μs/ft），自然伽馬中等（120～180API）；巖性上，該小層上部泥質含量較高，中部鈣質含量高，下部石英含量和有機質含量較高，TOC平均為3%。

B小層：電性上，電阻率低（90～100Ω·m），密度中等（2.55g/cm3），聲波時差高（80μs/ft），自然伽馬中等（120～150API）；巖性上，該小層泥質含量較高，有機質含量較低，TOC平均為2%。

C小層：電性上，電阻率高（800～1000Ω·m），密度中等（2.55g/cm3），聲波時差較低（65～70μs/ft），自然伽馬偏低（90～150API）；巖性上，該小層鈣質含量較高，有機質含量較低，TOC平均為3%。

D小層：電性上，電阻率高（100～2000Ω·m），密度較低（2.50g/cm3），聲波時差較高（70～75μs/ft），自然伽馬高（180～300API）；巖性上，該小層石英含量較高，泥質含量較低，有機質含量較高，TOC平均為4%。

Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖由西向東厚度逐漸增大（圖4a），NW—SE向地層剖面表明，各小層厚度變化特征有所差異，A、B小層厚度較為穩(wěn)定，C、D小層厚度由西北向東南方向逐漸增大（圖4b），其中，D小層厚度最大，是該區(qū)大部分水平井的入靶層位。

圖4 Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖構造與厚度疊合圖（a）及地層剖面圖（b）Fig.4 Superimposed structural and thickness map of Duvernay shale (a) and stratigraphic section (b) in Simonette block

3 地球化學特征

頁巖中有機質（干酪根）類型、有機質豐度（含量）和熱演化程度（成熟度）是評價頁巖生烴潛力及資源量的重要基礎，是頁巖油氣地質評價中的核心地球化學指標[13-15]。

研究普遍認為，富氫有機質以生油為主，而含氫較低的有機質以生氣為主，且不同類型干酪根在不同演化階段生氣量有較大區(qū)別。海洋或湖泊環(huán)境下形成的有機質類型以Ⅰ型和Ⅱ型為主，易于生油；海陸過渡環(huán)境下形成的有機質類型以Ⅱ型和Ⅲ型為主，易于生氣[16]。在經歷相同的熱演化背景時，Ⅱ型有機質比I、Ⅲ型有機質進入生凝析油和濕氣的門限要低，在Ro為1%時，Ⅱ型有機質就開始進入大量生凝析氣和濕氣階段。前人研究表明，Duvernay頁巖以Ⅱ、Ⅲ型海相有機質為主[17-19]。Simonette區(qū)塊巖石熱解分析數據表明，該區(qū)Duvernay頁巖有機質類型以Ⅱ型海相傾油型為主。Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖有機質類型與沉積環(huán)境有關，Duvernay頁巖沉積時水體較深，洋流攜入營養(yǎng)物質促使有機質產量高，同時，水體相對靜滯形成缺氧環(huán)境，有利于有機質保存。與Simonette區(qū)塊不同，南部的Willesden Green地區(qū)靠近Rimbey—Meadowbrook生物礁帶，相對震蕩的水體易造成有機質的氧化分解，從而易形成偏Ⅲ型海相傾氣型有機質。

有機質是頁巖生烴的物質基礎。有機質豐度主要受沉積環(huán)境和熱演化程度控制?？傆袡C碳含量（TOC）是評價有機質豐度的指標。本文基于實驗測試與測井數據建立了TOC測井解釋模型，預測了單井TOC曲線，通過序貫高斯隨機模擬，建立了Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖TOC地質模型。模型分析表明，Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖有機質含量較高，TOC為2%～6%，平均為4%，具有豐富的生烴物質基礎，平面上表現(xiàn)為西部高、東部低的特征（圖5a）?？v向上，D小層TOC最高，可達4%～6%，該小層厚度為10～20m，是Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖縱向“甜點段”，已鉆分段壓裂水平井著陸點主要位于該小層（圖5b）。此外，A小層下部TOC相對較高，為3%左右，是Simonette區(qū)塊潛在的勘探開發(fā)目標層段。

鏡質組反射率（Ro）是反映有機質熱演化程度的重要指標。中等成熟度（0.8%＜Ro＜1.4%）頁巖更易形成富含液烴油氣藏。Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖Ro主要分布區(qū)間為1.05%～1.5%（圖5a），熱解峰溫Tmax分布在430～470℃，處于凝析油—濕氣窗，平面上由西北向東南Ro逐漸增加。有利的熱演化程度區(qū)間使得Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖富含液烴，總體上單井凝析油含量與Ro具有較好的相關性，Ro高的區(qū)域單井凝析油含量低。

圖5 Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖Ro與TOC疊合圖（a）及TOC剖面圖（b）Fig.5 Superimposed map of Ro and TOC (a) and TOC profile (b) of Duvernay shale in Simonette block

4 儲層特征

4.1 礦物組成

石英、長石、方解石等是頁巖中常見的脆性礦物，脆性礦物含量越高、巖石脆性越強，水力壓裂過程中越易形成人工裂縫或誘導裂縫，有利于頁巖儲層壓裂改造。因此，頁巖中礦物組成及其含量分析對于開發(fā)有利區(qū)優(yōu)選和儲層改造具有重要的意義。Duvernay頁巖儲層非均質性強，以石英、方解石和黏土礦物為主要礦物[20]。

為了更直觀地反映Duvernay頁巖礦物組成，本文采用AmicSCAN礦物分析電鏡掃描獲得了Duvernay頁巖礦物組分的微觀分布情況，開展了大面積礦物組分成像。該電鏡集高分辨場發(fā)射掃描電鏡、礦物自動分析軟件AMICS（Automatic Mineral Identification and Characterization System）和超大面積高分辨成像軟件為一體。

本次自動礦物分析掃描尺度為698μm×697μm，與傳統(tǒng)的電鏡+能譜測點相比，對礦物分布的表征更為精細（圖6）。測試結果表明，Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖樣品礦物組成中，脆性礦物以石英、鉀長石和方解石為主，其中石英含量最高，質量占比為30.77%；黏土礦物主要為伊利石，質量占比為41.66%，此外，黃鐵礦的質量占比為3.2%（表1）。

圖6 X1井Duvernay頁巖樣品（樣品深度3450m）背散射圖像（左）及礦物分析圖像（右）Fig.6 Backscattered image (left) and mineral composition analysis image (right) of Duvernay shale samples from Well X1 (sample depth 3450 m)

表1 X1井Duvernay頁巖樣品（樣品深度3450m）礦物含量數據Table 1 Lab test results of mineral contents of Duvernay shale samples from Well X1 (sample depth 3450m)

4.2 孔隙類型

頁巖儲層為特低孔特低滲儲層，以發(fā)育納米級孔隙為特征。對于頁巖儲層中的納米級孔隙的測試，通常需要使用納米CT、FIB-SEM（聚焦離子束—掃描電鏡）等新的方法和技術[21-23]。

為了更好地表征Duvernay頁巖樣品中有機質、孔隙、礦物的微觀分布情況，本文選取Simonette區(qū)塊X1井測深3450m處的Duvernay頁巖樣品，通過超大面積高分辨電鏡成像和聚焦離子束—掃描電鏡開展孔隙結構測試。選取樣品中的代表性區(qū)域開展大面積高分辨電鏡成像，分辨率為6nm，成像尺度達到毫米級，成像面積達0.47mm2，與傳統(tǒng)的微米級成像相比，大大提高了樣品的代表性。

Loucks等將頁巖儲層基質孔隙劃分為粒間孔隙、粒內孔隙和有機質孔隙3種基本類型[24-25]。超大面積高分辨電鏡背散射圖像分析表明，Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖孔隙類型豐富，主要包括有機質孔隙、顆粒間孔隙、裂縫、黏土集合體礦片間孔隙、石英顆粒內孔隙、方解石內溶蝕孔隙和顆粒邊緣孔隙（圖7）。

圖7 X1井Duvernay頁巖孔隙類型Fig.7 Pore type of Duvernay shale in Well X1

二維（掃描電鏡）圖像定量分析表明，該樣品的有機質含量為6.82%，總孔隙度為1.04%，其中有機質孔隙孔隙度為0.86%、有機質裂縫孔隙度為0.03%（定義橢圓擬合后長軸/短軸大于10的孔隙為裂縫）、無機孔孔隙度為0.13%、無機裂縫孔隙度為0.02%。結果表明，有機質孔隙和有機質裂縫孔隙度占總孔隙度的86%。

為了進一步表征Duvernay頁巖孔隙結構的三維空間分布特征，在上述大面積掃描樣品中，選取有機質和礦物孔隙較為發(fā)育的區(qū)域，采用聚焦離子束—掃描電鏡進行三維掃描。聚焦離子束—掃描電鏡分辨率為5nm×5nm×5nm，樣品掃描尺寸為5.5μm×5.5μm×12.5μm。掃描結果表明，樣品中有機質含量為6.5%，總孔隙度為2.7%，有機質孔隙度為2.5%，占總孔隙度的93%；樣品連通孔隙度為1.8%，約占總孔隙度的67%；總體來說，樣品中孔隙主要發(fā)育在有機質內部，連通性較好（圖8）。

圖8 X1井Duvernay頁巖樣品（樣品深度3450m）三維區(qū)圖像重構和組分分割結果Fig.8 Image reconstruction and component segmentation of Duvernay shale samples from Well X1 (sample depth 3450m)

4.3 孔隙度

頁巖儲層具有孔隙度低和滲透率極低的物性特征。孔隙度是衡量游離氣含量的重要參數，頁巖儲層的孔隙度一般低于10%[26]。Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖處于生油氣窗內，有機質孔隙大量發(fā)育，有機質的分布、類型和熱演化程度決定有效孔的發(fā)育程度和豐度。巖心實驗結果表明，Duvernay頁巖總孔隙度為1%～10%，有效孔隙度為1%～8%。有效孔隙度與TOC呈正相關，進一步證實孔隙大多為有機質孔（圖9a）。Duvernay頁巖有效孔隙度隨著石英含量的增加而增加 （圖9b），隨著碳酸鹽礦物含量的增加而減?。▓D9c）。黏土礦物含量與Duvernay頁巖有效孔隙度的相關性較差（圖9d）。

圖9 Duvernay頁巖有效孔隙度與TOC、礦物含量關系圖Fig.9 Relationship between effective porosity and TOC and mineral content of Duvernay shale

4.4 天然裂縫

Duvernay頁巖沉積后經歷了多期構造演化，盡管頁巖地層中未見大規(guī)模斷裂和褶皺，但成像測井、巖心照片、巖石薄片、微米CT、掃描電鏡等多種實驗手段均觀察到天然裂縫，證實了Duvernay頁巖中存在不同尺度的天然裂縫。

從Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖取心井的巖心照片上可以看出，目的層段巖心巖石破裂程度較高，巖心上可見明顯的水平裂縫和高角度裂縫（圖10a），巖石薄片中可以觀察到被方解石充填的頁理縫 （圖10b），微米CT掃描也識別出多條與頁理近平行的微裂縫（圖10c），掃描電鏡中能夠觀察到礦物顆粒間的微裂縫（圖10d）。不同尺度裂縫的存在有助于改善頁巖儲層的滲透性[27]。

圖10 多種實驗手段觀察到Duvernay頁巖中多尺度裂縫Fig.10 Multi-scale fractures of Duvernay shale observed by various experimental methods

5 油氣成藏特征

Duvernay頁巖是西加盆地一套重要烴源巖，Wang等通過生烴動力學模擬了Duvernay頁巖生排烴過程，認為Ro在0.65%～1.85%時為主要生烴區(qū)間，Ro達到1.1%時生氣量顯著增大，Ro達到1.3%時開始排烴，Ro為1.66%時達到排烴高峰[28]。Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖干酪根類型為Ⅱ型海相傾油型，TOC平均為4%，生烴物質基礎較好，Ro處于1.05%～1.5%，已完成大規(guī)模生烴，但仍有大量烴類尚未排出。Simonette區(qū)塊巖石熱解實驗表明，Duvernay頁巖中滯留了大量游離烴，隨著熱演化程度的增加，滯留的游離烴量減少（圖11），這也是造成熱演化程度高的區(qū)域凝析油含量低的重要因素。

圖11 Simonette區(qū)塊巖石熱解實驗游離烴量與熱演化程度 相關關系Fig.11 Relationship between the amount of free hydrocarbon and maturity by Rock-Eval experiment in Simonette block

西加盆地中部1031005918W5井地層埋藏史和熱演化史表明，中白堊世（距今約120Ma）開始，西加盆地進入前陸盆地的形成階段，盆地整體發(fā)生快速沉降，Duvernay頁巖快速深埋，在晚白堊世（距今80—70Ma）進入“生油窗”，到古近紀（距今約50Ma）達到了現(xiàn)今的熱演化程度，即Ro為1.0%～1.2%，古近紀晚期（距今約30Ma），受拉勒米運動的影響，Duvernay頁巖快速抬升，由埋深近6000m抬升至3000～4000m（圖12）[29]。由于Duvernay頁巖上覆Ireton組泥灰?guī)r，下伏Majeau Lake組泥灰?guī)r或Cooking Lake組石灰?guī)r，上覆和下伏石灰?guī)r致密，對Duvernay頁巖具有較好的封閉效果。同時，盡管Duvernay頁巖沉積后經歷了多期構造沉降和抬升，但地層并未受到大規(guī)模破壞，內部未發(fā)育大規(guī)模的斷裂和褶皺等構造樣式。因此，晚期的快速抬升加上較好的封閉和保存條件，使得Duvernay頁巖現(xiàn)今表現(xiàn)為超壓狀態(tài)，同時又處于生油窗內，流體在地下以氣態(tài)的形式存在，形成了現(xiàn)今的富含液烴頁巖氣藏。例如，Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖地層壓力系數為1.8，全區(qū)富含液烴。

圖12 西加盆地1031005918W5井Duvernay頁巖埋藏史和熱演化史（據文獻[28]）Fig.12 Burial history and thermal evolution history of Duvernay shale in Well 1031005918W5,Western Canada Sedimentary Basin (according to reference [28])

Duvernay頁巖中的有機質在生烴過程中產生大量納米級孔隙，成為烴類的主要儲集空間，總體上，孔隙度隨著TOC的增加而增大。烴類主要以游離態(tài)賦存于有機質孔隙中，少量烴類以吸附態(tài)吸附于有機質孔隙表面。結合實驗室吸附氣量測試結果，計算了Simonette區(qū)塊吸附氣和游離氣資源量，結果表明，Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖資源量中游離氣占比達78%，吸附氣占比為22%。

6 流體分布規(guī)律

區(qū)域上，西加盆地Duvernay頁巖的氣油比受熱演化程度和埋深的控制，總體趨勢為由東北向西南，氣油比逐漸增大，東北部地區(qū)以油為主，西南部地區(qū)以干氣為主，中間為富含液烴的條帶[30]（圖13a）。Duvernay頁巖開發(fā)始于2011年，主要集中在富含液烴的條帶內。

圖13 西加盆地及Simonette區(qū)塊氣油比分布圖Fig.13 Gas-oil ratio of Duvernay shale in the Western Canada Sedimentary Basin and in Simonette block

基于Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖130余口開發(fā)井井口初始氣油比，繪制了該區(qū)Duvernay頁巖氣油比分布圖，將Duvernay頁巖劃分為3個區(qū)帶：揮發(fā)性油區(qū)帶（氣油比小于800m3/m3）、特高含凝析油區(qū)帶（氣油比為800～1300m3/m3）和高含凝析油區(qū)帶（氣油比為1300～3000m3/m3）（圖13b）。 Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖凝析油含量與Ro具有較好的相關性，在生油窗內Ro越低，凝析油含量越高。

根據Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖凝析油含量區(qū)帶劃分，選取3口具有PVT分析報告且樣品較穩(wěn)定的典型井來分析揮發(fā)性油區(qū)帶、特高含凝析油區(qū)帶和高含凝析油區(qū)帶的流體特征[31]。不同凝析油區(qū)帶流體組成詳見表2。由該表可知，隨著凝析油含量的增加，流體密度不斷增大，甲烷等輕質組分含量逐漸減少，C5+含量增大，其中揮發(fā)性油區(qū)帶甲烷含量僅為54.03%，C5+含量可達20.15%；不同區(qū)帶飽和壓力有所差異，分布范圍為26.63～29.74MPa；地飽（露）壓差（地層壓力與飽和壓力之差）較大，一般大于30MPa，有利于氣藏早期的衰竭式開發(fā)[32]。

表2 Simonette區(qū)塊不同凝析油區(qū)帶流體組成Table 2 Fluid composition of different condensate zones in Simonette block

7 勘探開發(fā)策略

Duvernay頁巖儲層流體類型復雜，盆地范圍內涵蓋了原油、凝析油、濕氣、干氣等流體類型。Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖處于凝析油—濕氣窗，以凝析氣藏和揮發(fā)性油藏為主。Simonette區(qū)塊生產實踐表明，特高含凝析油區(qū)帶凝析油采收率可以達到15%～20%，但是在采用相似的壓裂完井工藝條件下，揮發(fā)性油區(qū)帶原油采收率通常低于10%。這主要是由于頁巖揮發(fā)性油藏中甲烷含量低，原油以液態(tài)或超臨界態(tài)的形式賦存于頁巖納米級孔隙中，流體的黏度和密度均高于以氣態(tài)賦存于頁巖中的特高含凝析油區(qū)帶和高含凝析油區(qū)帶。同時，在特高含凝析油區(qū)帶和高含凝析油區(qū)帶中，由于流體以氣態(tài)賦存于頁巖中，因此，生產中凝析油通常以“以氣帶油”的形式產出，但揮發(fā)性油區(qū)帶往往產氣量低，“以氣帶油”的效應較弱。

通過對Simonette區(qū)塊Duvernay頁巖的地質特征分析和解剖，認為該區(qū)Duvernay頁巖上頁巖段儲層厚度大、層內不發(fā)育碳酸鹽巖隔夾層、TOC高、儲層物性好，是主力勘探開發(fā)目的層，水平井應部署在上頁巖段下部的D小層，并且在實施中應盡可能規(guī)避碳酸鹽巖隔夾層。

基于流體分布規(guī)律的認識，在該類富含液烴頁巖氣藏勘探開發(fā)順序上，應優(yōu)先評價和開發(fā)易動用、采出程度高的特高含凝析油區(qū)帶和高含凝析油區(qū)帶，再動用揮發(fā)性油區(qū)帶，同時可以優(yōu)選注氣吞吐等適用的提高采收率技術，以提高揮發(fā)性油區(qū)帶的采出程度。

8 結論

與國內以干氣為主的頁巖氣藏不同，Duvernay頁巖熱演化處于生油窗內，富含液烴，儲層流體類型復雜，勘探開發(fā)策略具有顯著差異。對于該類富含液烴頁巖氣藏，特高含凝析油區(qū)帶和高含凝析油區(qū)帶氣油比高，地下烴類流體以氣態(tài)形式賦存，流體流動性強，開發(fā)中具有“以氣帶油”的優(yōu)勢，采收率相對較高，應優(yōu)先進行評價和動用；而揮發(fā)性油區(qū)帶流體流動性較差，采收率較低，可以作為接替動用區(qū)。該認識對于國內頁巖油勘探開發(fā)具有重要的意義，儲層流體的流動性是頁巖油能否實現(xiàn)商業(yè)開發(fā)的核心因素。在頁巖油勘探選區(qū)選帶時應優(yōu)先考慮中等成熟度、氣油比高的頁巖，加強流體相態(tài)和可動性評價。