中国石油陆上中-高成熟度页岩油勘探现状、进展与未来思考

中国石油天然气集团公司(简称中国石油)矿权区陆相页岩油地质资源丰富,“十三五”资源评价,中国石油陆上中-高熟页岩油(简称页岩油)地质资源量201×108t,占中国页岩油地质资源总量的71%。鄂尔多斯盆地延长组7段、松辽盆地青山口组和准噶尔盆地芦草沟组等重点层系的产量显著增长,中国石油页岩油年产量从2010年的2.5×10^(4)t增至2023年的391.6×10^(4)t,勘探潜力巨大。研究表明:近年来由于陆相不同类型页岩油具有地质特征非均质性强、富集高产因素明显差异的特点,其效益勘探存在地质认识与勘探技术的双重挑战。特别是:(1)夹层型页岩油虽在鄂尔多斯盆地长71+2亚段(延长组7段1+2亚段)实现规模勘探,但勘探靶体钻遇率变化大,深湖区细粒沉积体系研究薄弱,靶体空间展布刻画技术的准确性仍需提升;(2)混积型页岩油地层垂向厚度大、岩性频繁变化、发育多套地质甜点,在柴达木盆地、渤海湾盆地虽然实现了勘探突破,但垂向地质甜点产量差异明显,页岩油高产主控因素不清,主力靶体评价优选技术、方法仍需完善;(3)页岩型页岩油在松辽盆地青山口组实现了古龙页岩油勘探突破,但陆相湖盆不同类型页岩生、排烃差异明显,页岩原位滞留烃特征变化大,地质-工程一体化靶体评价技术、方法仍需深化研究。总体上中国石油页岩油勘探开发仍处于快速推进阶段,未来应:(1)加强淡水湖盆深湖区多类型砂体成因机制研究,实现薄层浊积砂体等夹层型页岩油效益勘探;(2)加强咸化湖盆富碳酸盐混积型页岩油源-储组合评价,优选主体靶体实现混积型页岩油高效勘探;(3)加强淡水、咸化湖盆优质源岩生、排烃差异性评价,优选最佳靶体,实现不同湖盆页岩型页岩油地质-工程一体化精细勘探。

松辽盆地白垩系青山口组页岩层系非均质地质特征与页岩油甜点评价

松辽盆地白垩系青山口组湖相沉积发育规模富有机质页岩,古页油平1井实现了深湖区古龙页岩油勘探突破。为进一步精细评价湖盆不同相带页岩层系地质特征,明确陆相湖盆页岩油甜点特征,按青山口组页岩形成环境差异,开展湖盆不同相带页岩层系地质特征非均质性研究。淡水湖盆不同相带页岩层系存在富有机质(总有机碳含量TOC>3%)纹层状黏土(质)页岩、纹层状黏土(质)页岩、长英(质)页岩、纹层状介壳页岩、块状泥岩、灰岩和白云岩7种类型,分别评价生烃与滞留烃总量差异及烃类流动性、储集性、可压性和产油能力差异,据此提出页岩油资源甜点与工程甜点。根据TOC和S_(1)(热解烃含量)将青山口组页岩资源甜点划分为Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ类,其中Ⅰ类资源甜点TOC大于3.0%,S_(1)大于4.0 mg/g;Ⅱ类资源甜点TOC在1.5%~3.0%,S_(1)在1.0~4.0 mg/g;Ⅲ类资源甜点TOC小于1.5%,S_(1)小于1.0 mg/g。半深湖-深湖相页岩多为Ⅰ类和Ⅱ类资源甜点,滨浅湖相页岩则以Ⅱ类和Ⅲ类资源甜点为主。通过不同相带岩相含油性、渗流性、可压性、源岩特性和物性等因素分析,优选松辽盆地青山口组页岩油主力靶体。

海陆相页岩型页岩油地质特征的差异与甜点评价--以北美二叠盆地Wolfcamp D页岩油与松辽盆地古龙页岩油为例

全球页岩油技术可采资源量为2512×10^(8)t,2021年页岩层系原油累计产量达3.9×10^(8)t,已成为全球油气勘探开发的重要领域之一。根据地质条件和沉积特征,中国陆相页岩层系储层“甜点”分为夹层型、混积型与页岩型3类,其中夹层型、混积型已是国内外页岩油勘探开发主体。近期,页岩型页岩油也实现了勘探突破,但急需深化甜点评价,为实现效益开发提供依据。因此,文章尝试以北美二叠盆地海相石炭系Wolfcamp D段和松辽盆地古龙陆相白垩系青山口组两套页岩型页岩油地质特征对比为基础,探讨页岩型页岩油甜点评价关键指标,为中国陆相页岩型页岩油勘探开发提供借鉴。对比认为两套页岩岩性均以高黏土矿物、高石英的长英质页岩和黏土质页岩为主,具有地层超压、油质偏轻且脆性矿物含量较高的相近地质特征;但古龙页岩储集空间为与大量黏土矿物相关的有机质孔—页理缝复合的双重空间,连通性较Wolfcamp D段页岩好,有机碳丰度则略低于Wolfcamp D段页岩。Wolfcamp D页岩油地质甜点为有机碳丰度较高的黏土质泥页岩和硅质泥页岩,结合页岩压裂效果,工程甜点确定为富含生物硅的富有机质硅质泥页岩。同样,中国古龙陆相页岩油将滞留烃作为地质甜点评价依据,提出富有机质的黏土质页岩和长英质页岩均为地质甜点,而工程甜点则应聚焦富含硅质的长英质页岩。

陆相富有机质页岩黄铁矿特征及意义--以鄂尔多斯盆地延长组和松辽盆地青山口组为例

黄铁矿是富有机质页岩中广泛发育的一种矿物,对富有机质页岩的沉积环境判别与油气富集具有重要意义。通过薄片鉴定、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、氩离子抛光、扫描电镜、岩石热解和气体吸附等技术手段,对鄂尔多斯延长组与松辽盆地青山口组富有机质页岩中黄铁矿及其对储层影响进行分析。结果表明:①鄂尔多斯盆地黄铁矿含量以及草莓状黄铁矿粒径均大于松辽盆地,其中延长组每组样品草莓状黄铁矿平均粒径介于13.79~18.1μm,粒径主要发育在10~22μm;青山口组每组样品草莓状黄铁矿平均粒径在2.83~14.92μm间,粒径主要发育在2~8μm。②鄂尔多斯盆地和松辽盆地黄铁矿含量同TOC(总有机碳)、S1+S2(生烃潜力)存在正相关。两个盆地平均孔径与黄铁矿含量成正比、与草莓状黄铁矿粒径呈反比。③鄂尔多斯盆地延长组富有机质页岩中草莓状黄铁矿为早期同沉积浅埋藏黄铁矿,黄铁矿沉积环境为浅水氧化环境;松辽盆地青山口组富有机质页岩中草莓状黄铁矿存在中成岩后深埋藏黄铁矿与早期浅埋藏黄铁矿两种,黄铁矿沉积环境为半深水硫化环境、浅水次氧化-氧化环境。黄铁矿可促进有机质富集与孔隙发育,草莓状黄铁矿晶间孔还可促进烃类富集,对页岩油勘探具有借鉴意义。

萘菲系列化合物成熟度参数适用性探讨:基于热压生排烃模拟实验

选取有机质类型为Ⅱ1型的烃源岩进行热压生排烃模拟实验,对排出油和滞留油中的萘菲系列化合物成熟度参数进行对比分析,同时结合实测镜质体反射率(R_(o))判断排出油和滞留油中成熟度参数的适用性。研究表明,随着模拟温度的升高,排出油和滞留油中的萘菲系列成熟度参数变化趋势基本一致,但不同参数的有效成熟度指示范围有所差别;对前人提出的基于萘菲系列成熟度参数计算等效镜质体反射率的方法进行验证,结果显示由二甲基萘参数DNR得出的等效镜质体反射率(R_(c))与实测镜质体反射率(R_(o))相关性较好,基于三甲基萘参数TNR-2、甲基菲指数MPI-1得到的R_(c)具有一定局限性;对比三甲基萘参数TMNr和四甲基萘参数TeMNr及甲基菲分布分数F_(1)和F_(2)对热演化程度的划分结果,发现应用三甲基萘参数和四甲基萘参数判断成熟度误差较大,甲基菲分布分数与R_(o)相关性较好,是良好的成熟度指标。

中国陆相中高成熟度页岩油非均质地质条件与差异富集特征

基于页岩油基本地质条件和富集特征的对比研究,明确了中国陆相中高成熟度页岩油源储条件的非均质性与差异化富集特征。研究认为:①相比北美页岩油大面积分布的较为均质的源储等有利条件,中国陆相中高成熟度页岩油形成地质条件总体上差异明显,陆相多旋回构造演化形成了多期多类型湖盆,不仅为陆相页岩油规模发育提供场所,也形成了规模优质源岩、多类型储集体以及复杂多样的源储组合,呈现出显著的非均质特征;②不同沉积水体环境的差异导致源岩岩性、岩相和有机母质类型的非均质性,物源供应和沉积相带的差异形成泥质岩、过渡岩性、致密粉砂岩等多样的储集体以及复杂的源储组合类型;③源岩的非均质性控制了生排烃的差异化、储集类型的多样性决定了储集性能的差异化和源储匹配的复杂性,最终决定了富集规律的不同,优质源岩生排烃差异能力影响页岩油富集程度,淡水烃源岩TOC值大于2.5%、咸化烃源岩TOC值为2%~10%时,滞留烃量高,相对有利;④高丰度有机质泥页岩是源内页岩油富集的物质基础,液态烃除在页岩内滞留外,沿纹层、成岩缝、砂质薄层等多种运移路径运聚富集在源内泥质粉砂纹层、粉砂岩、泥质白云岩、白云质粉砂岩等低有机质丰度页岩层系,呈现出富集规律的差异化特征。

陆相坳陷湖盆深水重力流沉积类型、模式及控制因素分析——以鄂尔多斯盆地延长组长7段为例

鄂尔多斯盆地长7深水沉积是大型坳陷湖盆深水重力流的典型代表。基于多口取心井厘米级岩心描述和测录井、薄片资料,对长7深水重力流沉积的类型、特征、流体性质和沉积演化过程进行探索。明确深水沉积包括4种类型:深湖泥页岩沉积、滑塌沉积、砂质碎屑流沉积、浊流沉积。剖面上三角洲前缘砂体在外力触发条件下发生滑塌,转变为砂质碎屑流,最终演化为浊流。平面上三角洲前缘坡折带末端发育大面积砂质碎屑流舌状体,其前端的浊流沉积呈扇状分布。鄂尔多斯盆地晚三叠世独特的构造背景、气候条件以及强烈的造山活动,造就了鄂尔多斯盆地特有的重力流沉积模式。砂质碎屑流和浊流砂体分别对应长7页岩油的一类、二类砂体,具有近源成藏的优势,油气资源量可观,目前已产生规模效益。

鄂尔多斯盆地南部延长组7段页岩孔隙特征及页岩油赋存方式

鄂尔多斯盆地三叠系延长组7段(长7段)页岩油勘探潜力巨大,开展页岩储层特征研究对于明确优势储层、指导下一步页岩油勘探部署具有重要意义。基于露头及岩心观察、岩石薄片鉴定、地球化学特征和孔隙度、渗透率等测试资料,系统分析了鄂尔多斯盆地南部长7段页岩的孔隙特征,并探讨了长7段页岩油的赋存方式。盆地南部地区长7段发育隐纹层型、粒序纹层型、波状纹层型、平直纹层型和断续纹层型5类页岩,储集空间类型包括有机储集空间、无机孔隙和裂缝。平直纹层型页岩是最好的页岩油储集岩性,主要发育超压破裂缝、有机质孔和弯曲—平直狭长缝状粒间孔等储集空间,以平行板状宏孔和中孔为主。页岩油储层中孔和宏孔的复杂程度会影响孔隙结构分形维数D_(1)和孔隙表面分形维数D_(2)的相对关系,而大量发育的微孔可能会提高孔隙结构的复杂性。结合页岩类型和孔隙特征,认为长7段页岩油具有“自生自储”、“近源聚集”和“短距离聚集”3类富集模式特征,受控于连续沉积的页岩岩相沉积序列,表现为连续成藏—富集。