渤海湾盆地沧东凹陷古近系孔店组二段页岩高丰度有机质富集模式

渤海湾盆地沧东凹陷古近系孔店组二段(孔二段)页岩有机质丰度高,具有良好的页岩油勘探潜力,但由于缺乏精细的地球化学研究,有机质富集机理尚不清晰。通过开展全岩X射线衍射、全岩光片显微组分、岩石热解、总有机碳含量(TOC)、饱和烃色谱-质谱、单体烃碳同位素、主量元素与微量元素分析测试,研究了沧东凹陷孔二段页岩有机质富集的影响因素与模式。研究结果表明:孔二段页岩有机质富集受陆源碎屑输入、古生产力、古气候、古水深和古盐度多种因素影响,这些影响因素通过控制湖盆中菌藻类生物的生长、发育,在五级层序T-R旋回转换期形成高丰度有机质富集段。陆源碎屑输入为湖盆带来的丰富营养物质提高了湖盆生产力;古气候、古水深与古盐度主导了湖盆中水生/陆源有机质贡献比例的变化;细菌活动对有机质的改造提高了页岩H/C原子量比与“腐泥化”程度。以C3开发层系T-R旋回转换期为主的⑧号小层页岩形成于温湿气候、低盐度和水体较深的沉积古环境,TOC平均为2.7%,游离烃含量(S1)为3.7 mg/g,可动油指数(OSI)为215 mg/g,有机质丰度高、有机质类型较好,是页岩油有利靶窗。

渤海湾盆地沧东凹陷孔二段细粒沉积旋回及其对有机质分布的影响

基于陆相水进-水退旋回(T-R旋回)层序地层学理论,通过对渤海湾盆地沧东凹陷官108-8井古近系孔店组二段连续500m完整取心及化验资料分析,开展湖相盆地细粒沉积岩的高频旋回特征研究。通过应用测井岩性组合判别方法,搭建孔二段细粒沉积岩的五级高频旋回地层格架。采用不同尺度及方法表征细粒沉积岩高频旋回特征,研究表明五级T旋回陆源碎屑矿物含量高、古盐度低、古气候偏潮湿、纹层密度大,五级R旋回则表现为碳酸盐矿物含量高、古盐度高、古气候偏干旱、纹层密度小。高频旋回变化控制了有机质的丰度与类型,T旋回中TOC值较高,除了有较高的陆源有机碳含量外,水体内生有机质也较为丰富,显示湖泊的初级生产力较高,有利于页岩油的形成与富集。

基于低温氮实验的页岩吸附孔分形特征

以低温氮吸附实验数据为基础,分析了重庆綦江观音桥剖面下志留统龙马溪组页岩样品吸附孔的吸附特征,采用FHH分形模型,计算了吸附孔分维值D,定量研究了分维值对页岩孔隙参数的变化规律。结果表明：脱附支得到的孔径分布曲线呈双优势峰,其中3.2-3.8 nm为假峰,页岩储层孔隙富含0.4-0.8 nm的微孔且分布集中,2-25 nm的中孔分布相对均匀。页岩吸附孔分形特征明显,分维值介于2.760-2.879,分维值与平均孔直径、孔隙体积呈较好的负相关,与埋深呈弱的正相关,而与比表面积无直接关系。

页岩储层矿物成分及相关讨论

运用实验技术手段,综合测试分析了重庆南川泉浅一井龙马溪组下段页岩储层的矿物组分,分析结果表明:研究对象与其他页岩气有利区块的页岩相比,黏土矿物含量较高,脆性矿物含量较低,矿物组分对孔裂隙的发育具有重要影响;成岩作用介于晚成岩作用阶段与极低级变质作用阶段之间;基于矿物组分的脆性评价显示泉浅一井页岩脆性较低,但研究区页岩分布面积广、厚度大,可以弥补其他性质的不足。页岩矿物组分受控于沉积-成岩作用,通过沉积微相的分析确定页岩脆性矿物富集区带,对煤矿安全开采、煤层气分布富集研究、寻找页岩气压裂的有利区带等均有重要意义。

五峰组-龙马溪组页岩孔隙结构与非均质特征研究

为探究五峰组-龙马溪组页岩储层孔隙特征与微观非均质特征,以重庆南川、綦江的五峰组-龙马溪组页岩样品为例,通过氩离子抛光-场发射扫描电镜、高压压汞、低温氮吸附等实验技术手段,总结出孔隙的结构特征,进而揭示储层在微观尺度上的非均质性。结果表明:储层发育为多种孔隙类型,特征具有较大差异;孔隙在连通性、形态、孔径、分布特征上的微观非均质性较强;储集能力、渗流能力的差异受控于储层孔隙-微裂隙的非均质性;分形维数可作为孔隙非均质程度的定量评价标准。对页岩储层纳米孔和非均质性的研究,可以为储层评价提供新的思路。

核磁共振冻融法表征非常规油气储层孔隙的适用性

核磁共振冻融法是当前非常规油气储层孔隙分布研究的一个热点技术,但因这类孔隙分布与成因复杂,使得该方法的适用性和准确性仍不很确定,是领域研究的难点。为加深对此的认识,采用核磁共振冻融法,结合相对传统的压汞法、氮气吸附法以及核磁共振T2法,分别对页岩、煤、致密砂岩3类端元非常规储层样品进行了孔径分布特征测试对比研究。结果表明,核磁共振冻融法在表征非常规储层纳米孔隙分布特征方面具有很好的适用性和准确性,但样品和实验条件也在一定程度上影响着测试精度,如制样大小、探针液体的KGibbs-Thomson(KGT)、冻融损伤以及金属矿物(黄铁矿)的含量等。因此实际分析中需根据研究对象选择合适颗粒大小的样品进行测定,需首先计算得出适合待测样品的KGT,需要探索新的探针液体,而因大多数非常规储层样品中的黄铁矿含量较低(<10%),所以测试结果仍能够比较完整定量地刻画孔隙。核磁共振冻融法对于表征非常规储层孔隙很有潜力,其适用性和准确性还需进一步探索。

沧东凹陷深湖亚相纹层状页岩成因及页岩油可动性影响因素

纹层是深湖亚相页岩的重要沉积结构,对页岩油的可动性具有重要影响。以渤海湾盆地沧东凹陷孔店组二段(孔二段)为例,综合X射线衍射、岩石热解、X射线荧光光谱、全自动矿物分析、场发射扫描电镜和氮气吸附等测试技术,从微米—纳米尺度探讨了纹层状页岩中页岩油的特征和成因,并深入分析了页岩油可动性的控制因素。研究结果表明:孔二段页岩主要有5类纹层,即长英质纹层、灰云质纹层、黏土质纹层、方沸石质纹层和混合质纹层,其中,前3类纹层的平均厚度分别约为250μm、125μm和65μm。这些纹层主要构成了3类纹层状页岩:纹层状长英质页岩、纹层状灰云质页岩和纹层状混合质页岩。根据细粒沉积的有机相分类,纹层状长英质页岩形成于强外源输入的淡水沉积环境,而纹层状灰云质页岩形成于高含硫的碳酸盐/蒸发岩等相对咸水沉积环境,这反映二者在高效生烃机理上存在差异。进一步研究表明,有机-无机地质因素共同影响纹层状页岩中页岩油的可动性。有利于页岩油流动的因素包括:页岩具有适中的总有机碳含量(1%~4%)和最高热解峰温(435~450℃),发育产气型干酪根而非产油型干酪根,具有更高的碳酸盐含量而非长英质含量、大孔径和更低的孔隙比表面积。研究成果有望为深化陆相页岩油“甜点”评价、指导页岩油勘探开发提供理论指导。

黄骅坳陷页岩型页岩油富集规律及勘探有利区

近年勘探实践证实渤海湾盆地黄骅坳陷古近系孔店组二段、沙河街组三段和沙河街组一段主力烃源岩层系发育页岩滞留型页岩油,页岩油富集规律不清、有利层/区不明制约了坳陷页岩油扩展勘探和规模开发。基于黄骅坳陷古近系系统取心、岩石薄片、测井、录井、试油及烃源岩评价、滑溜水常压渗吸对比实验等测试资料系统开展页岩油烃源岩、储集性能、保存条件分析,探讨黄骅坳陷页岩型页岩油富集模式及有利区分布规律。研究认为,适中物源供给、适中总有机碳含量(TOC含量为2%~6%)、适中有机质类型(以Ⅰ型为主、Ⅲ型为辅)、适中热演化成熟度(Ro为0.7%~1.2%)等适中的物源及烃源岩条件,高密度微米—纳米纹层(密度可达15000层/m)、高占比微米—纳米孔缝(孔隙度平均为4.5%)、高滞留可动烃含量(S1含量平均为4.2 mg/g)等适高的储集条件,顶、底板封堵条件优(盖层厚度为50~100 m)、断裂破坏程度弱(水平井靶层距离为450~550 m)等优良的保存条件,是黄骅坳陷古近系页岩型页岩油富集的主控因素。提出了黄骅坳陷古近系“2优1超1匹配”的“中高匹配”页岩油富集规律,分别构建了毫米级有机质—长英质纹层、厘米级有机质—粉砂纹层、毫米级有机质—碳酸盐纹层3类“优势组构相”的页岩油富集模式。提出了研究区页岩型页岩油有利层及有利区的优选标准及定量评价方法,在黄骅坳陷古近系优选出7套Ⅰ类富集层作为首选钻探靶层。研究认识指导有效实现了沧东凹陷页岩油规模开发和歧口凹陷页岩油勘探突破,初步建成了产量10×104t/a的页岩型页岩油开发示范区,实现了在65美元/桶油价下的效益开发,展示了中国东部断陷盆地陆相页岩油良好的勘探开发前景。