页岩油富集可动性地球化学评价参数探讨——以威利斯顿盆地Bakken组和渤海湾盆地济阳坳陷古近系沙河街组页岩为例

地球化学参数是页岩油富集可动性评价的重要指标。通过矿物/页岩抽提残渣混油/烷烃热解实验,以及产油页岩有机试剂抽提前、后热解参数对比正演模拟,剖析威利斯顿盆地Bakken组和渤海湾盆地济阳坳陷古近系沙河街组产油页岩的实例,分析页岩油富集特征与地球化学参数响应,研究评价页岩油富集可动性的含油饱和度指数(OSI)及烃产率指数(PI)下限值。研究表明:页岩中的油在常规热解过程中,除了热解游离烃量(S1)之外,也对热解裂解烃量(S2)有贡献,影响了S2曲线的峰型及热解烃峰值温度(T_(max))。页岩内由于原油富集,造成页岩热解参数呈现出异常高OSI和PI值、异常低T_(max)值,OSI值、PI值及T_(max)值之间具有协同变化的关系。富含油的贫有机质页岩的热解参数异常较为明显,富有机质页岩在总有机碳含量(TOC)达到特定值后OSI和PI值趋于稳定。这些页岩由于液-固相互作用影响了烃类可动性下限值。威利斯顿盆地Bakken组1口井和济阳坳陷沙河街组3口井系统解剖结果表明,这些井页岩油富集可动性的OSI下限值为50~75 mg/g,对应PI下限值为0.12~0.20,页岩油富集可动性的OSI下限与页岩岩性和原油性质密切相关,富碳酸盐页岩具有较低的OSI下限值。

页岩油赋存特征、可动性实验技术及研究方法进展

赋存特征与可动性是页岩油评价及勘探开发的一项重要内容,但由于页岩非均质性强,孔隙结构及流体性质较为复杂,页岩油赋存特征及可动性的表征仍存在较大挑战。近些年,随着中外页岩油勘探开发的进行,一些新的研究方法和实验技术不断涌现。为此,针对页岩油赋存特征及可动性评价方面的研究方法和实验技术进展进行了梳理,并提出了页岩油赋存特征及可动性研究需要考虑的问题。现有技术中,利用先进的高分辨率成像技术进行图像观察是定性评价页岩油赋存特征的最直接方法;基于统计分析的油饱和度指数法和分级评价方法在成熟探区评价页岩油可动性具有优势;多温阶热解参数法是目前快速高效定量表征不同赋存状态页岩油量的方法,在页岩含油性、页岩油可动性及资源量评价方面具有较好的应用前景。在未来页岩油赋存特征及可动性研究时,需要充分考虑以下问题:①开发高仿真的页岩油富集、流动及开发模拟实验,保证实验条件与地下地质条件的相似性。②开展微纳米尺度下页岩油微观流动实验,探索页岩油微观流动机理及控制因素。③详细剖析不同基础薄层中页岩油赋存特征及可动性的差异性,以及不同基础薄层对页岩含油性及页岩油可动性的贡献。④将页岩油微观赋存形式、流体机理与宏观地质参数结合,确定评价页岩油可动性的宏观地质条件及参数。

陆相富碳酸盐页岩结构特征与页岩油可动性——以济阳坳陷古近系沙河街组页岩为例

基于岩矿及地球化学分析、物性测定、镜下观测及不同薄层剥离测试等手段,剖析了渤海湾盆地济阳坳陷古近系沙河街组富碳酸盐页岩的结构特征,对比了不同类型页岩薄层的有机质丰度、储集性及含油性,划分出典型的页岩储-渗结构类型,并分析了不同类型页岩储-渗结构中油的可动性。取得以下认识:①泥质层与方解石层重复叠置是富碳酸盐页岩的主要结构类型,其中方解石层分为泥晶方解石层、粉晶方解石层和纤维状方解石脉。②泥质层是页岩有机质丰度及孔隙度的主要贡献者,具有最好的生烃能力、储集性能和含油性;而泥晶方解石层也具有较好的生烃潜力、储集性和含油性;粉晶方解石层和纤维状方解石脉具有较好的渗流输导性能。③济阳坳陷富碳酸盐页岩主要发育4种类型储-渗结构,各类储-渗结构中油的可动性强弱依次为:富粉晶方解石层页岩储-渗结构、富复合方解石层页岩储-渗结构、富纤维状方解石脉页岩储-渗结构、富泥晶方解石层页岩储-渗结构。济阳坳陷沙河街组页岩油在不同热演化阶段具有不同的储-渗结构类型勘探目标。

渤海湾盆地济阳坳陷高产页岩油井BYP5页岩地质特征

济阳坳陷高产页岩油井BYP5古近系沙河街组三段下亚段(沙三下亚段)页岩为高成熟、富碳酸盐页岩典型代表,研究其地质特征对相似页岩勘探具有借鉴意义。从矿物组成、薄层结构、生烃条件、烃类流体性质、储集空间特征等方面剖析了该页岩基本特点。基于地化参数异常分析了页岩油微运移调整、富集机制,确定了页岩油可动的油饱和度指数(OSI)、总有机碳含量(TOC)及孔隙度下限。研究了有利于页岩油高产的地质条件。研究表明:BYP5井沙三下亚段页岩以碳酸盐质页岩为主,具有明显的薄层结构特征,薄层类型主要包括泥质薄层和泥晶方解石薄层。TOC为0.58%~7.98%,平均4.52%,以Ⅰ型有机质为主,处于生轻质油-凝析气阶段。孔隙度为2.2%~6.9%,平均3.22%,储集空间包括基质孔、层间缝以及穿层缝,其中基质孔是主要储集空间类型。可动页岩油的OSI下限值低于50 mg/g,TOC下限值为1%,孔隙度下限为2.2%。利于高产的地质条件是:①较高的有机质丰度和生烃潜力,为石油富集及流动奠定坚实物质基础;②油气具有较好的流动性,可大大降低有效储集物性下限;③异常高压为石油产出提供了充足的天然能量;④页岩的纹层状/层状结构特征决定了其具有较高的生-储-渗效率;⑤层间缝和穿层缝等多种裂缝发育,可有效沟通裂缝两侧的基质孔隙,有利于基质孔中石油产出。

渤海湾盆地黄骅坳陷石炭系-二叠系煤系烃源岩生烃特征研究

近年来,渤海湾盆地探明数个石炭系-二叠系煤系烃源岩供烃的凝析油气藏,展现出可观的勘探潜力。针对研究区烃源岩生烃特征认识不清、勘探方向不明的问题,亟需重新认识煤系烃源岩的供烃能力。为此,以渤海湾盆地黄骅坳陷为研究对象,通过岩心、测井、录井、试油等多元数据统计,基于盆地内构造单元沉积充填特征差异分析,运用盆地数值模拟技术建立沉积单元评价模型,开展黄骅凹陷煤系烃源岩不同岩层的空间展布、生烃潜力与生烃特征综合分析,明确了渤海湾盆地石炭系-二叠系煤系烃源岩生烃模式,并预测了研究区潜山油气有利聚集带。结果表明:黄骅坳陷石炭系-二叠系煤系烃源岩以煤岩为标志层,发育泥岩、炭质泥岩与煤岩3种生烃岩性,其中,泥岩厚度大,连续性强,生烃潜力大;生烃模拟表明,一次生烃以泥岩生油为主,二次生烃以多种烃源岩混合生油生气为主;发育早期沉降型、晚期沉降型与持续沉降型3类生烃模式,持续沉降型与晚期沉降型生烃区对潜山原地油气聚集最为有利。研究成果可为研究区煤系烃源岩供烃的油气成藏理论研究与勘探部署提供技术支撑。

渤海湾盆地东营凹陷泥页岩有机储集空间研究

根据干酪根生烃过程中的体积变化,讨论了渤海湾盆地东营凹陷沙三下亚段和沙四上亚段泥页岩生烃演化对储集空间的贡献。研究认为,东营凹陷这2套泥页岩具有较高的脆性矿物含量,2 000～3 000 m是泥页岩岩石力学性质发生明显转变的阶段,岩石脆性变大,在3 000 m以下,有机孔隙保存条件较好。在此基础上计算2套不同丰度泥页岩在不同埋深条件下的有机储集空间的大小。结果表明,有机质丰度较低(TOC含量小于2.0%)的泥页岩,生烃次生孔隙非常有限,而高丰度烃源岩(TOC含量大于4.0%),在演化程度较高的条件下生烃转化能形成4%以上的次生孔隙。东营凹陷沙四上亚段埋藏较深,演化程度较高,在深洼处具有较丰富的生烃次生孔隙;而沙三下亚段总体演化程度不高,其生烃产生的次生孔隙仅局部地区发育。

页岩滞留液态烃的定量评价

利用低温样品前处理技术并与地质分析相结合,建立了应用氯仿沥青"A"和热解参数定量评价页岩中滞留烃的方法。通过自生自储油气藏中原油与烃源岩氯仿抽提物组分对比,建立了东营凹陷主要生油窗范围内氯仿沥青"A"轻烃恢复系数随烃源岩生烃演化而变化的关系曲线,Ro小于0.5%,氯仿沥青"A"恢复系数较小,其重要增加发生在Ro为0.7%以后,Ro在1.2%时达到1.40以上。通过新鲜冷冻样品与常温保存样品的对比,建立了热解过程中散失轻烃的确定方法,并建立了不同演化阶段的散失系数,其变化规律与氯仿沥青"A"恢复系数相似。通过原样及抽提残渣的热解对比分析,建立了不同演化阶段烃源岩热解S2中滞留烃的比例系数,在成熟阶段(Ro为0.8%),这一比例可高达50%以上。通过上述技术方法,可以客观评价页岩中滞留烃含量,对油气资源评价具有重要意义。

陆相断陷盆地页岩油资源潜力评价——以东营凹陷沙三段下亚段为例

页岩油资源潜力分析是页岩油勘探实践最重要的基础工作之一,可动资源量是最直接的资源潜力衡量指标。在借鉴页岩油资源评价和页岩油可动性等已有研究成果的基础上,分别应用氯仿沥青"A"参数法和热解参数法计算东营凹陷沙三段下亚段页岩油资源量和可动资源量。结果表明,2种方法的计算结果基本一致,页岩油资源量分别为11.39×10~8和11.57×10~8t。平面上,页岩油资源主要分布在各次级洼陷带,资源丰度为100×10~4～250×10~4t/km^2。纵向上,页岩油资源主要分布在埋深3 000～3 500 m,资源量为7.01×10~8t,其次分布在3 500～4 000 m,资源量为4.37×10~8t;从页岩油可动资源量来看,两者接近,分别为0.75×10~8和0.73×10~8t,但深部页岩油具有较高可动率。利津洼陷带具有较高的页岩油资源丰度和可动率,页岩油资源潜力大,为有利的页岩油勘探区。

准噶尔盆地乌伦古坳陷东部南斜坡油气来源分析

乌伦古坳陷存在侏罗系、三叠系和石炭系3套烃源岩,其中侏罗系烃源岩为未熟烃源岩,三叠系和石炭系为成熟烃源岩。油源分析结果表明滴北1井油气源自石炭系烃源岩。在此基础上,对研究区构造和石炭系烃源岩演化进一步分析后认为,该区圈闭的形成期与石炭系烃源岩的生排烃期匹配关系较好,石炭系烃源岩是该区最有利的一套烃源岩。

准噶尔盆地永1井油气来源及成藏模式分析

准噶尔盆地永1井侏罗系地层中存在几套地化特征完全不同的原油,油源分析认为其侏罗系西山窑组原油主要来自二叠系烃源岩、三工河组下部原油主要来自侏罗系烃源岩,而上部油砂的抽提物则具有上下2套原油的混合特征。侏罗系和二叠系是准噶尔盆地昌吉凹陷最主要的烃源岩,下二叠系烃源岩的主要生烃期在二叠纪末至侏罗纪早期,中二叠统烃源岩主要生烃期在三叠纪末期至早白垩纪,而侏罗系烃源岩的主要生烃期在第三纪以后。根据分析昌吉凹陷的构造演化后认为,西山窑组中的降解原油为侏罗纪末抬升剥蚀前形成的油藏,其正常原油油藏则在白垩系沉积后形成,而三工河组侏罗系原油则相对更晚形成。

湖相页岩油可动性——以渤海湾盆地济阳坳陷东营凹陷为例

以渤海湾盆地济阳坳陷东营凹陷古近系沙河街组湖湘页岩为例,通过采集不同埋深页岩岩心样品,采用实验分析与测井资料相结合的研究方法,系统研究沙三下亚段（Es3^x）和沙四上亚段（Es4^s）页岩孔隙度、压缩系数、岩石力学性质、含油饱和度、气油比及原油饱和压力等特征,在此基础上,从地层能量角度,分析页岩油的可动性。研究表明,Es4^s和Es3^x弹性可动油率和溶解气驱动可动油率均随深度增加而增大,Es4^s页岩弹性可动油率和溶解气驱动可动油率均高于Es3^x页岩。2800-4000m深度范围内,Es3^x总可动油率为8%-28%,Es4^s为9%-30%。综合页岩含油饱和度变化剖面和可动油率变化剖面,认为3400m以深是东营凹陷Es3^x和Es4^s页岩油勘探开发的有利区。

济阳坳陷古近系存在页岩气资源的可能性

北美的勘探实践证实,页岩气作为非常规天然气资源,是现实的接替能源。通过对大量地震、钻井、矿物、地球化学资料的分析,认为渤海湾盆地济阳坳陷古近系沙河街组普遍发育泥页岩,有机质丰度高,有机质类型以腐泥型—混合型为主,有机质成熟度分布范围宽,具备大量形成页岩气的物质基础;其具体地质条件与北美具有可比性,且各凹陷泥页岩发育大量的顺层、低角度和垂向、高角度裂缝,页岩层段普遍出现气测异常,可能存在着巨大的页岩气资源量,是值得关注的天然气勘探新领域。

页岩油资源评价技术方法及其应用

通过对页岩油赋存特征分析,建立了适合于中国勘探开发阶段并具有可操作性的页岩油资源评价方法,对方法中所涉及的关键参数进行了分析和研究,重点探讨了不同级别页岩体积的确定、氯仿沥青"A"和热解S1轻烃恢复系数求取以及吸附油含量的计算等问题。轻烃的恢复系数受有机质的演化程度影响,随演化程度的增高而增大,而吸附油含量与页岩中的有机质含量相关,研究认为:氯仿沥青"A"中吸附油的比例约为TOC的0.2倍,热解S1中约为TOC的0.1倍。应用该研究提出的页岩油资源量计算方法对渤南洼陷古近系页岩油资源量进行了估算,并讨论了不同级别页岩对资源的贡献。

准噶尔盆地南缘烃源岩生源特征及原油分类

以稳定碳同位素、饱和烃色谱、饱和烃色谱质谱和热模拟生烃实验为主要手段,详细剖析了准噶尔盆地南缘地区侏罗系八道湾组、三工河组、西山窑组及古近系安集海河组烃源岩的生源特征,指出中下侏罗统煤系烃源岩生源以高等植物为主,沉积于偏氧化的淡水环境;古近系安集海河组湖相烃源岩生源以低等水生生物为主,沉积于较咸化的还原环境;侏罗系八道湾组湖相烃源岩热模拟产物的生物标志物特征说明其与煤系烃源岩存在很大差别,但真实特征尚难以确定。通过原油饱和烃的规则甾烷C29/C27以及伽马蜡烷/C30藿烷两相指标将盆地南缘20个原油或油苗分为三类;结合其生源和沉积环境特征,基本确定这三类原油分别来自中下侏罗统煤系烃源岩、古近系安集海河组湖相烃源岩以及二者的混源。

页岩气的形成与开发

以自给系统为特征的页岩气藏的勘探开发在北美获得了巨大成功,拓宽了天然气勘探的空间。页岩气形成的成熟度较宽,在页岩演化的各个阶段均发现了页岩气藏,处于高演化阶段的页岩成藏的规模更大。页岩中有机碳含量、有机质类型、矿物组成、孔隙含水量、可诱导的裂缝发育程度等均与页岩气的产能密切相关。Bar-nett页岩气的生产历史表明,页岩气地质储量评价方法的进步、针对页岩储层的有效压裂方式和水平井钻井技术的应用在页岩气的有效开发中起着关键作用。

东营凹陷压力系统发育对油气成藏的控制

东营凹陷异常压力的分带性与泥岩的突破压力(或保存能力)具有明显的对应关系,随着深度增加,泥岩突破压力及地层流体压力系数均增大,泥岩封隔层对流体压力的保存也是形成异常压力的重要条件。基于增压机制的阶段性差异,对东营凹陷平面上及典型剖面中重要地质历史时期源动力(烃源岩流体压力)场进行了分析,主力烃源岩的源动力在时间和空间上发育不均衡,从整体上影响了储集层油气来源及油藏的形成,控制了油气运移的方向。现今油藏总体沿地质历史时期源动力场降低的方向分布,表现出油藏的分布与源动力的演化具有一定的继承性;油气运移和成藏也影响了地层压力场的分布,高压油气运移到储集层后,其泥岩封隔层不同程度地保存了流体压力。由于增压-卸压的平衡关系,源动力传递过程中在不同压力系统中构成了不同的动力条件,造成了各压力系统中油气成藏类型和特征具有一定的差异性。根据源动力的演化史,指出沙河街组深层是寻找高压轻质油藏及天然气藏的重要目标。

渤海湾盆地济阳坳陷陆相页岩油吸附控制因素

在页岩油勘探中,页岩吸附油量及其控制因素对于页岩油资源评价及有利区预测具有重要意义。以渤海湾盆地济阳坳陷沙河街组页岩为研究对象,通过改进的热解实验确定页岩吸附油量,利用分子模拟技术,微观吸附机理和宏观实验测试结果相结合,剖析了页岩物性、矿物组成和页岩油组分、有机质成熟度及温压等因素对吸附量的影响。结果表明:页岩孔隙体积高、总有机碳(TOC)含量高、饱和烃含量低、有机质成熟度低以及温度低的页岩储层,吸附油量大;TOC含量和有机质成熟度是中-低熟陆相页岩油吸附的主要控制因素。

湖相页岩中矿物和干酪根留油能力实验研究

利用化学实验方法研究了陆相页岩中常见的矿物以及页岩的三元抽提残渣在模拟地层温度下吸附滞留烃和原油的能力。结果表明,陆相地层中常见的3种主要矿物吸附滞留烃和原油的能力为：伊利石〉蒙脱石〉碳酸盐岩,并且矿物吸附滞留原油的能力要远远大于其对烃类的吸附滞留能力。主要包括无机矿物和干酪根的页岩三元抽提残渣对于烃类和原油的吸附滞留能力要远远大于混合矿物,计算结果表明,矿物对于烃类和原油的吸附滞留能力约在0.20~3.13 mg/g之间,而干酪根对于烃类和原油的吸附滞留能力约在55~150 mg/g之间。

东营凹陷地层流体特征与油气成藏

根据地层水地球化学特征及分布特点,建立东营凹陷古近系沙河街组地层水主要成因类型划分标准,明确了有效烃源岩层排出的沉积-埋藏水与油气运移宏观规律的一致性和其对油气运移的辅助指示作用。综合地层水分布及压力场特征将古近系流体划分为3个流体系统:常压开放流体系统、超压封闭流体系统和过渡带流体系统,分析了不同流体系统内成藏流体特征、成藏动力和流动方式的差异。根据向储集层充注的含烃流体特征和圈闭泄水方式,划分出3种典型含烃流体富集模式。超压封闭流体系统内油富集以高含油饱和度流体充注排挤地层水富集模式为主,容易形成连续型油藏,成藏流体含油饱和度、含烃流体充注压力、圈闭的泄流条件等影响油气的富集程度;常压开放流体系统中的油藏多为低饱和度流体充注-水溢出模式和低饱和度流体充注-水渗出富集模式,充注的含烃流体数量、含烃流体的含油饱和度、圈闭幅度和盖层封油能力等影响油富集程度。

东营凹陷梁家楼油田成藏模式再研究

前人研究认为 ,渤海湾盆地东营凹陷梁家楼油田是沙河街组三段中亚段泥岩生成的烃类直接排入其上紧邻的浊积砂砾岩形成的自生自储型油藏 ,然而东营凹陷烃源岩研究的最新成果并不支持上述结论。油源对比、油藏水化学特征、油藏压力等资料均表明 ,梁家楼油田南部区块油藏的油气主要源自沙河街组四段上亚段 ,多属超压油藏 ,油藏水以氯化钙型为主 ,为烃类首先沿沙河街组四段岩性疏导体系侧向运移再经断层垂向运移形成的下生上储型或自生自储型油藏 ;而中、北部区块源自沙河街组三段下亚段 ,属常压油藏 ,油藏水以碳酸氢钠型为主 ,为烃类沿油源断层直接垂向运移形成的下生上储型油藏。上述认识启示勘探人员对东营凹陷的沙河街组三段中亚段烃源岩进行重新评价 ,并重新认识近洼陷中心其他类似油藏的成藏模式和成藏过程。