海相页岩芳烃演化规律及成熟度指示意义——来自西加拿大盆地二白斑组自然演化与热模拟样品的对比研究

选取西加拿大盆地白垩系科罗拉多群二白斑组低成熟海相页岩进行地层孔隙热解生烃模拟实验,利用GC-MS对自然演化系列样品和热模拟系列样品内的芳烃进行了定量分析,系统对比自然演化与热模拟样品芳烃地球化学特征。结果表明:(1)自然系列页岩三甲基萘和四甲基萘、菲和甲基菲绝对含量相对较高,且随着演化程度的增加而增加;热模拟系列页岩内菲和甲基菲绝对含量和变化趋势在较高的热演化程度下依然保持与自然系列相同,而三甲基萘和四甲基萘绝对含量相对较低且变化趋势不同,随成熟度增加表现为先增加后减少。(2)自然系列页岩三甲基萘指数(TMNR)值随埋深增加逐渐增大,而热模拟系列页岩TMNR值表现为先减小后增大;自然系列和热模拟系列页岩四甲基萘指数(TeMNR)值、甲基菲指数(MPI)值变化具有协同性,TeMNR值随成熟度的增加呈先减小后增大,MPI值随成熟度的增加而增加,表明菲系列化合物可有效指示热模拟和自然演化条件下页岩的成熟度。(3)热模拟实验在一定温度内能够较好地反演芳烃热演化历程,即:350℃之前热模拟页岩TMNR值与自然演化页岩的规律不同,350℃之后相同;425℃之前烷基菲相关参数与自然演化页岩的规律相同,超过425℃后与自然演化不同,这主要受温度达到临界值而导致芳烃演化机理改变以及升温速率和有机质赋存状态等因素的影响。

西加拿大盆地白垩系Mannville群石油地质特征与勘探潜力

西加拿大盆地是一个北西-南东向狭长的大型沉积盆地,盆地内油气资源非常丰富,盆地主要分为克拉通盆地和前陆盆地两个构造演化阶段。盆地中生界白垩系Mannville群上部煤层中含有III型干酪根,虽然TOC低于4%,但Ro值局部可达2.2%以上,为优质的烃源岩。盆地下一步的勘探潜力与方向应聚焦在科迪勒拉山前凹陷地层厚度较大的地区,盆地中部、北部古河道和三角洲砂体发育的地区,以及科迪勒拉山前褶皱带天然裂缝发育的地区等。

西加拿大盆地M区块层序地层与油砂资源评价

正确认识油层平面分布是油砂资源评价的基础,无井区油层厚度的预测需要以地质认识为指导。以钻井资料为基础,对M区块的层序地层与沉积特征进行了研究,分析层序格架和储层展布;并在此基础上开展油层分布预测与油砂资源评价,取得了以下新认识:(1)首次对区块进行了层序地层划分。区块可划分为2个长期旋回和6个中期旋回和10个短期旋回。(2)首次系统厘定了区块的沉积相类型及发育特征。区块发育河流、三角洲、滨岸、河口湾和浅海5类沉积相,11类沉积亚相和15类沉积微相。(3)评价结果改变了前人认识,大幅度增加了区块的资源潜力。评价认为区块油砂资源量为2.2×10~8t,比前人评价结果增加22.5%;钻探结果证实了评价结果的正确性,发现区块东部为资源最富集区,改变了前人认为区块西部为主力区的认识。

西加拿大盆地与济阳坳陷页岩油气成藏条件对比分析及启示

通过对西加拿大盆地页岩油气藏地质条件的分析,发现中国东部济阳坳陷页岩油气成藏条件具备与之可对比的3个特点。一是西加拿大盆地页岩油气储层的沉积环境多为海相,页岩分布范围广、均质性好,在落基山脉(南北轴向)向东侧翘倾的整个前陆盆地范围内形成了一个大范围的储集背景;而济阳坳陷页岩层多为陆相湖泊成因,具有典型的分隔-孤立盆地背景,沉积层完整,源-汇对称吻合度高。二是西加拿大盆地海相页岩生烃母质存在2种类型,Ⅰ型和Ⅰ—Ⅱ型干酪根多来源于海洋浮游生物藻类,Ⅱ—Ⅲ型干酪根多来源于陆表海环境沉积的孢子花粉;而济阳坳陷陆相页岩的生烃母质以Ⅰ—Ⅱ型干酪根为主,多为浮游生物轮藻、沟鞭藻、颗石藻等。三是在西加拿大盆地泥盆系沉积层中普遍见到有机质热演化孔,岩石密度较低;而在济阳坳陷的页岩中则少见该类孔隙,且由于页岩层处于成岩中—晚期而呈致密结构。此外,西加拿大盆地与济阳坳陷页岩油气的开发条件也存在较大差异,西加拿大盆地页岩地层中含有比例较大的长英质刚性颗粒,岩石脆性、可压性等工艺-地质条件较好;而济阳坳陷页岩组分中多含硬度较低的碳酸盐矿物,刚性颗粒含量极低,难以建立后期压裂投产所必备的支撑结构。济阳坳陷陆相页岩油气的"甜点"应聚焦于韵律层理缝隙带、曲率变化形成的不规则裂缝及矿物结晶和有机质热解形成的微-纳米孔。

页岩油的资源潜力及流动性评价方法——以西加拿大盆地上泥盆统Duvernay页岩为例

页岩油储层集生储盖为一体,具双孔结构,以纳米孔隙为主,储层中油气的流动性是资源商业成功开发的关键地质因素之一。基于常规储层体积法的页岩油资源评价方法受制于单一基质孔隙结构模型,无法依油气在储层中的赋存状态分类评价,不能为资源开发决策提供与油气流动性相关的信息。页岩油的赋存状态主要受烃源岩成熟度和类型控制。Rock-Eval热解数据含大量与烃源岩类型和成熟度相关信息,结合已知页岩油田的生产数据,我们提出根据页岩油赋存状态的分类评价,并在此基础上将油气资源划分为不可动(吸附),受限和可动三种资源类型,以此定量描述页岩油气资源的流动性。文章以加拿大西部盆地上泥盆统Duvernay页岩油田的生产和储层资料为基础,建立资源评价所需页岩油藏参数与热解参数之间的经验模型,采用石油地层体积因子恢复热解样品取样过程中的轻烃损失,并以8-32-46-9W5井Duvernay页岩油气资源单井评价为例,介绍方法的基本原理及其应用。以该井为中心的区块单元内资源量评价结果经10%的采收率折扣后,与邻区按实际生产数据用产量递减方法计算出的结果一致。说明本文提出的基于热解数据和生烃动力学模型的页岩油资源评价方法可行。

西加拿大盆地二白斑组地球化学特征与页岩油有利勘探区筛选

通过对9口井岩心样品岩石热解、气相色谱质谱、有机地球化学和X射线衍射分析,探讨了西加拿大盆地二白斑组富有机质页岩的地球化学特征以及页岩油有利勘探区。饱和烃色谱质谱分析显示:烃类以短链正构烷烃(nC_9—nC_(19))为主,ααα20RC_(27)规则甾烷占优势,奥利烷相对含量较低,有机质以藻类、浮游生物为主。Pr/Ph受成熟度影响比较小,基本记录了沉积阶段及成岩作用早期的氧化还原环境。二苯并噻吩/菲与姥鲛烷/植烷关系显示二白斑组沉积环境-岩石相东西方向上存在较大变化,在阿尔伯塔东部为强还原环境,中西部为弱还原环境,在西部还原性增强。另一方面,由于所有实验室热解产物通常含有大量的极性、高分子化合物,使得把惰性碳算在内的质量平衡模型高估烃源岩的生烃潜量。针对此问题,应用死碳矫正新方法对二白斑组成熟—高成熟烃源岩原始有机碳含量、原始生烃潜量进行恢复,并探讨潜在的页岩油压裂生产有利区,认为除研究区中—西部5口井烃源岩镜质体反射率大于0.5%外,其余井的残留油均未达到工业开采价值。

致密砂岩储集层微观孔喉结构及其分形特征——以西加拿大盆地A区块Upper Montney段为例

为表征致密砂岩储集层微观孔喉结构及其分形特征,利用铸体薄片、扫描电镜、高压压汞等测试方法,对西加拿大盆地A区块下三叠统Upper Montney段致密砂岩样品进行了研究。结果表明,研究区储集层主要孔隙类型包括溶蚀孔、原生剩余粒间孔和晶间微孔,见少量微裂缝;储集层孔喉半径多小于0.30μm,分布曲线呈多峰形态,有效储集空间主要由亚微米级和纳米级孔喉组成;研究区致密砂岩储集层可划分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类,其对应的孔喉总分形维数分别为2.31、2.46和2.63,Ⅰ类储集层的物性较好,非均质性相对弱;不同大小孔喉的分形特征有差异,通常亚微米级孔喉的分形维数较纳米级孔喉大,即亚微米级孔喉非均质性更强。孔喉分形维数与其结构有关,不同孔喉的发育造成了致密砂岩储集层非均质性各异。

西加拿大盆地彩虹地区中泥盆统生物礁油藏的地球化学特征及其石油地质意义

彩虹地区存在两类烃源岩,一类形成于深水高盐蒸发环境,另一类形成于较浅水碳酸盐环境。采用多元统计方法对本区来自不同油藏的26个油样的地球化学特征进行分析,并研究其空间变化规律及其与地质控制因素的关系。研究结果表明该地区油样成分特征和空间展布的两分性明显。油样成分两分主要是由于母源的差别所致。而油气特征在空间上的两分则可能反映盆地演化过程中构造作用对沉积环境和礁体空间展布的控制。礁问盐层的存在限制礁体间的横向连通性。石油就近聚集的结果导致在空间上原油特征沿袭了母岩的分布特点。

西加拿大沉积盆地泥盆系含油气系统

西加拿大盆地为一典型的非对称性前盆地，主要位于阿尔伯达省境内。以盆地中的鲍艾兰大背斜为界，又分为阿尔伯达和威利期顿两个次一级盆地，油气绝大部分分布在阿尔伯达盆地。泥盆系含油气系统均为碳酸盐岩储层，除含有大是一的常规油气资源外，还拥有巨大的待开发的重油和沥青资源。安特勒（Ｄ末）和拉腊米（Ｋ２－Ｅ１）两期造山运动决定了盆地的规模、形态和升降格局，其构造演化控制了盆地的碳酸盐沉积、生物礁形成和油气运移。

西加拿大沉积盆地二白斑页岩孔隙空间对微生物活动的制约

运用激光粒度仪、氮气吸附实验和色谱—质谱联用方法,对西加拿大沉积盆地(西加盆地)阿尔伯塔东南气田(Southeast Alberta Gas Field,SAGF)A井二白斑(Second White Specks)页岩13个生物气源岩样品进行粒度、比表面、孔径分布测试和烃类分子组成分析,探究浅层烃源岩孔隙空间与页岩中烃类生物降解之间的关系。研究样品有机质含量丰富,埋深浅,处于适合微生物活动的未成熟阶段,孔径分布显示样品的孔隙主要集中在中孔(2~50 nm)范围。分子地球化学参数分析表明,页岩中有机质组成主要受有机质输入和沉积环境的影响,烃类生物降解作用不明显。结合页岩孔径分析认为,目前页岩绝大部分孔隙空间都无法为微生物提供可生存环境,仅少量大孔(>200 nm)可能为页岩中的微生物活动提供有限空间。能大规模产生物气的气源岩应具有较大比例的孔径大于200 nm的孔隙。传统的生物气源岩评价标准可能对页岩孔隙空间这一限制微生物活跃性的因素有所忽视。

西加拿大沉积盆地Cardium组致密油资源评价

西加拿大盆地Cardium组以岩性为主要控制因素的油气藏边缘或油气藏之间发育一种被称为裙边油藏的非常规致密油资源,应用基于地质模型的随机模拟方法对Cardium组致密油资源量进行了预测。基于地质模型的随机模拟由3部分组成:地质模型建立、资源模型建立和随机模拟。采用统计学方法将分散在不同资料中有关资源丰度及其空间分布的信息有效地提取出来,并通过数学模型加以整理和重新组合,预测结果不仅包括资源量,同时给出其空间分布并指出勘探风险,可为勘探提供决策依据。预测结果表明,Cardium组总地质资源量(常规+非常规)为46×108m3,待发现的致密油地质资源量为29×108m3,目前技术和经济条件下可采资源量为1.1×108m3,不到待发现地质资源量的4%,但约占Cardium组总可采资源量的38%。基于Cardium组水平井资料,利用根据生产井产量递减推算的单井最终可采储量方法对基于地质模型随机模拟方法的评价结果进行检验,两种方法得到的可采资源量均值相差不大,证明基于地质模型的随机模拟评价结果可靠。

西加拿大沉积盆地Simonette区块上泥盆统Duvernay页岩地质特征与流体分布规律

Duvernay页岩是西加拿大沉积盆地最重要的一套页岩油气富集与生产层系。该页岩是一套最大海侵期形成的富含沥青质暗色页岩,与国内页岩气藏相比,Duvernay页岩气藏的突出特点是富含凝析油,且凝析油含量平面差异大,流体分布复杂。通过对西加拿大沉积盆地中国石油Simonette区块上泥盆统Duvernay页岩构造和沉积演化、地层、地球化学、储层特征和流体分布规律的分析和解剖,提出了富含液烃页岩气勘探开发策略。研究结果表明:(1)Simonette区块Duvernay页岩上页岩段储层厚度大、层内不发育碳酸盐岩隔夹层、TOC高、储层物性好,是主力勘探开发目的层;(2)Simonette区块Duvernay页岩镜质组反射率(R_(o))为1.1%~1.6%,位于富含液烃条带,根据气油比可划分为挥发性油、特高含凝析油和高含凝析油3个区带,随着凝析油含量的增加,甲烷含量逐渐降低,原油密度逐渐增大,原油采收率逐渐减小;(3)勘探开发策略上,平面上应优先评价和开发易动用、采出程度高的特高含凝析油区带和高含凝析油区带,再开发挥发性油区带,纵向上以上页岩段高TOC层为主要目标。

西加拿大沉积盆地泥盆系含油气系统

西加拿大盆地为—典型的非对称性前陆盆地,主要位于阿尔伯达省境内。以盆地中的鲍艾兰大背斜为界,又分为阿尔伯达和威利斯顿两个次一级盆地,油气绝大部分分布在阿尔伯达盆地。泥盆系含油气系统均为碳酸盐岩储层,除含有大量的常规油气资源外,还拥有巨大的待开发的重油和沥青资源。安特勒(D 末)和拉腊米(K_2—E_1)两期造山运动决定了盆地的规模、形态和升降格局,其构造演化控制了盆地的碳酸盐沉积、生物礁形成和油气运移。油气在拉腊米期随深部地层流体的排驱,以孔渗性强的碳酸盐岩台地“管线”和断层为通道发生运移。大多数圈闭是地层—成岩复合成因的生物礁圈闭。盆地发育有上泥盆统D1、D2、D3和中泥盆统D4四套旋回层,每套旋回层均含有碳酸盐岩透水层(包括礁储集岩)和起分隔作用的页岩、泥灰岩或蒸发岩类弱透水层(包括烃源岩)。含油气系统是“封闭”的,即泥盆系烃源岩的油储存于泥盆系储层中。识别出五套烃源岩,其中的上泥盆统Duverney 组和(或)Majeau Lake 组烃源岩是盆地最主要的油气来源。控制储层特征的主要因素是前寒武纪基底构造、地层发育和成岩作用。碳酸盐岩的成岩演化复杂,可分为沉积—浅埋藏期胶结、渗透交代白云石化、油气成熟运移、深埋期热化学硫酸盐还原、岩溶期油气氧化降解(为重烃)五个阶段。形成五类油气藏:重油藏、伴生重油的生物气藏、(轻)油藏、无硫气—凝析气藏和深部含硫气藏。

西加拿大沉积盆地中的水力压裂和地震活动

绝大多数非常规油气资源的开发有赖于向地下注入大量的液体,这可能使附近断层活动从而诱发地震。在过去5年里,加速的油田注水已经导致北美部分地区的地震频率急剧增加。在美国中部,大多数诱发地震起因于与油气开采相伴生的废水的排放。形成对比的是,在加拿大西部,大多数最近的诱发地震在时间和空间上与水力压裂高度相关,在水力压裂过程中,为诱发局部岩石破裂,在钻井结束的过程中,高压液体被注入。并且,与水力压裂相关的观测到的最大地震震级似乎超越了预测的、经常引用的注入液体体积与最大期望震级之间的关系。这些发现对评估诱发地震危害具有深远的意义。

加拿大致密油资源潜力和勘探开发现状

加拿大拥有丰富的油气资源,是全球第五大石油出口国,也是继美国后世界第二个成功开发致密油气的国家。美国能源信息署评估,加拿大致密(页岩)油资源潜力巨大。随着水平井、多段压裂技术革新以及对低孔低渗致密储层地质条件和特征认知的完善,加拿大致密(页岩)油气资源得到有效开发。加拿大致密油资源主要分布在西加拿大沉积盆地,产量来自该盆地8大致密油产区,生产活动集中在巴肯组、卡尔蒂姆组和维京组,其中巴肯组/埃克肖组占国内致密油产量的30%~40%。加拿大致密油资源开发具有强大优势,但受当前全球油价低迷影响,开发前景存在一定不确定性。

加拿大泥盆系Duvernay页岩开发潜力分析

为研究加拿大泥盆系Duvernay页岩的开发潜力,在西加拿大盆地构造、沉积演化特征分析的基础上,利用钻井资料和分析化验资料,对Duvernay页岩的分布、岩性、物性、矿物组成、地化特征和影响因素开展研究。研究结果表明Duvernay页岩平面分布面积达13×10^(4)km^(2),有效厚度30~55m,有机质含量2%~6%,脆性矿物含量大于40%。纵向上,脆性矿物含量大于50%、TOC含量3%~5%、自然伽马100~200之间,粘土矿物含量小于20%的层段为甜点段。Kaybob和Cecil次盆,页岩沉积连续厚度超过40m、有机碳含量4%~6%,是I类开发区。南部Pembina次盆泥岩中部发育致密碳酸盐岩夹层,降低了页岩的连续厚度,是II类开发区。

西加盆地泥盆系Muskwa页岩地质特征及有利区带分析

为了研究加拿大泥盆系Muskwa页岩勘探开发潜力,针对页岩有效厚度、有机质含量、孔隙度、脆性矿物含量等开展研究。研究结果表明Muskwa页岩平面分布面积大,有效厚度较高,有机质含量高,脆性矿物含量高,成熟度由东北向西南部逐渐增加,是有利的页岩油气开发目标。受沉积古地形及次级盆地影响,在BC省的Horn River次盆,页岩连续沉积厚度大、埋深大、成熟度高,是有利的页岩气开发区。在AB省障壁礁体围绕形成的台地区,页岩相对厚度较小,开发潜力次之。

西加盆地致密油开发特征分析

西加拿大沉积盆地是世界上致密油资源最为丰富的盆地之一,开发潜力巨大。致密油开发技术的日益成熟、开发成本的逐渐降低、国际油价的持续高位和加拿大良好的投资环境,使得致密油实现了规模经济开发并进入了新一轮开发热潮。在对西加拿大沉积盆地致密油分布规律进行归纳总结基础上,对致密油开发技术、开发现状和生产特征进行了分析讨论。研究结果对加拿大致密油项目的评价筛选以及相关开发技术在全球其他致密油地区的实践应用具有一定的借鉴意义。

加拿大西部前陆地区裂缝型储层的天然气同位素倒转：伪装的成熟页岩气

西加拿大沉积盆地（WCSB）西部边缘附近前陆地区内的二叠和三叠系裂缝型碎屑岩一碳酸盐岩储层中的天然气存在同位素倒转现象（甲烷δ^13C〉乙烷δ^13C〉丙烷的δ^13C）。甲烷δ^13C值（-42-24％_00），天然气干燥程度和有机质成熟度（R_o〉2．2）都表明此处的天然气为成熟天然气，并且从东南向西北天然气的成熟度随着储层年代而逐渐增加。乙烷δ^13C值的范围在-44-25之间，而且在我们气田东北部同位素正常天然气中乙烷δ^13C值偏高。 为了解释西加拿大盆地前陆地区天然气发生同位素倒转的原因，我们使用了封闭系统页岩的概念，即同时对干酪根、石油和天然气加热，产生的天然气乙烷δ^13C较轻而甲烷的δ^13C重。在拉拉米造山运动引起的变形和逆冲断裂作用的期间，这些天然气从页岩中释放，并在脆性碎屑岩一碳酸盐岩裂缝型褶皱中聚集，形成一些极丰富的天然气藏。这些天然气实际上属于成熟页岩气。局部地区较高的H_2和CO_2丰度可能是富合硬石膏夹层和底层中硫酸盐热化学还原作用（TSR）的结果，形成的H_2和CO_2在构造运动过程中混合进了释放的页岩气中。未发现TSR会引起天然气的同位素倒转的证据。乙烷δ^13C的变化可能是不同地区在热史、天然气从页岩中释放的时间以及断层和褶皱发育时间上的差别引起的。研究区油田东北部和下伏泥盆系碳酸盐岩中的乙烷δ^13C值偏高（导致同位素正常天然气）可能反映了其属于一个比较开放的页岩系统，该系统中早期形成的天然气已经散失。我们认为，同位素倒转局限于封闭体系的成熟作用中，而且发生同位素倒转的程度很可能与页岩中残留气体的相对量有关。

遗迹化石在成因地层学中的意义──以加拿大阿尔伯塔省白垩系为例

遗迹化石代表沉积学和古生物学两方面的内容，是地层记录中潜在的环境指 示者．遗迹化石及其组合可有效地确定地层中各种不连续类型并解释其成因．在地层 意义解释方面，遗迹学的应用主要有：（１）利用受基底控制的遗迹相确定不连续面；（２） 通过仔细分析垂向软基底（准同生）遗迹化石序列获取环境变化的证据（与相序列可类比）． 在成因地层研究中，把受基底控制的遗迹相资料和遗迹化石序列的生态资料结合起来， 可极大地增强对多种地层界面辨认和解释的能力．当这一过程与常规的相分析和层序 地层研究结合起来时，将会成为一个强有力的解释地质记录的工具。