程海生，劉世麗，段宏亮

(中國石化江蘇油田分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225009)

蘇北盆地阜寧組泥頁巖儲層特征

程海生，劉世麗，段宏亮

(中國石化江蘇油田分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇 揚(yáng)州 225009)

蘇北盆地古近系發(fā)育阜二段、阜四段兩套富有機(jī)質(zhì)泥頁巖，油氣顯示豐富，是目前非常規(guī)油氣勘探的重要方向?；趲r礦特征、儲集空間類型及分布、儲集物性等研究，綜合評價了阜寧組泥頁巖儲層，總結(jié)了泥頁巖裂縫的測井響應(yīng)及地震響應(yīng)特征，探索了泥頁巖儲層甜點(diǎn)識別和預(yù)測的技術(shù)方法，并在鹽城凹陷阜二段和高郵凹陷阜四段開展了預(yù)測工作，取得了良好的效果。

頁巖 儲層 裂縫 甜點(diǎn) 阜寧組 蘇北盆地

蘇北盆地阜寧組(E1f)泥頁巖層系(E1f2、E1f4)沉積期屬盆地拗陷演化階段，總體環(huán)境為湖相沉積。除在金湖凹陷局部地區(qū)E1f2下部為砂巖外，整體表現(xiàn)為富含有機(jī)質(zhì)的暗色泥頁巖，并具有厚度大，分布廣的特點(diǎn)。兩套泥頁巖層系不僅作為主力生烴層系，為常規(guī)油氣勘探做出了重大貢獻(xiàn)，而且作為非常規(guī)油氣勘探，也表現(xiàn)出較大的勘探潛力[1]。目前，已有近200口井在泥頁巖中見不同級別的油氣顯示，并有多口井已獲得工業(yè)油流。其中，YC1井E1f2試獲日產(chǎn)油36.83 m3，XuX38井日產(chǎn)油2 m3；H20井E1f4累計撈獲原油1 820 t，L38-1井壓裂后抽汲日產(chǎn)油3 t。

根據(jù)巖電特征可識別，蘇北盆地E1f2發(fā)育5個頁巖段，E1f4發(fā)育4個頁巖段。通過開展E1f2和E1f4頁巖段巖石學(xué)特征、儲集空間類型及分布、儲集物性的描述，綜合生油條件、儲集條件和壓裂改造條件進(jìn)行評價，最終開展了有利頁巖儲層的預(yù)測。

1 巖石學(xué)特征

1.1礦物組分

分析化驗(yàn)表明，蘇北盆地E1f2、E1f4頁巖的礦物組成基本相似。以高郵凹陷為例(表1)，各頁巖段礦物組分均以粘土礦物、石英和碳酸鹽巖(包括方解石、白云石和鐵白云石)為主，平均依次為35.2%、26%和25.5%；其次為長石類礦物，平均8.1%，其中斜長石含量居多(平均6.9%)，鉀長石較少(平均1.2%)；另外，還含有菱鐵礦、黃鐵礦、石膏和方沸石等其它礦物(合計平均5.9%)。 其中，方沸石含量在縱向上變化較大，E1f2下部頁3、頁4、頁5段含量較多；其它礦物含量在縱向上則相對穩(wěn)定。

表1 高郵凹陷E1f2、E1f4各小層全巖礦物組分

橫向上，不同凹陷的頁巖段礦物組成總體相似，略有差異(圖1)。除粘土礦物之外，石英含量較高。其次為方解石、鐵白云石、白云石、斜長石、方沸石，其中鐵白云石和白云石含量表現(xiàn)出此消彼長的特征。例如海安凹陷E1f2白云石發(fā)育，鐵白云石含量較少。而鹽城凹陷E1f2鐵白云石含量相對較高，白云石不發(fā)育。另外，各凹陷還均含有少量鉀長石、菱鐵礦、黃鐵礦、石膏等礦物。

圖1 蘇北盆地不同凹陷E1f2各小層全巖礦物組分柱狀對比

與國內(nèi)外典型頁巖對比，將研究區(qū)蘇北盆地E1f2和E1f4頁巖與Barnett、Bakken頁巖以及泌陽凹陷核三段上部頁巖進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這三者之間具有相似的礦物組成(圖2)。

圖2 蘇北盆地頁巖礦物組分及與其它地區(qū)頁巖對比

1.2脆性礦物含量

脆性礦物含量既是地層中原始裂縫發(fā)育的重要控制因素，也是后期壓裂造縫的重要條件之一。蘇北盆地E1f脆性礦物主要包括石英、長石、方解石和白云石，各頁巖段脆性礦物含量均較高。其中，高郵凹陷E1f4各頁巖段脆性礦物含量大于60%，粘土礦物含量整體小于35%，有利于巖石的壓裂改造。而金湖凹陷E1f4脆性礦物含量相對較低，整體約50%。整體上，高郵凹陷及金湖凹陷E1f2各頁巖段脆性礦物含量平均大于50%，粘土礦物含量大部分小于30%，壓裂改造條件均有利。

1.3粘土礦物成分

已有研究認(rèn)為[2]，不同粘土礦物膨脹能力大小順序：蒙脫石>伊蒙混層>伊利石>高嶺石。Barnett等頁巖層中粘土礦物主要為微含蒙脫石的伊利石[3]。四川盆地及鄰區(qū)筇竹寺組和龍馬溪組頁巖儲層粘土礦物組成主要是伊利石，其次為綠泥石，不含蒙脫石[4]，壓裂造縫條件好。分析測試表明(圖3)，蘇北盆地頁巖粘土礦物主要是伊—蒙混層和伊利石，另有少量高嶺石和綠泥石。其中蒙脫石含量較高，頁巖遇水易膨脹，不利于后期壓裂造縫。因此，后期壓裂造縫將對壓裂液的配制提出較高的要求。

a.高郵凹陷E1f4各段粘土成分分析 b.高郵凹陷E1f2各段粘土成分分析

圖3 高郵凹陷E1f4、E1f2頁巖段粘土礦物組分對比

2 儲集空間

2.1微孔隙

頁巖孔隙以微孔隙為主，由掃描電鏡可見，E1f頁巖中微孔隙廣泛發(fā)育，類型豐富，常見的有片理孔、溶蝕孔、晶間孔、粒間孔和有機(jī)質(zhì)微孔等類型(圖4)。大致可以分為原生孔隙和次生孔隙2類，原生孔隙主要包括晶間孔、粒間孔和有機(jī)質(zhì)微孔；次生孔隙則是包括了各種類型的溶蝕孔隙，如基質(zhì)溶孔、晶間溶孔、晶內(nèi)溶孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔等。

圖4 蘇北盆地E1f頁巖孔隙類型

目前，理論和實(shí)驗(yàn)均已經(jīng)說明了頁巖微孔隙的儲油能力。國內(nèi)學(xué)者研究認(rèn)為[5]，同時考慮烴類分子的直徑和束縛水膜的影響，油儲層的臨界孔喉半徑為54 nm。據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，蘇北盆地E1f2和E1f4頁巖中微孔隙均為有效頁巖油的儲集空間。另外，國外學(xué)者Rogerm.Slatt等人在2011年的實(shí)驗(yàn)表明，油可以在微米級別的縫洞中流動。他們通過掃描電鏡記錄下不同時間頁巖中油滴的形成和變化，反映了原油在頁巖的微孔隙中流動的過程。目前，勝利油田沙三下頁巖中各類晶間微孔隙中已發(fā)現(xiàn)原油，證實(shí)陸相沉積頁巖微孔隙具備儲集油氣的能力，是有效孔隙。

2.2裂縫

油氣顯示表明，蘇北盆地頁巖油儲集空間類型主要為裂縫(圖5)。巖心、薄片及掃描電鏡等方法可以對裂縫進(jìn)行直觀有效的識別。裂縫通常呈枝狀蜿蜒，或呈雁列式平行分布。部分裂縫有礦物充填，部分裂縫尚處于開啟狀態(tài)。巖心常見裂縫含油、油斑、油跡、熒光等現(xiàn)象，滴水呈圓珠狀不滲。

圖5 蘇北盆地E1f頁巖裂縫特征

2.2.1 裂縫類型

根據(jù)裂縫形成的應(yīng)力場作用及裂縫產(chǎn)狀，頁巖裂縫類型可分為構(gòu)造縫和層理縫2大類。

構(gòu)造縫主要在構(gòu)造應(yīng)力的作用下形成，常見含油現(xiàn)象(圖5a)。進(jìn)一步可分為平移式剪裂縫(直立縫)、正向剪裂縫(陡傾縫)和逆向剪裂縫(緩傾縫)。平移式剪裂縫(直立縫)常見有兩類：一類傾角80°～90°，與井軸近于平行，平面上為共軛式。該類型裂縫多見無充填或方解石充填，見油跡；一類與層面近于直交，但與井軸斜交，多以平行密集的形式出現(xiàn)，裂縫面發(fā)育水平擦痕，并可見絲帶效應(yīng)以及小型花狀構(gòu)造。同樣可見無充填或方解石充填，見油跡顯示。正向剪裂縫(陡傾縫)斷面傾角60°左右，發(fā)育傾(正)向滑動擦痕。見無充填、方解石充填和油跡顯示。逆向剪裂縫(緩傾縫)斷面傾角30°左右，發(fā)育傾向擦痕，少見充填。鏡下，構(gòu)造縫往往表現(xiàn)為樹枝狀彎曲延伸，成組出現(xiàn)(圖5b)。

層理縫是在成巖和構(gòu)造共同作用下，沿層理面發(fā)育的裂縫，以水平鏡面和階步等發(fā)育為特征，有時分叉，常見方解石充填或無充填，同時多見層理縫含油現(xiàn)象。如H158井水平剝離層理縫表面上，可見褐色油跡，滴水不滲(圖5c)。W1井鏡下可見水平層理縫被縱向縫溝通，增加了孔隙連通性(圖5d)。

2.2.2 裂縫分布

裂縫分布主要通過裂縫線密度、面密度和體密度進(jìn)行表征。由于頁巖段巖心破碎，僅能統(tǒng)計線密度或面密度。H158井揭示，縱向上，E1f4頁2和E1f4頁4裂縫相對較發(fā)育，其中E1f4頁2(3 210.98～3 216.98 m)井段裂縫線密度達(dá)4.17 條/m，E1f4頁4(3 368.6 m～3 371.6 m)井段也達(dá)3.67條/m；相比之下，E1f4頁1和E1f4頁3裂縫發(fā)育程度相對較低，其線密度分別為1.04條/m和介于0.38～1條/m。高郵凹陷和金湖凹陷的統(tǒng)計結(jié)果表明(圖6)，E1f2頁巖中E1f2頁1、E1f2頁2、E1f2頁3和E1f2頁4裂縫發(fā)育程度整體差別不大，其中E1f2頁5裂縫發(fā)育程度相對較低，裂縫面密度介于0.1～0.2(m/m2)。

a 高郵凹陷 b 金湖凹陷

圖6 高郵、金湖凹陷E1f2頁巖裂縫面密度統(tǒng)計分布

3 儲集物性

由于頁巖本身的易碎性，E1f頁巖獲取的樣品數(shù)較少，但是實(shí)測數(shù)據(jù)仍然反映了其物性相對較好(表2)。其中，E1f2實(shí)測孔隙度平均5.4%，滲透率平均0.21×10-3μm2。E1f4實(shí)測孔隙度平均6.6%，滲透率平均4.5×10-3μm2。對H158井全直徑巖心常規(guī)分析可見，E1f4頁巖孔隙度平均4.89%，垂直滲透率平均0.414×10-3μm2(表3)。泌陽凹陷核三段上部頁巖基質(zhì)孔隙度4%～6%，滲透率(0.000 1～0.000 9)×10-3μm2，對比可知，蘇北盆地E1f頁巖儲集性能相對較好。

表2 蘇北盆地頁巖物性統(tǒng)計

注：最小—最大/平均(樣品數(shù))

表3 H158井全直徑巖心常規(guī)分析

圖7 H158井E1f4頁巖孔隙度和可動流體分布

核磁共振解釋成果表明(圖7)，H158井E1f4頁2孔隙度中等，可動流體含量最高；E1f4頁1孔隙度和可動流體均較低；E1f4頁3、E1f4頁4孔隙度中等，可動流體含量低。

4 儲層評價

綜合生油條件、儲集條件和壓裂改造條件可見(表4)。

鈣質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)泥巖為最有利巖石相類型，其次為泥頁巖、含鈣頁巖和層—塊狀含鈣泥巖，薄層狀含鈣泥巖生烴條件差、層—塊狀泥巖壓裂改造條件差。

綜合評價認(rèn)為(表5)，Ef頁巖中，E1f4頁2、E1f2頁1、E1f2頁2最有利，E1f2頁3次之。

表4 蘇北盆地E1f不同巖石相類型泥、頁巖參數(shù)對比

表5 蘇北盆地E1f頁巖綜合評價

5 頁巖裂縫的地球物理預(yù)測

測井資料通常對頁巖裂縫表現(xiàn)出明顯的響應(yīng)特征，例如L38-1井，其裂縫發(fā)育段AC高值、劇烈尖峰狀，Rt較高值，差值大，可通過AC-Rt交會對含油裂縫進(jìn)行較好的識別；另外，SP曲線表現(xiàn)為較大幅度負(fù)異常，CAL井徑擴(kuò)徑；氣測異常明顯，全烴值高。

地震剖面上，頁巖裂縫通常具有強(qiáng)振幅、低頻率的響應(yīng)特征，而在局部地區(qū)表現(xiàn)特征有所不同。以高郵凹陷H20井為例，通過正演和時頻技術(shù)對裂縫發(fā)育段分析可知，頁巖裂縫對高頻吸收明顯，具有“強(qiáng)振、低頻、高頻吸收”的地震響應(yīng)特征。而鹽城凹陷E1f2不同頁巖小層中裂縫的地震響應(yīng)特征有所變化：E1f2頁2和E1f2頁3裂縫地震響應(yīng)主要表現(xiàn)為反射波能量的變化，E1f2頁4和E1f2頁5裂縫地震響應(yīng)主要表現(xiàn)為地震波波形的變化(圖8)。

圖8 鹽城凹陷E1f2裂縫地震響應(yīng)特征

據(jù)此，綜合測井及地震資料，應(yīng)用模型正演、分頻技術(shù)、屬性融合、迭前及迭后分層反演等技術(shù)，在鹽城凹陷E1f2和高郵凹陷E1f4進(jìn)行泥頁巖裂縫預(yù)測，均取得了良好的效果。在高郵黃玨地區(qū)不同頁巖段預(yù)測出6個甜點(diǎn)區(qū)(圖9)，鹽城南洋次凹預(yù)測出7個甜點(diǎn)區(qū)(圖10)。

圖9 高郵黃玨地區(qū)E1f4頁巖油甜點(diǎn)區(qū)預(yù)測

圖10 鹽城地區(qū)E1f2頁3和E1f2頁4頁巖油甜點(diǎn)區(qū)預(yù)測

6 結(jié)論

(1)蘇北盆地E1f頁巖礦物成分主要為粘土、石英、碳酸鹽礦物等；頁巖段脆性礦物含量均較高，對于天然縫的形成及后期壓裂造縫均具備良好的條件。粘土礦物中蒙脫石含量較高，頁巖遇水易膨脹，后期壓裂造縫將對壓裂液的配置提出較高的要求。

(2)頁巖儲集空間包括微孔隙和裂縫，巖心觀察裂縫中油氣顯示較多，包括構(gòu)造縫和層理縫兩類?？v向上，E1f4頁巖中E1f4頁2和E1f4頁4裂縫相對較發(fā)育；E1f2頁巖中E1f2頁1、E1f2頁2、E1f2頁3和E1f2頁4裂縫發(fā)育程度差別不大，E1f2頁5裂縫發(fā)育程度相對較低。

(3)蘇北盆地頁巖具備較好的儲集物性條件，對比泌陽凹陷核三段上部頁巖，儲集性能相對較好。

(4)鈣質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)泥巖為最有利巖石相類型，其次為泥頁巖、含鈣頁巖和層—塊狀含鈣泥巖。綜合評價認(rèn)為，蘇北盆地E1f頁巖中，E1f4頁2、E1f2頁1、E1f2頁2最有利，E1f2頁3次之。

(5)含油裂縫測井響應(yīng)特征為：AC高值、劇烈尖峰狀，Rt較高，SP曲線表現(xiàn)為較大幅度負(fù)異常，CAL井徑擴(kuò)徑，氣測異常明顯，全烴值高。高郵凹陷頁巖裂縫發(fā)育段地震響應(yīng)特征為“強(qiáng)振、低頻、高頻吸收”；鹽城凹陷E1f2頁2和E1f2頁3裂縫的地震響應(yīng)主要表現(xiàn)為反射波能量的變化，E1f2頁4和E1f2頁5裂縫的地震響應(yīng)主要表現(xiàn)為地震波波形的變化。綜合測井及地震資料，通過模型正演、分頻技術(shù)、屬性融合、迭前及迭后分層反演等技術(shù)，可以對含油裂縫較好的進(jìn)行識別和預(yù)測。

[1] 劉世麗，段宏亮，章亞，等.蘇北盆地阜二段陸相頁巖油氣勘探潛力分析[J].海洋石油，2014，34(3)：27-33.

[2] 魏星，鄒一鋒，傅春梅．壓裂對儲層傷害機(jī)理及評價方法研究[J].內(nèi)蒙古石油化工，2009，21(7)：138-140．

[3] Bowker K A.Recent development of the Barnett Shale play，F(xiàn)ort Worth Basin[J].West texas Geological Society Bulletin，2003，42(6)：4-11.

[4] 蔣裕強(qiáng)，董大忠，漆麟，等.頁巖氣儲層的基本特征及其評價[J].天然氣工業(yè)，2010，30(10)：7-12.

[5] 鄒才能，朱如凱，白斌，等.中國油氣儲層中納米孔首次發(fā)現(xiàn)及其科學(xué)價值[J].巖石學(xué)報，2011，27(06)：1857-1864.

(編輯 曹征遠(yuǎn))

Shale reservoir characteristics of Funing Formation in Subei Basin

Cheng Haisheng，Liu Shili，Duan Hongliang

(ExplorationandDevelopmentResearchInstituteofJiangsuOilfieldCompany，SINOPEC，Yangzhou225009，China)

The second and fourth members of Funing Formation are two sets of rich organic matter mud-shale in the Subei Basin，which show rich oil and gas and are the important direction of unconventional oil and gas exploration.Based on the study of rock characteristics，reservoir space type and distribution，and reservoir physical property，the article comprehensively evaluated the shale reservoirs of Funing Formation，summarized characteristics of logging and seismic response to the shale fractures，and explored recognition and prediction methods for the sweet spots of shale reservoir.The forecasting on shale reservoir sweet spots of the second member of Funing formation in Yancheng Sag and the fourth member of Funing formation in Gaoyou Sag has obtained good effects.

Funing Formation;shale;reservoir;fracture，sweet spot;Subei Basin

TE122.2

A

2015-02-24；改回日期2015-05-11。

程海生(1980—)，工程師，從事油氣勘探工作。電話：0514-87761365，E-mail：chenghs.jsyt@sinopec.com。

攻關(guān)項(xiàng)目：江蘇油田分公司(JS 12039)。

10.16181/j.cnki.fzyqc.2015.03.003