王紅偉,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)

鹽城凹陷阜二段頁巖油形成條件及富集規(guī)律研究

王紅偉,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)

在巖心觀察、分析測(cè)試、測(cè)錄井資料分析的基礎(chǔ)上，從頁巖巖性、生油性、儲(chǔ)集性和脆性等方面分析了鹽城凹陷阜二段頁巖油的形成條件；在重點(diǎn)油流井和顯示井解剖的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)外已發(fā)現(xiàn)頁巖油層特征，探討了頁巖油的富集規(guī)律。認(rèn)為鹽城凹陷阜二段頁巖有機(jī)質(zhì)豐度高，微裂縫及微孔隙發(fā)育，具有一定儲(chǔ)集條件，脆性高，具備頁巖油形成條件。頁巖油顯示平面上主要分布于南洋次凹深凹帶，縱向上主要分布于頁4、頁3段。頁巖油富集與有機(jī)質(zhì)豐度、巖石相類型、成熟度、裂縫發(fā)育程度、異常壓力等因素有關(guān)。評(píng)價(jià)認(rèn)為南洋次凹深凹帶頁4段最為有利。

富集規(guī)律 形成條件 頁巖油 阜二段 鹽城凹陷

頁巖油是以游離、吸附及溶解態(tài)等多種方式賦存于有效生烴頁巖地層層系中且具有勘探開發(fā)意義的非氣態(tài)烴類[1]，屬于致密油但有別于狹義致密油[2]，用常規(guī)開采方式很難采出[3]，必須采用“長(zhǎng)水平井段和大型分級(jí)壓裂改造”方式才能獲得油流[4-5]，是未來非常規(guī)石油發(fā)展的潛在領(lǐng)域[6]，已在美國海相Williston盆地Bakken頁巖、Texas Maverick盆地Eagle Ford頁巖、Fort Worth盆地Barnett頁巖等實(shí)現(xiàn)商業(yè)化開采。我國東部濟(jì)陽坳陷、松遼盆地、蘇北盆地、東濮凹陷等陸相斷陷盆地也有頁巖油發(fā)現(xiàn)，部分常規(guī)探井獲得工業(yè)油流[7]，初步估算可采資源量約(30～60)×108t[3]，勘探前景十分廣闊。蘇北盆地鹽城凹陷古近系阜寧組二段頁巖中油氣顯示豐富，YC1井試獲36.83 m3/d工業(yè)油流，具較大勘探潛力。在巖心觀察基礎(chǔ)上，結(jié)合大量分析測(cè)試、測(cè)錄井資料，分析了鹽城凹陷阜二段頁巖油形成條件，探討了頁巖油富集規(guī)律，以期為我國陸相頁巖油勘探評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鹽城凹陷位于蘇北盆地鹽阜坳陷東南端，南以鹽城斷裂為界與建湖隆起毗鄰，西北接塘洼—大喇叭凸起，向東伸入黃海，陸上面積2 100 km2。分南洋次凹、中央斷隆、新洋次凹三個(gè)構(gòu)造單元(圖1)。中、新生代沉積泰州組、阜寧組、戴南組等多套地層，阜寧組二段富有機(jī)質(zhì)頁巖為該區(qū)主力生烴層。

圖1 鹽城凹陷阜二段暗色泥巖厚度及頁巖油顯示井分布

2 頁巖油形成條件

2.1 頁巖巖性特征

鹽城凹陷阜二段沉積期屬盆地坳陷演化階段，在廣湖、平緩的深水—半深水，半咸水環(huán)境下，沉積了一套富含有機(jī)質(zhì)的灰黑色頁巖夾薄層泥(云)灰?guī)r、油頁巖等。厚度多在200 m左右，分布廣，向低凸起逐漸減薄直至尖滅。依據(jù)其巖性和電性特征，自上而下可劃分為六個(gè)巖性段：泥脖子段為灰黑色塊狀泥巖，厚20～40 m；頁1段為深灰色塊狀硅質(zhì)泥巖相，厚27～31 m；頁2段以深灰色鈣質(zhì)頁巖相為主，厚12～35 m；頁3段以深灰色薄層-紋層狀云質(zhì)(灰質(zhì))泥巖、含云(含灰)泥巖相為主，厚50～70 m；頁4段以深灰色、灰黑色薄層狀含云(云質(zhì))泥巖、泥云巖相為主，厚40～70 m；頁5段為灰黑色塊狀泥巖、泥云巖相，厚20～45 m。頁2、頁3、頁4段水平層理相對(duì)發(fā)育，以紋層狀構(gòu)造為主，電性曲線為區(qū)域標(biāo)志層，頁1段和頁5段以塊狀為主，局部發(fā)育頁巖。

2.2 頁巖生油性

有機(jī)碳含量(TOC)、熱解烴S1、氯仿瀝青A、有機(jī)質(zhì)類型和熱演化程度等是評(píng)價(jià)頁巖生油性的主要指標(biāo)?；邴}城凹陷阜二段巖心樣品的地球化學(xué)測(cè)試分析，建立了地球化學(xué)剖面(圖2)。

2.2.1 有機(jī)質(zhì)豐度

鹽城凹陷阜二段頁巖TOC較高，除頁5段外，其余各段TOC均普遍大于2%(表1)，深凹帶局部大于3%。

頁巖可溶烴S1值多介于0.5～1.0 mg/g；大于1 mg/g的樣品僅占樣品數(shù)的13.39%，反映頁巖殘留烴含量普遍偏低。橫向上，深凹帶S1值一般大于0.2 mg/g，最高可達(dá)0.5 mg/g；內(nèi)坡帶及外圍S1一般小于0.2 mg/g。該變化特征與頁巖TOC變化特征基本一致，反映頁巖中的殘留烴含量與其TOC含量、成熟度有關(guān)?？v向上，頁4段S1值最高，為0.8 mg/g，頁1和頁2段S1次之，平均一般大于0.5 mg/g，頁5段最低，平均多小于0.2 mg/g(表1)。

頁巖氯仿瀝青“A”值一般都大于0.15%，總體上偏低且變化不大，反映可溶有機(jī)質(zhì)含量偏低。其中頁2段氯仿瀝青“A”值最高，平均0.21%，其次為頁1和頁3段，頁4和頁5段最低(表1)。

2.2.2 有機(jī)質(zhì)類型

鹽城凹陷阜二段頁巖有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型和Ⅱ1型為主，占所有分析樣品的85.5%～86.7%。有機(jī)質(zhì)類型整體較好。

2.2.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

鹽城凹陷阜二段頁巖有機(jī)質(zhì)成熟度整體不高，一般介于0.5%～0.7%，處于成熟生油階段。頁巖成熟度自斜帶坡向深凹帶逐漸增大，深凹帶大于0.7%。

2.3 頁巖儲(chǔ)集性

頁巖儲(chǔ)集空間類型、大小和排布不僅影響頁巖的物性，還影響頁巖油氣的原地賦存與聚集。通過系統(tǒng)巖心觀察、薄片鑒定、氬離子拋光、掃描電鏡分析，結(jié)合CO2低溫吸附等分析，鹽城凹陷阜二段頁巖發(fā)育裂縫和微孔隙兩種儲(chǔ)集空間類型[8]，是頁巖油的主要賦存空間。

2.3.1 裂縫

裂縫包括構(gòu)造縫和層理縫，其中構(gòu)造縫巖心中多為直立縫、高角度張裂縫、低角度縫，無充填或被方解石半充填，多含油(圖2)。裂縫發(fā)育處常見油氣顯示和氣測(cè)異常，薄片下可見大量構(gòu)造縫含有機(jī)質(zhì)的現(xiàn)象。順層縫多被方解石充填，頂?shù)酌婀饣?，多呈薄片頁狀且多含油?/p>

圖2 鹽城凹陷阜二段頁巖裂縫含油顯示及微孔隙類型

2.3.2 微孔隙

鹽城凹陷阜二段頁巖發(fā)育微溶孔、晶(粒)間微孔隙和有機(jī)質(zhì)微孔隙等微孔隙(圖2)。微溶孔孔徑平均為3.27 μm。晶(粒)間微孔隙以粘土礦物晶間孔和黃鐵礦晶間孔為主，孔徑平均為1.78 μm，廣泛發(fā)育。有機(jī)質(zhì)微孔隙孔徑平均為0.711 μm，是有機(jī)質(zhì)排烴過程中形成的，在有機(jī)質(zhì)內(nèi)部形成了良好的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，連通性好，不僅是油氣的良好儲(chǔ)集空間，還是很好的運(yùn)移通道。

鹽城凹陷阜二段泥巖實(shí)測(cè)孔隙度一般介于3.7%～6%，平均5.01%；滲透率則相差較大，最小0.02×10-3μm2，最大27.5×10-3μm2(偏高可能與裂縫有關(guān))，平均3.82×10-3μm2。頁巖物性總體相對(duì)較好，具有一定的儲(chǔ)集條件。

表2 鹽城凹陷阜二段頁巖全巖組成分析

2.4 頁巖脆性

鹽城凹陷阜二段頁巖礦物組成以粘土礦物(39.39%)和碳酸鹽礦物(27.08%)為主，次為石英(20.28%)和方沸石(4.99%)，少量長(zhǎng)石(2.66%)、黃鐵礦(1.82%)和微量石膏(0.68%)見表2。頁巖脆性礦物主要包括石英、長(zhǎng)石、方解石、白云石等，含量平均為53.6%，整體較高，以頁1最高，達(dá)74.6%，頁2和頁3、頁4、頁5脆性礦物含量比較接近，均在50%以上(表1)，與中國東部泌陽凹陷核三上(E1h3上)頁巖及美國Barnett頁巖、Bakken頁巖脆性相似[9]。對(duì)于天然縫的形成及后期壓裂造縫來說均具良好的條件。

2.5 頁巖含油氣性

鹽城凹陷阜二段頁巖油顯示豐富，共有12井頁巖油顯示，2口井試獲原油，YC1(頁4+頁5)試獲36.83 m3/d的工業(yè)油流，YC2井(頁1)累計(jì)產(chǎn)油1.66 m3。顯示類型有泥巖裂縫含油(含裂縫充填的方解石晶洞含油)、油跡和熒光，以裂縫含油顯示為主(占60%以上)。頁巖油顯示平面上主要分布于南洋次凹深凹帶，12口顯示井中有9口分布于深凹帶，縱向上主要分布于頁4、頁3段(圖3)。頁巖油顯示縱、橫向上分布特征與頁巖非均質(zhì)性及成熟度有關(guān)。

圖3 鹽城凹陷阜二段頁巖油氣顯示連井剖面

3 頁巖油富集規(guī)律探討

基于區(qū)內(nèi)12口井共計(jì)27井次頁巖油顯示統(tǒng)計(jì)，結(jié)合國內(nèi)外已發(fā)現(xiàn)頁巖油特征，分析認(rèn)為頁巖油富集具有以下規(guī)律：

(1)高有機(jī)質(zhì)豐度、紋層狀(塊狀)鈣質(zhì)泥巖頁巖油顯示豐富

區(qū)內(nèi)26口探井中有12口井在阜二段見油顯示，主要分布于頁3和頁4(圖3)，與該層段頁巖有機(jī)質(zhì)豐度高有關(guān)，其頁1—頁4有機(jī)質(zhì)豐度均大于2%，頁巖油富集受頁巖有機(jī)質(zhì)豐度控制明顯。美國和中國東部東營凹陷、泌陽凹陷陸相頁巖油勘探實(shí)踐也證實(shí)有機(jī)質(zhì)豐度是影響頁巖油富集的關(guān)鍵因素[10-13]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國頁巖油產(chǎn)層頁巖TOC含量平均大于2%；東營凹陷頁巖油氣顯示井和試油井段主要分布于TOC含量介于2%～6%的E1s3下和E1s4上；泌陽凹陷出油的安深1井和泌頁HF-1井主力頁巖TOC含量也介于2.14%～4.96%(表3)，平均達(dá)3.27%[13]。

出油井段巖石相類型主要為深灰色紋層狀含灰、含云(云質(zhì))泥巖相(如YC1井頁4段)。我國東部其他陸相含油頁巖以紋層狀含云、含灰泥巖或云灰質(zhì)頁巖為主，這類巖石常具有較高的TOC含量(AN1井達(dá)8%)，晶間微孔隙發(fā)育且脆性好，如東營凹陷新義SH9井E1s3下出油段脆性礦物含量達(dá)82%[12](表3)。

(2)頁巖油富集區(qū)成熟度(Ro)大于0.7%

鹽城凹陷阜二段頁巖油顯示主要分布于深凹帶及內(nèi)坡帶，深度多介于1 500～2 500 m。顯示井段成熟度多介于0.5%～0.8%，正處于生油窗，12口顯示井中，除Zhan1井位于南洋次凹斷階帶(Ro，0.62%)、YS1井和YC4井位于南洋次凹斜坡帶外，其余9口顯示井均位于南洋次凹深凹帶(YCan1井Ro，0.77%)(圖1)，出油井段頁巖成熟度均大于0.77%。反映頁巖油聚集受成熟度控制。

(3)頁巖油顯示段裂縫發(fā)育

巖心觀察鹽城凹陷阜二段頁巖油顯示以裂縫含油顯示為主，顯示比列占60%以上。YC1井出油段裂縫發(fā)育，電測(cè)解釋為裂縫含油層。國內(nèi)外已發(fā)現(xiàn)多個(gè)頁巖油裂縫型油藏[10-13]，如濟(jì)陽坳陷東營凹陷E1s3下頁巖油、泌陽凹陷E1h3上頁巖油、美國Monterey裂縫型頁巖油氣藏等，Bakken頁巖中也有裂縫型油藏存在(表3)?？梢娏芽p的發(fā)育程度是影響頁巖油富集的重要因素。

表3 國內(nèi)外部分頁巖油產(chǎn)層特征統(tǒng)計(jì)

(4)頁巖油富集區(qū)具異常高壓

異常高壓可能也是影響孔隙-裂縫型頁巖油富集的因素。Hedbery認(rèn)為，低分子烴類的生成是油氣初次運(yùn)移的主要?jiǎng)恿?，輸?dǎo)體系不發(fā)育時(shí)，異常高壓明顯，生排烴時(shí)形成的微裂縫得以保存。異常高壓對(duì)裂縫特別是微裂縫的發(fā)育程度具有控制作用。YCan1井阜二段泥巖裂縫發(fā)育可能就與其存在異常高壓有關(guān)，其產(chǎn)油段地層壓力系數(shù)1.55。頁巖油主要存在于生油窗內(nèi)，需要高壓、氣油比高、物性較好才具有一定的流動(dòng)性，可動(dòng)用的頁巖油以游離態(tài)為主，開采需要更高的基質(zhì)滲透率，高壓體系是頁巖油獲得較高產(chǎn)能的有利因素[7]。北美地區(qū)的致密油層，一般都為超壓[14]。

依據(jù)頁巖厚度(>30 m)、有機(jī)碳含量(>2%)、有機(jī)質(zhì)成熟度(>0.7%)、脆性礦物含量(>45%)及油氣顯示、試油情況、異常壓力等，對(duì)鹽城凹陷阜二段頁巖油有利區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)。平面上，南洋次凹深凹帶是阜二段頁巖油勘探有利區(qū)?？v向上頁1、頁2、頁3和頁4是有利層段，頁4段為最有利層段。

4 結(jié)論

(1)鹽城凹陷阜二段富有機(jī)質(zhì)頁巖發(fā)育；有機(jī)質(zhì)豐度高、類型好、處于成熟生油階段，生油條件好；裂縫和微孔隙為頁巖油主要賦存空間，儲(chǔ)集條件較好；脆性礦物含量整體較高，可壓裂改造條件好；具備頁巖油形成條件。

(2)頁巖油顯示豐富，以裂縫含油顯示為主；平面上主要分布于南洋次凹深凹帶，縱向上主要分布于頁4、頁3段；頁巖油富集層段具紋層狀鈣質(zhì)(含鈣)泥巖相、高有機(jī)質(zhì)豐度、中成熟度、裂縫發(fā)育、高異常壓力等特征及規(guī)律，表明頁巖油的富集與上述因素有關(guān)。

(3)南洋次凹深凹帶是阜二段頁巖油勘探有利區(qū)，頁4段為最有利層段。

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(編輯 韓 楓)

Formation condition and enrichment rule of shale oil in the second member of Funing Formation in Yancheng Sag

Wang Hongwei,Duan Hongliang

(Exploration&DevelopmentResearchInstituteofJiangsuOilfieldCompany,SINOPEC,Yangzhou225009,China)

Based on core observation，analytical testing，and logging data analysis，the formation conditions of shale oil in the second member of Funing Formation in Yancheng Sag were analyzed from lithology，source nature，reservoir property，brittleness，and so on.Based on the analysis of typical well and oil show，combined with the discovered shale oil characteristic at home and abroad，the enrichment rule of shale oil was discussed.The shale in the second member of Funing Formation in Yancheng Sag has certain reservoir conditions of shale oil because of higher abundance of organic matter and developed micro-fracture and micropore，and certain formation conditions of shale oil due to higher brittleness.Oil shows of shale is mainly distributed in deep sag area in Nanyang sub-sag on the plane and in the fourth and third member of shale in vertcial direction.The enrichment of shale oil is related to abundance of organic matter，lithofacies type，grade of maturity，fracture development level，abnormal pressure，etc.The evaluation results indicated that the fourth member of shale in deep sag area in Nanyang sub-sag is the most beneficial.

enrichment rule；formation conditions；shale oil；second member of Funing Formation；Yancheng Sag

2016-03-03；改回日期：2016-04-13。

王紅偉(1982—)，工程師，現(xiàn)從事石油地質(zhì)研究工作。電話：0514-87761154，E-mail：wanghw.jsyt@sinopec.com。

中石化科技攻關(guān)項(xiàng)目“江蘇探區(qū)阜寧組致密油區(qū)帶評(píng)價(jià)與目標(biāo)優(yōu)選”(P 14087)。

10.16181/j.cnki.fzyqc.2016.03.004

TE122

A