余志遠，章新文，譚靜娟，李吉君 ，劉 召，劉潔文

（1．中國石化河南油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南鄭州 450000；2．中國石油大學（華東）地球科學學院，山東青島 266580）

1 頁巖油賦存特征

1.1 頁巖油賦存方式及特征

烴源巖內的液態(tài)石油主要具有吸附態(tài)和游離態(tài)兩種賦存形式，吸附態(tài)烴類是指吸附在干酪根和黏土顆粒表面的烴類；游離態(tài)烴類是指賦存在基質孔隙和微裂縫中的烴類[1]。

在泌陽凹陷頁巖巖心、熒光薄片中可見到油氣賦存跡象。巖心層間縫上有油跡顯示，且有油氣味；在顯微鏡下，通過偏光、正交光及熒光觀測到粉砂顆粒間有烴類顯示，方解石溶蝕孔內以及微裂縫網(wǎng)

絡中充填油，并且灰質頁巖中普遍有紋層狀熒光顯示，說明頁巖孔隙中賦存油。游離油主要賦存在層間縫、構造縫以及較大的基質孔隙內，其分布主要受基質孔隙、裂縫影響，呈層狀、線狀和點狀分布；吸附油主要賦存在有機質及黏土礦物顆粒表面，其分布主要受有機質及黏土礦物顆粒影響，呈分散狀、層狀和紋層狀分布。

1.2 頁巖油賦存空間特征

圖1 氦測孔隙度與S1關系

1.2.1 基于氦測、壓汞及低溫N2吸附實驗的頁巖油賦存空間特征

氦測孔隙度的主要方法是采用合適的氣體作為測試探針代替常規(guī)物性測試中的液相探針或大分子汞，使氣體分子進入特定范圍孔徑的孔隙空間，通過記錄監(jiān)測氣體進入巖樣后壓力的變化信息，采用適用的理論模型獲得物性參數(shù)[2-3]。

壓汞法又稱汞孔隙率法，是測定部分中孔和大孔孔徑分布的方法。其基本原理是汞對一般固體不潤濕，欲使汞進入孔，需施加外壓，外壓越大，汞能進入的孔直徑越小。測量不同外壓下進入孔中汞的量，可知相應的孔大小和孔體積[2-3]。目前所用壓汞儀使用壓力最大約 200 MPa，可測孔直徑范圍：0.006 4～950 um。

氦測法及壓汞法所測孔隙度為頁巖中較大孔徑孔隙組成的孔隙體積。用這兩種方法測樣品，得出的孔隙度均與原油中輕質部分（S1）呈現(xiàn)出正相關的關系，反映了泌陽凹陷頁巖油主要賦存在較大的孔隙中（圖1、圖2）。

圖2 壓汞孔隙度與S1關系

為了進一步研究頁巖微觀孔隙結構特征，對樣品開展了低溫N2吸附實驗。低溫N2吸附法利用N2在固體表面的吸附原理，對微孔和介孔進行定量表征。對于氦測法及壓汞法不能測定的孔隙區(qū)域，尤其是納米級孔隙的測量，采用低溫N2吸附法。

泌陽凹陷泥頁巖樣品的微孔、介孔的孔徑分布呈多峰現(xiàn)象（圖3），其主峰分布在1 ～5 nm，5 nm以上的孔隙占通過低溫N2吸附實驗所得總孔體積與S1、氯仿瀝青“A”關系（圖4），可以看出，其總孔體積與含油量呈弱負相關，說明微孔、介孔發(fā)育的儲層含油性較差，也反映了泌陽凹陷頁巖油主要賦存在較大的孔隙中（宏孔）。

圖3 泌陽凹陷頁巖樣品的氮氣吸附孔徑分布

1.2.2 基于核磁共振實驗分析頁巖油賦存空間特征

核磁共振(NMR)實驗通過測量巖石孔隙流體的核磁弛豫特性，提供有關巖石孔隙度、滲透率、流體性質及含量等信息，已經(jīng)成為無損檢測巖石物性和含油性特征的重要手段。儲層孔隙結構控制孔隙流體的分布狀態(tài)，而核磁共振能夠通過實際測量，得到不同孔隙流體的賦存狀態(tài)，這是核磁共振T2譜（馳豫時間）評價孔隙結構的基本依據(jù)[1-3]。

本次核磁共振實驗共分析21塊樣品，以樣品3、14為例，可以看出在不同狀態(tài)下的T2譜主峰信號明顯下降（圖 5），其中，曲線①為樣品原始T2譜分布；曲線②為飽和MnCl2后T2譜分布，即屏蔽水信號后的 T2譜分布；曲線③為真空加熱 180 ℃后T2譜分布；曲線④為樣品洗油烘干后T2譜分布。由此可得，曲線①對應的區(qū)域為水信號；曲線②對應的區(qū)域為可動油信號；曲線③對應的區(qū)域為不可動油信號；曲線②+③即為總油信號；曲線④對應的區(qū)域為基底信號。本文將②+③（總油信號）與①（水信號）的比值定義為油水比。

為了進一步確定頁巖油在孔隙中賦存的位置，利用比表面積及孔徑分析儀，通過低溫N2吸附與脫附實驗來測量樣品的比表面積和平均孔徑。將樣品的油水比與平均孔徑、比表面積進行對比（圖 6、圖7），可以看出，隨著平均孔徑的增大，所含的油也在增多，而且孔隙中油的增量明顯比水要多；隨著比表面積的增大，油水比呈明顯的減小趨勢，比表面積越大，樣品中小孔相對越多。由此可知，泌陽凹陷的頁巖油主要賦存在較大孔隙中。

圖4 總孔體積與S1及氯仿瀝青“A”關系

圖5 泌陽凹陷頁巖樣品在不同狀態(tài)下的弛豫時間

圖6 油水比與平均孔徑關系

圖7 油水比與比表面積關系

2 頁巖油可動性影響因素

2.1 頁巖油可動性與深度關系

隨著深度的增加，生烴潛量出現(xiàn)先增加后減小的趨勢（圖8），這是由于達到一定深度后，伴隨排烴作用的發(fā)生，有機質的生烴潛力將出現(xiàn)下降趨勢，據(jù)此可以判斷有機質的排烴門限[4-5]。從圖8中可以看出，泌陽凹陷排烴門限在2 000 m左右，該深度也是頁巖油具備流動性的起始深度。因此，排烴門限對應的泥頁巖最大含油量可看作是頁巖油可動的下限值。從泌陽凹陷A/TOC與S1/TOC隨深度的變化關系（圖9、圖10）可以看出，開始大量排烴所對應的值分別為0.2和60 mg/g，可以認為，當A/TOC大于0.2、S1/TOC大于60 mg/g時，所生成的油氣是可動的，故將此作為頁巖油可動量的下限值。

根據(jù)S1/TOC與A/TOC在縱向上的范圍，確定頁巖的最佳含油深度。從圖 9、圖 10中可以看出，S1/TOC與A/TOC均隨著深度先增加后減少，S1/TOC在2 800 m時為最高值，A/TOC在3 400 m時為最高值，因此，確定泌陽凹陷頁巖油的最佳含油深度為2 800～3 400 m。

2.2 頁巖油可動性與有機碳關系

研究表明，當TOC值較低時，烴源巖生成的油主要用于滿足自身有機質和礦物吸附的需要；當TOC增大到一定值時，生成的油才大量以游離態(tài)填充泥頁巖基質孔隙并運移排出。隨著TOC值的不斷增加，油氣的可動性是不斷上升的（圖11）。因此，TOC含量決定頁巖生油潛力與含油量，含量越高，生成的頁巖油越多，可動性越好。

圖8 生烴潛量與深度關系

圖9 深度與S1/TOC關系

2.3 頁巖油可動性與主要礦物關系

泌陽凹陷頁巖儲層礦物主要為石英、長石、黏土礦物及碳酸鹽巖，頁巖油可動性與碳酸鹽巖相關性較小，本文不討論。隨著黏土礦物含量的不斷增加，S1含量逐漸降低（圖12），對于黏土質泥頁巖以及云質泥頁巖來說尤為明顯，這是由于黏土礦物含量越高，其吸附能力就越強，使得頁巖油的可動性降低。

圖10 深度與氯仿瀝青“A”/TOC關系

圖11 有機碳含量與S1關系

圖12 黏土礦物與可動S1關系

隨著石英含量的增加，頁巖可動油含量逐漸增加，當石英含量增加到約 35%時，S1含量保持相對穩(wěn)定（圖 13），這是由于脆性礦物含量是影響頁巖基質孔隙、微裂縫發(fā)育程度、含油氣性的重要因素，脆性礦物含量越高，在構造運動中越易形成天然裂縫，使得頁巖油可動性越好；隨著長石含量的增加，頁巖油的可動性逐漸降低，造成這種現(xiàn)象的原因與長石在地質條件下的反應有關，當長石含量較高時，地層伴隨油氣生成過程中會產(chǎn)生有機酸，有機酸與過量的長石產(chǎn)生反應，轉化為高嶺石、伊利石等黏土礦物，增強對油氣的吸附能力，導致頁巖油可動性逐漸降低。

圖13 石英含量與可動S1關系

2.4 頁巖油可動性與孔隙度關系

孔隙度是影響頁巖儲油能力及可動性的關鍵因素，氦測及壓汞孔隙度均與S1呈正相關關系。隨著頁巖儲層孔隙度的增加，其儲集性能及滲流能力都會得到提升，頁巖油可動性自然隨之變好。

3 結論

（1）綜合巖石學、氦測、壓汞及核磁實驗分析認為，泌陽凹陷頁巖油主要賦存空間為層間縫、構造縫及基質孔隙較大孔徑的無機孔隙。

（2）通過頁巖油可動性影響因素分析認為，泌陽凹陷頁巖油可動性與有機碳含量、孔隙度及石英含量呈一定的正相關關系，與黏土礦物及長石含量呈一定負相關關系。由于頁巖儲層的壓力、有機質成熟度、原油性質等與深度息息相關，因此頁巖油可動性與深度有一定關系，頁巖油可動性隨深度增加先增加后減少，在2 800～3 400 m達到最大。