王 然，常秋生，錢永新，劉國良，萬 敏，黃立良

(中國石油 新疆油田分公司 勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000)

準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷位于盆地東部，是一個整體呈東北高、西南低的箕狀凹陷，面積約為1 278 km2[1]。吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油是我國陸相頁巖油的一個典型代表，資源豐富，油層厚度大，整個凹陷均有分布，其中厚度大于200 m的地區(qū)面積達(dá)806km2[2]，鉆遇油氣顯示層段埋深一般為3 000～4 000 m，2019年已落實(shí)規(guī)模儲量10×108t。蘆草溝組頁巖油層系多源混積、巖石類型多樣、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成了儲層“甜點(diǎn)”發(fā)育規(guī)律研究的困難[3-5]。前人主要對儲層基本特征、沉積相演化及巖石學(xué)特征等開展了研究[6-9]。本文分析“甜點(diǎn)體”的巖性、物性、孔隙結(jié)構(gòu)和含油性等特征，在此基礎(chǔ)上研究可動油孔隙的形成機(jī)理。

1 頁巖油“甜點(diǎn)體”基本特征

吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油層系巖石成分復(fù)雜、礦物組分多，儲集層巖性主要有粉砂巖、白云巖和泥巖3大類[10]；富含油“甜點(diǎn)體”主要集中在巖屑長石粉細(xì)砂巖、云屑砂巖、砂屑云巖和云質(zhì)粉砂巖等4種類型，優(yōu)勢巖性主要為巖屑長石粉細(xì)砂巖、云屑砂巖和砂屑云巖。

1.1 物性特征

通過對20口取心井1 120塊巖心常規(guī)孔滲數(shù)據(jù)分析，實(shí)測“甜點(diǎn)體”平均孔隙度為5.75%～11.9%，平均滲透率為(0.02～1.26)×10-3μm2(表1)?！疤瘘c(diǎn)體”總體具有中低孔—特低滲的特征，60%以上的樣品孔隙度大于6%，孔隙度較高，但75%以上的樣品實(shí)測滲透率小于0.1×10-3μm2(圖1)，不同巖性的孔隙度和滲透率相關(guān)性較差，具有典型的頁巖油儲層特征[11-13]

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油“甜點(diǎn)體”孔滲分布

表1 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油“甜點(diǎn)體”各類巖石孔隙度和滲透率統(tǒng)計

蘆草溝組頁巖油儲層不同巖性物性差別較大，結(jié)合測井解釋數(shù)據(jù)，針對“甜點(diǎn)體”優(yōu)勢巖性，預(yù)測了“甜點(diǎn)體”不同巖性孔隙度的平面分布(圖2)。巖屑長石粉細(xì)砂巖平均孔隙度為13.46%，云屑砂巖平均孔隙度為9.12%，砂屑云巖平均孔隙度為9.08%，巖屑長石粉細(xì)砂巖平均孔隙度最高。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油“甜點(diǎn)體”不同巖性孔隙度平面分布

1.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征

蘆草溝組頁巖油“甜點(diǎn)體”孔隙類型多，形態(tài)多樣，形狀不規(guī)則，孔徑差異較大[14-15]，最大孔隙半徑為18.38～2.3μm，中值半徑平均為0.14μm，整體產(chǎn)能建設(shè)以微—納米級孔隙為主(圖3)。通過高壓壓汞和核磁共振技術(shù)實(shí)現(xiàn)了孔喉全尺度及孔喉中可動流體的展布刻畫[16](圖4)。具體而言，用核磁來定量計算出孔喉的半徑，同時建立頁巖油孔喉全尺度圖譜，定量評價孔喉分布及動用特征。通過高壓壓汞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)半徑為4.5～36 nm的孔喉約占全孔喉的70%，半徑為大于36 nm的孔隙約占全孔喉的30%。其中，半徑為300 nm以上孔喉易動用，是當(dāng)前產(chǎn)能主要貢獻(xiàn)者，屬于優(yōu)先開發(fā)的孔喉類型；半徑為100～300 nm孔喉較難動用，是提高采收率的關(guān)鍵，屬于需要攻克的孔喉類型；半徑為50～100 nm孔喉難動用，是大幅提高產(chǎn)能的關(guān)鍵；半徑50 nm以下孔喉無法動用，該類孔喉占比達(dá)90%的儲層，不具開發(fā)價值(表2)。因此，頁巖油“甜點(diǎn)體”具備開發(fā)潛力的孔喉半徑要大于100 nm[17]。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油“甜點(diǎn)體”孔隙半徑和高壓壓汞毛管壓力曲線

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油“甜點(diǎn)體”壓汞毛管半徑與T2譜關(guān)系

由表2可見，巖屑長石粉細(xì)砂巖孔喉半徑大于100 nm的孔隙占比42%，小于50 nm的占比38%；云屑砂巖孔喉半徑大于100 nm孔隙占比42%，小于50 nm的占比40%；砂屑云巖孔喉半徑大于100 nm的孔隙占比21%，小于50 nm的占比60%。由此可知，巖屑長石粉細(xì)砂巖可動用產(chǎn)能最高，云屑砂巖次之，砂屑云巖最差。

表2 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油“甜點(diǎn)體”優(yōu)勢巖性不同孔喉半徑的孔隙貢獻(xiàn)

1.3 儲集空間類型及特征

依據(jù)“甜點(diǎn)體”巖性特征、鑄體薄片及掃描電鏡資料分析，蘆草溝組頁巖油孔隙類型主要為剩余粒間孔、溶蝕粒間孔及溶蝕粒內(nèi)孔(圖5)，存在部分垂直、斜交及網(wǎng)狀微裂縫。這些微裂縫主要是層理縫(紋層縫)與構(gòu)造縫，它們將溶蝕孔隙之間連通起來，對頁巖油的含油性有重要影響。

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油“甜點(diǎn)體”孔隙空間特征

1.4 “甜點(diǎn)體”含油性分布特征

綜合目前生產(chǎn)現(xiàn)狀以及測井解釋含油飽和度的分析數(shù)值，對“甜點(diǎn)體”優(yōu)勢巖性的含油飽和度平面分布進(jìn)行了預(yù)測(圖6)?！疤瘘c(diǎn)體”不同優(yōu)勢巖性平均含油飽和度差異不大，均在70%左右，生產(chǎn)情況表明巖屑長石粉細(xì)砂巖含油性較好，局部含油飽和度可達(dá)90%，開發(fā)效果好，對產(chǎn)能貢獻(xiàn)較大；其他優(yōu)勢巖性總體含油飽和度差異不大，對產(chǎn)能的貢獻(xiàn)稍小。分析認(rèn)為，這是因?yàn)樯靶荚茙r和云屑砂巖中孔隙發(fā)育，巖屑長石粉細(xì)砂巖中裂縫發(fā)育，裂縫發(fā)育程度對滲透率有重要影響，同時也表明滲透率對含油性具有控制作用。

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油“甜點(diǎn)體”不同巖性含油飽和度平面分布

2 頁巖油產(chǎn)能控制因素

頁巖油“甜點(diǎn)體”品質(zhì)是決定產(chǎn)能的核心因素，“甜點(diǎn)體”品質(zhì)與可動流體孔隙度、可動油飽和度、巖石組分和可壓性密切相關(guān)[18-19]。根據(jù)30多口出油井地質(zhì)特征的分析，發(fā)現(xiàn)制約產(chǎn)能建設(shè)的主要因素有2個：可動流體孔隙度和巖石組分。其中，可動流體孔隙度直接影響可動油豐度，從而影響產(chǎn)能；巖石組分中泥質(zhì)含量、石英含量和白云石的含量，都是通過影響可動孔隙的大小來影響產(chǎn)能。因此，石英質(zhì)和云質(zhì)含量高、有機(jī)酸溶蝕作用強(qiáng)、泥質(zhì)含量低、孔喉結(jié)構(gòu)好，則可動流體孔隙度發(fā)育，可動油含量高，“甜點(diǎn)體”品質(zhì)較好。

2.1 可動流體孔隙度是影響產(chǎn)能的核心因素

對蘆草溝組頁巖油來說，含油飽和度并不等于可動油飽和度，可動油飽和度與原油是吸附還是游離狀態(tài)密切相關(guān)。吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油具有大孔親油含油、小孔親水含水的特征，游離油是水平井體積壓裂開發(fā)主要動用部分，本質(zhì)上影響原油狀態(tài)的是孔隙大小和結(jié)構(gòu)，大孔喉是產(chǎn)能建設(shè)的關(guān)鍵因素。根據(jù)核磁測井解釋分析，可動流體孔隙度對應(yīng)核磁弛豫時間大于35 ms，進(jìn)而用弛豫時間來表征可動流體孔隙度的大小，發(fā)現(xiàn)可動流體孔隙與實(shí)際產(chǎn)油量成很好的線性關(guān)系(圖7)。

圖7 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油可動流體孔隙度測井表征與產(chǎn)能關(guān)系

2.2 巖石組分間接影響產(chǎn)能大小

可動流體孔隙大小與礦物、元素含量有較好的相關(guān)性。泥質(zhì)含量與含油飽和度呈負(fù)相關(guān)，泥質(zhì)含量高的巖石黏土礦物會增加，黏土礦物吸水膨脹會破壞孔隙結(jié)構(gòu)，同時降低含油飽和度(圖8)；石英和白云石含量較高的巖石易于形成大孔和裂縫，其含量越高孔隙度越大(圖9)。巖石礦物中白云巖的含量與物性呈正相關(guān)，白云巖脆性較高有利于儲層改造，提高產(chǎn)量[20]。同時工程破裂試驗(yàn)也證實(shí)，砂屑云巖、云質(zhì)砂巖、微晶云巖具有較好脆性，易形成復(fù)雜裂縫；粉細(xì)砂巖、泥晶云巖具有中等脆性；泥巖、碳質(zhì)泥巖脆性較差。

圖8 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油泥質(zhì)含量與含油飽和度對比

圖9 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖石英和白云石含量與可動孔隙交會圖

3 頁巖油可動流體孔隙發(fā)育機(jī)理

吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油“甜點(diǎn)體”在埋藏壓實(shí)過程中隨著孔隙水的排出，孔隙度會急劇降低，理論上很難形成有效儲層，但巖心實(shí)測部分白云巖儲層孔隙度可達(dá)20.4%，這說明成巖過程中溶蝕和構(gòu)造運(yùn)動對物性具有重要影響。從孔隙結(jié)構(gòu)特征可以看出，可動流體孔隙主要受兩方面因素的影響：裂縫和溶孔的發(fā)育程度。

3.1 溶蝕孔隙成因機(jī)理

根據(jù)頁巖油“甜點(diǎn)體”掃描電鏡和巖心資料分析，可以認(rèn)為影響可動流體孔隙發(fā)育的溶蝕作用有兩種關(guān)鍵機(jī)制：同生—準(zhǔn)同生淋濾作用和酸性流體埋藏溶蝕作用，且埋藏溶蝕是最主要的溶孔成因機(jī)制。溶蝕作用發(fā)生條件又主要受沉積環(huán)境和烴源巖生排烴過程雙重影響。

3.1.1 同生—準(zhǔn)同生淋濾作用

在湖平面附近，成巖過程中巖石在受到湖水波浪及富含CO2的大氣淡水淋濾作用下，巖石中碳酸鹽成分會被溶蝕，這種溶蝕大多發(fā)生在顆粒間和顆粒內(nèi)，所以一般以發(fā)育粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔為主要特征；發(fā)生在濱淺湖相的沉積環(huán)境中，水體較淺，受湖水周期性影響。由于砂屑白云巖粒間溶蝕往往比較徹底，難以見到膠結(jié)物殘余以及膠結(jié)物殘余溶蝕證據(jù)，但從背散射照片上砂屑白云巖的砂屑邊部被鈉長石質(zhì)包殼所包裹的現(xiàn)象，側(cè)面證明溶蝕作用發(fā)生于同生—準(zhǔn)同生期的淋濾作用，而成巖期主要以鈉長石膠結(jié)為主(圖10a)。

3.1.2 含油氣流體參與下的埋藏溶蝕作用

蘆草溝組頁巖油“甜點(diǎn)體”為自生自儲油藏類型，有機(jī)質(zhì)含量豐富，有機(jī)質(zhì)熱演化過程中會排出大量富含有機(jī)酸的溶液，主要通過巖石中的微裂縫、頁理和晶間微孔發(fā)生側(cè)向與垂向運(yùn)移，同時對方解石、白云石及長石等礦物進(jìn)行溶蝕，并將溶蝕產(chǎn)物帶出。長石溶解能力隨pH值降低而增強(qiáng)[21]，隨溫度升高而加強(qiáng)[22]。故隨著埋藏深度的增加、有機(jī)酸的生成和運(yùn)移，使得長石、白云石進(jìn)一步溶蝕，從而形成大量次生溶孔和溶縫(圖10b)。值得注意的是白云巖儲層實(shí)測孔隙度平均值高達(dá)17.1%，但其滲透率約僅0.029×10-3μm2，且各樣品實(shí)測滲透率的差別也較大，說明溶蝕作用能夠形成大量溶孔，但這些溶孔連通性較差，喉道半徑較細(xì)，從而導(dǎo)致其滲透率較低。

圖10 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖溶蝕孔隙、裂縫與含油性關(guān)系

3.2 層理縫成因機(jī)理

溶蝕作用是影響孔隙度的核心因素，而滲透率是影響可動流體孔隙度的核心因素，這跟裂縫的發(fā)育有重要關(guān)系。裂縫包括構(gòu)造裂縫和層理縫，其中構(gòu)造裂縫的發(fā)育受構(gòu)造因素的控制，局部發(fā)育；而層理縫受沉積環(huán)境的影響，廣泛發(fā)育，因此主要分析層理縫的形成機(jī)理。

層理縫的形成主要發(fā)生在成巖過程中，不同水動力條件下攜帶沉積物在巖石礦物、顆粒大小、結(jié)構(gòu)組分等方面會有一定的差異性[23]，因此會形成巖層界面，即為層理面，在受到順層理方向的壓力作用下，上下層理產(chǎn)生壓力差，巖石易沿層理面裂開形成層理縫。比較常見的層理有水平層理、平行層理和波狀層理，主要由于水動力不同造成。有些層理縫雖然在構(gòu)造作用下規(guī)模較小，但在油氣的充注過程中，伴隨大量酸性液體進(jìn)入層理縫，溶蝕作用會進(jìn)一步加劇層理縫的規(guī)模，同時也對溶蝕孔有連通作用，對可動孔隙的貢獻(xiàn)較大。在實(shí)際的巖心觀察中可見，層理縫發(fā)育的巖心含油級別均在油斑級以上，同時沿縫溶孔也較發(fā)育(圖10c)。長石巖屑粉細(xì)砂巖層理縫發(fā)育，造成可動流體孔隙度較高，這也是該層含油性較高的主要原因。

3.3 流體—儲集空間耦合過程

不同地區(qū)、不同構(gòu)造巖相帶具有不同的沉積類型和沉降模式，儲層儲集空間的形成受到成巖作用、壓實(shí)作用和溶蝕作用的影響。從油氣生排烴史、壓力和溫度的變化，以及成巖作用中儲集空間的演化等方面進(jìn)行綜合研究，分析流體—儲集空間的耦合。

早成巖A階段原生孔隙發(fā)育，隨著埋深、壓力和溫度的進(jìn)一步增大，到早成巖B階段巖石由半固結(jié)向固結(jié)狀態(tài)轉(zhuǎn)化，原生孔隙大幅減少，碳酸鹽膠結(jié)物大量形成；中成巖A階段烴源巖開始成熟生烴，這時有機(jī)酸流體增加，原生孔隙持續(xù)減少，溶蝕孔隙開始增加。隨著烴類不斷向孔隙注入，地層壓力也逐漸從正常壓力向異常高壓轉(zhuǎn)變。在生烴達(dá)到一定程度時，一般發(fā)生在中成巖B階段，溶蝕粒間孔和溶蝕粒內(nèi)孔大量發(fā)育，碳酸鹽類物質(zhì)溶蝕達(dá)到一定程度時，會有一定碳酸鹽交代作用發(fā)生，這種膠結(jié)物的出現(xiàn)會使溶蝕作用減弱，孔隙體積略有降低。吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油埋深在2 500～4 500 m左右，因此有局部淺層地區(qū)頁巖油還沒有達(dá)到中成巖B階段；隨著油氣的不斷充注，碳酸鹽的膠結(jié)作用和溶蝕作用持續(xù)進(jìn)行，相互作用，相互影響(圖11)。

圖11 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖生烴充注和儲集空間耦合過程

如前所述，影響頁巖油“甜點(diǎn)體”可動油豐度分布的主要因素是可動流體孔隙度的分布，而影響可動流體孔隙度大小的主要因素是溶蝕孔隙、裂縫的發(fā)育程度以及巖石中泥質(zhì)、石英和白云石含量，因此沉積環(huán)境對可動油豐度分布起決定性影響。吉木薩爾凹陷蘆草溝組主體發(fā)育三角洲、半深湖—深湖泥質(zhì)、深水重力流、云坪、濱湖灘砂和碳酸鹽巖淺灘沉積[24]，“甜點(diǎn)體”內(nèi)具有高長英質(zhì)、高碳酸鹽、低黏土的巖性特點(diǎn)及層理發(fā)育的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其主要沉積環(huán)境為受波浪作用較強(qiáng)的云坪、混合坪、濱湖灘砂和碳酸鹽巖淺灘沉積。

4 結(jié)論

(1)吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油“甜點(diǎn)體”的優(yōu)勢巖性為巖屑長石粉細(xì)砂巖、云屑砂巖和砂屑云巖；孔隙度為5.75%～11.9%，滲透率為(0.02～1.26)×10-3μm2；半徑大于100 nm的孔喉是當(dāng)前產(chǎn)能建設(shè)的主要目標(biāo)，而巖屑長石粉細(xì)砂巖的孔喉貢獻(xiàn)率最大。“甜點(diǎn)體”的儲集空間包括溶蝕粒間孔、溶蝕粒內(nèi)孔、裂縫；溶蝕孔隙控制孔隙度的大小，裂縫的發(fā)育程度對滲透率有重要影響。

(2)影響頁巖油“甜點(diǎn)體”產(chǎn)能的主要地質(zhì)因素是可動流體孔隙的分布及巖石組分中泥質(zhì)、石英質(zhì)和白云質(zhì)的含量。可動流體孔隙是在同生—準(zhǔn)同生淋濾作用和酸性流體埋藏溶蝕綜合作用下形成的，層理縫溝通溶孔是控制滲透率大小的關(guān)鍵因素。溶蝕孔隙受生烴過程和沉積環(huán)境的影響，控制滲透率的層理縫主要受沉積環(huán)境的影響。

(3)油氣充注和成巖過程相互作用影響了頁巖油“甜點(diǎn)體”儲集空間的分布，而影響“甜點(diǎn)體”產(chǎn)能建設(shè)的主要因素是溶蝕孔和裂縫的發(fā)育，這兩者很大程度受當(dāng)時沉積環(huán)境的影響?！疤瘘c(diǎn)體”主要發(fā)育的沉積環(huán)境為受波浪作用較強(qiáng)的云坪、混合坪、濱湖灘砂和碳酸鹽巖淺灘沉積。