王 斌，任懷建，盧小新，張達(dá)景，孫九江

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083；2.中國(guó)對(duì)外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易信托有限公司，北京 100032；3.中化石油勘探開(kāi)發(fā)有限公司，北京 100032；4.北京易興元石化科技有限公司，北京 101301;5.中國(guó)石油天然氣股份有限公司山西煤層氣勘探開(kāi)發(fā)分公司，山西 晉城 048000)

0 引 言

中馬格達(dá)雷納盆地是哥倫比亞重要的產(chǎn)油氣盆地之一[1]，截至2015年12月底，已發(fā)現(xiàn)油氣田102個(gè)，已探明及概算石油(含凝析油)儲(chǔ)量為3 271 MMb，已探明及概算天然氣儲(chǔ)量為4 069 BCF。La Luna組油氣儲(chǔ)量?jī)H占總量的0.1%，均為常規(guī)裂縫性致密油藏，近5年才開(kāi)始以非常規(guī)油藏為目標(biāo)進(jìn)行勘探活動(dòng)，但勘探程度非常低[2]。

隨著北美和南美如阿根廷內(nèi)烏肯盆地Vaca Muerta組頁(yè)巖油氣的發(fā)展，哥倫比亞政府制定并推出了優(yōu)惠政策，鼓勵(lì)非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)。2012年，非常規(guī)油氣區(qū)塊合同勘探年限為9年，比常規(guī)油氣長(zhǎng)3年，而生產(chǎn)年限為30年，比常規(guī)油氣長(zhǎng)6年。自2012年開(kāi)始，哥倫比亞政府油氣區(qū)塊招標(biāo)推出了非常規(guī)勘探區(qū)塊，因此，分析中馬格達(dá)雷納盆地頁(yè)巖油氣資源情況是十分必要的。

1 中馬格達(dá)雷納盆地沉積構(gòu)造演化與油氣地質(zhì)特征

中馬格達(dá)雷納盆地位于南美洲西北部安第斯俯沖帶的中科迪勒拉山與東科迪勒拉山之間(圖1)，是太平洋板塊向東俯沖至南美板塊形成的一個(gè)半地塹型山間盆地，盆地內(nèi)部主構(gòu)造線走向近于南北[3]，長(zhǎng)約550 km，最寬處約100 km，總面積約3.9×104km2，盆地經(jīng)歷了弧后裂谷、后裂谷凹陷(被動(dòng)陸緣熱沉降)和前陸盆地等沉積-構(gòu)造演化階段(圖2和圖3)，發(fā)育以白堊系La Luna烴源巖、漸新統(tǒng)為主要儲(chǔ)層的含油氣系統(tǒng)。

圖1 中馬格達(dá)雷納盆地位置圖Fig.1 Location of the Middle Magdalena Basin

圖2 中馬格達(dá)雷納盆地東-西向剖面Fig.2 E-W geological profile of the Middle Magdalena Basin

圖3 中馬格達(dá)雷納盆地地層柱狀圖Fig.3 Composite stratigraphic column of the Middle Magdalena Basin(資料來(lái)源：文獻(xiàn)[9])

1.1 沉積構(gòu)造演化特征

1)三疊-早白堊世：裂谷盆地演化階段。沿北-北西和北東走向斷層的拉伸作用和盆地沉降作用導(dǎo)致三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)厚層沉積，地塹充填作用發(fā)育，北-北西走向的斷層可能含有走滑的組分，沉積了以沖積扇相為主的砂礫巖。盆地沉積呈現(xiàn)明顯的不對(duì)稱(chēng)特征，沉積中心位于盆地東部[4-6]。

2)晚白堊世：熱沉降沉積演化階段。Aptian-Albian期間正斷層作用停止，晚白堊世熱沉降發(fā)生海侵，Turonian-Santonian期間達(dá)到最大范圍，沉積La Luna組烴源巖。白堊紀(jì)期間，哥倫比亞原地實(shí)質(zhì)上為被動(dòng)大西洋型陸緣，在缺少俯沖和火山作用的情況下，熱沉降控制地層發(fā)育。白堊系自早白堊世Valanginian期開(kāi)始沉積，一直到晚白堊世Maastrichtian期，除了頂?shù)譜alanginian早期與Maastrichtian中晚期沉積一套砂巖地層外，其他的地層為泥巖與灰?guī)r地層交互沉積。自下而上分別為淺灘-三角洲前緣的Umir組、廣海陸棚缺氧環(huán)境的La Luna組黑色頁(yè)巖、淺海相Salto Limestone組、淺海相Simiti組黑色鈣質(zhì)頁(yè)巖、淺海相Tablazo組鈣質(zhì)砂巖與頁(yè)巖、淺海相Rosa Blanca組泥灰?guī)r與頁(yè)巖、河流-沖積-淺海環(huán)境Tambor組的紅色頁(yè)巖與砂巖。

3)晚白堊世-漸新世：早期前陸盆地發(fā)育階段。晚白堊世中科迪勒拉山脈的隆起，沉積物源主要來(lái)自盆地西部，沉積了古新統(tǒng)的Lisama組，巖性為含細(xì)-中粒、灰-灰綠色砂巖和少數(shù)煤層夾層的雜色頁(yè)巖。晚古新世-早漸新世期間，盆地東部的東科迪勒拉山脈大部分隆起，成為東部物源區(qū)，沉積中心位于盆地東部，沉積了始新統(tǒng)-漸新統(tǒng)Gualanday/Chorro群和Chuspas群粗礫巖以及砂層和紅色泥巖的互層。地層加厚導(dǎo)致?lián)锨两导暗谌o(jì)厚層沉積變形，在遠(yuǎn)離東部山脈向西、西北方向變薄。

4)早中新世-今：晚期前陸盆地發(fā)育階段。隨著安第斯構(gòu)造活動(dòng)開(kāi)始，東科迪勒拉山脈隆起，區(qū)域上形成了現(xiàn)今的隆起和盆地分布格局。中馬格達(dá)雷納盆地位于兩山之間，轉(zhuǎn)入山間前陸盆地發(fā)育階段。南美北部的加勒比板塊相對(duì)南美板塊斜向俯沖，使北部的逆沖斷層兼具走滑性質(zhì)[7]。中央隆起分布在盆地中部，受逆沖擠壓作用，地層、斷層傾向相反，形成構(gòu)造會(huì)聚區(qū)，沉積了中新世Honda/Real群，巖性為火山碎屑物質(zhì)發(fā)育的巖屑流和河道砂巖，以及洪積平原的淺黃色泥巖沉積和上新世-更新世Mesa群，巖性為沖積扇和辮狀河復(fù)合體地層。

1.2 盆地地油氣地質(zhì)基本特征

1)烴源巖：中馬格達(dá)雷納盆地主力烴源巖為上白堊統(tǒng)La Luna組海相頁(yè)巖[8]，其他次級(jí)烴源巖為下白堊統(tǒng)Simiti組和Paja組。La Luna組地層沉積穩(wěn)定，在盆地范圍內(nèi)大面積沉積。目前，La Luna組地層主要分布于西北區(qū)帶、中部區(qū)帶和山前帶，由于后期隆升強(qiáng)烈，西南區(qū)帶遭受剝蝕，烴源巖成熟度總體上西北低東南高，大部分地區(qū)Ro達(dá)到或超過(guò)0.6%，平均0.9%，TOC整體上介于2.0%～4.0%；東部山前帶局部深埋區(qū)Ro大于2.0%，為高成熟-過(guò)成熟，總體上具有晚古新世、晚中新世-上新世的兩期油氣生排烴過(guò)程。位于沉積中心的古科迪勒拉盆地的烴源巖最先排烴，其次為中馬格達(dá)雷納盆地東部(古新世-始新世)，而盆地北部和西部的La Luna組成熟度低或遭受剝蝕，基本未發(fā)生排烴。

2)儲(chǔ)層：中馬格達(dá)雷納盆地常規(guī)油氣產(chǎn)層眾多，從白堊系到新近系均有發(fā)育，但分布不均衡，超過(guò)97%的油氣儲(chǔ)于古近系的Chorro群和Chuspas群的河流相砂巖，白堊系-古新統(tǒng)Lisama組及其他地層占比很小，蓋層主要為泥頁(yè)巖。

3)圈閉：盆地已發(fā)現(xiàn)的95個(gè)油氣藏中，以構(gòu)造油氣藏為主，如背斜、斷塊，占盆地已發(fā)現(xiàn)油氣藏的72%，其次是地層-構(gòu)造油氣藏，而構(gòu)造油氣藏又以始新統(tǒng)-漸新統(tǒng)為主。

2 La Luna組頁(yè)巖油儲(chǔ)層評(píng)價(jià)

2.1 地層分布

晚白堊世土倫-三冬期，全球海平面上升，形成大面積的淺海碳酸鹽巖沉積。La Luna組海相頁(yè)巖顏色以灰-深灰-棕色-黑色為主，層理發(fā)育，屬于低能的廣海陸棚沉積環(huán)境[10]。La Luna組縱向上變化可分為Salada段、Pujamana段和Galembo段(圖4)，其中，Galembo段和Salada段為富含生物介殼的泥灰?guī)r，有機(jī)質(zhì)含量高，Pujamana段為灰黑色泥巖，有機(jī)質(zhì)含量偏低[11]。

圖4 La Luna組地層對(duì)比Fig.4 Stratigraphic correlation of La Luna Formation

勘探證實(shí)La Luna組烴源巖是中馬格達(dá)雷盆地主要的烴源巖，是一套沉積于白堊紀(jì)被動(dòng)邊緣海洋環(huán)境的富含有機(jī)質(zhì)的海相灰?guī)r和頁(yè)巖，主要分布于盆地的北部。局部白堊紀(jì)巖石有機(jī)質(zhì)豐度及相對(duì)海陸干酪根比值在垂向和橫向上均有變化，垂向上的變化和海進(jìn)-海退循環(huán)位置有關(guān)，橫向上的變化與白堊紀(jì)盆地靠近近海邊緣相關(guān)。

2.2 烴源巖地球化學(xué)特征

La Luna組烴源巖有機(jī)碳含量高，H/C值及O/C值生物標(biāo)志物分析表明干酪根類(lèi)型主要為海相II型干酪根，趨向于生油。從F-1井La Luna組烴源巖提取的C15+值為2 500 ppm，表明La Luna組是潛力較好的烴源巖。就La Luna組整體而言，有機(jī)質(zhì)含量高，TOC最高可達(dá)12%，平均在3%～4%之間，Galembo段平均氫指數(shù)(HI)值為390 mg HC/TOC。生烴潛能S1+S2達(dá)29.39 mg HC/g。大部分地區(qū)現(xiàn)今Ro達(dá)到或超過(guò)0.6%，平均為0.9%，Tmax大于435 ℃，處于生油窗內(nèi)；東部成熟-過(guò)成熟區(qū)地區(qū)Ro大于2.0%，Tmax大于460 ℃(圖5)。烴源源巖生排烴史研究表明，盆地La Luna頁(yè)巖油主要分布于盆地中北部。

圖5 La Luna組烴源巖特征Fig.5 Resource characteristic of La Luna Formation

2.3 礦物成分與脆性

La Luna組地層為黑色灰質(zhì)頁(yè)巖，紋層或水平層理發(fā)育，含大量生物介殼。方解石/白云石含量高，石英/長(zhǎng)石含量10%～60%，平均高于40%，黏土含量普遍小于50%，儲(chǔ)層脆性中等(圖6)。雖然La Luna組方解石含量較高，但方解石成分主要來(lái)自生物介殼，鈣質(zhì)膠結(jié)較少，儲(chǔ)層微孔隙發(fā)育，且沒(méi)有因方解石含量高導(dǎo)致儲(chǔ)層致密，與Bakken頁(yè)巖、Woodford頁(yè)巖巖石礦物組成相似。由于La Luna組富含方解石/白云石，酸化改造效果好，位于裂縫發(fā)育帶的La Luna直井生產(chǎn)井，僅經(jīng)過(guò)酸化改造就可以獲得日產(chǎn)數(shù)百桶的產(chǎn)量。

圖6 F-1井La Luna組儲(chǔ)層脆性Fig.6 Brittleness of the La Luna Formation

2.4 儲(chǔ)層物性及孔隙結(jié)構(gòu)特征

M-1井巖芯(深度2 499.4 m)掃描電鏡資料顯示，中馬格達(dá)雷納盆地La Luna組儲(chǔ)層發(fā)育大量微孔隙(圖7)，孔隙尺寸小于1 μm，以連通孔隙為主。分析樣品總孔隙度位10.7%，其中與有機(jī)質(zhì)有關(guān)的孔隙度為5.9%，無(wú)機(jī)孔隙為4.8%，有機(jī)質(zhì)含量為8.6%，滲透率為1 350 nD。測(cè)井評(píng)價(jià)的結(jié)果表明，La Luna組儲(chǔ)層孔隙度以8%～12%為主。

2.5 裂縫發(fā)育特征

中生代晚期，太平洋板塊向南美板塊俯沖，造成了一系列褶皺，形成了近南北向的安第斯山脈，以東科迪勒拉山、中科迪勒拉山、西科迪勒拉山為代表。新生代中期加勒比板塊向南美板塊斜向俯沖，對(duì)北部構(gòu)造進(jìn)行二次改造，北部近南-北向的逆沖斷層轉(zhuǎn)換成具有右旋走滑性質(zhì)的逆斷層，斷裂走向從近南-北向轉(zhuǎn)換為北東-南西向。受構(gòu)造擠壓作用影響，La Luna組儲(chǔ)層發(fā)育三組裂縫，以走向平行于斷層的北東-南西向?yàn)橹?，近?北向、近東-西向兩組裂縫數(shù)量相對(duì)較少(圖8)。

圖8 La Luna組裂縫發(fā)育和走向Fig.8 Fracture development and strike of La Luna Formation

從理論上講，凝析油和輕質(zhì)油在地下高溫高壓下納米級(jí)的孔喉中更易于流動(dòng)和開(kāi)采，在烴源巖生凝析油氣區(qū)，單井產(chǎn)量明顯比純生油區(qū)的高。Eagle Ford等地區(qū)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明處于凝析氣窗內(nèi)的井單井EUR(預(yù)測(cè)最終可采儲(chǔ)量)幾乎可達(dá)到生油窗內(nèi)井的兩倍[12]。預(yù)測(cè)中馬格達(dá)雷納盆地東部山前帶凝析油氣區(qū)單井EUR大于中部區(qū)帶、西北區(qū)帶的生油區(qū)。

3 La Luna組油藏生產(chǎn)特征

3.1 La Luna組油藏具有致密油生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征

盆地西部區(qū)帶和中部區(qū)帶，烴源巖成熟度低，屬于重度為21.6～25.3 API的中質(zhì)原油。油藏條件下原油黏度為14.32 cp，不含硫。盆地山前帶受擠壓作用影響，地層埋深大、溫度高，烴源巖成熟度高，以氣為主。La Luna組油藏平均溫度梯度為2.6 ℃/100 m，原始油藏壓力系數(shù)為1.80～2.03 MPa/100 m，屬常溫超高壓油氣藏。早期La Luna組生產(chǎn)井位于裂縫發(fā)育帶，經(jīng)酸洗后初產(chǎn)可達(dá)日產(chǎn)數(shù)百桶，投產(chǎn)2～3 a內(nèi)，產(chǎn)量迅速遞減至數(shù)十桶，投產(chǎn)中后期，以20桶/d的產(chǎn)量穩(wěn)定生產(chǎn)。平均單井產(chǎn)量初期表現(xiàn)為快速遞減，而后進(jìn)入較長(zhǎng)時(shí)間的低遞減率生產(chǎn)狀態(tài)(圖9)，具有致密油生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的顯著特征。

圖9 La Luna組油藏3口產(chǎn)油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)歸一化曲線圖Fig.9 Dynamic normalized graph of reservoir production of three oil producing wells in La Luna Formation

3.2 La Luna組頁(yè)巖油產(chǎn)量受裂縫發(fā)育程度控制

目前，中馬格達(dá)雷納盆地以La Luna組為目的層的生產(chǎn)井，多于20世紀(jì)50年代投產(chǎn)，以構(gòu)造高部位、裂縫發(fā)育的La Luna組儲(chǔ)層為目標(biāo)，還沒(méi)有以人工壓裂改造方式投產(chǎn)的生產(chǎn)井。根據(jù)構(gòu)造位置不同，將投產(chǎn)井劃分為兩類(lèi)，位于構(gòu)造穩(wěn)定帶的井為A型井，位于斷塊內(nèi)的井為B型井(圖10)。投產(chǎn)結(jié)果表明：由于裂縫的溝通作用，B型井平均初產(chǎn)量高、遞減快，沿?cái)鄬雍土芽p發(fā)育走向，單井控制范圍距離較遠(yuǎn)，垂直于斷層和裂縫走向方向，單井控制范圍受斷層的封隔作用限制；A型井由于斷裂和裂縫較少，不經(jīng)壓裂改造的情況下，初始產(chǎn)量低，但是由于不受斷層的限制作用，單井控制范圍大。

圖10 La Luna組不同構(gòu)造位置井示意圖Fig.10 Wells in different structural positions of La Luna Formation

4 頁(yè)巖油資源及影響勘探開(kāi)發(fā)的因素

4.1 La Luna組頁(yè)巖油資源豐富，但開(kāi)發(fā)難度較大

與美國(guó)二疊盆地Wolfcamp頁(yè)巖油地質(zhì)對(duì)比，處于I類(lèi)頁(yè)巖油有利區(qū)的La Luna組頁(yè)巖油資源量為101.8 MMBO(表1)，面積豐度1.64 MMBO/km2。IHS通過(guò)類(lèi)比美國(guó)的Eagle Ford來(lái)估算頁(yè)巖油氣資源量(表2)，La Luna組頁(yè)巖油氣資量為4 528 MMBOE，其中,油氣850 MMBO，天然氣22 070 BCF，面積豐度為0.567 MMBOE/km2，頁(yè)巖油氣可采資源量占已發(fā)現(xiàn)常規(guī)油氣2P儲(chǔ)量的25%和54%。

表1 La Luna組頁(yè)巖油資源量計(jì)算參數(shù)結(jié)果Table 1 Calculation parameter results of shale oil resources of La Luna Formation

表2 La Luna組頁(yè)巖油氣資源量計(jì)算參數(shù)Table 2 Calculation parameters of shale oil and gas resources of La Luna Formation

與Bakken組、Wolfcamp組等具有代表性的頁(yè)巖油氣層類(lèi)似(表3)，中馬格達(dá)雷納盆地La Luna組頁(yè)巖地層厚度大，烴源巖有機(jī)質(zhì)含量高，儲(chǔ)層礦物以方解石/白云石、石英為主，黏土含量低，儲(chǔ)層孔隙度中等、基質(zhì)滲透率低，但裂縫對(duì)儲(chǔ)層滲透性具有明顯的改善作用。但與Wolfcamp油藏、Bakken油藏以及Vaca Muerta油藏相比，原油黏度大，氣油比低，頁(yè)巖油開(kāi)發(fā)難度較大。此外，中馬格達(dá)雷納盆地La Luna組目前只有少量老井以常規(guī)方式進(jìn)行開(kāi)采，非常規(guī)油氣處于勘探初期，人工壓裂在La Luna組的實(shí)施效果尚無(wú)實(shí)際生產(chǎn)井證實(shí)，距離商業(yè)開(kāi)發(fā)仍有很長(zhǎng)的距離。

表3 La Luna組與類(lèi)似盆地非常規(guī)油藏參數(shù)對(duì)比Table 3 Comparison of unconventional reservoir parameters between La Luna Formation and similar basins

4.2 制約中馬格達(dá)雷納盆地La Luna組非常規(guī)開(kāi)發(fā)的因素

中馬格達(dá)雷納盆地La Luna組具有巨大的非常規(guī)油氣勘探潛力。自2013年以來(lái)，哥倫比亞政府制定了針對(duì)非常規(guī)油氣勘探的優(yōu)惠政策，部分石油公司已在該盆地北部進(jìn)行了非常規(guī)油氣勘探，并取得一定的效果。但是，整體上非常規(guī)油氣在哥倫比亞尚處于初始階段，行業(yè)發(fā)展面臨成本、權(quán)利金、礦權(quán)、公眾教育以及環(huán)境等的使用等瓶頸問(wèn)題，主要制約因素有：①非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)及環(huán)保政策要求不完善，石油公司投資意愿不強(qiáng)；②當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)、環(huán)保組織擔(dān)心大型水力壓裂對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，抵制非常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)；③哥倫比亞當(dāng)?shù)劂@井、壓裂施工能力不足；④作業(yè)成本高，原材料供應(yīng)主要依靠進(jìn)口，脆弱的供應(yīng)鏈和本地勞動(dòng)力使得鉆井、壓裂成本短期內(nèi)難以顯著降低；⑤缺少熟悉非常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)的作業(yè)人員。

5 結(jié) 論

1)中馬格達(dá)雷納盆地La Luna組烴源巖平均TOC為3%～4%，大多數(shù)地區(qū)的Ro大于0.6%，平均為0.9%，部分大于2.0%；La Luna組頁(yè)巖富含生物格架，方解石/白云石、石英/長(zhǎng)石高，黏土含量低，儲(chǔ)層脆性中等。儲(chǔ)層孔隙度中等，微孔隙發(fā)育，酸化效果好，適于酸壓改造；La Luna組頁(yè)巖可采油氣資源量4 528 MMBOE，可采資源豐度為0.567 MMBOE/km2，其中，I類(lèi)頁(yè)巖油有利區(qū)的可采資源豐度為1.640 MMBO/km2，具有一定的油氣資源勘探開(kāi)發(fā)潛力。

2)La Luna組以頁(yè)巖油為主，油藏為高壓常溫油藏，有利于非常規(guī)方式開(kāi)發(fā)。同時(shí)，頁(yè)巖油成熟度中等，原油黏度偏高、溶解氣油比偏低為非常規(guī)開(kāi)采的不利因素。與Bakken組、Wolfcamp組等具有代表性的頁(yè)巖油氣層相比，頁(yè)巖油開(kāi)發(fā)難度較大。

3)哥倫比亞非常規(guī)油氣勘探、開(kāi)發(fā)面臨政策、環(huán)保、社區(qū)、原材料供應(yīng)、設(shè)備、技術(shù)人員等諸多方面的問(wèn)題，在目前形勢(shì)下，La Luna組頁(yè)巖油氣商業(yè)性大規(guī)模開(kāi)發(fā)存在困難。