泌阳凹陷陆相页岩油富集主控因素分析

2013-12-23章新文余志远谭静娟王优先江本宏

石油地质与工程 2013年3期

章新文，余志远，黄庆，谭静娟，王优先，江本宏

（1.中国石化河南油田分公司石油勘探开发研究院，河南南阳473132；2.中国石化河南油田分公司新疆勘探开发中心）

1 地质概况

泌阳凹陷位于南襄盆地东部，为中国东部中新生代典型富油凹陷（图1）。泌阳凹陷在古近纪核桃园组时期沉积了一套富含有机质湖相页岩，平面上主要分布在深凹区，面积近400 km2；页岩单层厚度30～77 m，累计厚度206～552 m；有机质丰度1.08%～4.96%，平均2.52%；有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主［1-2］；热演化程度在0.5%～1.5%；页岩主要发育方解石溶蚀孔、粘土矿物晶间孔、粒间孔、有机质孔、构造裂缝、层间裂缝、微裂缝等储集空间类型；页岩石英、长石、方解石、白云石等脆性矿物含量高达73%，可压性较好；页岩油气显示丰富，气测全烃最高达99%。综合评价认为泌阳凹陷深凹区具备良好的陆相页岩油形成条件［3-4］。利用氯仿沥青A法初步估算泌阳凹陷页岩油资源量10.28×108t，页岩气资源量729×108m3；其中五套富含有机质页岩层页岩油资源量4.23×108t，可采资源量3 296×104t，资源量丰富。在泌阳凹陷深凹区部署的页岩油水平井BYHF1井，水平段长1 044 m，水平段目的层位H33段5 号页岩层，实施15 级分段压裂，最高日产油23.6 m3，展示了泌阳凹陷陆相页岩油良好的勘探开发前景［5］。

图1 泌阳凹陷构造位置

2 富集主控因素分析

页岩油气富集主控因素与常规油气有明显差别，研究表明泌阳凹陷陆相页岩油富集与岩相、有机质丰度及赋存方式、热演化程度、储集物性及裂缝发育程度密切相关。

2.1 岩相对页岩油富集影响

利用岩心观察、薄片分析、场发射电镜分析等技术，根据页岩矿物组分类型及含量、组合样式、生物群等特征，将泌阳凹陷页岩层系的岩相细分为粉砂质页岩、泥质粉砂岩、隐晶灰质页岩、重结晶灰质页岩及白云质页岩等5种岩相。不同岩相发育的储集空间类型、尺寸及丰度有很大差异，物性变化很大（表1、2）。

粉砂质页岩、泥质粉砂岩，总体粉砂含量很高，岩性脆，构造裂缝发育；石英、长石含量高，在骨架颗粒周缘发育一定的粒间孔及长石溶蚀孔；有机质点状零散或条带状断续分布，有机质孔隙发育少，连通性较差。从物性上看，粉砂质页岩及泥质粉砂岩的孔隙度较大，一般为3.2%～8.93%，平均5.46%，裂缝孔隙度平均0.012%，局部裂缝较发育；渗透率（0.004～0.0224）×10-3μm2，平均0.005×10-3μm2；含油丰度高，平均2.19%；孔隙半径在0.08～0.12μm，平均0.114μm。

表1 泌阳凹陷页岩层系主要岩相储集空间类型及发育情况统计

表2 泌阳凹陷页岩岩相主要岩相物性数据统计

隐晶灰质页岩由较纯的微晶方解石纹层以及富有机质纹层叠置组成。方解石纹层与富有机质纹层间发育较多的层间微裂缝；在方解石纹层中储层空间不发育，在有机质纹层中发育有较密集的有机质条带以及有机质相关孔隙，在富粘土纹层中发育较多的矿物收缩缝。从物性上看，隐晶灰质页岩的孔隙度为3.15%～6.19%，平均4.765%；裂缝孔隙度0.01%，裂缝不发育；渗透率（0.0001～0.0176）×10-3μm2，平均0.005×10-3μm2；含油丰度1%～2%，平均1.78%；平均孔隙半径0.138μm。

重结晶灰质页岩中亮晶方解石呈等大粒状相连，重结晶晶间孔发育，溶蚀孔也发育，有机质含量高，顺层富集，有机质孔隙发育，且连通较好。重结晶灰质页岩方解石、白云石等脆性矿物含量高，页理发育，岩石在受到外力时，易发育构造缝；重结晶灰质页岩富钙质纹层与富有机质纹层频繁互层，非均质性强，各向异性强，层间缝发育。粘土矿物含量以及有机质含量较高，粘土矿物转化脱水以及有机质排烃，导致矿物收缩裂缝发育。从物性上看，重结晶灰质页岩孔隙度2.32%～6.09%，平均4.59%；裂缝发育，裂缝孔隙度0.016%；渗透率高，平均0.007 μm；含油丰度较平均，平均1.87%。

综合评价认为，重结晶灰质页岩的孔隙度、渗透率中等，平均孔隙半径较大，裂缝孔隙度大，含油丰度较高；粉砂质页岩孔隙度高，含油丰度高，渗透率较低，平均孔隙半径相对较小；而隐晶灰质页岩孔隙度、渗透率、裂缝发育程度、平均孔隙半径都较为中等。重结晶灰质页岩储集性能最好，泥质粉砂岩及粉砂质页岩次之；而隐晶灰质页岩较差。因此，岩相是页岩油气影响富集的重要因素之一。

2.2 有机质丰度对页岩油富集影响

有机质丰度是影响页岩油气的富集关键因素，具体表现在有机质的含量以及赋存方式方面。

首先有机质是页岩油生成和富集的物质基础，在有机质类型和成熟度相似的情况下，有机质丰度与含油丰度及含油饱和度呈正相关关系（图2、3）。为使页岩地层含有足量的液态烃，页岩有机碳含量必须达到一定的标准，据资料统计，页岩油形成并具备工业可采能力的条件是TOC大于2.0%。

图2 有机质丰度与含油丰度关系

图3 含油丰度与含油饱和度关系

其次，有机质发育可以改善页岩储集物性及储集能力，增加岩石脆性。有机质演化产生有机酸，利于方解石的重结晶，可产生大量有机质孔隙、重结晶晶间孔及溶蚀孔缝。有机质排烃后残余的碳质，导致岩石脆性变强，易形成微裂缝。

第三，有机质赋存方式影响页岩油气赋存及运移能力。有机质在页岩中有顺层富集型、断续条带状、分散状等三种赋存方式。顺层富集型更利于油气聚集和运移。顺层富集有机质对周围母岩的溶蚀改造规模大，数量多，能形成较密集的溶蚀孔隙；顺层富集有机质中存在大量的生烃演化孔隙，易于相互形成连通网络；有机质富集成层处岩石结合力较弱，流体压力较高，极易产生沿层微裂缝。

2.3 储集物性对页岩油富集的影响

从孔隙度、含油饱和度与含油丰度正相关的相关性看，孔隙度是影响页岩储油能力的关键因素（图4、5）。

图4 BYHF1井含油丰度与孔隙度关系

图5 BYHF1井含油丰度与含油饱和度关系

2.4 成岩作用对页岩油富集的影响

本区页岩有机质成熟度在0.5%～1.2%，平均0.7%，Tmax值434.9～456.3 ℃，荧光显微镜下见孢粉颜色呈橘黄色，伊蒙混层中蒙脱石比例为25%，页岩成岩阶段应处于中成岩阶段A 期。页岩成岩作用对油气富集的影响，表现在成烃作用、溶蚀作用、重结晶作用以及粘土矿物转化作用对页岩储层的改造作用，增加页岩的溶蚀孔隙及裂缝发育程度。

有机质成烃过程中会释放出有机酸对泥晶方解石纹层进行溶蚀，由于泥岩中流体运移不畅，Ca2＋以及CO32-溶解在流体中运移不出去，pH 值逐渐升高，Ca2＋以及CO32-浓度逐渐升高；当成烃作用减弱，有机酸浓度降低，CO32-与Ca2＋重新结合又会形成CaCO3沉淀，原地析出方解石晶体，形成亮晶方解石纹层。这种纹层质纯，方解石含量高，脆性大，与相邻富粘土层力学性质差异大，后期易沿层形成层间缝。

粘土矿物转化作用对页岩矿物收缩缝及微裂缝的形成起着重要作用。粘土矿物在转化时伴随着脱水作用，粘土矿物的脱水和石油的生成同时进行，脱出的孔隙水和层间水向外排出，成为石油从生油母岩向储集空间进行初次运移的良好载体；脱水过程中，矿物颗粒体积收缩、孔隙增大；另外，蒙脱石向伊利石的转化过程中，会生成SiO2，使岩石脆性增大，易形成微裂缝。

2.5 裂缝发育程度对页岩油富集的影响

裂缝不仅是页岩储层的渗流通道，能起到沟通油气和改善物性的作用，而且有利于后期压裂改造的人工裂缝与天然裂缝交汇形成网状缝［5］；因此裂缝形成时间、发育程度及后期成岩充填作用与页岩油富集均有关系。通过岩心和薄片观察可知，BYHF1井区页岩裂缝及页理发育，原油沿裂缝及页理面呈圆珠状分布，仅少部分裂缝已被方解石等矿物充填。三维地震裂缝预测及FMI测井裂缝评价表明，BYHF1井区主力页岩层裂缝发育，是页岩油富集的有利地区；BYHF1 井压后获23.6 m3高产油流，进一步验证了裂缝预测结果［6］。