东濮凹陷页岩油气富集条件

张晶，鹿坤，蒋飞虎，石秀华，田建涛，曹宏明，郭红

（1.中国石化中原石油工程有限公司地球物理测井公司，河南 濮阳457001；2.中国石化中原油田分公司勘探开发研究院，河南 濮阳457001；3.东方地球物理勘探公司辽河物探处，辽宁 盘锦124010）

21 世纪以来，世界经济进入新的发展周期，各国都掀起了非常规油气勘探开发的热潮［1-5］。以水平井分段压裂为代表的非常规油气勘探开发技术的革命性突破，使页岩油气这样的次经济油气成为经济上可采的资源。

据第三次资源评价结果分析，东濮凹陷总资源量（石油）12.37×108t，截至2010年底，探明石油地质储量5.76×108t，探明率46.6%，剩余资源潜力大，且大部分以非常规油气的形式存在。2010年，在柳屯洼陷濮深18-1 井盐间3 268.5～3 318.0 m 井段泥页岩见到气测异常，试油日产油约420 m3，证实东濮凹陷发育泥页岩油藏；2011年，文古4 井钻至沙河街组沙三中3 盐间3 403.00～3 423.72 m 槽面见油花，放喷4 h 喷出原油约80 m3。前期虽然认识到泥页岩油气的存在，但受传统观念束缚，对页岩油气尚未开展系统研究，页岩油气富集条件、 机理及有利目标等方面还有待于进一步的认识。本文立足于东濮凹陷的勘探实践，结合有利岩相和储集特征以及可压性评价，划分出页岩油气有利区带和优选目标，研究对于拓展东濮凹陷油气勘探新领域，实现油气稳产具有重要的现实指导意义。

1 地质背景

东濮凹陷位于渤海湾盆地西南端，整个盆地呈北北东向展布，南宽北窄，面积约5 300 km2［6］。东濮凹陷以古—中生代地层为基底，以新生代地层为盖层［7］。地层自下而上有古近系沙河街组沙四段、 沙三段、 沙二段、沙一段和东营组，新近系馆陶组和明化镇组及第四系平原组，总厚约4 800 m。沙河街组发育有数套盐层或膏盐层［8］，其中沙三段又分为沙三上、中、下亚段。沙三上亚段厚350～450 m，岩性主要为灰、深灰色泥岩夹薄层粉砂岩；沙三中亚段厚500～750 m，下部以白色盐岩、膏岩为主，上部基本为浅灰色粉砂岩、泥质粉砂岩；沙三下亚段厚度300～550 m，岩性为灰色泥岩夹粉砂岩。从页岩油气显示来看，页岩油气主要分布在沙三中、下亚段，特别是沙三中的上部。

2 页岩油气形成条件分析

2.1 泥页岩分布特征

东濮凹陷发育多套泥页岩，包括古近系沙一段、沙三段和沙四段湖相泥页岩，主要岩性为棕褐色—灰黑色页岩、灰—深灰色灰质、云质泥岩夹薄层褐色页岩、深灰色—灰色含膏泥岩，具备页岩油气藏发育的物质基础。

东濮凹陷沙三段泥页岩分布广泛，最厚处可以达到1 500 m，但富集资源（TOC≥2.0%）的厚度相对较薄，在60～80 m，其中，沙三下大部分在20～80 m，沙三中、上大部分在10～50 m；从平面上来看，富集资源主要分布在北部地区的濮卫、 柳屯—海通集和前梨园洼陷（见图1）。

图1 东濮凹陷沙三中有利层段泥页岩厚度

2.2 页岩有机地球化学特征

2.2.1 有机质丰度

东濮凹陷沙一段有机质丰度较高（TOC 平均1.25%），但成熟度偏低（Ro为0.5%～0.7%），处于未熟—低熟阶段；沙四段有机质丰度偏低（TOC 平均0.85%），成熟度偏高，大部分埋深大于4 500 m；沙三段有机质丰度高，类型好，主要为Ⅱ1型和Ⅰ型，成熟度适中（Ro为0.7%～2.0%），是东濮凹陷主要的泥页岩分布层系。

东濮凹陷沙三段泥页岩有机质丰度变化大，高值多为泥页岩标志层，岩性多为灰质泥页岩，但单层厚度薄。其中，沙三上TOC 相对较低，沙三中、下有部分TOC 高，大部分在0.8%～3.0%，是东濮凹陷主要的泥页岩TOC 高的层段（见图2）。

2.2.2 有机质类型

东濮凹陷沙三段泥页岩有机质类型主要为Ⅱ1和Ⅰ型，以生油为主。其中，沙三中有机质类型最好，其次为沙三下，均以Ⅱ1型和Ⅰ型为主，沙三上相对较差。

2.2.3 热演化程度

富含有机质只是页岩富含油气的基础，只有其中的有机质开始大量成油、成气后，才有可能导致页岩油气的富集［9］。东濮凹陷生烃门限（Ro为0.5%）所对应的深度为2 450 m，生油岩埋深进入3 150 m 后即开始成熟，3 800 m 已进入生油高峰。东濮凹陷最重要的生油层位沙三段都已进入成熟阶段，且Ro主要分布在0.7%～1.5%，页岩处于生油窗内。

图2 东濮凹陷沙三段地化剖面

2.3 沉积相及岩相

东濮凹陷泥页岩发育的沉积相主要为深湖—半深湖亚相、水下分流间湾微相和前三角洲泥微相。深湖—半深湖亚相岩性以厚层灰质泥页岩为主，构造活动强烈部位往往发育浊积砂体；前三角洲泥岩岩性以深灰色泥岩夹薄层粉砂岩为主；水下分流间湾泥岩厚度较小，岩性以粉砂质泥岩为主，相变快，往往和水下分流河道砂伴生。从沉积微相与烃源岩有机质丰度关系可以看出，TOC 高的泥页岩主要分布在深湖—半深湖和前三角洲泥中（见图3）。

东濮凹陷泥页岩主要发育灰质泥岩相（块状、纹层状）、块状粉砂质泥岩相、纹层状膏质泥岩相。其中纹层状灰质泥岩相在镜下观察荧光亮度中强（见图4），层状藻类等富集，是“甜点”发育的主要岩相类型。纹层状灰质泥岩相主要分布在前梨园、 濮卫和柳屯—海通集等洼陷。

不同沉积微相岩相组合有明显差异，深湖—半深湖体系以灰质泥岩岩相为主，三角洲体系则以块状粉砂质泥岩岩相为主。

图3 濮6-33 井沉积微相与烃源岩有机质丰度关系

图4 东濮凹陷纹层状灰质泥岩岩相镜下照片

2.4 泥页岩储集特征

2.4.1 储集空间类型

东濮凹陷泥页岩储集空间类型有6 种，即粒间孔隙、石盐溶蚀孔隙、伊利石溶蚀孔隙、微裂缝、晶间微缝和有机质孔（见图5）。不同岩相储集空间类型不同，其中，纹层状灰质泥岩相微裂缝和溶蚀孔隙发育，亮晶胶结较泥晶胶结溶蚀孔隙发育，含油气性好；块状灰质泥岩相溶蚀孔隙较纹层状灰质泥岩相少，含油气性差；块状粉砂质泥岩相晶间和粒间孔隙发育，近源堆积的粉砂质泥岩（长石）次生溶蚀孔隙发育；纹层状膏质泥岩相主要发育晶间孔隙，孔隙多被充填，含油气性差。微裂缝和溶蚀孔隙是东濮凹陷泥页岩的主要空间类型，约占总孔隙的45%，有机质孔较少，不足5%，可能跟热演化程度不高有关。

图5 东濮凹陷泥页岩储集空间类型

东濮凹陷沙三段泥页岩孔隙度平均值为3.7%，主要分布于1.0%～5.0%；渗透率平均值为0.091 3×10-3μm2，主体分布于0.007 8×10-3～0.100 0×10-3μm2，部分大于1.0×10-3μm2，推测与泥页岩裂缝发育有关。不同岩相之间物性不同，其中，纹层状灰质泥岩相孔渗相对较高，块状和膏质泥岩相物性相对较差。

2.4.2 脆性矿物体积分数

脆性矿物体积分数的多少决定了泥页岩的可压裂性［10-12］。东濮凹陷脆性矿物体积分数较高，黏土矿物体积分数平均23.7%，碳酸盐岩体积分数36.0%，硅质体积分数24.7%。在北美的Bakken，Niobrara 等已发现页岩气藏地区，气源岩全岩矿物组成一般以低黏土、高硅质矿物体积分数为特征［13-17］，黏土矿物体积分数一般低于40%，硅质矿物体积分数在35%～75%。与北美地区页岩油气源岩相比，东濮凹陷泥页岩黏土矿物体积分数相当，硅质矿物体积分数略低。

2.5 盐岩及异常高压的发育

东濮凹陷盐岩发育，纯盐岩累加厚度近2 000 m。膏盐岩为特级盖层，其极强的物性封闭能力阻止了游离相油气向上逸散。另外，由于盐的存在，良好的封闭环境导致异常高压发育，东洼和西洼是2 个高压发育中心，层位上，主要发育在沙三段，特别是中、下亚段。在东部的前梨园洼陷，发育的异常高压带压力系数大于1.4，最高可达2.0；西部洼陷带异常高压主要分布在柳屯—海通集洼陷，压力系数可以达到1.3～1.6［18-22］。由于异常高压的存在，烃源岩容易产生微裂缝，特别是在强构造应力场下，流体压力与应力耦合更容易产生裂缝；异常高压同时也对页岩内部油气具有较强的封盖作用［23-26］，形成自生自储、封闭、高压的盐间泥页岩油气系统。

3 页岩油气有利勘探目标预测

卢双舫等［9］提出以可采性指数（Ir）评价页岩油气的可采性，主要是通过脆性矿物体积分数、泥页岩层系厚度和埋深3 个指标进行评价：

式中：If为可压裂性指数；It为厚度指数；Id为埋深指数；Vc为黏土矿物体积分数，%；h 为页岩层系厚度，m；D 为页岩埋深，m；Dm为工区的最大技术（或经济）可采埋深，m。

其中，脆性矿物体积分数越高，厚度越大，埋深越浅，则可采性指数越高。

运用可采性指数与有机质丰度、 成熟度等多因素进行叠合，对东濮凹陷泥页岩有利目标区进行了预测，纵向上，沙三中4—5、沙三中8 及沙三下1—2 是最有利的勘探层位；平面上，濮卫和柳屯—海通集洼陷是最有利的目标区。濮卫、柳屯—海通集洼陷可采性指数普遍大于0.60，脆性矿物体积分数高，分布在50%～70%，可压性好。单层页岩厚度大，深度多数为2 000～3 500 m。其中，沙三中页岩油有利目标区面积为151.2 km2，地质资源量约2 324.4×104t；沙三下页岩油有利目标区面积为135.0 km2，地质资源量约1 286.9×104t。

根据岩性组合及油气显示状况，探索濮卫次洼沙三中8 页岩油藏，取得初步成效。濮卫次洼沙三中8 为灰质页岩夹薄层粉砂岩，全区稳定分布，厚度30～50 m，2012年3月部署实施卫68-1HF 井，水平段长1 300 m，电测解释油层710.1 m/8 层、 干层577.4 m/8层，平均日产油3 m3，预测有利含油范围23 km2，储量1 000×104t。

4 结论

1）纵向上沙三中、下发育灰质泥页岩，有机质丰度高（TOC 平均1.36%），是泥页岩最富集的层系；平面上濮卫次洼有机质丰度最高，其次为柳屯—海通集和前梨园洼陷。

2）泥页岩最富集的沉积微相类型为深湖—半深湖相和前三角洲泥，纹层状灰质泥岩相层状藻类等富集，是“甜点”发育的主要岩相类型。

3）泥页岩储层以微裂缝和粒间孔隙为主，孔隙度平均值为3.7%，渗透率平均值为0.091 3×10-3μm2。脆性矿物体积分数大部分在40%～70%，易于压裂。

4） 盐岩和异常高压利于泥页岩的富集和保存，形成东濮凹陷独特的自生自储、封闭、高压的盐间泥页岩油气系统。

5）沙三中4—5、沙三中8 及沙三下1—2 是最有利的勘探层位，濮卫和柳屯—海通集洼陷是最有利的目标区。

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