渤海湾盆地东营凹陷和沾化凹陷页岩油富集规律

朱德顺（中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院，山东东营257015）

渤海湾盆地东营凹陷和沾化凹陷页岩油富集规律

朱德顺
（中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院，山东东营257015）

以渤海湾盆地东营凹陷和沾化凹陷渐新统沙河街组沙三下亚段和沙四上亚段泥岩为研究对象，从油气生成、运移、富集的角度，对高产页岩油富集要素进行系统研究，结合油气产能、油气组分、地层接触关系、含油饱和度以及压力系数等特征，将东营凹陷和沾化凹陷页岩油富集类型分为3种：自生自储式、断层连通式和夹层富集式。自生自储式页岩油在东营凹陷和沾化凹陷泥页岩地层中广泛存在，受油气生成、储集条件影响，此类型页岩油井产能相对较低；断层连通式和夹层富集式页岩油受构造、岩性的控制，分布虽然局限但油气产能高。明确了页岩油的富集规律后，可以制定针对性更强的勘探开发方案，从而提高页岩油勘探开发效率。

渤海湾盆地；东营凹陷；沾化凹陷；沙河街组；页岩油；富集规律

东营凹陷和沾化凹陷渐新统沙河街组发育了沙四上亚段、沙三下亚段、沙三中亚段和沙一段4套湖相泥岩，其厚度大、有机质含量高，有机质类型有利于页岩油的生成。近五年来，新钻的页岩油探井最高日产原油达150 t，但多口探井产量并未取得预期的效果，其失利原因主要在于对东营凹陷和沾化凹陷页岩油的富集规律认识不清。前人根据泥岩储集空间的差异，将东营凹陷和沾化凹陷的页岩油划分为基质型和夹层型两种［1-2］，但对页岩油实际勘探的指导效果较差。本文以页岩油出油井为对象，深入分析了页岩油富集的主控因素，系统总结不同类型页岩油的富集规律，以期对今后页岩油的勘探有所裨益。

1　研究区概况

东营凹陷和沾化凹陷属于渤海湾中、新生代裂谷盆地的三级构造单元，位于济阳坳陷东部，受一系列北西向或近南北向的断裂控制，在凹陷内部形成多个次级洼陷和突起，东营凹陷内以利津洼陷、牛庄洼陷、博兴洼陷、民丰洼陷为主，沾化凹陷主要发育渤南洼陷、四扣洼陷、邵家洼陷等（图1），沙四上亚段和沙三下亚段沉积期，研究区主要为深湖、半深湖环境，沉积了巨厚的泥页岩，根据典型井的岩性、测井曲线等特征，将沙四上亚段、沙三下亚段各划分为4个层组，单个层组的厚度为20～100 m.

2　页岩油富集类型

东营凹陷和沾化凹陷页岩油在富有机质纹层状灰质泥岩或泥质灰岩为主的泥页岩层中生成后，没有发生移动或只发生短距离运移［3］。对东营凹陷和沾化凹陷的典型高产页岩油井分析发现，页岩油生成以后，有些未发生运移而在原地聚集，有些则借助断层或其他连通条件在邻近泥页岩层中富集成藏。

图1　东营凹陷和沾化凹陷构造位置

从东营凹陷和沾化凹陷优选了40口页岩油工业油流井，分别建立了总有机碳含量、含油饱和度、孔隙度、压力系数和原油黏度与原油产量的相关关系，随地层总有机碳含量、含油饱和度、孔隙度、压力系数的增大，原油产量具有增大的趋势，随着原油黏度的增大，原油产量具有减小的趋势。综合生油泥岩层的生烃特征、夹层、断层发育情况等，将东营凹陷和沾化凹陷页岩油富集类型划分为自生自储式、断层连通式和夹层富集式3种。其中，自生自储式页岩油受控于烃源岩和储集层两方面因素，主要集中在富含有机质的层段，当总有机碳含量越高时，对应泥岩的物性及含油性越好（图2a，图2b）；断层连通式页岩油井距离断层越近，原油产量越高，原油产量与压力系数明显正相关（图2c）；夹层富集式页岩油井原油产量与孔隙度呈正相关（图2d）。

3　页岩油富集特征

3.1自生自储式页岩油

自生自储式页岩油是指页岩油生成之后基本未发生或仅发生短距离初次运移，在泥页岩内部保存下来的页岩油。其在平面上，主要集中在渤南洼陷、博兴洼陷、牛庄洼陷等厚度大且连续稳定分布的泥页岩层区域，纵向上主要在埋深大于3 000 m的沙四上亚段和沙三下亚段的泥页岩地层之中，埋藏深度较大。对东营凹陷和沾化凹陷各洼陷带泥页岩具油气显示的探井统计分析发现，自生自储式页岩油具有以下特征。

（1）泥页岩富含有机质微观上，分散状的有机质呈星点状排列，连续性差，而富集的有机质多呈丝带状和长条状分布，在显微镜下估算固体有机质体积百分比有时可以达到20%～50%；宏观上，自生自储式页岩油集中在洼陷内生烃强度大于400 t/km2的区域，除具有高效的生排烃潜力外，高丰度的有机质相互连接形成非常连续的有机质、干酪根网络，为油气运移提供通道［4］。

（2）泥页岩灰质成分含量高纯泥岩致密，孔隙不发育，泥页岩中富含灰质成分可提高泥页岩地层脆性，有利于微裂缝、高压诱导缝形成。分析高气测值段和出油段的泥岩，泥页岩均富含灰质成分，多段取心的碳酸盐矿物含量大于50%，显微镜下显示富含灰质成分泥岩的微裂缝和诱导缝更发育，同时有机质生烃过程产生的有机酸溶解了灰质成分形成溶蚀孔洞，进一步改善泥页岩的储集性能。

图2　东营凹陷和沾化凹陷页岩油产量与富集要素相关关系

（3）泥页岩具有纹层状/层状结构通过岩心观察，东营凹陷和沾化凹陷页岩油井中泥页岩可以识别出浅色层和暗色层，浅色层形成于较浅水环境，主要成分为碳酸盐岩；暗色层形成于较深水环境，为泥质或有机质纹层，泥质纹层由黏土矿物富集组成，富有机质纹层由层状藻、藻屑呈条带状顺层富集而成，有机质含量较高，纹层中泥页岩的层间缝发育，为油气横向运移提供了通道［5］。

分析压力系数、轻烃组分等因素与产量之间的关系表明，自生自储式页岩油的高产井轻质烃组分含量较高，压力系数在1.40左右。对东营凹陷洼陷带的典型井横向剖面进行分析（图3），页岩油富集段集中在沙三下亚段底部的暗色纹层状泥页岩中，顺层横向展布，且具有较好的连续性，碳同位素等地化参数显示典型井页岩油均产自其所在的泥页岩并具有较好相似性。因此，自生自储式页岩油的富集规律表现为:大套泥页岩地层的油气中的轻烃组分优先从高压向低压运移，从致密层沿着微裂缝向具有一定储集空间的纹层状灰质泥岩短距离移动聚集。

3.2断层连通式页岩油

统计表明，东营凹陷和沾化凹陷85%的页岩油高产井处于距离断裂1 000 m以内［6］。沿洼陷—斜坡方向，半深水斜坡带通常发育一系列小型地层错断，小型断裂的作用体现在改善泥页岩地层的储集性能并沟通泥页岩层与邻近地层。按照断层连通的地层类型，东营凹陷和沾化凹陷断层连通式页岩油可分为断层连通膏盐岩层式和断层连通砂体式，其页岩油的富集机理亦存在差异。

（1）断层连通膏盐岩层式页岩油此类页岩油富集在沾化凹陷沙三下亚段底部和东营凹陷沙四上亚段底部泥岩中，页岩油产量较高。膏盐岩层溶解过程产生的硫酸根离子在120～200℃时会与烃源岩内烃类成分发生硫酸盐热化学还原反应，生成硫化氢，深层硫化氢对相邻碳酸盐岩进行溶蚀改造，形成孔隙极其发育的孔洞体系，二氧化碳和水是此反应的副产物，二氧化碳在水中饱和后与钙离子结合生成碳酸盐沉淀［7-8］。

沾化凹陷渤南洼陷内的断层在东营组和明化镇组沉积期活动强烈，断层断至沙三下亚段底部的富有机质泥质灰岩。断层诱导缝发育，且沟通了下伏膏盐岩层，膏盐岩层中硫酸根离子在水动力等作用下进入沙三下亚段泥质灰岩中，断层活动停止后，塑性的膏盐岩层封堵断层，硫酸根离子与烃类在封闭环境发生热化学还原反应，溶蚀孔发育，与断层伴生的裂缝共同改善泥页岩的储集性能。

断层连通膏盐岩层式页岩油特征具体表现在两方面:一是断层基本发育在厚层泥岩的内部，规模不大，在膏盐岩层上覆的泥岩中形成相对封闭环境。以XYS6W井为例，断层沟通了上部泥页岩和下部膏盐岩层，此井初期日产原油最高达到38.5 t，气7 387 m3，试油显示油层压力系数1.77，地层温度138℃，温压条件适宜热化学还原反应进行，原油中硫元素含量高和岩心中的分散状黄铁矿都是硫酸盐热化学还原反应的产物［9］。有机生油理论认为有机质演化过程生成的天然气中，二氧化碳含量不会超过天然气总量的1%，所以XYS6W井15%的二氧化碳含量主要为无机成因［10-11］，也可以作为热化学还原反应进行的证据。从图4可以看出，XYS6W井的原油生产过程包括初期高产和后期稳产两个阶段，两个阶段的开采过程含水率总体保持在1.4%左右，稳定的油水比例反映XYS6W井泥页岩出油段为相对封闭的系统，页岩油为自生自储成因；二是被断层沟通的泥岩层受断层及后期流体溶蚀作用影响，具有较好的油气储集空间，从测井响应上看，XYS6W井出油段声波时差和补偿中子增大，密度降低，岩心上多见构造缝和滑脱缝等，总体上具有高孔隙度和裂缝发育的特征［12-15］。与XYS6W井相邻（平面相距2 000 m）的L67N井相比，温压条件和岩性特征等均相似，唯一区别在于没有断层连通上、下两套地层，L67N井的日产原油仅2.0 t，产出原油密度更大、黏度更高、含硫低且不含气体，测井响应反映地层孔隙度较小，储集空间不发育。因此，与膏盐岩层连通对页岩油的高产储集空间的改善起到重要的作用。

图3　济阳坳陷泥页岩岩相分布与页岩油富集关系（剖面位置见图1）

图4　 XYS6W井油水生产历史曲线

（2）断层连通砂体式页岩油厚层致密泥页岩的油气输导能力有限，砂质颗粒的支撑作用对改善泥页岩物性具有重要作用，对取心资料进行统计，东营凹陷内位于湖盆缓坡带的沙四上亚段暗色泥页岩中发育厚度10 cm左右的砂质、硅质条带，钻井、录井过程中此类地层气测显示良好，气测烃类组分达70%～90%，砂质条带未达到夹层（2 m）级别，但其局部密集分布，为相邻泥岩生成的油气提供了横向运移的通道。常根据断层上、下盘含油气情况判断断层连通性［16］，断裂发育区断层的沟通作用使小型砂体连通后，脆性的砂岩层在断裂作用下易发育构造裂缝，下部泥岩生成的页岩油通过砂质条带、构造裂缝运移至邻近储集空间较好的纹层状泥质灰岩中富集成藏，且具有较高的产能。

对于断层连通砂体式页岩油，东营凹陷沙四上亚段高产井Y5-4W井累计产油1.7×104t，Y5-4W井沙四上亚段岩性以物性较好的纹层状泥质灰岩为主且内部发育多条厚度0.5 m左右砂质条带。常规油气运移理论认为，油气可动系数（S1/CTOC，S1为游离烃含量，CTOC为总有机碳含量）增大、压力系数减小和含油饱和度降低的方向，代表了油气运移的方向［17］。对Y5-4W井与邻井Y5-52W井的相关数据进行分析，沿Y5-52W井—Y5-4W井方向，油气可动系数上升，压力系数降低，含油饱和度下降，证明页岩油为通过断层、断层诱导缝、层间缝和薄层砂质条带等通道从生油能力更好的Y5-52W井处短距离运移而来，并在Y5-4W井处纹层状泥质灰岩的有机质孔、溶蚀孔、层间缝以及断层诱导缝内富集。断层连通砂体式页岩油与常规油气运聚机理具有一定相似性，但由于断层、砂质条带规模小，油气移动距离短，笔者将此类型的油气仍归为页岩油的范畴。

3.3夹层富集式页岩油

当厚层泥岩中夹其他岩性（厚度大于2 m）且富含油气时，将其称为夹层富集式页岩油，研究区夹层富集式页岩油主要有沾化凹陷沙一下亚段碳酸盐岩夹层页岩油和东营凹陷沙四上亚段砂岩夹层页岩油。砂岩夹层形成于深水浊积岩沉积环境，夹层发育规模小且连续性差，空间预测难度大。从经济效益角度，目前东营凹陷和沾化凹陷夹层富集式页岩油的开发以碳酸盐岩夹层为主。沾化凹陷沙一下亚段白云岩夹层发育，夹层厚度为0.5～2.5 m，油气显示良好，单井试油最高日产油60 t，勘探潜力大。

以沾化凹陷沙一段白云岩夹层为例，夹层富集式页岩油富集特征:①夹层邻近生烃能力好的泥岩，沾化凹陷沙一段烃源岩干酪根类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主，进入了油气生烃门限深度2 400 m，富有机质泥岩、泥灰岩、油页岩发育，从岩性组合来看，高产井多具1.5～2.5 m厚的碳酸盐岩夹层，过厚或过薄的夹层页岩油的产能均较差［18］；②泥岩多呈层状和纹层状，微裂缝和层间缝发育，页岩油可以通过晶间孔、微裂缝、层间缝等通道进入碳酸盐岩夹层富集成藏，通过岩心观察，NY1井3 426.5 m浅色的脆性碳酸盐岩夹层与上下暗色泥页岩相比，在地层高压的作用下，微细裂缝和层间缝更发育，且多为油浸或油斑显示；③东营凹陷和沾化凹陷碳酸盐岩夹层产出的页岩油中62.6%出自白云岩夹层，页岩油高产井多集中在白云岩发育的区域，灰岩向白云岩转化的白云岩化过程中，岩石颗粒体积可以减小6.2%～14.8%，白云岩中溶蚀孔隙相对比较发育［19-21］。

4　结论

东营凹陷和沾化凹陷页岩油资源潜力大，页岩油的分布受控于多种富集因素且富集规律多样。根据岩性、压力系数、地层接触关系、地化参数、油气水产出规律及油气组分等因素，将东营凹陷和沾化凹陷页岩油的富集类型分为自生自储式、断层连通式和夹层富集式。自生自储式页岩油由于泥页岩储集空间的局限性，产能并不理想，但其在沙三下亚段和沙四上亚段泥页岩中分布广泛且生排烃能力强，勘探潜力巨大；断层连通膏盐岩层式页岩油主要集中在沾化凹陷沙三下亚段中断层与下部膏盐岩层连接处，页岩油井产能高且在沾化凹陷具有一定代表性；断层连通砂体式页岩油主要集中在东营凹陷沙四上亚段中断层与沙四上亚段下部砂体连通处，砂岩颗粒的支撑作用为页岩油的输导提供条件，页岩油可以在邻近物性条件较好的泥质灰岩中富集成藏；夹层富集式页岩油主要分布在沾化凹陷沙一段底部，白云岩化作用改善灰岩层储集条件，易于页岩油富集成藏。

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（编辑潘晓慧杨新玲）

Accumulation Pattern of Shale Oil in Dongying Sag and Zhanhua Sag，Bohai Bay Basin

ZHU Deshun
（Research Institute of Exploration and Development，Shengli Oilfied Company，Sinopec，Dongying，Shandong 257015，China）

Taking the shale of Lower Sha-3 member and Upper Sha-4 member of Oligocene Shahejie formation in Dongying sag and Zhanhua sag of Baohai Bay basin as a case，this paper systematically studies the enrichment elements of high-yielding shale oil from the perspective of oil and gas generation，migration and accumulation.Integrated with the characteristics of oil and gas productivity，hydrocarbon component，stratigraphic contact relationship，oil saturation and pressure coefficient，the accumulation patterns in Dongying sag and Zhanhua sag can be divided into such 3 types as self-generation and self-preservation，fault connection and interlayer enrichment.Shale oil of selfgeneration and self-preservation widely exists in the shales of the 2 sags，but since it is influenced by the conditions of hydrocarbon generation and accumulation，the oil well productivity of this type is relatively low.Constrained by structure and lithology，the other 2 types are distributed in some local areas but have high productivity.A fter the identification of shale oil accumulation patterns，more targeted plans can be made for oil exploration and development，thus enhancing efficiency of exploration and development of the shale oils.

Bohai Bay basin；Dongying sag；Zhanhua sag；Shahejie formation；shale oil；accumulation pattern

TE112

A

1001-3873（2016）03-0270-05

10.7657/XJPG20160304

2015-06-14

2016-03-22

国家科技重大专项（2016ZX05049004）；中国石化科技攻关项目（P15086）

朱德顺（1987-），男，山东聊城人，硕士研究生，油气勘探，（Tel）0546-8715536（E-mail）zhudeshun.slyt@sinopec.com