鄂尔多斯盆地页岩油储层研究—— 以上里塬地区长7段为例

王媛媛 王 克 杨兆林 战 沙

(1. 西安石油大学 地球科学与工程学院， 西安 710065；2. 陕西省油气成藏地质学重点实验室， 西安 710065；3. 中国石油长庆分公司勘探开发研究院， 西安 710065)

0 前 言

我国陆相页岩油气资源十分丰富，但受沉积环境、构造活动等因素影响，其储层的岩石类型、物性条件等非均质性较强[1-2]。

鄂尔多斯盆地上里塬地区延长组7段(长7段)泥岩层系夹多套粉 — 细砂岩，具有源储共生、砂体变化快、储层致密等特点[3]。受沉积环境、砂体发育程度等因素影响，长7段不仅发育夹层型页岩油，同时也发育其他类型的页岩油。本次研究深入探讨了鄂尔多斯盆地上里塬地区，不同页岩油类型的特性，揭示了研究区页岩油富集的主控因素。

1 区域地质背景

鄂尔多斯盆地属于中朝板块西部的克拉通叠合盆地，由伊盟隆起、渭北隆起、西缘逆冲带、晋西褶曲带、天环坳陷以及伊陕斜坡等 6个二级构造单元构成[3]。上里塬地区位于鄂尔多斯盆地西南部，构造位于伊陕斜坡，局部可形成较小的鼻状隆起，断层基本不发育。三叠系延长组自下而上被划分为10段，其中，延长组7段(长7段)发育大规模富含有机质的页岩和重力流沉积砂体[4]。长7段自下而上分为长71、长72和长73等3个亚段，主要由黑色页岩、薄层砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥质砂岩和厚层泥岩等岩性组成(见图1)。长7段整体相互叠置，既可以作为烃源岩层，又可以作为储层，具有“源储一体”的特征。

图1 长7段位置及岩性柱状图

2 页岩油储层分类特征

2.1 页岩油储层类型

狭义的页岩油，是指纯泥页岩段产出的石油[5-6]。广义的页岩油，是指泥页岩层系内致密细砂岩、粉砂岩、页岩和泥岩中，未经过长距离运移而形成的石油[7-8]。在本次研究中，将长7段泥页岩层系内的石油资源，都定义为页岩油[8]。为了开展精细地质研究，基于相关研究[9-10]，根据砂体结构和砂地比等物性特征，将长7段内的页岩油资源分为3类：Ⅰ类，为多期砂体叠置夹薄泥层；Ⅱ类，为薄砂与泥互层；Ⅲ类，为纯页岩。长7段各类页岩油平面分布情况如图2所示。

Ⅰ类页岩油的砂质含量较高，砂地比为20%～30%，储层以重力流沉积为主，发育砂质碎屑流及浊积砂体，砂体单层厚度为3～5 m，整体具有“砂包泥”的特征。储层以致密的细砂岩、粉砂岩为主，夹杂多套富含有机质的页岩和暗色泥岩。Ⅰ类页岩油主要分布在长71亚段(见图2a)，在长72亚段也有小规模发育，呈零星状分布(见图2b)。取心资料和测井数据表明，厚层砂岩被泥岩夹层隔开，但砂体厚度较大，储层、油层遮挡条件较好。

Ⅱ类页岩油的砂地比为10%～20%，储层发育重力流浊积砂体，砂体单层厚度为2～3 m，砂岩厚度变薄，夹杂泥岩层变厚，有效油层厚度变薄。Ⅱ类页岩油主要分布在长72、长71亚段，其中长72亚段的郝家洞 — 樊家川 — 木钵、上里塬以及研究区西南部的分布面积较大、连片性较好(见图2b)。

Ⅲ类页岩油的砂地比小于10%，砂体单层厚度一般小于2 m，储层以黑色页岩、暗色泥岩和粉砂岩为主，整体具有“泥包砂”的特征。Ⅲ类页岩油在长7段的3个亚段中均有分布，在长73亚段的分布面积较大(见图2c)。

图2 研究区长7段各类页岩油平面分布图

2.2 页岩油储层特征

2.2.1 岩石学特征

通过岩心观察、薄片鉴定以及X-衍射实验分析表明，长7段的岩石类型以长石岩屑砂岩为主，含有少量碎屑长石砂岩(见图3)；粒度以细砂、粉砂为主，分选性中等，多为孔隙式胶结；岩石矿物以石英(6.0%～53.5%)、长石(4.1%～29.0%)和黏土矿物(7.8%～66.0%)为主。黏土矿物中，伊利石所占比例较大，其次为云母和碳酸盐矿物，含有少量菱铁矿、黄铁矿。长7段整体具有高石英、低长石的西南物源特征[11]。

图3 研究区长7段砂岩分类三角图

Ⅰ、Ⅱ类页岩油储层的岩石矿物都以石英为主，其次为长石、黏土矿物(见表1)。石英与长石含量为50.0%～60.0%，黏土矿物含量小于15.0%，碳酸盐矿物以含铁的碳酸盐矿物为主，菱铁矿含量相对较高、黄铁矿含量较低。Ⅲ类页岩油储层的岩石矿物以黏土矿物为主，其次为石英、长石及碳酸盐矿物(见表1)。石英与长石含量相对较低，平均含量为39.0%，黏土矿物平均含量为49.0%，主要为伊利石和高岭石，含有少量绿泥石。大量的伊利石导致研究区沉积物密度较低，绿泥石的存在说明沉积区为还原环境。Ⅲ类页岩油储层的碳酸盐矿物含量整体低于Ⅰ、Ⅱ类，菱铁矿含量相对较高。据国内外勘探实践可知，在获得工业油流和实现商业开发的页岩油区，黏土矿物含量通常小于30.0%[11-12]。研究区内Ⅰ、Ⅱ类页岩油的黏土矿物含量都低于此标准，且脆性矿物含量较高，有利于后期的压裂开发。

表1 不同类型页岩油储层岩石矿物含量(体积分数) 单位：%

2.2.2 储集空间类型

长7段储层主要发育溶蚀孔和粒间孔(见图4)，发育少量微孔、晶间孔和微裂缝等，面孔率约为1.21%，孔含量较低。这是由于长7段属于源储共生层段，有机质酸溶液从烃源岩层排出，与储集砂岩层发生大量溶蚀作用[7]，故发育大量的溶蚀孔。

图4 长7段孔隙类型

通过对长7段中139块薄片样品统计分析发现，Ⅰ类页岩油储层的孔隙类型主要为长石溶蚀孔(48%)和岩屑溶蚀孔(25%)，同时发育少量的微裂缝、晶间孔和铸模孔，面孔率为1.16%，平均孔径为28.1 μm。Ⅱ类页岩油储层的孔隙类型主要为长石溶蚀孔(47%)和粒间溶蚀孔(26%),面孔率为1.03%，平均孔径为 21.4 μm。Ⅲ类页岩油储层主要发育泥页岩储集层，关于其孔隙类型的分析较少。在扫描电镜下，可见黏土矿物晶间微孔及少量的晶间孔，整体孔径偏小，以微孔和纳米级孔隙为主。

2.2.3 物性特征

长7段泥页岩的平均孔隙度为8.18%，平均渗透率为0.17×10-3μm2，其砂质夹层的物性条件优于纯泥岩段。长7段整体具有孔隙度较高、渗透率较低的特点，且孔隙度与渗透率具有较好的正相关关系，如图5所示。

Ⅰ类页岩油储层的孔隙度为8.00%～12.00%，渗透率小于0.30×10-3μm2，孔渗相关系数较小，在3种页岩油中孔渗相关性最差。Ⅱ类页岩油储层的孔隙度为7.00%～10.00%，渗透率小于0.20×10-3μm2，孔渗相关系数中等，孔渗相关性显著。Ⅲ类页岩油储层的孔隙度为6.00%～8.00%，渗透率小于0.10×10-3μm2，孔渗相关系数最高，孔渗相关性显著。长7段中Ⅰ类页岩油储层的物性最好，Ⅲ类页岩油储层孔渗相关性程度最高。

3 成藏主控因素

3.1 富含有机质

富含有机质，是页岩富集油气的基础。高产富集页岩油，一般总有机碳(TOC)含量大于2.00%，长7段烃源岩TOC平均含量为6.06%(见表2)，有机质含量较高，有机质类型以生油为主，有利于页岩油富集成藏。长7段平均最高热解峰温(Tmax)为453 ℃，热演化达到中高成熟阶段(见表2)，平均生烃潜量(S1+S2)为17.71 mg/g，处于生油高峰期。此阶段的页岩油具有黏度低、气油比高、流动性强等特点。

表2 岩石热解分析数据

长72和长73亚段大部分样品的生烃潜量均大于2 mg/g(见图6)，根据陆相烃源岩评价标准[13]，属于中等 — 好的烃源岩。综合分析，长7段发育富含有机质、有机质类型好且热演化程度适中的优质烃源岩，以长73亚段烃源岩发育情况最佳。

图6 研究区长7段生烃潜量(S1+S2)频率图

含油率是判断页岩油是否富集的重要依据之一。在有机质类型和成熟度相似的情况下，有机质含量越高，生烃潜力越大，且滞留烃量越高，页岩含油量越大[14]。岩石热解S1能快速、直观地反映页岩的含油性[15]。长7段TOC含量、S1平均值较高，且两者具有较好的相关性(见图7)，说明长7段具有较好的含油性。

图7 研究区长7段TOC-S1关系图

3.2 优势储层

储层是油气储集能力的综合体现，优质储层是油气成藏的基础。长73— 长71亚段的湖侵作用逐渐减小，研究区三角洲由西向东逐渐进积，砂体面积逐渐变大(见图8)。长71和长72亚段发育多期旋回垂向叠置的厚砂体，具有很强的储集能力，有利于油气的聚集。长71和长72亚段以砂质碎屑流和浊流沉积为主，多发育砂质碎屑流和浊积砂体，砂体连通性强，沉积物较粗，分选性和磨圆度较好。同时，成岩过程中，溶蚀等建设性成岩作用，对储层物性具有一定的改善作用。大面积连片且物性相对较好的厚层砂体形成了优势储层，为油气聚集提供了基础条件。

图8 研究区长7段沉积图

3.3 源储配置

长7段发育的多套砂泥岩互层，形成良好的源储配置，是油气成藏的关键因素之一。暗色泥页岩作为烃源岩层，大量生烃、排烃，在原地或短距离运移至物性较好的砂岩储层，形成页岩油藏，同时泥岩层还可以作为很好的盖层。从连井剖面上可以看出(见图9)，长7段主要为“下生上储”的源储组合。长71和长72亚段发育复合油藏区，Ⅰ类和Ⅱ类页岩油储集层厚度较大，横向连通性较强，油藏规模也相对较大。而Ⅲ类页岩油的主要储集层，以暗色泥页岩为主，在长71和长72亚段主要为孤立且薄的砂体，横向连通性较差，油藏规模也较小。Ⅰ类页岩油通常发育在厚层烃源岩上，以较厚的砂体作为储层，中间夹杂的泥岩层比较薄，储集能力比较好，油层段厚且相对集中，是现阶段经济技术水平下，规模开发的主要目标。Ⅱ类页岩油下覆烃源层，具有一定的资源潜力，但其单砂体厚度变薄，储集能力变差，油层相对较薄且分散，整体不如Ⅰ类页岩油。Ⅲ类页岩油为暗色泥岩和黑色页岩互层，单砂体厚度薄，虽然具有一定的含油性，但无法直接开采，需要运用二次技术进行处理，在现阶段经济技术水平下，实现规模开发具有较大的难度。

图9 H64 — N91连井剖面图

4 结 语

Ⅰ类页岩油储层的岩石矿物以石英、长石为主，主要发育长石溶蚀孔和岩屑溶蚀孔，孔隙度为8.00%～12.00%，渗透率通常小于0.30×10-3μm2，孔渗相关性较差。Ⅱ类页岩油储层的岩石矿物组成与Ⅰ类相似，具有高脆性矿物、低黏土矿物的特征，主要发育长石溶蚀孔和粒间溶蚀孔，孔隙度为7.00%～10.00%，渗透率通常小于0.20×10-3μm2。Ⅲ类页岩油储层的岩石矿物以黏土矿物为主，主要发育黏土矿物晶间微孔和少量的晶间孔，孔隙度为6.00%～8.00%，渗透率通常小于0.10×10-3μm2，孔渗相关性较好。

长7段烃源岩是富含有机质、具有较强生烃潜力，且热演化程度适中的优质烃源岩。长71和长72亚段发育大面积连片且物性相对较好的砂体，形成了优势储层，为油气聚集成藏提供了良好储集条件。大面积发育的多套砂泥岩互层，形成了良好的源储配置，是油气富集成藏的基础。