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陆相页岩源储特征及其发育模式——以鄂尔多斯盆地东南部延长组长7段为例.pdf

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资源描述

1、以鄂尔多斯盆地东南部延长组长 7 段为研究目标,对陆相页岩有机地化特征,物性特征,微观结构等方面对储层源储特征关系以及发育模式进行研究。结果表明:有机碳含量分布在 0.13%13.3%,分布范围较大,主要位于 2%7%,平均值为 4.8%;有机质类型主要是型和1型为主,以生气为主。镜质体反射率(Ro)分布在 0.827%1.042%,主体分布范围是 0.8%1.0%,平均值为 0.92%,烃源岩已经完全进入成熟阶段;孔隙度介于 0.75%14.97%,均值为 3.77%。研究区泥页岩主要发育粒间孔、晶间孔及有机孔等,为页岩气提供储集空间与运移通道,页岩气排烃动力主要为源储压差,一般为 5 12

2、 MPa,运移类型主要为初次及二次运移。按照岩性组合以及有机地化参数可分为两大类型,分别是厚层暗色泥岩夹薄层泥质细砂岩和厚层泥岩与纹层互层。关键词 鄂尔多斯盆地;有机孔隙;无机孔隙;源储组合;发育模式中图法分类号 P618.13;文献标志码 ASource-reservoir Characteristics and Development Model ofContinental Shale:A Case Study of Chang 7 Member ofYanchang Formation in Southeastern Ordos BasinYANG Tian-xiang1,2,ZHAO

3、Wei-wei1,2,DUAN Yi-fei1,2,LI Fu-kang1,2(1.College of Earth Science and Engineering,Xian Petroleum University,Xian 710065,China;2.Shaanxi Key Laboratory of Petroleum Accumulation Geology,Xian Shiyou University,Xian 710065,China)Abstract The Chang 7 member of Yanchang Formation in the southeastern Ord

4、os Basin was taken as the research target,and therelationship between reservoir source and reservoir characteristics and development model were studied from the aspects of organic geo-chemical characteristics,physical properties and microstructure of continental shale.The results show that the organ

5、ic carbon content isdistributed between 0.13%and 13.3%,and the distribution range is large,mainly between 2%and 7%,with an average of 4.8%.The types of organic matter are mainly type I and type II1,mainly gas.Vitrinite reflectance(Ro)is distributed in 0.827%1.042%,the subject distribution range is 0

6、.8%1.0%,the average value is 0.92%,the source rock has fully entered the maturestage.The porosity is between 0.75%and 14.97%,with an average of 3.77%.In contrast,black shale and silty shale have poorphysical properties,and fine sandstone has better physical properties.The sandstone in the study area

7、 mainly develops intergranularpores,intercrystalline pores and organic pores,which provide reservoir space and migration channels for shale gas.The hydrocarbonexpulsion power of shale gas is mainly the pressure difference between source and reservoir,generally 5 12 MPa,and the migrationtype is mainl

8、y primary and secondary migration.According to the lithological association and organic geochemical parameters,it can bedivided into two types,namely,thick dark mudstone with thin shaly fine sandstone and thick mudstone and laminated interbed.Keywords Ordos Basin;organic pore;inorganic pore;source-r

9、eservoir assemblage;development model投稿网址: 自美国的页岩气革命以海相页岩为目的层取得了巨大的成功,使得世界的能源格局发生了巨大的改变1-3。中国的页岩气资源潜力巨大,海相与陆相含量都较为丰富。现今中国已经在海相页岩油气实现了较大范围的开采,但是在陆相页岩油气开采方面尚无商业性的突破。目前加快陆相页岩油气勘探开发,已经成为中国油气资源接替的国家战略。相比于海相页岩来说,陆相页岩具有非均质性强,相变频繁,有机质演化程度低以及有机质控发育程度低的特点,所以对陆相页岩油气的开发难度较大4-6。20092018 年底,中国开展页岩气勘探,已经相继建成了涪陵、威远

10、、长宁、昭通、威荣 5 个海相页岩气田,累计探明 10 455 108m3的页岩气地质储量,年产量已经达到 109 108m3 7。除海相页岩气层系外,中国的陆相以及海陆过渡相页岩层系也具有巨大的勘探开发潜力8。鄂尔多斯盆地延长组长 7 段源岩和储层的接触关系主要为垂向叠置或紧邻接触,经源岩主要以生经作用产生的增压为主要排烃动力,油气层具有大面积分布含油气性的区域非均质性显著。前人对鄂尔多斯长7 段源岩储层及致密油成藏机理等已进行了大量研究,但长 7 段源岩和储层有多种配置关系,不同类型储层的油气赋存机理存在差异,关于不同源储配置关系对致密油成藏的控制作用尚缺乏深入研究。鉴于此,结合前人研究成

11、果以鄂尔多斯盆地东南部延长组长7 段陆相页岩为研究对象,对研究区页岩的烃源特征与储集特征进行研究,创新性的通过分析源储关系来探讨陆相页岩层系的源储特征,划分源储耦合类型,探究源储关系及其发育特征,以期为中国陆相页岩气勘探开发提供一定的理论基础5-10。1 研究区地质概况鄂尔多斯盆地是中国典型的陆相沉积盆地(图 1),中生代和新生代以来,盆地沉积了厚层的湖相泥页岩,所以具备了形成良好页岩油气并富集成藏的基本地质条件和巨大的勘探开发潜力。延长组的湖盆发育最好的时期是长 7 段沉积期,这段时期湖水环境平稳,湖盆范围最广,泥页岩有机质丰富,母质类型以腐泥-腐殖型为主;且泥页岩厚度较大,平均在 70 8

12、0 m,最厚时可以达到120 m,是一套较为优质的烃源岩3-6。研究表明,长 7 段属于典型的深湖-半深湖沉积,烃源岩已经完全进入成熟阶段,有机质丰度较高,主要以型和1型为主,为偏腐泥混合型;岩性主要是深黑色的泥页岩夹杂薄层的粉砂质泥岩以及泥质粉砂岩,发育有纹层,有利于油气的富集成藏。图 1 研究区构造图Fig.1 Structural diagram of the study area2 页岩源储特征2.1 烃源岩地化特征2.1.1 有机质丰度对延长组长 7 段所实测的 500 多个总有机碳数据进行统计(图 2),研究区的总有机碳(TOC)含量分布范围较为广泛,在 0.13%13.3%,其中

13、主体分布在 2%7%,平均值为 4.8%。研究表明该地区的有机质含量超过了页岩油气的富集门限,且烃源岩厚度较大,具备有良好的生储盖组合,所以具有生成和富集页岩油气的基础5-7。2.1.2 有机质类型有机质类型通常被用来衡量有机质的产烃能力,一般划被分为3 种类型:型、型和型,其中 型又被分为 1型、2型。通过类型指数以及干酪根的显微组分(表1)对研究区进行综合判断,结果表明研究区长7 泥页岩有机质类型主要是 型和 1型,其以 型为主由此可见有机质主体上以生油为主8-12。2.1.3 有机质成熟度研究区样品镜质体反射率(Ro)统计结果表明(图3、图4),有机质 Ro 分布在0.827%1.042

14、%,主体分布范围为 0.8%1.0%,平均值为 0.92%,表01201科 学 技 术 与 工 程Science Technology and Engineering2023,23(24)投稿网址:图 2 延安地区长 7 段 TOC 含量分布Fig.2 TOC content distribution of Chang 7 inYanan area表 1 显微组分及类型指数Table 1 Microcomponents and type index样品编号含量/%腐泥组壳质组镜质组惰质组类型指数有机质类型S113807047.751S251445069.251S383134086.50S434

15、624062.001S569283080.75S667303079.751S771254080.50S858402076.501S963325075.251S1057322025.002S1166.46.18.219.382.60S1265.16.47.920.682.98S1367.95.47.719.183.93S1470.214.60.914.491.23S1570.214.60.914.491.23S1669.916.4310.686.45S17892.14.74.290.73S1889.62.24.14.191.73S19921.30.36.498.83S2097.300.62.19

16、8.95S2189.51.20.88.698.10S2252.70.53.643.293.45S2371.312.53.412.887.80S246520.34.99.881.28图 3 延安地区长 7 段成熟度分布直方图Fig.3 Chang 7 maturity distributionhistogram in Yanan area图 4 延安地区长 7 段镜质体反射率分布图Fig.4 Distribution of vitrinite reflectance ofChang 7 section in Yanan area明研究区的烃源岩已经完全进入成熟阶段,能够生成油气,且研究区 Ro

17、表现出随着深度的增加而逐渐变大的趋势,说明热演化程度伴随着深度的增加而逐渐增大8-12。2.2 泥页岩储层特征2.2.1 物性特征储层的沉积物性会随着沉积环境的变化而有所不同9-13。通过对研究区长 7 段的泥页岩物性进行分析(图 5),可以得出地区整体属于低孔-低渗储 层,延 安 地 区 延 长 组 长 7 段 孔 隙 度 介 于0.75%14.97%,均 值 为 3.77%,渗 透 率 0 84.31 10-3m2,均值为 0.79 10-3m2。相比之下,黑色页岩与粉砂质泥页岩物性较差,细砂岩的物性较好。2.2.2 储层含气性对研究区中 FY2 井和 YY22 井各选十块样品进行了含气量

18、测试,得到了各个样品中的解析气含量、残余气含量、损失气含量以及总含气量数据9-13。样品含气量数据如表 2 所示。FY2 井中,根据样品测试结果(表 2)可得,损失气、解吸气和残余气含量分别 为 0.33 2.17、0.51 2.99、0.08 0.25cm3/g,平 均 值 分 别 为1.004、1.481、0.13 cm3/g。总 含 气 量 在 1.09 5.23 cm3/g,平均为 2.615 cm3/g。YY22 井中,根据样品测试结果(表2)可得,损失112012023,23(24)杨天祥,等:陆相页岩源储特征及其发育模式 以鄂尔多斯盆地东南部延长组长 7 段为例投稿网址:图 5

19、延安地区长 7 段孔渗分布图Fig.5 Distribution of porosity and permeability in Chang 7 section in Yanan area表 2 延长组长 7 段页岩气含气量测试Table 2 Gas content test of Chang 7 shale gas in Yanchang Formation井名深度岩性解吸气含量/(cm3 g-1)残余气含量/(cm3 g-1)损失气量/(cm3 g-1)总含气量/(cm3 g-1)FY2 井1 411.8油页岩1.120.10.882.11 422.55油页岩2.210.191.323.7

20、21 424.1粉砂质泥岩0.920.080.351.351 424.6油页岩1.650.091.022.761 425.55油页岩1.950.111.573.631 426.3细砂岩0.920.080.521.521 426.65油页岩1.490.110.371.971 427.85油页岩1.050.170.832.051 429泥质粉砂岩0.510.250.331.091 429.3油页岩2.990.122.125.23YY22 井1 297.4粉砂质泥岩0.2500.130.381 298.01油页岩0.310.080.20.591 300.76泥质粉砂岩0.220.110.150.48

21、1 308.16油页岩0.760.10.551.411 309.14油页岩0.730.120.651.51 328.71粉砂质泥岩1.120.041.052.211 336.15凝灰岩1.210.230.982.421 337.24油页岩0.580.420.391.391 337.99油页岩1.10.371.022.491 345.38油页岩1.230.280.572.08气、解吸气和残余气含量分别 在 0.13 1.05、0.22 1.23、0 0.42 cm3/g,平均值分别为 0.569、0.751、0.175cm3/g。总 含 气 量 在0.382.46 cm3/g,平均为 1.495

22、 cm3/g。研究区含气量较好。2.2.3 微观结构特征页岩储层的孔隙性成因比常规储层的更为复杂多样,且多为纳米孔隙,不同地区、不同层位相差较大。目前对泥页岩储层微观孔隙类型研究多集中在海相页岩,其孔隙类型主要有三类:有机质孔、矿物质孔与微裂缝14-15,其中矿物质孔和有机质孔是泥页岩储层空间的特色和重要组成部分。根据前人的分类,通过薄片观察以及场发射扫描电镜等将研究区的孔隙划分为两大类:有机质孔隙和无机质孔隙。(1)有机质孔隙。通过对延长组长 7 段样品进行观察,长 7 段富有机质泥页岩有机质孔普遍发育(图 6),孔径分布在 2 870 nm,平均为28 nm,其中以小于 30 nm 的有机

23、质孔为主,孔径较小。孔隙形态多样,包含有三角形,椭圆形,近圆形,多边形以及不规则形状等。孔隙和裂缝多发育在有机质和无机矿物的接触面,或者有机质中靠近无机矿物的边缘部位,部分伴随黏土矿物发育,这部分有机质颗粒较小,受周边矿物颗粒影响较大。(2)无机孔隙。延长组长 7 段泥页岩中无机孔隙主要包括矿物粒间孔和矿物粒内孔(图 7)。海相21201科 学 技 术 与 工 程Science Technology and Engineering2023,23(24)投稿网址:312012023,23(24)杨天祥,等:陆相页岩源储特征及其发育模式 以鄂尔多斯盆地东南部延长组长 7 段为例投稿网址:41201

24、科 学 技 术 与 工 程Science Technology and Engineering2023,23(24)投稿网址:页岩相比,长 7 段陆相泥页岩主要以黏土矿物为主,石英长石含量相对较少。无机孔隙主要为黏土矿物粒间孔,石英长石所发育的粒间孔为主,含有少量的溶蚀孔以及黄铁矿等发育的晶间孔。颗粒内孔隙连通性行较好,孔径通常达到数十纳米,有利于页岩油气的富集成藏。3 源储组合关系源储组合关系是决定页岩油气富集程度以及勘探开发前景的重要因素16-19,研究区不同地区的源储组合关系有所不同,按照岩性组合特点以及地化特征可以分为两类(图 8),类是厚层暗色泥岩夹薄层泥质细砂岩,主要发育在研究区上

25、部长 71以及长 72部分;类是厚层泥岩与纹层互层,发育在72与长 73部分。类相比类 TOC 含量高,含气性也更好。4 发育模式研究区长 7 段陆相泥页岩具备良好的勘探开发潜力,厚层的泥页岩中夹杂多个薄砂岩层,单层的泥SP 为自然电位;GR 为自然伽马;POR 为孔隙度;PERM 为渗透率图 8 延安地区延长组长 7 段源储关系图Fig.8 Source-reservoir relationship diagram of Chang 7 member of Yanchang Formation in Yanan area512012023,23(24)杨天祥,等:陆相页岩源储特征及其发育模式

26、 以鄂尔多斯盆地东南部延长组长 7 段为例投稿网址:页岩厚度为 7 13 m,薄层细砂岩厚度一般小于3 m,发育多种孔隙;泥页岩层系构造活动较弱,热演化程度较高,已经完全进入成熟阶段,生成的油气就近运移至相邻的砂岩层中,砂岩中发育的粒间孔,晶间孔以及有机孔为有利的油气提供了良好的储集空间,同时也为油气提供了运移通道。所划分的两种源储组合类型源储特征相似(表 3),排烃动力都是源储压差,其中类(厚泥型)成熟度相对较低,孔隙度较高,主要以初次运移与二次运移为主;类(互层型)成熟度相对较高,孔隙度较低,运移则是以初次运移为主19-25。研究区发育模式和沉积剖面图分别如图 9、图 10所示,研究区发育

27、的河道规模较小,延伸较近,主要受到来自于东北和西北两个方向的物源控制。在研究区东北方向上,发育的沉积相为西南方向的三角洲,以分流河道和水下分流河道两个沉积微相为主;而在西南方向,发育东北向的辫状河三角洲,以辫状分流河道和辫状水下分流河道两个沉积微相为主,且在深水区还发育有浊积水道微相26-33。5 结论通过收集研究区大量地质、地球化学资料,对研究区长 7 段陆相页岩源储特征以及发育模式做了系列研究,得出如下结论。(1)研究区延安地区延长组长 7 段陆相页岩有机碳含量分布在 0.13%13.3%,分布区间跨度较大。有机质类型为型和1型,其中以型为主,成熟度较高。(2)延 长 组 长 7 段 孔

28、隙 度 介 于 0.75%14.97%均 值 为 3.77%,渗 透 率 0 84.31 10-3m2,均值为0.79 10-3m2。相比之下,黑色页岩与粉砂质泥页岩物性较差,细砂岩的物性较好。表 3 延长组陆相页岩成藏富集模式Table 3 Accumulation model of continental shale in Yanchang Formation富集类型示意图源储特征运移特征实例厚层暗色泥岩夹薄层泥质细砂岩 型和 1型干酪根,TOC 2%,Ro:0.8%1.3%,孔隙度:3%7%,粒间孔、晶间孔、有机控排烃动力为源储压差(5 12 MPa),主要为初次运移与二次运移YY1、F

29、Y2、FY3厚层泥岩与纹层互层 型和 1型干酪根,TOC 2%,Ro:0.7%1.5%,孔隙度:2%5%,粒间孔、晶间孔、有机控排烃动力为源储压差(5 12 MPa),主要为初次运移YY22、LP177、YY28 注:红色箭头表示油气运移方向;黄色标识表示陆相页岩中的油气。61201科 学 技 术 与 工 程Science Technology and Engineering2023,23(24)投稿网址:图 9 延长组陆相页岩发育模式图Fig.9 Development pattern of continental shale in Yanchang Formation图 10 延长组沉积模

30、式剖面图Fig.10 Section of sedimentary model of Yanchang Formation (3)通过扫描电镜分析发现研究区有机质孔较为发育。孔径较小,分布在 2 870 nm,平均为28 nm,其中以小于30 nm 的有机质孔隙为主。无机孔隙主要包括矿物粒间孔和矿物粒内孔,与海相页岩相比,长 7 段的陆相泥页岩中石英、长石等刚性矿物含量相对较少,黏土矿物相对较多。(4)长 7 段泥页岩层系按照岩性组合特点以及地化特征可以把其分为厚层暗色泥岩夹薄层泥质细砂岩和厚层泥岩(厚泥型)与纹层互层(互层型)两大类型。这两类 TOC 含量相似,但后者成熟度相对较高,孔隙度相

31、对较低。厚层暗色泥岩夹薄层泥质细砂岩运移特征主要是初次运移与二次运移,厚层泥岩与纹层互层运移特征主要是初次运移。(5)研究区主要发育三角洲相,受到来自东北和西北两个方式向上的物源控制。东北方向上以分流河道和水下分流河道两个沉积微相为主;在西南方向,以辫状分流河道和辫状水下分流河道两个沉积微相为主。参考文献1 李琪琪,徐尚.海陆过渡相页岩储层研究现状与展望J.地质通报,2022,41(8):1417-1429.Li Qiqi,Xu Shang.Research status and prospects of marine-conti-nental transitional shale reser

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36、为例投稿网址:University of Petroleum(Beijing),2017.6 白通,赵卫卫,慕尚超,等.延安地区西南部长 7 段页岩岩相表征J.科学技术与工程,2022,22(3):987-996.Bai Tong,Zhao Weiwei,Mu Shangchao,et al.Lithofacies charac-terization of Chang 7 shale in southwestern Yanan areaJ.Scienceand Technology and Engineering,2022,22(3):987-996.7 张娟,邓波,张浩弋,等.致密砂岩动静渗

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45、ng Rongfeng,et al.The charac-teristic of shale gas generation and accumulation and Its explorationpotential in devonian,Xiangzhong depressionJ.UnconventionalOil&Gas,2017,4(3):8-14.18 康家豪,王兴志,谢圣阳,等.川中地区侏罗系大安寨段页岩岩相类型及储层特征J.岩性油气藏,2022,34(4):53-65.Kang Jiahao,Wang Xingzhi,Xie Shengyang,et al.Lithofa

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