吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油录井响应及“甜点”快速评价技术.pdf

收稿日期:改回日期:基金项目:国家自然科学基金“陆相页岩油在基质裂缝体系中的多尺度运移机理研究”()作者简介:文家成()男 年毕业于西南石油大学资源勘查工程专业现为中国石油大学(华东)地质工程专业在读硕士研究生主要从事页岩微观孔隙结构表征、页岩油气的赋存及可动性方面的研究 通讯作者:胡钦红()男教授 年毕业于浙江农业大学土壤与农业化学专业 年毕业于美国亚里桑那大学污染物水文地质专业获博士学位现主要从事裂隙基岩相互作用、微观孔隙结构、宏观页岩油气的赋存和运移行为研究工作:/渤海湾盆地沧东凹陷孔二段页岩储层特征及页岩油可动性评价文家成胡钦红杨升宇马斌玉王旭阳蒲秀刚韩文中张 伟(中国石油大学(华东)深层油气重点实验室山东 青岛 美国德克萨斯大学德克萨斯州 阿灵顿 中国石油大港油田分公司天津)摘要:渤海湾盆地沧东凹陷孔二段页岩油资源丰富但对于页岩油的储层特征、油气赋存、可动性及其关联性研究较少 为此采用氩离子抛光场发射扫描电镜、中子散射、高压压汞、低温氮气吸附等实验对孔二段页岩油储层开展微观孔隙结构描述对比抽提前后的孔体积之差与饱和离心核磁共振结果揭示了页岩油赋存及可动性特征 研究结果表明:孔二段页岩主要发育纳米级的粒间孔、溶蚀孔、有机质孔及微米级的微裂缝等储集空间页岩油主要赋存于直径为 和 的孔隙中长英质页岩具有较高的可动油饱和度表明其具有更好的孔隙连通性和渗流能力有利于页岩油的运移 页岩储层中矿物含量和孔隙结构共同控制了页岩油的可流动性 孔径小于 的孔隙具有较大的比表面积对页岩油的吸附能力较强不利于页岩油的流动 该研究成果对页岩油的勘探开发具有重要指导意义关键词:页岩油储层特征孔隙结构赋存空间可动性孔二段沧东凹陷中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.().):.特 种 油 气 藏第 卷:引 言随着北美页岩油气实现商业化开采非常规油气近年来逐渐成为世界各国备受关注的重要资源 与美国页岩油相比中国页岩油层系以陆相为主储层非均质性强、成熟度低页岩油黏度高导致页岩油可动性相对较差对获得工业性油流具有一定困难 近年来不同学者研究发现页岩油主要赋存于纳米和微米孔隙中且常规储层的孔隙结构描述方法并不完全适用于页岩储层目前主要采用直接观测法、流体注入法等对页岩储层孔隙结构特征进行描述 直接观测法可以对孔隙类型、大小、数量展开清晰描述但受页岩非均质性的影响其结果的代表性并不理想流体注入法能够清晰地表征页岩储层的孔隙大小但单一的实验手段对孔隙的测试范围具有一定的局限性 因此为获得较为准确实验数据众多学者通过结合不同的实验手段对孔隙结构进行描述然而目前尚未建立页岩油可动性与储层矿物组分及孔隙结构之间的联系页岩储层特征对页岩油可动性的影响作用尚不明确 因此以渤海湾盆地沧东凹陷孔二段页岩为研究对象对孔二段页岩油储层孔隙结构特征、页岩油赋存特征、页岩油可动性特征及其影响因素展开系统性研究 区域地质概况沧东凹陷是位于渤海湾盆地黄骅坳陷南部的一个区域性拉张背景下形成断陷盆地夹持于沧县隆起、孔店凸起及徐黑凸起之间包括南皮斜坡、孔西斜坡、孔东斜坡、舍女寺断鼻带和孔店构造带 个构造单元(图)孔店组为沧东凹陷重要的沉积单元沉积时属于亚热带潮湿气候淡水半咸水封闭性坳陷湖盆生物繁茂整体处于还原环境为大面积富有机质页岩发育提供了丰富的物质基础 孔店组由下至上分为 个层系孔二段作为重要的储油层系是沧东凹陷主要的勘探层系 孔二段厚度约为 主要发育深灰色、灰黑色长英质页岩及混合质页岩的沉积层系中间夹少量含灰白云质页岩及夹薄层粉细砂岩沉积图 沧东凹陷区域构造 页岩储层特征 实验样品信息实验所选 块样品为渤海湾盆地沧东凹陷孔二段页岩埋深为 实验表明样品成分较为复杂其中碳酸盐矿物含量为 平均为 其主要成分为白云石长英质矿物含量为 平均为 以石英和长石为主黏土矿物含量为 平均含量为 利用三端元矿物划分法对孔二段页岩岩性进行划分发现主要以长英质页岩、混合质页岩和灰云质页岩为主根据有机地球化学测试分析孔二段页岩 为 平均为 有机质类型以型和型为主部分样品的有机质类型为型(表)孔二段页岩表现出较好的生烃潜力 第 期文家成等:渤海湾盆地沧东凹陷孔二段页岩储层特征及页岩油可动性评价 表 沧东凹陷孔二段页岩基本信息 样品编号矿物组分含量/石英钾长石斜长石方解石白云石菱铁矿 黏土矿物 黄铁矿方沸石/岩相干酪根类型 混合质 灰云质 混合质 混合质 灰云质 混合质 灰云质 混合质 混合质 混合质 灰云质 长英质 长英质 灰云质 长英质 长英质 灰云质 灰云质 长英质 页岩孔隙类型通过扫描电镜和薄片鉴定对孔二段页岩样品进行观察结果表明该储层主要发育粒间孔、有机质孔、黄铁矿晶间孔、黏土矿物晶间孔、石英/长石溶蚀孔及裂缝等 其中页岩粒间孔最为发育主要是由于颗粒间不完全胶结作用或成岩作用形成矿物颗粒在储层中数量大、分布广泛多呈不规则多边形(图、)有机质孔主要分散在有机质内部主要呈椭圆形和不规则多边形分布较为密集总数量在储层中含量较少(图、)黄铁矿晶间孔发育于草莓状黄铁矿集合体中形状较规则主要?a2928mb2928mc?，?，?，?，?，?，?，?，?，?，?，?，?,?，?，?，?i?，?，4136md4136me2928mf2928mg4136mh2958m2964m，?agdbhecif图 沧东凹陷孔二段页岩储层不同类型孔隙微观特征 特 种 油 气 藏第 卷呈现为三角形状(图)黏土矿物晶间孔发育在黏土矿物之间形状复杂主要以扁平状和锯齿状孔隙为主(图)石英/长石溶蚀孔主要是在后期成岩作用过程中矿物被溶蚀时形成孔隙主要呈圆形或椭圆形平均孔径较小独立发育并且分布密集(图)此外储层还发育少量的构造缝(图)和微裂缝(图)页岩全孔径特征中子散射和低温氮气吸附实验对页岩纳米级的微小孔具有良好的指示作用 低温氮气吸附实验能够清楚地表征连通孔隙的特征而中子散射实验能够表征页岩内部所有的孔隙将中子散射实验与低温氮气吸附实验孔径分布曲线结合能够判断孔二段页岩的闭孔情况 中子散射实验结果表明长英质页岩主要发育 的孔隙(图)而混合质页岩和灰云质页岩孔隙主要集中在 以下(图、)低温氮气吸附实验结果显示混合质页岩和灰云质页岩纳米级孔隙较为发育而长英质页岩相较于其他 种岩性纳米级孔隙基本不发育 实验结果表明孔二段页岩纳米级孔隙非常发育尤其是 以下的孔隙但由于存在较多的闭孔导致储层中的小孔隙连通性较差其中长英质页岩最为明显而混合质页岩和灰云质页岩小孔连通性相对较好相比于中子散射和氮气吸附高压压汞测试的孔径范围为 可表征孔二段页图 沧东凹陷孔二段页岩低温氮气吸附和中子散射孔径分布 岩大孔隙的特征 图 为孔二段页岩高压压汞孔径分布曲线通过对比发现长英质页岩 以上的中孔、宏孔及微裂缝更为发育孔隙结构较为复杂而混合质页岩和灰云质页岩主要发育 以下的小孔、少量宏孔及微裂缝 通过统计高压压汞实验参数发现长英质页岩样品的渗透率为 平均为 混合质页岩渗透率为 平均为 而灰云质页岩渗透率为 平均为 (表)这表明长英质页岩中孔隙连通性较好具有更强的渗流能力利于页岩油的流动 页岩油赋存空间分布特征及可动性影响因素 页岩油赋存空间分布研究表明通过索氏抽提法去除页岩内部的残留烃抽提前后的孔体积变化可判断页岩油的赋存空间 抽提前后孔体积之差如图 所示孔径小于 的孔体积变化不大表明小孔并非页岩油的主要赋存空间 而在大于 的孔隙中发现孔体积增加明显更大尤其在 和 的孔隙中表现得更加明显说明介孔和宏孔为页岩油的主要赋存空间 此外在场发射扫描电镜实验中还发现微裂缝中有油膜的存在(图)对比不同岩性抽提前后孔径分布曲线(图)发现长英质页岩在 和大于 的孔隙中孔体积具有明显的变化说明在长英质页岩中页岩油主要赋存在介孔和宏孔之中而混合质页岩和灰云质页岩孔体积的变化则较为明显的孔径主要集中在 的介孔中 以上的孔隙变化相对较小页岩油主要赋存在较小的介孔中 页岩油可动性特征页岩油在储层中主要分为束缚油和游离油了 第 期文家成等:渤海湾盆地沧东凹陷孔二段页岩储层特征及页岩油可动性评价 解页岩油的可动性特征对勘探开发有重要的意义图 沧东凹陷孔二段页岩高压压汞孔径分布 通过对孔二段页岩进行饱油离心核磁共振实验实验结果表明 孔二段页岩可动油饱和度 为 平均为 但是不同岩性可动油饱和度差别较大通过统计发现长英质页岩可动油饱和度为 平均为 混合质页岩可动油饱和度为 平均为 而灰云质页岩可动油饱和度为 平均仅为 (表)可见在孔二段页岩中长英质页岩中可动油比例最大反应出更好的孔隙连通性更有利于流体的渗流而混合质页岩孔隙连通性表现为一般其流体渗流能力也一般灰云质页岩表现为最差因此在孔二段储层中页岩油在长英质页岩中具有更好的流动性 页岩油可动性影响因素前人在研究过程中发现页岩油可动性主要受矿物组分及矿物颗粒排列顺序以及储层孔隙结构的影响 利用可动油饱和度与矿物组分含量及孔隙结构参数之间的关系来探讨页岩油可动性的影响因素 矿物组分 实验表明孔二段页岩主要发育碳酸盐矿物和长英质矿物 碳酸盐矿物与可动油饱和度呈明显的负相关关系(图)表明碳酸盐矿物不利于页岩流体流动 造成该现象可能与储层内的地层水相关在成岩作用阶段来源于孔隙周边的地层水渗透到页岩储层的孔隙中地层水与颗粒或者基质发生胶结作用形成白云石从而造成孔隙的堵塞降低了流体在储层内的渗流能力 实验表明孔二段页岩储层中碳酸盐矿物的主要成分为白云石与上述解释相符合长英质矿物与可动油饱和度呈明显的正相关关系(图)表明长英质矿物有利于页岩储层内流体的流动 这是由于在页岩储层的成岩过程中由于石英物理化学性质比较稳定抗压压实能力较强能够保留更多的粒间孔除此之外长石易被有机酸溶蚀形成次生溶蚀孔隙 总之无机孔隙的存在为孔二段页岩储层提供了储存空间和运移通道更有利于页岩油的渗流 孔隙结构储层孔隙结构对页岩油可动性也有一定的控制作用 图 为页岩孔隙比表面积与页岩油可动性关系图 由图 可知:可动油饱和度与页岩孔隙比表面积呈一定的负相关关系表明较大的比表面积对孔隙连通性不利 页岩孔隙比表面积主要由较小孔隙提供(图)在小孔隙中由于毛细管力 特 种 油 气 藏第 卷表 沧东凹陷孔二段页岩不同实验孔隙结构参数 样品编号氮气吸附抽提前比表面积/()孔体积/()氮气吸附抽提后比表面积/()孔体积/()高压压汞实验数据孔隙度/渗透率/核磁共振可动油饱和度/图 沧东凹陷孔二段不同岩性页岩样品页岩油赋存空间 图 沧东凹陷孔二段可动油饱和度与矿物组分关系 第 期文家成等:渤海湾盆地沧东凹陷孔二段页岩储层特征及页岩油可动性评价 的抑制作用会导致页岩油的渗流能力降低因此小孔隙中页岩油的可流动能力也相对减弱较高的比表面积并不利于页岩油的运移图 为页岩孔隙度和渗透率与页岩油可动性的关系图 由图 可知:孔二段页岩孔隙度与可动油饱和度并无明显关系这是由于孔隙度只能反应页岩储层内孔隙体积的大小并不能反应孔隙的连通性因此孔隙度并不能对页岩油的可流动性有直接的控制作用 而渗透率是反应流体在储层内渗流能力的直接参数对页岩油的可动性有着一定的控制作用 由图 可知:可动油饱和度与渗透率呈较好的正相关关系页岩渗透率越高越有利图 沧东凹陷孔二段可动油饱和度与页岩比表面积关系 图 沧东凹陷孔二段可动油饱和度与页岩孔隙度、渗透率关系 于页岩油在储层内部的运移 研究区有利岩相选取页岩储层矿物组分复杂具有较强的非均质性复杂的岩相对研究区页岩油气的勘探开发造成一定的困难因此选取有利岩相对油气勘探开发至关重要 孔二段长英质页岩在孔隙全孔径、页岩油赋存空间及原油可动性方面具有较明显的优势孔二段页岩储层主要发育纳米级孔隙还发育几百纳米的大孔和微米级的裂缝其中长英质页岩大孔和裂缝更为发育 混合质页岩和灰云质页岩比长英质页岩具有更低的闭孔率但其连通孔主要集中在 以下的孔隙中在油气运移过程中大孔和裂缝相比于纳米级的微孔更为重要 长英质页岩和混合质页岩在小于 的孔隙中赋存部分残余油长英质页岩中大于 的孔隙也存在页岩油 此外在长英质页岩种由于矿物的物理性质抗压实能力较强导致长英质页岩具有更高的渗透率和可动油饱和度这也更有利于页岩油的储存和运移 因此在孔二段页岩储层长英质页岩为优势岩相在勘探开发过程中应作为重要勘探目标 结 论()沧东凹陷孔二段主要发育纹层状长英质 特 种 油 气 藏第 卷页岩、纹层状灰云质页岩、纹层状混合质页岩、层状长英质页岩、层状灰云质页岩、层状混合质页岩 种岩相 平均为 有机质类型主要以型和型为主生烃潜力较大()页岩主要发育粒间孔、粒内孔、溶蚀孔、有机质孔及裂缝等孔隙类型孔二段页岩发育大量的纳米孔隙同时存在大量的闭孔 此外储层还发育少量的宏孔和微裂缝 孔二段页岩油呈两段式分布 和 以上的孔为页岩油主要赋存空间长英质页岩具有更好的孔隙连通性和渗流能力()沧东凹陷孔二段矿物组分对页岩油可流动性具有一定影响 成岩过程中由于胶结作用形成的白云石等碳酸盐矿物对页岩中的孔缝有堵塞作用()孔隙结构对页岩油的可动性具有直接影响 石英、长石等长英质矿物抗压实能力强在储层中形成粒间孔与溶蚀孔对页岩油可动性具有积极作用孔隙中较大的比表面积不利于页岩油的渗流小孔隙中存在的毛细管力对页岩油的渗流具有一定的抑制作用孔隙度对页岩油可流动性影响不大良好的渗透率是页岩油的渗流的关键参考文献:贾承造邹才能杨智等 陆相油气地质理论在中国西部盆地的重大进展 石油勘探与开发():():赵贤正周立宏蒲秀刚等 断陷湖盆湖相页岩油形成有利条件及富集特征 以渤海湾盆地沧东凹陷孔店组二段为例 石油学报():():.:.:/:():包友书 渤海湾盆地东营凹陷古近系页岩油主要赋存空间探索 石油实验地质():():公言杰柳少波赵孟军等 核磁共振与高压压汞实验联合表征致密油储层微观孔喉分布特征 石油实验地质():.():杨峰宁正福孔德涛等 高压压汞法和氮气吸附法分析页岩孔隙结构 天然气地球科学():():陈方文赵红琴王淑萍等 渤海湾盆地冀中坳陷饶阳凹陷沙一下亚段页岩油可动量评价 石油与天然气地质():.():编辑 朱雅楠