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第45卷 第1期 新 疆 石 油 地 质Vol.45，No.1 2024年2月 XINJIANG PETROLEUM GEOLOGYFeb.2024 文章编号：1001-3873（2024）01-027-08 DOI：10.7657/XJPG20240104引用：宋海强，刘慧卿，王敬，等.鄂尔多斯盆地东南部长7段页岩油气富集主控因素 J.新疆石油地质，2024，45（1）：27-34.SONG Haiqiang，LIU Huiqing，WANG Jing，et al.Main Controlling Factors of Shale Oil and Gas Enrichment in Chang 7 Member，Southeastern Ordos Basin J.Xinjiang Petroleum Geology，2024，45（1）：27-34.鄂尔多斯盆地东南部长7段页岩油气富集主控因素宋海强1，2，刘慧卿1，王敬1，斯尚华3，杨潇4（1.中国石油大学（北京）石油工程学院，北京 102249；2.陕西延长石油国际能源化工有限公司，西安 710061；3.西安石油大学 地球科学与工程学院，西安 710065；4.陕西延长石油（集团）有限责任公司 研究院，西安 710061）摘 要：为明确鄂尔多斯盆地东南部长7段页岩油气富集主控因素，综合钻井、测井、岩心分析化验等资料，对研究区长7段页岩油气富集程度及其机理进行研究。页岩解析气量与烃源岩总有机碳含量呈正比，有机质含量控制页岩油气的总含量，有机质发育大量孔隙，页岩油气以吸附态和游离态赋存于有机孔隙中。储集层孔隙结构和孔隙度影响页岩油气的含量及赋存状态，吸附油气主要赋存于微孔中，游离油气主要赋存于中孔和大孔中，但中孔中游离气含量高于大孔，而孔隙度越大，页岩中油气绝对含量越高。砂岩夹层和富有机质页岩的配置关系控制着页岩油气的富集部位，根据粉砂岩、细砂岩与页岩的关系，延长组长7段页岩油气可划分为近源和源内2类，源内又可分为砂岩与页岩互层型、页岩夹砂岩型和页岩型；下伏于富有机质页岩中的砂体和透镜状砂体油气含量最高，其次是上覆于富有机质页岩的砂体和呈舌状或指状与富有机质页岩接触的砂体。关键词：鄂尔多斯盆地；东南部；延长组；长7段；烃源岩；储集层；页岩油气；主控因素中图分类号：TE132.2 文献标识码：AMain Controlling Factors of Shale Oil and Gas Enrichment in Chang 7 Member，Southeastern Ordos BasinSONG Haiqiang1，2，LIU Huiqing1，WANG Jing1，SI Shanghua3，YANG Xiao4（1.School of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；2.Shaanxi Yanchang Petroleum International Energy and Chemical Co.，Ltd.，Xi an，Shaanxi 710061，China；3.School of Earth Sciences and Engineering，Xi an Shiyou University，Xi an，Shaanxi 710065，China；4.Research Institute，Shaanxi Yanchang Petroleum(Group)Co.，Ltd.，Xi an，Shaanxi 710061，China）Abstract：In order to clarify the main controlling factors of shale oil and gas enrichment，the degree and mechanisms of shale oil and gas enrichment in the Chang 7 member in southeastern Ordos basin were analyzed using the data of drilling，logging，and core.Desorbed shale gas content is positively correlated with the total organic carbon content(TOC)of source rocks，the organic matter content controls the total content of shale oil and gas，and abundant pores are developed in organic matter，and shale oil and gas exist in both adsorbed and free states in these organic pores.The pore structure and porosity of the reservoir affect the content and occurrence state of shale oil and gas.Adsorbed oil and gas mainly exist in micropores，while free oil and gas in mesopores and macropores.The content of free gas in mesopores is higher than that in macropores，and the larger the porosity，the higher the absolute content of oil and gas in shale.The configuration between sandstone interlayers and organicrich shale controls the enrichment positions of shale oil and gas.Based on the distribution of siltstone，fine sandstone and shale in the reservoir，the shale oil and gas in Chang 7 member can be classified into two types：nearsource and insource.The insource shale oil and gas can be further divided into hydrocarbons from sandstone interbedded with shale，shale intercalated with sandstone，and pure shale.Sand bodies underlying the organicrich shale and lenticular sand bodies exhibit the best potential of oil and gas，followed by sand bodies overlying the organicrich shale or those tongueshaped or fingershaped ones in contact with shale.Keywords：Ordos basin；southeastern area；Yanchang formation；Chang 7 member；source rock；reservoir；shale oil and gas；main controlling factor鄂尔多斯盆地南部三叠系延长组长7段页岩油气富集，其主要控制因素为有机质富集程度，页岩中总有机碳含量越高，油气富集程度也越高1-2。盆地南部泥页岩层系中有机碳的富集受多因素控制，适宜的古气候条件、频繁的火山活动导致富铀凝灰岩夹层发育，为湖泊低等动植物的繁盛、湖泊生产力的提高提2018 Xinjiang Petroleum Geology.Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License收稿日期：2023-04-14 修订日期：2023-09-20基金项目：陕西省自然科学基金（2023-YBGY-077）第一作者：宋海强（1978-），男，新疆奎屯人，高级工程师，博士研究生，石油地质，（Tel）13571931806（Email）2024年新 疆 石 油 地 质供了条件；此外，缺氧环境是有机质保存及富集的重要因素，而有机质的分布受构造-沉积演化的控制3-4。古地理与古构造等因素造成盆地南部长7段泥页岩大面积发育，有机质丰度整体较高5。富有机质烃源岩控制了页岩油的分布范围，细粒砂岩储集层孔喉结构控制了油藏规模，多类型细粒沉积间互分布控制了甜点段空间分布，富有机质供烃和高强度持续充注控制了页岩油富集程度，四者的有效耦合是鄂尔多斯盆地南部长7段页岩油大规模聚集的关键6。然而，大多数学者对盆地南部长7段页岩油气富集主控因素的研究，仅停留在对有机质发育沉积-构造背景分析上，没有详细分析页岩储集层孔隙结构对油气富集的影响，更没有分析页岩中砂体类型对油气富集的影响7。本文在充分运用研究区已有资料的基础上，通过对采集的烃源岩、储集层、油气等样品的分析，对盆地东南部延长组长7段页岩油气富集主控因素进行研究，探讨长7段页岩油气成藏规律。1 研究区地质概况研究区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东南部（图1），为延长组沉积期大型凹陷型的中心，延长组烃源岩较发育，具有形成页岩油气藏的良好条件。受印支运动影响，鄂尔多斯盆地在晚三叠世已发展成为一个宽缓DocumentPrsCDl:yatMgmucYwBk?040 kmY?图1 研究区构造位置Fig.1.Structural location of the study area的大型内陆拗陷湖盆，在湖盆演化过程中，上三叠统延长组是在盆地持续拗陷和沉降过程中发育的一套河流三角洲湖泊沉积的陆源碎屑岩系8。在长7段沉积期，鄂尔多斯盆地北西南东向及北东南西向断裂活动增强，基底整体下沉，湖盆发育达到鼎盛期，湖盆范围扩大，水体加深，沉积了厚层泥页岩。该时期湖盆形态仍具西陡东缓的特点，沉积中心主要位于直罗张家湾旦八吴堡一带，呈北西南东向展布9。鄂尔多斯盆地东南部主要发育半深湖深湖亚相、浅湖亚相及三角洲相，半深湖深湖亚相主要发育于吴起甘泉一线西南区域；浅湖亚相主要发育于研究区东部及东北部的宜川延长安塞地区10-14。研究区三叠系延长组自下而上发育长10段长1段共 10个岩性段，其中长 7段主要为半深湖深湖沉积，可划分为长71亚段、长72亚段和长73亚段，长73亚段泥页岩是主要烃源岩，埋深为1 4001 900 m，整体为平缓的西倾单斜，局部发育由差异压实形成的近东西向低缓鼻状隆起，断裂不发育，坡降一般为 810 m/km15-18。与盆地西南部和东北部相比，研究区页岩油气勘探未取得大的突破，研究区东部油气显示或油流均获自长71亚段砂岩，主要位于芦32井芦36井芦评23井芦25井一线以北，在长71亚段、长72亚段和长73亚段砂岩中均有油气显示或油流4。2 页岩油气富集主控因素2.1 总有机碳含量有机质是页岩油气吸附的场所，固体有机质中发育有机孔隙，是游离态页岩气和页岩油赋存的重要空间。根据分析结果，富页1井、吴页1井、延页18井和延页22井的页岩岩心解析气量与总有机碳含量呈正比（图2），这是因为有机质中发育大量有机孔隙，页岩气以吸附态和游离态赋存于这些孔隙中。氯仿沥青“A”和热解可溶烃是以游离态、吸附态滞留在页岩中的液态烃，富页1井、富页2井等井的可溶烃含量和氯仿沥青“A”含量，均与总有机碳含量呈正相关关系（图3、图4）。这表明总有机碳含量是页岩油气生成的物质基础，控制着页岩油的总含量。然而，延页22井等部分井的氯仿沥青“A”含量和可溶烃含量与总有机碳含量的相关性相对较差，一方面可能与部分页岩中无机孔隙发育、页岩油和页岩气赋存于无机孔隙中有关，另一方面也可能与不同类型有机质的有机孔隙发育程度、吸附油气的能力存在差异有关。页岩含油饱和度指数为热解烃占总有机碳含量的百分比，是用来表征页岩中可动油含量的指标，是指页岩中除去以溶胀态赋存于固体有机质中的页岩28第45卷 第1期宋海强，等：鄂尔多斯盆地东南部长7段页岩油气富集主控因素图2 解析气量与总有机碳含量的关系Fig.2.Adsorbed shale gas content vs.TOC图3 热解可溶烃含量与总有机碳含量的关系Fig.3.Pyrolysis soluble hydrocarbon content vs.TOCDocumentPPPPPPPPrPocrreoPeoPeoPePeoceoceocecroProProPrProcrocrocrcsPPocPocPoccCeoPCCleocll:roProcsoPsoc:ePePePer eCy an Benakn Benakn Benakn Benakbe?y ace:?yadrr?yaDocumentDocumentDocumentD oc ume oc untttnnPPrroomtmttncnPcsrPCsmmlrs:Cyalrs:CyanBa Cykk m)-md?cuccttnPromtmnttmncPsrnmtmsPntnsroctmtsc?c umlrs:Cyalrs:Cyae?cumcfnnu?cmnmtorPnnPromtttnPromtnPromtmnttlrs:Cyalrs:CyanBa Cykk m)-mnBa Cykk m)-mnBa Cykk m)-mnBa Cykk m)-mnBa Cykk m)-m292024年新 疆 石 油 地 质油、以吸附态赋存于有机质或无机矿物中的吸附油、以游离态赋存于孤立的不连通孔隙以及孔径较小的连通孔隙中的页岩油，剩余的赋存于连通孔隙中的页岩油的含量。由图5可见，含油饱和度指数总体与总有机碳含量呈负相关关系，这表明，有相当含量的页岩油以溶胀态或吸附态赋存于固体有机质中。不同井页岩储集层含油饱和度指数总体与总有机碳含量的相关性存在差异，这与储集层的粉砂质纹层发育程度、孔隙类型和孔隙结构及物性有关。总体而言，页岩中的有机质是页岩油气生成的物质基础，是油气吸附的载体，固体有机质中有机孔隙的发育，为页岩油气赋存提供储集空间，总有机碳含量控制着页岩的油气含量。此外，页岩中具强亲油性的固体有机质可溶解或吸附相当部分的油气，因此，总有机碳含量又影响着可动页岩油的含量，其与可动油含量呈负相关。2.2 孔隙结构和孔隙度根据统计，不同孔径中吸附态、游离态和溶解态页岩气含量存在差异（图6）。孔径小于2 nm的微孔中以吸附气为主，占总气量的 41%85%，平均约为70%；其次为溶解气，占总气量的10%57%，平均约为26%；游离气所占比例最低，为2%5%，平均约为4%。孔径为250 nm的中孔中以游离气和溶解气为主，其中游离气占总气量的比例最高，为27%71%，平均约为51%；其次为溶解气，占总气量的2%64%，平均约为26%；吸附气所占比例最低，为8%32%，平均约为23%。孔径大于50 nm的大孔中无吸附气，游离气占 66%97%，平均约为 86%，溶解气占 3%34%，平均约为14%。根据甲烷等温吸附试验结果，甲烷等温吸附量与微孔体积呈明显的正相关关系，而与中孔、大孔体积无明显相关性（图 6），表明吸附气主要赋存于微孔中。而甲烷等温吸附量与总有机碳含量总体也呈正相关，但相关性较差，这一方面是因为页岩中的有机质除了干酪根和固体沥青外，还有较多的液态烃；另一方面，黏土矿物中也发育一些微孔，也具有一定的甲烷吸附能力。不同孔径孔隙中液态烃的含量及其所占孔隙总体积比例也有所不同。在孔径小于 2 nm 的微孔中也可见液态烃赋存，其占据孔体积的比例最高，为49%78%，但赋存于其中的液态烃总量较低，为0.31.0 cm3/kg。孔径为 250 nm 的中孔中液态烃含量相对最高，为 0.45.8 cm3/kg，孔径大于 50 nm的孔隙中液态烃含量为0.50.9 cm3/kg，高于微孔中的液态烃含量，但较中孔中的含量要低，这可能与部分液态烃转变成运移固体沥青有关，还与部分中大孔未被液态烃充填而是被页岩气充填有关。此外，氯仿沥青“A”含量、游离烃含量、含油饱和度指数均与孔隙度呈正相关关系，孔隙度越大，氯仿沥青“A”含量、游离烃含量和可动页岩油含量越高（图7）。由上可见，页岩油气的赋存状态、油气含量与孔隙结构及孔隙度也密切相关。吸附气主要赋存于微图4 氯仿沥青“A”含量与总有机碳含量的关系Fig.4.Chloroform asphaltene A content vs.TOCDocu mencu mtoPu mrnnoumesCl r:ya Blllllllnlconnklcnkk6lc3668lck88ollc5lc6ololllcklcnlckollc6lc3lc6o5ocnlc5oclocklc6ocnn5oc6lc7ockocllc8lcklc8nllcnlcolcn5?y B?y B?y B?y BesCl r:ya BesCl r:ya BesCl r:ya B30第45卷 第1期宋海强，等：鄂尔多斯盆地东南部长7段页岩油气富集主控因素DoocuocDomoeoooDeumcontProcssCcls:cDocuocDomoeoooDeumcontProcss Dls:DoocuocDomoeoooDeumcocDceyals:cDcomueDooDeumconca s:ntProcssntProcsscDcomueDooDeumcocDceBl s:aooDkoDoockocookoooDeumcof7 s:ntProcssntProcsscucDmeooDeumcocDgDm s:DkDockcokooo.kc.oc.kD.oD.khc?s:ntProcssntProcsso?mggs()-co?mggs()-co?mggs()-co?mggs()-co?mggs()-co?mggs()-co?mggs()-co?mggs()-c孔中，游离气主要赋存于中孔和大孔中，孔隙孔径越大，游离气含量越高。页岩油在各类孔隙中均有赋存，但在中孔中含量最高，其次为大孔，孔隙度越大，页岩油绝对含量越高。2.3 砂岩与富有机质页岩的配置关系研究区长7段中，粉砂岩和细砂岩呈夹层状分布于页岩中，或上覆、下伏于页岩，与页岩呈舌状或指状接触。根据粉砂岩和细砂岩在页岩中的分布及其与页岩的关系，可以将延长组长7段页岩油气划分为近源页岩油气和源内页岩油气2类（图8）。分析结果表明，页岩油气的富集与砂岩和富有机质页岩的配置关系密切。垂向上，粉砂岩和细砂岩常呈夹层状分布于页岩中，部分与页岩互层，这类砂体部分呈透镜状被包裹于页岩中，周缘均是富有机质页岩，若在烃源岩大规模生烃前未被碳酸盐胶结致密，则常被油气充注，非常有利于油气富集。还有部分夹层状分布的砂岩，与页岩呈舌状或指状接触，也有利于油气富集，油气进入该类砂体后常沿砂体上倾方向图5 含油饱和度指数与总有机碳含量的关系Fig.5.Oil saturation index vs.TOC312024年新 疆 石 油 地 质运移，如上倾方向存在遮挡而形成圈闭，则常形成油气聚集（图9）。部分砂体常上覆于富有机质页岩，富有机质页岩生成的油气向上排入此类砂体后常往上倾方向运移，如该类砂体上倾方向存在遮挡，则易聚集成藏。另外，部分砂体下伏于富有机质页岩，富有机质页岩生成的油气向下排入此类砂体后，若要继续向下运移，则需要克服较大的毛细管力和浮力，因此，油气进入下伏砂体后常沿砂体顶部往上倾方向运移，如该类砂体上倾方向存在遮挡，则易聚集成藏。上述砂体中，下伏于富有机质页岩的砂体和透镜状砂体的油气含量最高，其次是上覆于富有机质页岩的砂体和呈舌状或指状与富有机质页岩接触的砂体。3 结论（1）烃源岩总有机碳含量控制着页岩油气的总含量，页岩解析气量与总有机碳含量呈正比，有机质发育大量有机孔隙，页岩气以吸附态和游离态赋存于有机孔隙中。（2）储集层孔隙结构和孔隙度影响不同赋存状态页岩油气的含量，吸附气主要赋存于微孔中，游离气主要赋存于中孔和大孔中，中孔中游离气含量最高，而孔隙度越大，页岩油绝对含量、可动油含量越高。（3）研究区延长组长7段页岩油气分为近源页岩油气和源内页岩油气2类，其中，源内页岩油气又可分为砂岩和页岩互层型、页岩夹砂岩型和页岩型3类。DocDoumocmouuocuuuoumuouDuoueuounuoucuoutPrrocsClmur:yaeamDocDoumocmouuocuuouucuoumuuoumcuouDuuouDcuoueunrrocs r:ClyammocmoDuoBuotuoeuuuouuDuouunuouutuouukuoumu rrocs r:ClyamDocDoumocmouuocumDenct7?s%uu?ly?Cr s:am?ly?Cr s:am?ly?Cr s:am?ly?Cr s:am图6 甲烷等温吸附量与孔体积及总有机碳含量的关系Fig.6.Isothermally adsorbed methane content vs.pore volume and TOC图7 氯仿沥青“A”含量、游离烃含量和含油饱和度指数与孔隙度的关系Fig.7.Chloroform bitumen A content，free hydrocarbon content and oil saturation index vs.porosityDocumentP r s Cluomrrs:sr s:CsrCs:ysrrCan rBrCanB rr Cya:nlBcDocumk?Cl(m)ugg-r:r rr:rCrrC:ryrrrCanB rDocumC?c?u(mg g)-32第45卷 第1期宋海强，等：鄂尔多斯盆地东南部长7段页岩油气富集主控因素参考文献：1 付金华，牛小兵，淡卫东，等.鄂尔多斯盆地中生界延长组长7段页岩油地质特征及勘探开发进展 J.中国石油勘探，2019，24（5）：601-614.FU Jinhua，NIU Xiaobing，DAN Weidong，et al.The geological 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kck2 1kka?c61a?c61b?2k4b?2k4?n(s e)-1wBnee?n?%cume?DocumDoccuDoeneDoencDocneDoctPrcesCl:yanMag:aa a332024年新 疆 石 油 地 质mation in Ordos basin and its significance of exploration and development J.Acta Petrolei Sinica，2021，42（5）：561-569.4 付锁堂，姚泾利，李士祥，等.鄂尔多斯盆地中生界延长组陆相页岩油富集特征与资源潜力 J.石油实验地质，2020，42（5）：698-710.FU Suotang，YAO Jingli，LI Shixiang，et al.Enrichment characteristics and resource potential of continental shale oil in Mesozoic Yanchang formation，Ordos basin J.Petroleum Geology&Experiment，2020，42（5）：698-710.5 张文正，杨华，李剑锋，等.论鄂尔多斯盆地长 7 段优质油源岩在低渗透油气成藏富集中的主导作用：强生排烃特征及机理分析 J.石油勘探与开发，2006，33（3）：289-293.ZHANG Wenzheng，YANG Hua，LI Jianfeng，et al.Leading effect of highclass source rock of Chang 7 in Ordos basin on enrichment of low permeability oilgas accumulation：Hydrocarbon generation and expulsion mechanism J.Petroleum Exploration and Development，2006，33（3）：289-293.6 罗安湘，喻建，刘显阳，等.鄂尔多斯盆地中生界石油勘探实践及主要认识 J.新疆石油地质，2022，43（3）：253-260.LUO Anxiang，YU Jian，LIU Xianyang，et al.Practices and cognitions of 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