鄂尔多斯盆地延长组7段夹层型页岩层系石油富集规律与主控因素.pdf

第3 0卷 第4期2 0 2 3年7月地学前缘(中国地质大学(北京);北京大学)E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s(C h i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s(B e i j i n g);P e k i n g U n i v e r s i t y)V o l.3 0 N o.4J u l.2 0 2 3h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4)收稿日期:2 0 2 2 0 8 1 3;修回日期:2 0 2 2 0 9 1 8基金项目:国家科技重大专项(2 0 1 6 Z X 0 5 0 4 6-0 0 1);中国石油天然气股份有限公司科技项目(K S 2 0 2 0-0 1-1 1);中国石油天然气股份有限公司科技项目(2 0 2 1 D J 5 2)作者简介:庞正炼(1 9 8 4),男,博士,高级工程师,主要从事非常规油气地质研究工作。E-m a i l:p a n g z l p e t r o c h i n a.c o m.c nD O I:1 0.1 3 7 4 5/j.e s f.s f.2 0 2 2.1 0.1 7鄂尔多斯盆地延长组7段夹层型页岩层系石油富集规律与主控因素庞正炼,陶士振,张 琴,白 斌,林森虎,张天舒,陈燕燕,范建玮,孙菲菲中国石油勘探开发研究院,北京 1 0 0 0 8 3P A N G Z h e ngl i a n,T A O S h i z h e n,Z HA N G Q i n,B A I B i n,L I N S e n h u,Z HA N G T i a n s h u,C H E N Y a nya n,F A N J i a n w e i,S UN F e i f e iR e s e a r c h I n s t i t u t e o f P e t r o l e u m E x p l o r a t i o n&D e v e l o p m e n t,P e t r o C h i n a,B e i j i n g 1 0 0 0 8 3,C h i n aP A N G Z h e n g l i a n,T A O S h i z h e n,Z H A N G Q i n,e t a l.I n t e r b e d d e d s h a l e f o r m a t i o n o f t h e 7 t h m e m b e r o f t h e Y a n c h a n g F o r m a t i o n i n t h e O r d o s B a s i n:P e t r o l e u m a c c u m u l a t i o n p a t t e r n s a n d c o n t r o l l i n g f a c t o r s.E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s,2 0 2 3,3 0(4):1 5 2-1 6 3A b s t r a c t:R e c e n t b r e a k t h r o ugh s i n s h a l e pe t r o l e u m e xpl o r a t i o n i n C h i n a d e m o n s t r a t e d go o d e xpl o r a t i o n pr o spe c t s,a n d C h a ng-7 m e m b e r o f t h e Y a n c h a ng F o r m a t i o n i n t h e O r d o s B a s i n i s a m ajo r e xpl o r a t i o n a r e a.T o s t u dy i n m o r e d e t a i l t h e pe t r o l e u m d i s t r i b u t i o n pa t t e r n s a n d a c c u m u l a t i o n c o n t r o l l i ng f a c t o r s i n t h e m a i n pr o d u c t i o n i n t e r v a l a n d i n t e r b e d d e d s h a l e f o r m a t i o n o f C h a ng-7 m e m b e r,w e c o n d u c t e d m u l t i-s c a l e i n v e s t iga t i o n by m e a n s o f r e s e r v o i r pr o f i l i ng,c o r e a n d t h i n s e c t i o n o b s e r v a t i o n,r e s e r v o i r r o c k e v a l u a t i o n,r o c k p yr o lys i s a n d f i e l d e m i s s i o n s c a n n i ng e l e c t r o n m i c r o s c op y,c o m b i n e d w i t h m i c r opr o b e a n a lys i s a n d phys i c a l m o d e l i ng o f o i l c h a rge a n d m igr a t i o n.A c c o r d i ng t o t h e r e s u l t s,pe t r o l e u m d i s t r i b u t i o n i n t h e i n t e r b e d d e d s h a l e f o r m a t i o n i s h igh ly a n i s o t r opi c a t t h e pl ay,o i l-l aye r a n d i n t r a-l aye r l e v e l s.A t t h e pl ay l e v e l o i l a c c u m u l a t i o n i s m a i n ly c o n t r o l l e d by s o u r c e r o c k qu a l i ty a n d qu a n t i ty;w h i l s t w i t h i n t h e o i l l aye r a c c u m u l a t i o n i s c o n t r o l l e d pr i m a r i ly by t h e r e s e r v o i r/s o u r c e-r o c k a s s e m b l age a n d a l s o by t h e r e s e r v o i r r o c k pr ope r t i e s,w h i l e r e s e r v o i r a n i s o t r op y d u e t o d i age n e t i c e f f e c t s i s t h e m a i n c a u s e o f o i l s a t u r a t i o n h e t e r oge n e i ty w i t h i n t h e o i l l aye r.M e c h a n i s t i c s t u d i e s f u r t h e r r e v e a l t h e c o n t r o l m e c h a n i s m s o f d i f f e r e n t f a c t o r s o n o i l a c c u m u l a t i o n i n t h e i n t e r b e d d e d s h a l e f o r m a t i o n.T h e s o u r c e r o c k c o n t r o l s o i l a c c u m u l a t i o n a t t h e pl ay l e v e l a s i t pr o v i d e s b o t h t h e d r i v i ng f o r c e f o r hyd r o c a r b o n m igr a t i o n a n d t h e s o u r c e o f hyd r o c a r b o n w h i l e s h o r t-d i s t a n c e s e c o n d a ry m igr a t i o n o f hyd r o c a r b o n o c c u r s b e f o r e a c c u m u l a t i o n.O i l a c c u m u l a t i o n a t t h e o i l-l aye r l e v e l i s pr i m a r i ly c o n t r o l l e d by r e s e r v o i r a n d s o u r c e-r o c k a s s e m b l age a s t h e m igr a t i o n d r i v i ng f o r c e d e c r e a s e s w i t h i n c r e a s i ng d i s t a n c e b e t w e e n o i l l aye r a n d s o u r c e r o c k.B e s i d e s,t h e r e s e r v o i r r o c k pr ope r t i e s,d u e t o t h e i r e xpo n e n t i a l r e l a t i o n s h ip w i t h m igr a t i o n r e s i s t a n c e a t pe t r o l e u m c h a rgi ng,a l s o c o n t r o l t h e pe t r o l e u m a c c u m u l a t i o n a t t h e o i l-l aye r l e v e l a n d w i t h i n t h e i n t r a-l aye r spa c e.W h i l s t f r a c t u r e s e n h a n c e m igr a t i o n e f f i c i e n cy by r e d u c i ng t h e t h r e s h o l d pr e s s u r e gr a d i e n t i n i n t e r b e d d e d s a n d s t o n e,w h i c h pr o m o t e s pe t r o l e u m a c c u m u l a t i o n i n t h e s h a l e f o r m a t i o n.K e y w o r d s:pe t r o l e u m i n s h a l e f o r m a t i o n;d i s t r i b u t i o n;m u l t ipl e spa t i a l s c a l e s;h e t e r oge n e i ty;c o n t r o l l i ng f a c t o r s o f pe t r o l e u m a c c u m u l a t i o n摘 要:目前,我国页岩层系石油勘探取得初步突破并呈现良好勘探前景,鄂尔多斯盆地延长组7段是主力勘探战场之一。为更精细地分析长7主力产层 夹层型页岩层系内石油的分布规律与富集主控因素,依托典庞正炼,陶士振,张 琴,等/地学前缘(E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s)2 0 2 3,3 0(4)1 5 3 h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4)型油藏解剖、岩心和薄片观察、储层物性分析、岩石热解、场发射扫描电镜结合微区矿物分析以及石油充注运移物理模拟实验等方法,在不同空间尺度下进行研究。结果表明,夹层型页岩层系内石油在区带、油层以及油层内部多个尺度下,均呈现显著的分布非均质性;区带尺度下的石油富集主要受烃源岩品质与规模控制,油层尺度下石油的富集首先受源储配置控制,并受储层物性进一步控制,油层内部含油饱和度的强烈非均质性由成岩作用引起的孔隙发育非均质性导致。进一步的机理研究揭示:烃源岩提供运聚动力和烃类来源,并经历短距离二次运移是烃源岩控制区带尺度夹层型页岩层系石油富集的深层机理;运聚动力随砂岩夹层与烃源岩距离的增加而减弱,是源储配置在油层尺度发挥富集控制作用的重要原因;储层物性与石油注入时所受阻力间的指数级关系,是物性控制油层及其内部石油富集的主要原因;裂缝通过降低砂岩夹层的启动压力梯度,提高运移效率,促进页岩层系内石油的富集与高产。关键词:页岩层系石油;分布;多尺度;非均质性;富集控制机理中图分类号:P 6 1 8.1 3 0.2 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 5-2 3 2 1(2 0 2 3)0 4-0 1 5 2-0 0 1 20 引言我国油气工业正在进行的页岩油气革命,使油气生产由“源外系统”转向“源岩系统”,是一场对国家能源发展有着深远影响的重大革命1。其中,陆相页岩层系石油是国内进入“源岩系统”勘探开发石油的主要对象,包括致密油和页岩油2。经过理论技术的不断攻关,目前页岩层系石油勘探在鄂尔多斯、松辽、渤海湾、准噶尔和四川等重点盆地均取得突破并呈现良好勘探前景1-4。近年来,鄂尔多斯盆地延长组7段石油勘探成效显著。2 0 1 3年在陕北姬塬地区长72亚段发现储量规模3.5 1 08 t以上的新安边油田,2 0 1 9年在湖盆中部的长7段页岩层系中发现了储量规模超1 0 1 08 t的庆城油田5。长7段整体以泥质岩类为主,根据岩性组合差异,长7段页岩层系中的石油聚集可分为夹层型和页岩型两大类,前者以砂岩和泥页岩互层为特征,后者以泥页岩为主,含少量砂质夹层5。夹层型页岩层系石油主要聚集于长7段中上部的长71和长72亚段,两个亚段沉积期随着湖盆的萎缩,因河流注入,受重力流沉积作用,所建造的一套以砂质碎屑流为主的沉积砂体,是目前长7主要的工业产层6-8。勘探实践表明,渗透率相当的情况下,长7段砂岩含油性明显优于长6段、长8段砂岩;同一口井中厚度较大、渗透率较高的长6段、长8段砂岩试油效果差于长7段9。其他研究表明,我国陆相页岩层系中石油的勘探应寻找砂岩夹层发育的区域,夹层是石油富集的有利场所,是页岩层系石油勘探开发的有利目标1 0-1 1。在空间分布上,页岩层系石油呈现大面积连续分布,平面“甜点区”和纵向“甜点段”差异富集的特点1,1 2-1 3。长7段页岩层系中的石油聚集同样存在类似特征,并因为不同地区沉积和供烃条件、砂质发育程度不同,在储层品质、含油性等油藏条件乃至工程力学性质等方面均呈现差异与强烈非均质性8-9。由于长7段页岩层系石油的强烈非均质性,找准核心“甜点区”和富集“甜点段”是在页岩层系中实现石油规模效益开发的关键。目前,关于长7段页岩层系内石油的富集规律与主控因素研究已取得诸多进展。在充分认识长7段页岩层系石油分布存在非均质性的基础上,不同学者梳理出优质烃源岩、砂体、储集空间尺寸、流体性质、岩石润湿性、生烃增压充注、细粒沉积组合、裂缝等一系列甜点富集与高产控制因素5,8,1 4-1 6。然而,长7段页岩层系内石油多样化的富集控制因素,以及该层段在不同地区差异明显的地质条件,使不同地区的石油富集因素存在差异。研究亦表明,页岩层系内的石油在不同空间尺度下,具有差异化的富集主控因素1 7。为进一步精细厘定不同因素在长7段页岩层系石油富集中的差异化控制作用,本文以目前长7段石油储、产量主力贡献者 夹层型页岩层系石油为例,刻画石油在不同尺度下的分布特征基础上,通过统计分析揭示不同尺度下页岩层系中石油的富集控制因素,并依托系列模拟实验揭示各主控因素的富集控制机理。通过上述研究,以期为页岩层系中石油资源的分级评价与高效勘探开发提供理论参考。1 地质背景鄂尔多斯盆地是中国大型含油气沉积盆地之一,位 于 中 国 华 北 地 台 西 部,面 积 约3 71 04 k m21 8。盆地由6个次级构造单元组成,分别为伊盟隆起、晋西挠褶带、渭北隆起、西缘冲断带、天1 5 4 庞正炼,陶士振,张 琴,等/地学前缘(E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s)2 0 2 3,3 0(4)h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4)环坳陷和伊陕斜坡1 9。鄂尔多斯盆地页岩层系石油主要发育在伊陕斜坡,其也是此次研究区所在的构造单元。盆地在晚三叠世为一巨型坳陷型盆地,图1 鄂尔多斯长7段页岩层系石油富集区及烃源岩分布(部分资料据文献5,2 7-3 0)F i g.1 D i s t r i b u t i o n o f p e t r o l e u m e n r i c h m e n t z o n e s(r e d)a n d s o u r c e r o c k d i s t r i b u t i o n(b l u e)i n C h a n g-7 m e m b e r,O r d o s B a s i n.P a r t o f t h e d a t a a d a p t e d f r o m 5,2 7-3 0.延长组记录了湖盆的形成、发育和消亡的整个过程2 0。根据岩性差异,延长组自下而上可划分为1 0个段,依次为长1 0段至长1段2 1。其中,长7沉积期是盆地三叠纪湖泊发育的最主要时期,深湖区水深可达6 0 m2 2,该时期盆地经历了一期湖泛事件,形成一套优质烃源岩,有机碳含量主要分布在2%1 7%,成为中生界含油气系统最主要的烃源岩2 3-2 4。长7段沉积期,主要发育的沉积相类型包括湖泊、三角洲和重力流等,形成了以粉细砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩和页岩5种岩性组合为特征的地层序列2 3。根据岩性与沉积旋回的差异,长7段可细分为长71、长72和长73亚段,湖泛事件主要发生于长73亚段,故其岩性以富有机质泥页岩为主2 5-2 6。2 长7页岩层系石油呈多尺度非均质性分布研究表明,页岩层系中的页岩油和致密油在空间上大面积低丰度连续分布的背景下,呈局部非均质性富集2,1 3。油田勘探实践亦证明,长7段页岩层系石油虽然在优质烃源岩发育区内呈连续型分布,但在不同空间尺度下,石油分布均呈现显著的非均质性(图1)。庞正炼,陶士振,张 琴,等/地学前缘(E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s)2 0 2 3,3 0(4)1 5 5 h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4)2.1 区带尺度非均质性分布鄂尔多斯盆地长7段石油存在显著的区域性富集非均质性,不同区带间储量及单井估算最终采收量(e s t i m a t e d u l t i m a t e r e c o v e r y,E U R)均呈现明显非均质性2 7-3 0。a鄂尔多斯盆地东北部典型油藏剖面;b鄂尔多斯盆地中部典型油藏剖面。图2 鄂尔多斯盆地不同区带长7段石油富集非均质性F i g.2 A n i s o t r o p i c p e t r o l e u m a c c u m u l a t i o n i n C h a n g-7 m e m b e r i n d i f f e r e n t p l a y s a c r o s s t h e b a s i n储量分布上,于2 0 1 4年在面积约2 0 0 0 k m2的湖盆东北部区带发现了新安边油田,新增探明地质储量1.0 1亿t,储量规模预计3.5亿t;在面积约6 0 0 0 k m2的湖盆中部区带(陇东地区),2 0 1 9年发现的庆城油田新增探明和预测地质储量合计超1 0亿t,其中重力流夹层型储量是增储上产的现实目标,并且其整体规模储量有望达到3 0亿t,是东北部区带的8倍多5(图1)。单井产能上,东北部区带A 8 3、G 9 2、H 5 6等井区单井E U R平均为1.9 7 1 04 t;中部区带X 2 3 3、Z 9 7井区单井E U R平均可达3.0 5 1 04 t,石油富集程度明显更高3 1。两个区带的油藏解剖进一步表明,东北部区带砂岩夹层中存在更多的干层、水层和差油层(图2 a),中部区带砂岩夹 层 中 油 层 比 例 更 高,石 油 富 集 程 度 更 高(图2 b)。2.2 油层尺度非均质性分布在区带内部的油层尺度,石油分布非均质性依然存在。以中部区带为例,典型油藏解剖表明:不同含油级别的油层横向叠置,油层、差油层交互,形成石油大面积分布的格局,但工业油层的分布具有局限性。统计单井钻遇油层比例,油藏剖面各井中油1 5 6 庞正炼,陶士振,张 琴,等/地学前缘(E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s)2 0 2 3,3 0(4)h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4)层厚度较大的井仅B 3 9、B 3 6、B 1 5、Z 8 9及C 3 5 5口(图2 b)。在油 砂比上,各井存在明显差异,B 1 3、N 1 2 5和B 3井只发育差油层,B 1 5和Z 8 9井则以油层为主。该尺度下,东北部区带的富集非均质性更为明显,如A 8 3、A 8 1及H 2 4 7井主要发育干层或水层,相邻的J 8 9、Y 1 8 2、Y 2 6 3和J 4 5等井油层比例显著提高(图2 a)。图3 Z 2 3 3井典型砂岩夹层岩心综合柱状图F i g.3 C o m p o s i t e d i a g r a m s h o w i n g s t r a t i g r a p h y c o l u m n,c o r e p h o t o s a n d t h i n s e c t i o n s f o r t y p i c a l i n t e r b e d d e d s a n s t o n e i n w e l l Z 2 3 32.3 油层内非均质性分布在发育油层、差油层的砂岩夹层内部,同样存在含油饱和度的非均质性。油层常迅速变为差油层乃至干层,如Z 2 2 1井长71亚段的两套砂岩夹层(图2 b)。为精细刻画油层内部石油分布的非均质性,对Z 2 3 3井(图1)长7段典型层段的含油性进行分析。岩心观察表明,该井1 8 0 5.7 51 8 0 8.4 5 m深度段发育3个旋回砂体,均呈正韵律,由下至上砂岩粒度逐渐变细,顶部渐变为泥质粉砂岩并夹粉砂质泥岩条带。第一个旋回砂体中部含油,断面见黑色原油,旋回底部砂岩不含油,含油性快速变化(图3)。在第一个旋回单砂体中密集取样6块,进行岩石热解和荧光薄片磨制。利用热解S1+S2值反映石油充注富集程度,结果表明,单砂体中部两块样品S1+S2值最高,上部两块其次,底部两块最低。对比中部和底部样品的荧光薄片也表明砂岩含油性发生巨大变化:在1 8 0 7.0 m样品中,荧光显示明显,0.2 5 m之外的样品荧光显示几乎不可见,S1+S2值从前者的9.5 2 m g/gr o c k骤降至1.1 6 m g/gr o c k(图3)。3 不同尺度下的富集主控因素3.1 区带尺度富集主控因素统计两个区带典型油藏剖面上1 4口重点解剖井的8 9 5个砂岩夹层物性数据,表明东北部区带的夹层储层物性要明显优于中部区带,尤其体现在渗透率上(图4)。该结果揭示,砂岩物性较高的东北部区带在石油储量及单井E U R上反不及中部区带,揭示砂岩夹层物性并非控制区带尺度页岩层系石油富集的主要因素。研究发现,东北部与中部区带具有不同的烃源岩类型,前者以三角洲前缘泥岩为主,后者以半深湖深湖泥岩为主5。中部区带的烃源岩类型和品质明显优于东北部区带。在发育规模上,两个区带的油藏剖面表明,中部区带的烃源岩发育程度相对高于东北部。以中部区带油藏剖面为例进一步统计各庞正炼,陶士振,张 琴,等/地学前缘(E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s)2 0 2 3,3 0(4)1 5 7 h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4)图4 东北部、中部区带砂岩夹层储层物性分布F i g.4 S c a t t e r d i a g r a m s h o w i n g t h e s p r e a d o f r e s e r v o i r-p r o p e r t y d a t a f o r i n t e r b e d d e d s a n d s t o n e i n n o r t h e a s t e r n(b l u e)a n d c e n t r a l(r e d)p l a y s井烃源岩厚度与夹层中油层、砂层厚度比的关系,显示二者虽相关性较弱,但具有一定正相关关系(图5)。图5 中部区带油藏剖面中油、砂层厚度比与烃源岩厚度关系F i g.5 R e l a t i o n b e t w e e n o i l-l a y e r/s a n d s t o n e-l a y e r t h i c k n e s s r a t i o a n d s o u r c e-r o c k t h i c k n e s s i n h y d r o c a r b o n r e s e r v o i r s o f c e n t r a l p l a y源、储两个角度的统计分析表明,砂岩夹层储层物性并非区带尺度页岩层系石油富集的主要控制因素。烃源岩的类型、品质与发育程度与这一尺度的石油富集存在明显相关性,优质烃源岩越发育油层比例越高,石油越富集。3.2 油层尺度富集主控因素若以一个区带为研究对象,则东北部区带内石油富集非均质性明显比中部区带强烈(图2)。在东北部油藏剖面中,以A 8 1井为界,其左侧(向岸方向)油层发育程度显著低于右侧(向湖盆中心方向)(图2 a)。分别统计上述两部分的砂岩夹层物性和含油饱和度,结果表明A 8 1、A 8 3及H 2 2 1 3口井(剖面左侧)的1 7 2个砂岩样品含油饱和度普遍低于3 0%,大于3 0%的比例为1 6.8 6%(图6 a);剖面右侧的J 8 9、Y 1 8 2、Y 2 6 3、J 4 5、J 9 9及W 4 7 5 6口井中3 3 3个砂岩样品的含油饱和度主体范围为2 0%4 0%,大于3 0%的比例为4 9.5 5%(图6 b)。在储层物性分布上,左右两侧砂岩夹层的孔隙度差异不明显,主体均为4%1 2%。由此表明,单纯的物性差异仍非东北部区带内部石油富集程度差异的主要原因。另一方面,左右两侧在源储配置上的差异较为明显:在A 2 5H 3 6H 2 2 1A 8 3A 8 1井一侧,砂体与烃源岩的距离显著大于H 2 4 7J 8 9Y 1 8 2Y 2 6 3J 4 5J 9 9W 4 7 5井一侧。在砂岩夹层储层物性差异不明显的情况下,源储距离更短的砂体油层更发育,揭示源储配置关系影响着不同砂体间的石油富集。在中部区带,长7段油层分布非均质性明显小于东北部区带,区带内源储配置关系相对均衡(图2 b)。图6 东北部区带内不同砂岩夹层含油饱和度与孔隙度关系F i g.6 R e l a t i o n b e t w e e n o i l s a t u r a t i o n a n d p o r o s i t y i n i n t e r b e d d e d s a n d s t o n e f r o m t w o a r e a s o f n o r t h e a s t p l a y对比不同油层和单砂体,东北部和中部区带内均呈现石油富集的非均质性。即使源储配置条件相似,不同油层或单砂体夹层间仍呈现石油富集程度的差异。如东北部区带J 8 9井长71底部、Y 1 8 2井长72顶部烃源岩层之下紧邻的砂岩夹层,以及中部区带B 3 6井长73中上部两套砂岩夹层、B 4 2井长72的砂体,普遍与烃源岩相邻或接触,但现场试油结果表明这些夹层均为干层。而在其他井,源储紧邻或接触的砂体常发育油层。为分析相似源储配置条件下不同夹层石油富集非均质性的控制因素,在中部区带5口井中筛选均紧邻烃源岩层的2 1个砂岩夹层样品,进行孔隙度测试和岩石热解,采用S1+S2值衡量样品的相对含油性。结果表明,样品孔隙度1 5 8 庞正炼,陶士振,张 琴,等/地学前缘(E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s)2 0 2 3,3 0(4)h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4)图7 解剖井中紧邻烃源岩层的砂体S 1+S 2之和与孔隙度关系F i g.7 R e l a t i o n b e t w e e n(S1+S2)v a l u e a n d p o r o s i t y o f s a n d s t o n e(i n p r o x i m i t y t o s o u r c e-r o c k)i n a n a l y s i s w e l l s与S1+S2值之间存在显著正相关性,拟合幂函数关系R2达0.8 8 8 8(图7)。这一关系表明,当空间尺度进入油层尺度,在源储配置条件类似的情况下,储层物性显著控制页岩层系内石油的富集。3.3 油层内部富集主控因素岩心观察,光学薄片鉴定及场发射扫描电镜结合微区矿物分析表明,成岩作用差异导致的致密砂岩孔隙发育不均衡,是砂岩夹层内石油非均质性富集的主要原因。岩心观察发现,Z 2 3 3井第一个旋回砂体下部储层致密程度明显高于中部(图3)。对两个区域的砂岩进行滴酸试验,中部砂岩微弱起泡,下部强烈起泡。进一步进行薄片观察表明,下部砂岩的碳酸盐胶结作用显著强于中部。电镜观察与微区矿物分析直观显示了这种胶结作用的非均质性(图8)。具体含量上,1 8 0 7.0 m处砂岩的碳酸盐胶结物含量仅1 2.3 6%(方解石1.8 2%,白云石1.3 3%,铁白云石9.2 1%),而1 8 0 7.2 5 m处砂岩的碳酸盐胶结物含量增至3 1.8 5%(方解石1 3.4 4%,白云石3.0 9%,铁白云石1 5.3 2%)。电镜和微区矿物分析进一步揭示,在胶结作用较弱的部位,黏土矿物取代胶结物成为主要的填隙物(图8)。旋回中部砂岩伊利石、绿泥石和高岭石三者含量为1 1.9 4%,旋回下部则为8.7 8%。场发射电镜观察表明,黏土矿物填隙物拥有发育的微纳米级粒间孔且可有效聚集石油,进一步提高了含油饱和度(图9)。aZ 2 3 3井,1 8 0 7.0 m,粉砂岩,粒间黏土矿物胶结为主,场发射电镜;bZ 2 3 3井,1 8 0 7.0 m,粉砂岩,矿物分析;cZ 2 3 3井,1 8 0 7.2 5 m,粉砂岩,粒间碳酸盐胶结为主,场发射电镜;dZ 2 3 3井,1 8 0 7.2 5 m,粉砂岩,矿物分析。图8 砂岩夹层微观特征F i g.8 M i c r o s c o p i c c h a r a c t e r i s t i c s o f i n t e r b e d d e d s a n d s t o n e庞正炼,陶士振,张 琴,等/地学前缘(E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s)2 0 2 3,3 0(4)1 5 9 h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4)a、b、cZ 2 3 3井,1 8 0 7.2 5 m,粉砂岩,不含油,胶结物发育;d、e、fZ 2 3 3井,1 8 0 7.0 m,含油粉砂岩,黏土矿物粒间孔饱含石油。图9 含油与不含油样品微观特征F i g.9 M i c r o s c o p i c c h a r a c t e r i s t i c s o f i n t e r b e d d e d s a n d s t o n e4 富集控制机理分析4.1 优质烃源岩对区带尺度富集的控制研究证实,富有机质优质烃源岩的存在是页岩油形成富集的地质基础3 2,烃源岩的质量和热演化控制着页岩油的总生成量3 3。此次研究进一步发现,在区带尺度下,烃源岩的品质与长7页岩层系内的石油富集密切相关。整体上,石油分布范围受优质烃源岩发育区的显著控制(图1)。并且,烃源岩的品质差异进一步影响石油的富集,湖盆中部区带半深湖 深湖亚相泥质烃源岩发育区的石油储量和单井产能均显著优于发育三角洲前缘泥质烃源岩的东北部区带5。虽然烃源岩在区带这一宏观尺度上对页岩层系内石油的富集具有控制作用,但区带内烃源岩厚度与油层占比之间的弱正相关性表明(图5),随着空间尺度的缩小,烃源岩对石油富集的控制作用逐渐减弱。简言之,烃源岩在区带尺度的控制具有两个特点:一是烃源岩对石油的分布边界和富集区带具有控制作用;二是在石油富集区带内部,对更小尺度石油富集的控制较弱。产生这两个特点的原因是页岩层系内砂岩夹层中的石油聚集经历了短距离的二次运移3 4。利用8块致密储层样品开展的模拟地层条件下(实验温度:7 0;模拟油黏度:4.7 m P as;模拟地层水:矿化度为5 5 g/L的C a C l2溶液)的砂岩夹层石油充注运移物理模拟实验,揭示了这种运移的流态为低速非达西流(表1、图1 0)。在这种运聚机制下,烃源岩虽提供了石油聚集的动力和烃类来源,但在平面上,石油仍可能在生烃区域之外聚集,表1 砂岩夹层石油充注运移物理模拟实验样品信息及关键结果T a b l e 1 S a n d s t o n e s a m p l e i n f o r m a t i o n a n d k e y r e s u l t s f r o m t h e