吳銀輝 ，周 文 ，陳文玲 ，易 婷

（1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都 610059；2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610059）

油氣地質(zhì)

鄂爾多斯盆地長7段泥頁巖儲(chǔ)層物性特征及控制因素研究

吳銀輝1，2，周 文1，2，陳文玲1，2，易 婷1

（1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都 610059；2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610059）

將鄂爾多斯盆地長7段陸相泥頁巖儲(chǔ)層孔隙類型劃分為無機(jī)孔隙、有機(jī)質(zhì)孔隙和微裂縫三大類，其形成與有機(jī)質(zhì)在不同演化階段生烴、排烴過程有關(guān)。通過高壓壓汞實(shí)驗(yàn)將長7段陸相泥頁巖儲(chǔ)層孔隙分為四大類，結(jié)合掃描電鏡觀察結(jié)果及壓汞數(shù)據(jù)可知，晶間隙、晶（粒）間孔隙及有機(jī)質(zhì)孔隙均比較發(fā)育，且在一定程度其連通性較好，可以確定這三類孔隙以及微裂縫是研究區(qū)的主要滲流通道。有機(jī)質(zhì)類型以I型和Ⅱ1型為主；TOC含量為0.51%～22.6%，平均值3.29%；Ro分布于0.7%～1.2%。綜合分析認(rèn)為沉積環(huán)境、礦物組分、成巖演化、有機(jī)質(zhì)熱演化是影響鄂爾多斯盆地長7段陸相泥頁巖儲(chǔ)層物性的主要因素。

頁巖儲(chǔ)層；物性特征；孔隙類型；孔隙特征

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是華北板塊、秦嶺板塊、揚(yáng)子板塊相互俯沖碰撞且又經(jīng)歷了復(fù)雜的大陸內(nèi)多期次造山及成盆作用而形成的[1]。延長組為一套以湖泊－河流相沉積為主的陸源碎屑巖系，地層厚度約為0.3 km～3 km。區(qū)內(nèi)長7油層組上部主要為深灰色、灰黑色泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖和粉砂巖組合，下部主要為含油頁巖、深灰色頁巖、灰黑色頁巖以及泥質(zhì)粉砂巖等組合[2]。長7油層組沉積時(shí)期初發(fā)生迅速的構(gòu)造沉降作用，導(dǎo)致湖侵達(dá)到鼎盛，湖水迅速上升，湖岸線大幅度向外擴(kuò)展，水體覆蓋面積約達(dá)1 000 km2以上，水體明顯加深[3]，半深湖－深湖分布于鹽池北、定邊、吳起、志丹、永寧、環(huán)縣東、慶陽、正寧、直羅、洛川及其以東廣大地區(qū)，在金鎖關(guān)、宜君也有分布，發(fā)育厚度約為70 m～120 m的灰黑色、深灰色頁巖，形成了最主要的分布穩(wěn)定的“張家灘”頁巖[12]。

2 地化特征

根據(jù)鏡下干酪根顯微組分鑒定結(jié)果：富縣區(qū)塊長7段頁巖腐泥組平均79.6%，殼質(zhì)組平均13.5%，鏡質(zhì)組平均2.79%，惰質(zhì)組平均4.04%，有機(jī)質(zhì)類型以I型為主，其次是Ⅱ1型。鎮(zhèn)涇區(qū)塊長7段含油（氣）泥（頁）巖有機(jī)質(zhì)類型基本為Ⅰ～Ⅱ1型，其中腐泥組58%～97%，平均75.5%；殼質(zhì)組0%～20%，平均7.3%；鏡質(zhì)組0%～8%，平均3.7%，惰質(zhì)組2%～43%，平均13.5%。長7段TOC含量為0.51%～22.6%，主要分布在1%～2%和＞7%，分別占25%和10%，平均值3.29%。下寺灣區(qū)塊長7段TOC含量在3.5%～12%，在柳評171井-新31井一帶為高值區(qū)，TOC含量最高可到12%。富縣區(qū)塊TOC含量在3%～9%，在中富2井-中富29井-中富12井一帶為高值區(qū)，TOC含量在7%～9%。長7段頁巖分布區(qū)內(nèi)Ro分布于0.7%～1.2%，總體上與現(xiàn)今埋深不完全對應(yīng)。Ro有兩個(gè)達(dá)到1.5%以上的高值區(qū)，一個(gè)在延安、富縣至宜川區(qū)域，最高可達(dá)到1.2%以上；總體上屬于低成熟－成熟演化階段。

3 物性特征

3.1 孔隙類型

本次主要研究盆地延長組泥（頁）巖的微觀孔隙和裂縫類型。鄂爾多斯盆地長7段主要的孔隙類型分為三大類：無機(jī)孔隙，即礦物顆（晶）粒間（內(nèi)）孔隙；有機(jī)孔隙，即出油孔隙，氣孔；微裂縫，即各類天然裂縫[7]。

無機(jī)孔隙特征：礦物粒間孔隙可分為原生粒間孔和次生孔隙。溶蝕粒間孔的孔隙直徑可達(dá)27.8 μm；礦物粒內(nèi)微孔包括晶格缺陷造成的原生微孔和溶蝕造成的粒內(nèi)溶蝕微孔；礦物晶間微孔主要指黏土礦物晶間孔，包括晶體間的原生微孔、晶間溶蝕微孔和黏土礦物轉(zhuǎn)化過程中脫水形成的晶間孔[4]，如蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化時(shí)脫水形成的晶間孔。

有機(jī)孔隙特征：有機(jī)孔隙一般為有機(jī)質(zhì)內(nèi)氣孔，集中分布在有機(jī)質(zhì)內(nèi)，多以球形分散分布。有機(jī)質(zhì)含量高的樣品，有機(jī)質(zhì)內(nèi)氣孔也會(huì)增多，多以球形分布，大小一般在75 nm～200 nm。同時(shí)也見到黏土礦物中的氣孔，可能是氣體生成和運(yùn)移時(shí)產(chǎn)生的[5]。

微裂縫特征：粒緣縫，即礦物顆粒間形成的縫；片理縫，一般為片狀礦物（如伊利石黏土礦物、云母等）晶間隙擴(kuò)大而成。

3.2 孔隙結(jié)構(gòu)

選取鄂爾多斯盆地長7段14個(gè)樣品，采用麥克默瑞提克（上海）儀器有限公司的Autopore9500壓汞儀進(jìn)行測試分析，最大外壓力400 MPa（60 000 psia）。實(shí)驗(yàn)可得到不同樣品對應(yīng)的門檻壓力（Pcd）、中值壓力（Pc50）、毛細(xì)管壓力曲線、孔喉分布以及孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)等。

不同樣品的壓汞曲線（進(jìn)汞-退汞曲線）孔隙滯后環(huán)寬度以及進(jìn)汞、退汞體積差（壓力差）、排驅(qū)壓力、最大進(jìn)汞飽和度及退汞效率不同，據(jù)此可以分析樣品的孔隙特征。通過壓汞實(shí)驗(yàn)將鄂爾多斯盆地延長組長7段泥頁巖儲(chǔ)層孔隙大致分為以下四大類：

第一種類型以YY18-4為代表（見圖1），由圖1可以看出壓汞測試范圍內(nèi)對應(yīng)開放孔很多，見大孔隙發(fā)育，孔隙連通性較好。

第二種類型以FY2-24為代表（見圖2），退汞曲線呈階梯式，退汞效率約40%，壓汞測試范圍內(nèi)孔徑分布范圍較廣。

第三種類型以永頁1-8為代表（見圖3），隨著壓力增大，進(jìn)汞曲線呈現(xiàn)緩慢增大趨勢，壓力測試范圍內(nèi)中孔發(fā)育，連通性較好。

第四種類型以永頁1-10為代表（見圖4），隨著壓力增大，進(jìn)汞曲線呈現(xiàn)緩慢增大趨勢，孔隙分選相對較好，由圖表明壓汞測試范圍內(nèi)對應(yīng)喉道較細(xì)，連通性較差。

圖1 YY18-4進(jìn)退汞曲線

圖2 FY2-24進(jìn)退汞曲線

圖3 永頁1-8、進(jìn)退汞曲線

圖4 永頁1-10進(jìn)退汞曲線

3.3 孔隙度與滲透率

通過酒精法及脈沖法對研究區(qū)的35個(gè)頁巖樣品進(jìn)行孔隙度測定。通過酒精法測得的長7段陸相泥頁巖孔隙度為0.335 4%～6.834 2%，平均為1.342 9%，主要區(qū)間為1%～1.5%。其中，6.06%的樣品孔隙度為0～0.5%，30.30%的樣品孔隙度為 0.5%～1%，39.39%的樣品孔隙度為1%～1.5%，18.18%的樣品孔隙度為1.5%～2%，6.06%的樣品孔隙度大于2%；通過脈沖法測得的長7段陸相泥頁巖孔隙度為0.21%～7.41%，平均為1.54%，主要區(qū)間為0.5%～1%。其中，21.43%的樣品孔隙度為0～0.5%，42.86%的樣品孔隙度為0.5%～1%，7.14%的樣品孔隙度為1%～1.5%，7.14%的樣品孔隙度為1.5%～2%，14.29%的樣品孔隙度大于2%；可以看出酒精法測得的孔隙度在1%～1.5%比脈沖法高可能是因?yàn)榫凭▽?shí)驗(yàn)時(shí)有部分酒精未進(jìn)入孔隙的原因。延長地區(qū)孔隙度主要分布在0.335 4%～6.834 2%，平均為1.382 8%，孔隙度在0.5%～1%的占主要部分，為38.1%；鎮(zhèn)涇地區(qū)孔隙度主要分布在1%～1.5%，平均為1.27%。

從滲透率分布頻率直方圖上可以看出，長7段陸相泥頁巖滲透率在0～0.1 mD的為25.93%，0.1 mD～0.2 mD為25.93%，0.2 mD～1 mD 為22.22%，1 mD～2 mD為14.81%，大于2 mD為11.11%，可以看出在0～1 mD的占主要部分（見圖5），不同巖性的孔隙度與滲透率關(guān)系圖不明顯（見圖6）。通過長7段所有樣品的孔隙度和滲透率關(guān)系圖（見圖7）可看出孔隙度與滲透率相關(guān)性中等，整體表現(xiàn)為滲透率隨孔隙度增大而升高的趨勢。相關(guān)系數(shù)為0.953 5，孔滲變化趨勢相對較集中，估計(jì)可能是由于存在裂縫、微裂縫較多的緣故，兩組段砂巖孔隙度滲透率相關(guān)性最好，反映了孔隙間連通性較好。

圖5 滲透率頻率分布直方圖

圖6 不同類型泥頁巖孔隙度與滲透率關(guān)系圖

圖7 滲透率與孔隙度的關(guān)系圖

研究區(qū)鄂爾多斯盆地延長組儲(chǔ)層孔隙度與埋深之間的關(guān)系比較復(fù)雜，延長、鎮(zhèn)涇區(qū)塊井為孔隙度埋深關(guān)系對比圖（見圖8）。由圖8可知隨埋藏深度增加，延長區(qū)塊孔隙度最大值和平均值逐漸增大；鎮(zhèn)涇區(qū)塊井孔隙度則略有減小。通過分析可能是因?yàn)檠娱L區(qū)塊頁巖微裂縫發(fā)育程度較高，整個(gè)研究區(qū)基本處于機(jī)械壓實(shí)平衡階段，孔隙度很難體現(xiàn)機(jī)械壓實(shí)作用的差異[6]。因?yàn)閰^(qū)內(nèi)儲(chǔ)層以粒內(nèi)溶孔、縮小粒間孔和黏土礦物晶間孔為主，其他有利于孔隙保存的條件，如骨架顆粒的強(qiáng)度、膠結(jié)類型、膠結(jié)物含量、黏土礦物特征、微裂縫發(fā)育程度都將影響孔隙度的垂向分布。

圖8 延長、鎮(zhèn)涇地區(qū)井埋深孔隙度關(guān)系對比圖

3.4 比表面、孔徑和孔容

通過遞增孔體積-孔徑關(guān)系圖（dV-r）及累計(jì)孔體積-孔徑關(guān)系圖（sum（V）-r）來分別表征高壓壓汞測試范圍內(nèi)樣品的孔徑分布特征（見圖9）。從圖9可以看出不同泥頁巖樣品其累計(jì)孔體積曲線形態(tài)差異較大，當(dāng)孔徑＜100 nm時(shí)，隨著孔徑的變化，樣品FY2-7、永頁1-10、YY18-25的曲線斜率較大，累計(jì)孔體積的增長率比其余樣品快，說明該類樣品中孔徑＜100 nm的孔隙所占比例較大，微孔和中孔相對比較發(fā)育，當(dāng)孔徑＞100 nm時(shí)，部分樣品（如FY2-24）累計(jì)孔體積發(fā)生變化，說明這些樣品中發(fā)育一定量的過渡孔和大孔，對應(yīng)樣品的dV-r關(guān)系曲線也證實(shí)了該結(jié)論（見圖10）。結(jié)果表明：壓汞測試范圍內(nèi)不同樣品總的孔體積存在一定的差異，大部分樣品總孔隙體積主要分布在0.05 cm3/g～0.013 cm3/g，最大孔喉半徑與孔體積之間的關(guān)系不明顯。

4 頁巖儲(chǔ)層物性主控因素分析

不同地區(qū)，影響儲(chǔ)層物性的原因不一，因此，從沉積環(huán)境、礦物組分、成巖演化、有機(jī)質(zhì)熱演化四個(gè)方面對長7段頁巖儲(chǔ)層物性因素進(jìn)行分析研究。

4.1 不同沉積環(huán)境的孔隙發(fā)育特征

不同的沉積環(huán)境下的頁巖儲(chǔ)層，沉積物的組成（礦物組合及含量）有所不同，有機(jī)質(zhì)的特征（有機(jī)質(zhì)類型、含量）也有明顯變化，形成的含油（氣）頁巖儲(chǔ)層也存在不同。沉積相控制著不同的巖石類型以及巖石組分，鄂爾多斯盆地中生界主要表現(xiàn)為湖泊-河流相沉積，沉積一套含泥頁巖和含油頁巖，其中沉積于封閉-半封閉的缺氧還原環(huán)境下的細(xì)粒狀或草莓狀黃鐵礦呈星散狀或紋層狀分布[8]，發(fā)育少量的黃鐵礦晶間孔，而長7組底部發(fā)育大量天然泥巖裂縫，見層間頁理縫，連通性好，構(gòu)成重要的儲(chǔ)集空間。

圖9 不同樣品累計(jì)孔體積－孔徑關(guān)系曲線

圖10 部分樣品孔徑分布圖

4.2 礦物組分對孔隙的影響

受沉積環(huán)境控制的黏土礦物與脆性礦物從不同角度控制著頁巖儲(chǔ)層孔裂隙的發(fā)育，前人研究表明泥頁巖中黏土、石英和方解石相對組成的變化影響了巖石的力學(xué)性質(zhì)、孔隙結(jié)構(gòu)以及對氣體的吸附能力。黏土礦物對于孔隙的演化和保存具有重要作用，高嶺石相對含量變化與孔隙演化趨勢一致，伊利石、綠泥石相對含量的變化與孔隙演化趨勢相反[9]。與石英和方解石相比，黏土礦物具有較多的微孔隙和較大的比表面積，對氣體有較強(qiáng)的吸附能力，一方面由于黏土礦物隨著地層埋深增加和地層水逐漸變?yōu)閴A性，黏土礦物發(fā)生脫水轉(zhuǎn)化析出大量層間水，在層間形成微裂隙，另一方面，黑色頁巖在黏土伊利石轉(zhuǎn)化過程中也會(huì)產(chǎn)生大量微孔隙。當(dāng)泥頁巖中黏土礦物含量較少，硅質(zhì)、碳酸鹽巖等礦物較多時(shí)，巖石脆性較大，容易在外力作用下形成天然裂隙和誘導(dǎo)裂隙，有利于滲流。

4.3 成巖演化對孔隙的影響

無機(jī)孔隙類型會(huì)隨著成巖演化而發(fā)生變化。黏土礦物受頁巖儲(chǔ)層壓實(shí)作用，通過堆積作用、脫水作用和新生變形作用發(fā)生顯著變化，黏土礦物的體積縮小，使頁巖儲(chǔ)層產(chǎn)生新的孔隙度。最明顯的就是黏土礦物轉(zhuǎn)化時(shí)形成的大量納米級微孔隙，如蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化時(shí)由于脫水形成的網(wǎng)絡(luò)微孔，伊蒙混層的晶間溶蝕微孔等[10]。頁巖的孔隙空間在礦物顆粒和有機(jī)質(zhì)中均有存在，通過不同類型礦物含量與孔隙度擬合，顯示孔隙度受伊利石含量影響較大，伊利石含量與孔隙度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（見圖11），可以看出成巖演化和巖石類型對長7油層組頁巖孔隙度有一定影響。

4.4 有機(jī)質(zhì)熱演化對孔隙形成的影響

頁巖儲(chǔ)層的有機(jī)孔隙主要是有機(jī)質(zhì)中存在的大量氣孔，是在原油和天然氣大量生成時(shí)而形成的孔隙[11]。隨著埋深增大、地溫的升高，有機(jī)質(zhì)開始生成油和氣，Ro≈0.5%。延長組的有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ～Ⅱ型為主，主要生成原油。原油生成時(shí)，在有機(jī)質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生出油孔。而當(dāng)油中大量產(chǎn)生裂解氣時(shí)，有機(jī)質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生氣孔，有時(shí)聚集成氣孔群，此時(shí)Ro一般＞1.1%（見圖13、圖14）。

5 結(jié)論

（1）將長7段陸相泥頁巖儲(chǔ)層孔隙分為三大類，結(jié)合掃描電鏡觀察結(jié)果及壓汞數(shù)據(jù)可知，晶間隙、晶（粒）間孔隙及有機(jī)質(zhì)孔隙均比較發(fā)育，且在一定程度其連通性較好，可以確定這三類孔隙以及微裂縫是研究區(qū)的主要滲流通道。

（2）有機(jī)質(zhì)類型以I型和Ⅱ1型為主；TOC含量為0.51%～22.6%，主要分布在1%～2%和＞7%，分別占25%和10%，平均值3.29%；Ro分布于0.7%～1.2%。

（3）沉積環(huán)境、礦物組分、成巖演化、有機(jī)質(zhì)熱演化是影響鄂爾多斯盆地長7段陸相泥頁巖儲(chǔ)層物性的主要因素。

圖11 長7段陸相泥頁巖孔隙度與伊利石相對含量關(guān)系圖

圖12 長7段陸相泥頁巖孔隙度與TOC關(guān)系圖

圖13 長7段頁巖孔隙度與Ro關(guān)系圖

圖14 孔隙度與伊利石絕對含量、Ro關(guān)系圖

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Physical properties and controlling factors of shale reservoir in Chang 7 member of Ordos basin

WU Yinhui1，2，ZHOU Wen1，2，CHEN Wenling1，2，YI Ting1
（1.School of Energy Engineering，Chengdu University of Technology，Chengdu Sichuan 610059，China；2.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Chengdu Sichuan 610059，China）

The pore types of continental shale reservoirs in Chang 7 member of Ordos basin are divided into three types,inorganic pores,organic pores and microcracks.Their formation is related to the processes of hydrocarbon generation and hydrocarbon expulsion in different evolution stages of organic matter.According to the high pressure mercury intrusion experiments,the pores of the continental shale reservoirs in the Chang 7 member are divided into four major categories.According to the results of scanning electron microscopy and mercury intrusion data,the intergranular,intergranular and intergranular pores are well developed,And to a certain extent,its connectivity is better.It can be determined that these three types of pores and micro-cracks are the main seepage channels in the study area.The main types of organic matter are Type I and Type II1.TOC content is 0.51%～22.6%with an average of 3.29%.Ro is distributed at 0.7%～1.2%.The comprehensive analysis shows that sedimentary environment,mineral composition,diagenesis evolution and organic matter thermal evolution are the main factors affecting the physical properties of continental shale reservoirs in Chang 7 member of Ordos basin.

shale reservoir；physical characteristics；pore type；pore characteristics

TE122.23

A

1673-5285（2017）12-0078-06

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.12.020

2017－11-25

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃），項(xiàng)目編號(hào)：2013AA064501。

吳銀輝，男（1991-），成都理工大學(xué)，在讀研究生，研究方向?yàn)榉浅Ｒ?guī)油氣儲(chǔ)層地質(zhì)。