李志明,陶國(guó)亮,黎茂穩(wěn),蔣啟貴,曹婷婷,劉 鵬,錢門輝,謝小敏,李 政

(1.中國(guó)石化 石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 無(wú)錫石油地質(zhì)研究所,江蘇 無(wú)錫214126; 2.頁(yè)巖油氣富集機(jī)理與有效開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 無(wú)錫214126; 3.國(guó)家能源頁(yè)巖油研發(fā)中心,江蘇 無(wú)錫 214126； 4.中國(guó)石化 勝利油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院,山東 東營(yíng)257015)

沾化凹陷是渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷主要富油氣凹陷之一,其沉積地層以古近系-新近系為主,生儲(chǔ)蓋條件優(yōu)越,烴源巖層主要發(fā)育在古近系沙河街組四段上亞段(沙四上亞段)、沙三下亞段以及沙一段[1]。在常規(guī)油氣勘探過(guò)程中,多口井已在烴源巖層鉆遇泥頁(yè)巖油藏并獲工業(yè)油流[2-3],其中XYS9井在沙三下亞段埋深3 355.11～3 435.29 m層段試油(未壓裂改造情況下)獲日產(chǎn)油38.5 t、天然氣867 m3[2,4],投產(chǎn)后累積產(chǎn)油11 346 t,產(chǎn)能較高[4],展示了沾化凹陷具有頁(yè)巖油勘探前景。2010年,為加快推進(jìn)該凹陷頁(yè)巖油的勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程,中國(guó)石化勝利油田分公司針對(duì)沙三下亞段部署了系統(tǒng)取心井——L69井,該井取心深度段介于2 911.00～3 140.75 m(層位主要屬沙三下亞段),取心進(jìn)尺229.75 m,心長(zhǎng)221.36 m,為沾化凹陷開(kāi)展頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)研究提供了良好的資料基礎(chǔ)。2011年8月,勝利油田分公司依據(jù)測(cè)井、錄井以及取心段有機(jī)碳含量等基礎(chǔ)有機(jī)地球化學(xué)參數(shù),優(yōu)選了3 040.00～3 051.00 m和3 056.00～3 066.00 m井段進(jìn)行射孔聯(lián)作、完井測(cè)試,獲日產(chǎn)油僅0.85 t,累產(chǎn)油也只有2.90 t。截止目前,前人已對(duì)L69井取心段沙三下亞段泥頁(yè)巖沉積相與巖石學(xué)特征[5]、儲(chǔ)集空間與物性特征[6-8]、微觀孔隙結(jié)構(gòu)[9]、有機(jī)地球化學(xué)基本特征[3,6,10]以及泥頁(yè)巖非均質(zhì)性特征及演化模式[10]等方面開(kāi)展了比較系統(tǒng)地分析與評(píng)價(jià),而L69沙三下亞段取心段是否存在頁(yè)巖油勘探有利層段尚無(wú)定論。鑒于國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖油的勘探實(shí)踐表明:賦存于富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖層系內(nèi)的滯留油能否有效開(kāi)發(fā),與富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖層系的含油性及其賦存形式、成熟度、微裂縫發(fā)育程度、地層壓力以及可壓裂改造性等諸多因素有關(guān),但含油性及其賦存形式是其中的關(guān)鍵因素[11]。為此,本研究旨在重點(diǎn)通過(guò)對(duì)L69井取心段典型巖相段與XYS9井沙三下亞段出油層段含油性與賦存形式的對(duì)比剖析,結(jié)合成熟度、微裂縫發(fā)育程度、地層壓力及可壓裂改造性等,來(lái)綜合評(píng)價(jià)L69井試油層段頁(yè)巖油產(chǎn)量不佳的原因,探討取心段頁(yè)巖油勘探有利層段,為沾化凹陷以及我國(guó)其他地區(qū)陸相頁(yè)巖油勘探縱向選層評(píng)價(jià)提供參考與借鑒。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

沾化凹陷位于渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷的東北部,其西以義東斷裂與車鎮(zhèn)凹陷相接,南部與陳家莊凸起相接,東南以墾東凸起為界[12],構(gòu)成一個(gè)NE向敞開(kāi)的典型“北斷南超”的山間箕狀盆地[3]。沾化凹陷的一個(gè)顯著特點(diǎn)是斷裂非常發(fā)育,不同方向不同期次的斷裂,將凹陷分割成多個(gè)洼陷、凸起等次級(jí)構(gòu)造單元(圖1)。

印支期—燕山期,沾化凹陷受NE-SW方向擠壓應(yīng)力及燕山期NE-SW方向拉張應(yīng)力的影響,沾化凹陷自西向東依次發(fā)育了羅西斷層、孤西斷層和五號(hào)樁長(zhǎng)堤斷裂,控制了早期盆地的發(fā)育[13]。后期受喜馬拉雅期區(qū)域右旋應(yīng)力場(chǎng)及郯廬斷裂活動(dòng)的影響,發(fā)育了一系列的NE向、EW向構(gòu)造,該斷裂體系基本控制了新生代斷陷湖盆的形成與演化[14]。沾化凹陷具有典型的下斷上坳雙層結(jié)構(gòu),從孔店期開(kāi)始裂陷以來(lái)至東營(yíng)期,凹陷連續(xù)沉降沉積,其中沙三下亞段沉積時(shí)期屬于沾化凹陷的深斷陷期,盆地進(jìn)入非補(bǔ)償階段,氣候潮濕,沉積了一套深湖-半深湖相泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖,厚度一般100～500 m不等,為沾化凹陷的主力烴源層,現(xiàn)今主要處于成熟-中低成熟階段,以生油為主,因而是目前頁(yè)巖油勘探的重點(diǎn)層系。在古近紀(jì)末期,喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)?xùn)|營(yíng)幕造成本區(qū)強(qiáng)烈的構(gòu)造隆升,大規(guī)模斷裂活動(dòng),并伴隨著地層200～400 m抬升剝蝕,形成區(qū)域性不整合。新近系沉積以來(lái),凹陷進(jìn)入整體拗陷階段,凸起帶和洼陷帶同時(shí)接受沉降沉積,形成覆蓋全區(qū)、近水平產(chǎn)狀的新近系館陶組和明化鎮(zhèn)組[15]。

研究井L69井和對(duì)比井XYS9井分別位于沾化凹陷渤南洼陷南部的羅家鼻狀構(gòu)造區(qū)和四扣洼陷(圖1),L69井揭示沙三下亞段屬一套深灰色-灰褐色深湖-半深湖相不等厚互層產(chǎn)出的富(含)有機(jī)質(zhì)紋層狀、層狀和塊狀灰質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r,累計(jì)厚度約188.81 m(圖2)。在埋深3 040～3 066 m試油層段,實(shí)測(cè)壓力為54.45 MPa,壓力系數(shù)高達(dá)1.82。目前,沾化凹陷沙三下亞段頁(yè)巖油勘探區(qū)域主要位于羅西斷層和孤西斷層之間,勘探面積約為910 km2[3]。

2 樣品采集與分析

為選取典型研究樣品,在對(duì)L69井取心段巖心進(jìn)行精細(xì)觀察描述基礎(chǔ)上,結(jié)合從勝利油田收集到的熱解分析結(jié)果,編制了L69井取心段綜合柱狀圖(圖2),綜合巖性與巖相、有機(jī)碳含量(TOC)、游離烴含量(S1)以及油飽和指數(shù)(OSI)等信息,選擇L69井2 994.10～3 010.90 m(為相對(duì)高TOC，S1和OSI的富有機(jī)質(zhì)層狀泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖)、 3 040.35～3 072.10 m(為相對(duì)高TOC、低S1和OSI的富有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r)以及3 116.90～3 130.80 m(為相對(duì)低TOC,S1和高OSI的含有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r)3個(gè)深度段開(kāi)展了樣品采集,采樣間距一般為1.0～2.5 m,共采集樣品54件。除深度3 130.80 m的樣品層位歸屬于沙四上亞段外,其他樣品均屬于沙三下亞段。對(duì)比井XYS9井在沙三下亞段的3 375.00～3 383.39 m和3 410.00～3 417.42 m兩個(gè)取心井段分別采集富有機(jī)質(zhì)或含有機(jī)質(zhì)層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r各5件和6件,采集間距分別為2.0 m和1.0 m。

對(duì)采集樣品系統(tǒng)開(kāi)展了常規(guī)熱解與多溫階熱釋(解)分析,分析在中石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院無(wú)錫石油地質(zhì)研究所實(shí)驗(yàn)地質(zhì)研究中心完成。

3 含油性與賦存形式評(píng)價(jià)

3.1 含油性與賦存形式表征方法

泥頁(yè)巖含油性表征可以通過(guò)有機(jī)地球化學(xué)分析與巖心物理方法來(lái)實(shí)現(xiàn),但有機(jī)地球化學(xué)方法相對(duì)既快速又經(jīng)濟(jì),并且不易遺漏巖石中不連通的封閉孔隙中的烴類[16],故有機(jī)地球化學(xué)分析是泥頁(yè)巖含油性表征的最實(shí)用方法,主要是通過(guò)測(cè)定泥頁(yè)巖中氯仿瀝青“A”含量或熱解S1(mg/g)來(lái)實(shí)現(xiàn)[11,16-23],但氯仿瀝青“A”含量需要進(jìn)行輕烴補(bǔ)償校正，熱解S1需要進(jìn)行輕烴、重?zé)N補(bǔ)償校正[11,19-23]。Jarvie(2012)則直接利用油飽和指數(shù)(OSI=100S1/TOC)-最高熱解峰溫圖解來(lái)評(píng)價(jià)泥頁(yè)巖的含油級(jí)別[24],不過(guò)輕烴校正后的結(jié)果更符合勘探實(shí)際[11],故本文采用輕烴校正后的熱解分析結(jié)果獲得油飽和指數(shù),來(lái)評(píng)價(jià)L69井和XYS9井沙三下亞段不同深度段泥質(zhì)灰?guī)r或灰質(zhì)泥巖的含油級(jí)別。同時(shí),研究表明,多溫階熱釋烴S1-1，S1-2和S2-1之和與瀝青“A”含量基本相當(dāng)[23],并且多溫階熱釋(解)分析技術(shù)可以快速定量表征泥頁(yè)巖中不同賦存狀態(tài)滯留油的含量與滯留油總量。因此,該技術(shù)適用于對(duì)泥頁(yè)巖層系頁(yè)巖油有利勘探層段進(jìn)行快速篩選與評(píng)價(jià)。該技術(shù)方法的理論基礎(chǔ)與分析流程、原理詳見(jiàn)[23]。本文依據(jù)多溫階熱釋(解)分析結(jié)果結(jié)合輕烴校正量,來(lái)定量評(píng)價(jià)L69井和XYS9井沙三下亞段不同深度泥質(zhì)灰?guī)r或灰質(zhì)泥巖的總滯留油量與不同賦存狀態(tài)滯留油的含量。另外,依據(jù)張林曄[25]和宋國(guó)奇等[26]研究結(jié)果,結(jié)合L69井和XYS9井沙三下亞段泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖的常規(guī)熱解S1分析結(jié)果,研究樣品的輕烴校正值采用熱解S1×0.50求得。

圖2 沾化凹陷L69井沙三下亞段綜合柱狀圖Fig.2 Composite column of the Es3L from Well L69 in Zhanhua Sag,Jiyang Depression,Bohai Bay Basin

3.2 含油級(jí)別對(duì)比

根據(jù)L69井沙三下亞段3個(gè)深度段和XYS9井沙三下亞段2個(gè)深度段采集樣品熱解TOC，S1以及輕烴校正值,按Jarvie[24]提出的油飽和指數(shù)與含油級(jí)別劃分方案,編制了沾化凹陷L69井和XYS9井沙三下亞段輕烴校正后油飽和指數(shù)與最高熱解峰溫(Tmax)和樣品深度關(guān)系圖解(圖3),以評(píng)價(jià)L69井和XYS9井沙三下亞段不同深度段的含油級(jí)別特征。顯然,L69井沙三下亞段不同深度段典型泥質(zhì)灰?guī)r或灰質(zhì)泥巖含油級(jí)別具有較大差異。其中埋深2 994.10～3 010.90 m富有機(jī)質(zhì)層狀泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖油飽和指數(shù)均在100 mg/g以上,介于126～229 mg/g,平均達(dá)184 mg/g(樣品數(shù)n=20),油飽和指數(shù)總體隨最高熱解峰溫(Tmax)和樣品深度的增大呈降低趨勢(shì),含油級(jí)別均屬于具頁(yè)巖油潛力；3 040.35～3 072.10 m井段除3 040.35 m和3 068.10 m的2個(gè)樣品油飽和指數(shù)之外(分別為167 mg/g和245 mg/g),其他富有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r油飽和指數(shù)均在100 mg/g以下,介于31～93 mg/g,平均為67 mg/g(n=25),油飽和指數(shù)同樣總體隨最高熱解峰溫和樣品深度的增大呈降低趨勢(shì),含油級(jí)別僅屬中含油至油顯示；3 116.90～3 126.70 m井段沙三下亞段含有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r的油飽和指數(shù)均在100 mg/g以上,介于118～247 mg/g,平均為204 mg/g(n=8),油飽和指數(shù)也總體隨最高熱解峰溫和樣品深度的增大呈降低趨勢(shì),含油級(jí)別也屬具頁(yè)巖油潛力。XYS9井沙三下亞段取心段層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r油飽和指數(shù),顯著高于L69井沙三下亞段取心段油飽和指數(shù),介于228～455 mg/g,平均為309 mg/g(n=11),含油級(jí)別均屬具頁(yè)巖油潛力。其中3 375.00～3 383.39m深度段層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r的油飽和指數(shù)介于228～297 mg/g,平均為265 mg/g(n=5)；3 410.00～3 417.42 m井段層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r的油飽和指數(shù)介于261～455 mg/g,平均為345 mg/g(n=6)。

3.3 含油性與不同賦存形式油定量對(duì)比

依據(jù)L69井和XYS9井沙三下亞段不同深度段灰質(zhì)泥巖和泥質(zhì)灰?guī)r的Rock-Eval6熱解S1和多溫階熱釋烴S1-1,S1-2和S2-1結(jié)果,獲得了2口沙三下亞段不同深度段的總含油量與不同賦存形式油定量評(píng)價(jià)結(jié)果(圖4),不同賦存形式油占總含油量的百分率如圖5所示。

圖3 沾化凹陷L69井和XYS9井沙三下亞段取心段輕烴校正后油飽和指數(shù)(OSI)與最高熱解峰溫(Tmax)和樣品深度關(guān)系(底圖據(jù)文獻(xiàn)[24]修改)Fig.3 Diagram showing the correlation between OSI-Tmax after light hydrocarbon correction and depth for the cored intervals of the Es3L from Wells L69 and XYS9 in Zhanhua Sag,Jiyang Depression,Bohai Bay Basin(base map was modified from reference[24])a.L69井OSI-Tmax圖解;b.L69井OSI-深度圖解;c.XYS9井OSI-Tmax圖解;d.XYS9井OSI-深度圖解

L69井沙三下亞段灰質(zhì)泥巖和泥質(zhì)灰?guī)r的含油性較好,總含油量介于4.03～23.43 mg/g,平均為11.62 mg/g(n=53)。同時(shí)由圖4可見(jiàn),在取心段的三個(gè)樣品采集段,由淺至深,總含油量總體呈現(xiàn)降低趨勢(shì),其中2 994.10～3 010.90 m深度段,其總含油L69井沙三下亞段不同賦存狀態(tài)油的含量隨深度變化特征與總含油量變化特征基本一致,由淺至深總體呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。輕烴校正后游離油S1-1含量介于0.53～3.70 mg/g,平均為1.71 mg/g(n=53),輕烴校正后游離油S1-1含量占總含油量的百分率介于6.83%～20.37%,平均為14.45 %(n=53)；其中2 994.10～3 010.90 m深度段,其輕烴校正后游離油量介于7.83～23.43 mg/g,平均為15.68 mg/g(n=20)；3 040.35～3 072.10 m深度段,其總含油量介于4.86～16.51 mg/g,平均為10.16 mg/g(n=25)；3 116.90～3 126.70 m深度段,其總含油量介于4.03～9.41 mg/g,平均為6.01 mg/g(n=8)。

圖4 沾化凹陷L69井和XYS9井沙三下亞段取心段含油性與不同賦存形式油定量評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.4 Quantitative evaluation of oil content and different modes of occurrence for the cored intervals of the Es3L from Wells L69 and XYS9 in Zhanhua Sag,Jiyang Depression,Bohai Bay Basina.L69井輕烴校正后S1-1-深度圖解; b.L69井總游離油量-深度圖解; c.L69井束縛油S2-1-深度圖解; d.L69井總含油量-深度圖解; e.XYS9井輕烴校正后S1-1-深度圖解; f.XYS9井總游離油量-深度圖解; g.XYS9井束縛油S2-1-深度圖解; h.XYS9井總含油量-深度圖解

S1-1含量介于1.31～3.70 mg/g,平均為2.69 mg/g(n=20),其輕烴校正后游離油S1-1含量占總含油量的百分率介于14.67%～19.16%,平均為17.30%(n=20)；3 040.35～3 072.10 m深度段,其輕烴校正后游離油S1-1含量介于0.54～2.29 mg/g,平均為1.15 mg/g(n=25),其輕烴校正后游離油S1-1含量占總含油量的百分率介于6.83%～20.37%,平均為11.42%(n=25)；3 116.90～3 126.70 m深度段,其輕烴校正后游離油S1-1含量介于0.53～1.55 mg/g,平均為1.01 mg/g(n=8),其輕烴校正后游離油S1-1含量占總含油量的百分率介于13.15%～18.34%,平均為16.78%(n=8)?？傆坞x油量介于1.71～10.22 mg/g,平均為4.97 mg/g(n=53),總游離油含量占總含油量的百分率介于18.79%～61.41%,平均為42.78 %(n=53)；其中2 994.10～3 010.90 m深度段,其總游離油量介于3.44～10.22 mg/g,平均為7.73 mg/g(n=20),其總游離油含量占總含油量的百分率介于41.21%～57.97%,平均為49.65%(n=20)；3 040.35～3 072.10 m深度段,其總游離油量介于1.71～6.13 mg/g,平均為3.27 mg/g(n=25),其總游離油含量占總含油量的百分率介于18.79%～57.10%,平均為32.85%(n=25)；3 116.90～3 126.70 m深度段,其總游離油量介于1.80～5.32 mg/g,平均為3.42 mg/g(n=8),其總游離油含量占總含油量的百分率介于44.67%～61.41%,平均為56.63%(n=8)。束縛油S2-1含量介于1.81～13.21 mg/g,平均為6.64 mg/g(n=53),束縛油S2-1含量占總含油量的百分率介于38.59%～81.21%,平均為57.22 %(n=53)。其中2 994.10～3 010.90 m深度段,其束縛油S2-1含量介于5.18～13.21 mg/g,平均為7.95 mg/g(n=20),其束縛油S2-1含量占總含油量的百分率介于42.03%～58.79%,平均為50.35%(n=20)；3 040.35～3 072.10 m深度段,其束縛油S2-1含量介于2.78～11.19 mg/g,平均為6.90 mg/g(n=25),其束縛油S2-1含量占總含油量的百分率介于42.90%～81.21%,平均為67.15%(n=25)；3 116.90～3 126.70 m深度段,其束縛油S2-1含量介于1.64～4.09 mg/g,平均為2.48 mg/g(n=8),束縛油S2-1含量占總含油量的百分率介于38.59%～55.33%,平均為43.37%(n=8)。

XYS9井沙三下亞段取心段層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r總含油量介于8.21～19.51 mg/g,平均為13.01 mg/g(n=11)。其中3 375.00～3 383.39 m深度段層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r的介于8.21～19.51 mg/g,平均為15.57 mg/g(n=5)；3 410.00～3 417.42 m深度段層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r的介于8.86～11.82 mg/g,平均為10.88 mg/g(n=6)。XYS 9井沙三下亞段取心段層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r不同賦存狀態(tài)油的含量隨深度變化特征與總含油量變化特征基本一致,由淺至深總體呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。輕烴校正后游離油S1-1含量介于1.78～4.20 mg/g,平均為2.84 mg/g(n=11),其輕烴校正后游離油S1-1含量占總含油量的百分率介于20.26%～23.35%,平均為21.84 %(n=11)。其中3 375.00～3 383.39 m深度段層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r輕烴校正后游離油S1-1含量介于1.78～4.20 mg/g,平均為3.43 mg/g(n=5),其輕烴校正后游離油S1-1含量占總含油量的百分率介于21.53%～22.71%,平均為22.01%(n=5)；3 410.00～3 417.42 m深度段層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r輕烴校正后游離油S1-1含量介于2.01～2.85 mg/g,平均為2.35 mg/g(n=6),其輕烴校正后游離油S1-1含量占總含油量的百分率介于20.26%～23.35%,平均為21.69%(n=6)?？傆坞x油量介于5.45～12.24 mg/g,平均為8.60 mg/g(n=11),總游離油含量占總含油量的百分率介于62.74%～71.66%,平均為66.49 %(n=11)。其中3 375.00～3 383.39m深度段層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r總游離油量介于5.45～12.24 mg/g,平均為10.08 mg/g(n=5),其總游離油量占總含油量的百分率介于62.74%～66.38%,平均為65.02%(n=5)；3 410.00～3 417.42 m深度段層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r總游離油量介于6.10～9.14 mg/g,平均為7.39 mg/g(n=6),其總游離油量占總含油量的百分率介于64.96%～71.66%,平均為67.72%(n=6)。束縛油S2-1含量介于2.76～7.27 mg/g,平均為4.41 mg/g(n=11),束縛油S2-1含量占總含油量的百分率介于28.34%～37.26%,平均為33.51 %(n=11)。其中3 375.00～3 383.39 m深度段層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r束縛油S2-1含量介于2.76～7.27 mg/g,平均為5.49 mg/g(n=5),其束縛油S2-1含量占總含油量的百分率介于33.62%～37.26%,平均為34.98%(n=5)；3 410.00～3 417.42 m深度段層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r束縛油S2-1含量介于2.76～4.93 mg/g,平均為3.52 mg/g(n=6),其束縛油S2-1含量占總含油量的百分率介于28.34%～35.04%,平均為32.28%(n=6)。

圖6為L(zhǎng)69井沙三下亞段3個(gè)采樣分析段和XYS9井沙三下亞段2個(gè)采樣分析段總含油量均值與不同賦存形式油含量均值對(duì)比結(jié)果。顯然,L69井2 994.10～3 010.90 m井段富有機(jī)質(zhì)層狀泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖段與XYS9井3 375.00～3 383.39 m井段深度段層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r的總含油量均值近于相等,分別為15.68 mg/g和15.57 mg/g；L69井3 040.35～3 072.10 m井段富有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r與XYS9井3 410.00～3 417.42 m井段層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r的總含油量均值基本相當(dāng),分別為10.16 mg/g和10.88 mg/g；L69井3 116.90～3 130.8 m井段含有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r的總含油量均值相對(duì)最低,為5.70 mg/g。L69井2 994.10～3 010.9 m井段富有機(jī)質(zhì)層狀泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖段總游離油含量均值與XYS9井3 410.00～3 417.42 m井段層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r的總游離油含量均值基本相當(dāng),分別為7.73 mg/g和7.39 mg/g,但明顯低于XYS9井3 375.00～3 383.39 m層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r的總游離油含量均值10.08 mg/g；L69井3 040.35～3 072.10 m富有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r和3 116.90～3 130.8 m含有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r的總游離油含量均值近于相等并且相對(duì)較低,分別為3.27 mg/g和3.42 mg/g。L69井2 994.10～3 010.9 m富有機(jī)質(zhì)層狀泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖段輕烴校正后游離油S1-1含量均值與XYS9井3 410.00～3 417.42 m井段層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r的輕烴校正后游離油S1-1含量均值基本相當(dāng),分別為2.69 mg/g和2.35 mg/g,但明顯低于XYS9井3 375.00～3 383.39 m井段層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r的輕烴校正后游離油S1-1含量均值3.43 mg/g；L69井3 040.35～3 072.10 m井段富有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r和3 116.90～3 130.8 m井段含有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r的輕烴校正后游離油S1-1含量均值相近并且相對(duì)較低,分別為1.15 mg/g和1.01 mg/g。同樣,L69井2 994.10～3 010.90 m井段富有機(jī)質(zhì)層狀泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖段游離油S1-2含量均值與XYS9井3 410.00～3 417.42 m井段層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r的游離油S1-2含量均值近于相等,分別為5.04 mg/g和5.01 mg/g,但明顯低于XYS9井3 375.00～3 383.39 m井段深度段層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r的游離油S1-2含量均值6.65 mg/g；L69井3 040.35～3 072.10 m井段富有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r和3 116.90～3 130.80 m井段含有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r的游離油S1-2含量均值近于相等并且相對(duì)較低,分別為2.12 mg/g和2.41 mg/g。束縛油S2-1含量均值則以L69井2 994.10～3 010.90 m井段深度段富有機(jī)質(zhì)層狀泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖段最高,為7.95 mg/g；L69井3 040.35～3 072.10 m井段深度段富有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r段束縛油S2-1含量均值次之,為6.90 mg/g；XYS9井3 375.00～3 383.39 m井段深度段層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r束縛油S2-1含量均值居第三,為5.49 mg/g；XYS9井3 410.00～3 417.42 m井段深度段層狀(或紋層狀)泥質(zhì)灰?guī)r和L69井3 116.90～3 130.8 m井段深度段含有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r的束縛油S2-1含量均值均相對(duì)較低,分別3.52 mg/g和2.48 mg/g。

4 L69井取心段頁(yè)巖油勘探有利層段探討

泥頁(yè)巖層系滯留油含量是決定頁(yè)巖層系是否具備頁(yè)巖油勘探潛力的物質(zhì)基礎(chǔ),但Steve Larter等研究指出,烴源巖中賦存于干酪根中的滯留油其運(yùn)移方式主要靠擴(kuò)散作用而不是經(jīng)典的達(dá)西滲流作用。因此,不考慮能量補(bǔ)充和化學(xué)改質(zhì)的人工水力壓裂作用對(duì)烴源巖中賦存于干酪根內(nèi)的滯留油的生產(chǎn)能力影響很小[注]Larter S,Huang H,Bennett B.What don’t we know about self sourced oil reservoirs:challenges and potential solution[R].Calgary:Society of Petroleum Engineers,2012.。沾化凹陷L69井沙三下亞段取心段典型層段樣品的束縛油S2-1含量與TOC含量之間呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系,并且當(dāng)TOC含量為零時(shí),束縛油S2-1含量?jī)H為0.18 mg/g(圖7)。這說(shuō)明無(wú)機(jī)礦物對(duì)油的吸附能力很低,束縛油S2-1主要以吸附-互溶態(tài)賦存于干酪根中,與張林曄等[27]的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果相吻合。這意味著滯留于泥頁(yè)巖層系內(nèi)的束縛油S2-1僅通過(guò)壓裂改造也是難以有效動(dòng)用的。因此,評(píng)價(jià)泥頁(yè)巖層系是否具有頁(yè)巖油勘探潛力,其游離油尤其是輕烴校正后游離油S1-1含量是關(guān)鍵因素。實(shí)際上,目前國(guó)外取得商業(yè)開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖油均為油質(zhì)很輕的輕質(zhì)油甚至凝析油,即使在Williston盆地Bakken組混合型頁(yè)巖油系統(tǒng)中,真正可動(dòng)用的油(可有效采出的油)主要為碳數(shù)低于15的輕烴部分[28],除非泥頁(yè)巖層系裂縫系統(tǒng)異常發(fā)育。同時(shí),具頁(yè)巖油勘探潛力層段其油飽和指數(shù)(OSI=S1×100/TOC)均大于100[24]。

微裂縫不僅是頁(yè)巖層系內(nèi)游離油的主要賦存空間,同時(shí)也利于頁(yè)巖油的可流動(dòng)性與有效開(kāi)發(fā)。L69井3個(gè)研究層段和XYS9井2個(gè)研究層段微裂縫均發(fā)育,尤其XYS9井可識(shí)別出構(gòu)造裂縫15條,線密度約為1.4條/m[29-30],這是XYS9井沙三下亞段在未壓裂改造情況下也能獲高產(chǎn)頁(yè)巖油流的重要因素。同時(shí),異常高壓有利于提高頁(yè)巖油的驅(qū)動(dòng)力,L69井3個(gè)研究層段和XYS9井2個(gè)研究層段處于異常壓力發(fā)育深度段[31-32],其中L69井在埋深3 040～3 066 m試油段實(shí)測(cè)壓力為54.45 MPa,壓力系數(shù)為1.82。新義深9井在埋深3 355～3 430 m試油段實(shí)測(cè)壓力為60.02 MPa,壓力系數(shù)為1.79[3]。此外,脆性礦物(硅質(zhì)礦物和碳酸鹽巖礦物)含量高容易產(chǎn)生天然裂縫和誘導(dǎo)裂縫,有利于頁(yè)巖油開(kāi)采,優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層的脆性礦物含量要大于50%,而粘土礦物含量則低于40%[33]。L69井和XYS9井沙三下亞段研究層段脆性礦物含量均值均在70%以上,而粘土礦物含量均值則低于25%[10],顯然,沙三下亞段泥頁(yè)巖層系具有良好的可壓裂改造性。因此,從微裂縫發(fā)育程度、地層壓力及可壓裂改造性角度而言,L69井沙三下亞段3個(gè)剖析層段均屬頁(yè)巖油勘探的有利層段。但是,從前面的分析可見(jiàn),相對(duì)XYS9井獲得頁(yè)巖油產(chǎn)量的沙三下亞段而言,L69井2 994.10～3 010.9 m深度段富有機(jī)質(zhì)層狀泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖段,其游離油總量尤其是輕烴校正后游離油S1-1含量較之基本相近或相等,并且油飽和指數(shù)(OSI)均在100 mg/g以上,平均達(dá)184 mg/g(n=20),具備頁(yè)巖油高產(chǎn)的良好物質(zhì)基礎(chǔ)。同時(shí),盡管該層段的埋藏深度相對(duì)最淺,熱成熟度相對(duì)最低(Ro=0.78%),但抽提物生物標(biāo)志物成熟度參數(shù)相對(duì)更深層段樣品的結(jié)果存在倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象,顯示高成熟特征,表明該層段存在運(yùn)移油的貢獻(xiàn)[34][注]黎茂穩(wěn),李志明,蔣啟貴,等.東部斷陷盆地?zé)N源層可動(dòng)油定量評(píng)價(jià)方法[R].北京:中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院：2014,1-93.,與該層段總游離油/總含油量的占比百分率反而比下部層段更高相吻合(圖5),更有利于頁(yè)巖油的開(kāi)發(fā)。而L69井3 040.35～3 072.10 m井段富有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r段,其游離油總量和輕烴校正后游離油S1-1含量較之低2.0至3.0倍左右,并且油飽和指數(shù)(OSI)普遍小于75 mg/g,平均僅為67 mg/g(n=25),不具有頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)的潛力,這應(yīng)是在該層段內(nèi)試油未能獲得工業(yè)頁(yè)巖油油流的根本原因。L69井3 116.90～3 126.70 m井段含有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r段,雖其油飽和指數(shù)均在100 mg/g以上,平均達(dá)204 mg/g(n=8),但游離油總量和輕烴校正后游離油S1-1含量較之低2.3至3.6倍左右。因此,該層段頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)潛力會(huì)顯著降低。綜上分析,L69井2 994.10～3 010.90 m井段富有機(jī)質(zhì)層狀泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖段應(yīng)為頁(yè)巖油勘探有利層段。

圖7 沾化凹陷L69井沙三下亞段取心段束縛油S2-1與TOC關(guān)系圖解Fig.7 Diagram showing the relationship of irreducible oil S2-1 and TOC for the cored interval of the Es3L from Well L69 in Zhanhua Sag,Jiyang Depression,Bohai Bay Basin

5 結(jié)論

1) L69井3 040.35～3 072.10 m井段富有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r段,其游離油總量和輕烴校正后游離油S1-1含量較獲高產(chǎn)頁(yè)巖油油流的XYS9井沙三下亞段低2.0～3.0倍左右,并且輕烴校正后的油飽和指數(shù)(OSI)普遍小于75 mg/g,平均僅為67 mg/g(n=25),不具有頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)的潛力。游離油總量尤其輕烴校正后游離油S1-1含量不足應(yīng)是在該層段內(nèi)試油未能獲得工業(yè)頁(yè)巖油油流的根本原因。

2) L69井2 994.10～3 010.90 m井段富有機(jī)質(zhì)層狀泥質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖段,其游離油總量尤其是輕烴校正后游離油S1-1含量較獲高產(chǎn)頁(yè)巖油油流的XYS9井沙三下亞段基本相近或相等,并且油飽和指數(shù)均在100 mg/g以上,平均達(dá)184 mg/g(n=20),具備頁(yè)巖油高產(chǎn)的良好物質(zhì)基礎(chǔ)。同時(shí),微裂縫發(fā)育、具異常高壓、脆性礦物含量高,并且存在運(yùn)移油的貢獻(xiàn),更有利于頁(yè)巖油的開(kāi)發(fā)。3 116.90～3 126.70 m井段含有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r段,雖其油飽和指數(shù)均在100 mg/g以上,平均達(dá)204 mg/g(n=8),但游離油總量和輕烴校正后游離油S1-1含量較低,頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)潛力有限。因此,L69井埋深2 994.10～3 010.90 m層段應(yīng)為頁(yè)巖油勘探的有利層段。