宋巖，羅群，姜振學(xué)，楊威，劉冬冬

（1.中國石油大學(xué)（北京）非常規(guī)油氣科學(xué)技術(shù)研究院，北京 102249；2 中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249）

0 引言

致密油指賦存于致密儲集層中的非常規(guī)石油資源，是烴源巖處于生油窗，源-儲互層或緊鄰，儲集層致密，覆壓基質(zhì)滲透率不大于0.1×10-3μm2（空氣滲透率小于1×10-3μm2），單井無自然產(chǎn)能或自然產(chǎn)能低于商業(yè)石油產(chǎn)量下限，但在一定經(jīng)濟條件和技術(shù)措施下可獲得商業(yè)石油產(chǎn)量[1]。中國具有豐富的致密油資源，地質(zhì)資源量達178.20×108t[1]。其中，中西部的鄂爾多斯、四川、準噶爾、柴達木和酒泉等盆地的致密油資源占整個中國致密油資源的74%[2-3]。研究中西部致密油聚集機制、富集主控因素，對中國致密油的高效勘探與開發(fā)具有重要的理論意義與現(xiàn)實價值。

針對中西部致密油富集機理與主控因素，國內(nèi)外許多學(xué)者進行了深入的探討，歸結(jié)起來有以下認識，一是源儲配置關(guān)系，認為源儲配置是致密油形成與富集的基礎(chǔ)因素[4-9]；二是源儲壓差，強調(diào)持續(xù)強大源儲壓差是油氣充注、富集的動力來源[10-14]；三是源、儲品質(zhì)及其規(guī)模，明確了致密油富集程度的規(guī)模與源、儲品質(zhì)及其規(guī)模關(guān)系密切[15-17]；四是天然裂縫，主要是構(gòu)造裂縫，明確了構(gòu)造縫不僅是致密油運聚的主要通道，也是致密油富集的重要空間[18-19]。也有不少學(xué)者認為，致密油富集是多重因素共同控制的結(jié)果，如王文廣等、汪少勇等建立的致密油“源控”、“儲控”和“帶控”3帶聯(lián)合控富模式[20-21]；另外，儲集層厚度、壓力系數(shù)、天然氣產(chǎn)量共同影響致密油的富集[22-26]。在致密油富集機制方面，許多學(xué)者認為，致密儲集層窄小的孔喉決定石油流動以非浮力驅(qū)動、非達西流和擴散流為主要流動方式[27-44]。

針對致密油充注機理及其控制因素尚不清楚、中部大型淡水湖碎屑巖致密油和西部小型咸化湖混積巖致密油聚集規(guī)律和差異富集模式尚不明確等問題，采用物理模擬實驗，結(jié)合典型實例剖析，進行綜合分析，得到以下結(jié)論與認識。

1 基本地質(zhì)情況

中國有松遼、渤海灣、四川等 9個發(fā)現(xiàn)致密油的盆地，其中中西部就有7個（見圖1），其中，鄂爾多斯盆地三疊系延長組 6段—8段表現(xiàn)為典型的淡水湖致密油特征，準噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組和酒泉盆地青西凹陷下白堊統(tǒng)下溝組表現(xiàn)為典型的咸水湖致密油特征。

圖1 中國中西部致密油分布區(qū)

1.1 鄂爾多斯盆地中南凹陷三疊系延長組

鄂爾多斯盆地位于中國中部，面積約25×104km2，基底形成于早太古代至晚太古代，整體經(jīng)歷了多期次構(gòu)造升降與坳陷遷移，為構(gòu)造相對簡單的大型穩(wěn)定坳陷盆地，中南凹陷延長組縱向裂縫發(fā)育，是中南凹陷形成后接受的第1套淡水沉積的生-儲油巖系，烴源巖主要分布于延長組9段和7段（簡稱“長9段”和“長7段”），主要由暗色泥巖、油頁巖、炭質(zhì)泥巖等構(gòu)成，其中長 7段沉積時期是湖盆發(fā)育鼎盛期，深湖相暗色泥頁巖和油頁巖是最主要的烴源層；致密油主要發(fā)育于延長組6段—8段下部半深湖—深湖相帶的重力流、三角洲前緣末端沉積地層致密儲集層中，其中長 7段的長71—長72亞段、長8段的長81亞段、長6段的長64和長63亞段致密砂巖儲集層緊鄰長7段優(yōu)質(zhì)烴源巖，油源條件好、源儲分明且源儲共生，是致密油富集的主要層位。

1.2 準噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組

吉木薩爾凹陷位于準噶爾盆地東部隆起西南，面積為1 278 km2，為擠壓型凹陷。二疊系的蘆草溝組在整個凹陷內(nèi)均有分布，平均厚度約200～350 m，總體表現(xiàn)為咸化的濱淺湖—（半）深湖背景下的三角洲前緣、灘壩、云砂壩沉積特征；構(gòu)造表現(xiàn)為一東高西低的平緩西傾單斜，斷裂稀少但層理與層理縫發(fā)育。蘆草溝組是凹陷主力烴源層，烴源巖厚度大于200 m的地區(qū)面積達806 km2，主要以深灰色泥巖、灰黑色泥巖、白云質(zhì)泥巖為主。蘆草溝組自下而上劃分為蘆草溝組一段（P2l1）和二段（P2l2）兩套咸化湖混積巖致密油源儲組合，以源儲一體為特征。致密油富集在蘆草溝組上、下兩個甜點體中，上甜點體蘆二段二亞段（P2l22）厚度為13.3～43.0 m，平均值為33 m，巖性以灰色砂屑云巖、長石巖屑粉細砂巖、云屑砂巖為主，夾有灰色泥巖、白云質(zhì)泥巖，主要發(fā)育在凹陷東斜坡處；下甜點體蘆一段二亞段（P2l12）厚度為17.5～67.5 m，平均值為42.8 m，巖性主要為灰色（含）白云質(zhì)粉砂巖，夾有灰色泥巖，或者灰色（含）白云質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與灰色泥巖互層，全凹陷均有發(fā)育。

1.3 酒泉盆地青西凹陷下白堊統(tǒng)下溝組

青西凹陷位于酒泉盆地酒西坳陷西部，面積約為170 km2，為強烈擠壓型凹陷。下白堊統(tǒng)沉積主要受控凹斷層控制，沉積巖最大厚度為7 000 m，以從淡水沉積到咸化沉積背景下的濱淺湖扇三角洲碎屑巖相-（半）深湖白云質(zhì)巖混積巖相為主要沉積特征。致密油分布于凹陷中心的柳溝莊裂縫型油田周邊，縱向上主要富集在下溝組的泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)泥巖及白云巖等混積致密儲集層中，埋深為3 700～4 610 m?下溝組也是凹陷主力烴源層，主要為富有機質(zhì)的泥頁巖、白云質(zhì)泥巖，有機碳含量為1.41%～3.54%，Ro值為0.8%～1.2%，它們與泥質(zhì)白云巖、白云巖等致密儲集層組合在一起，源儲界線不清，整體具有源儲一體的特點，層理縫與構(gòu)造縫均發(fā)育，油氣顯示段長達500 m。致密儲集層基質(zhì)孔隙類型包括次生孔和微孔縫，孔隙度為2%～6%，平均值為 3.89%，滲透率為（0.63～66.40）×10-3μm2，平均值為 1.94×10-3μm2。

2 致密油的富集過程與機制

致密油富集過程與富集機制包括致密油充注的動力、充注通道、聚集方式及致密油在其中的流動狀態(tài)等。致密儲集層以納米孔-縫為輸導(dǎo)聚集空間的特點決定了其不同于常規(guī)油的富集過程與機制，而模擬實驗無疑是揭示致密油充注富集過程與機理的重要途徑。

2.1 致密油充注過程實驗研究

2.1.1 石油充注的啟動壓力和階梯狀充注過程

2.1.1.1 實驗裝置與樣品

采用中國石油勘探開發(fā)研究院自主研制的巖心夾持器石油充注物理模擬實驗裝置，實驗樣品取自青西凹陷下溝組（K1g）典型井泥云巖巖心，其儲集層物性參數(shù)和實驗結(jié)果如表1。

表1 巖心物理模擬實驗樣品基本參數(shù)

通過注入泵將模擬油充注入巖心夾持器的巖心樣品，統(tǒng)計分析壓力與通過巖心樣品的模擬油流量數(shù)據(jù)等。

2.1.1.2 實驗結(jié)果分析

致密油的充注是致密油富集的必經(jīng)過程，與巖性有一定的關(guān)系，但作為致密儲集層，不同巖性致密油充注過程和特征有一定的共性。盡管實驗樣品有限，下面的實驗基本可以代表致密油的一般充注特征。圖2是用模擬油對1、2、3、4號巖心進行充注模擬實驗獲得的注入量（流量）隨充注壓力的變化曲線，反映了模擬油的注入量及其變化與充注壓力（相當(dāng)于壓差）的關(guān)系。

圖2 4塊真實巖心進行模擬油充注物理模擬實驗中流量隨充注壓力的變化曲線

啟動壓力指促使致密油從烴源巖開始進入致密儲集層并流動所需要的最小壓力。實驗室條件下，需要一定的初始充注壓力即啟動壓力，致密油才能突然大量進入致密儲集層，并在儲集層中流動。圖2顯示的4個樣品，在充注壓力增加到0.5 MPa時，流量增突增。如4號樣品，充注壓力小于0.5 MPa，充注進入樣品的石油非常少，不足0.005 mL/s，壓力達到0.5 MPa后，充注進入樣品的石油陡然增加，充注壓力從 0.5～0.7 MPa，充注進入樣品的石油流量從不到0.005 mL/s突然猛增到0.038 mL/s。2、3號樣品的流量變化也有這個趨勢，反映了只有在一定的源儲壓差（即充注壓力）下，石油才能大量進入到致密儲集層中，即充注壓力越大，致密儲集層中的流量越高，均呈快慢交替、現(xiàn)階梯狀增長的趨勢，且均表現(xiàn)為緩-陡-緩三段式階梯增長特征。且物性（滲透率）越好（從1號到4號），石油富集需要的充注壓力越小，隨著壓力增大，充注進入致密儲集層石油越富集。

2.1.2 致密油面狀充注富集

2.1.2.1 實驗?zāi)Ｐ团c實驗過程

實驗裝置為一個從下部的多個充注孔向其上的源、儲集層充注石油的尺寸為72 cm×3 cm×6 cm的有機玻璃缸（見圖3a），位于上部的是長72 cm、寬3 cm和高3 cm的部分，放入70目（粒徑0.212 mm，粒度中值為0.185 mm）的玻璃珠，用來模擬相對高孔滲的儲集層段（常規(guī)儲集層）；中間部分也是長72 cm、寬3 cm和高3 cm，放入粒度中值為0.125 mm的玻璃珠，用來模擬致密儲集層，最下部是一系列向上充注石油的注入口（充注孔），用來模擬烴源巖向上面狀充注致密儲集層的排烴過程。模擬油采用染成紅色的煤油（加入油溶紅），其黏度約為 2.24 mPa·s。模擬實驗在中國石油勘探開發(fā)研究院油氣成藏物理模擬實驗室進行，采用烴源巖面狀排烴整體進入儲集層運移的物理模擬實驗裝置。通過油泵增加壓力，產(chǎn)生注油口與致密儲集層的壓力差，從下部注油管通過多個注油口均勻向致密儲集層充注石油，仔細觀察紅色模擬油運聚狀態(tài)、運移方向、形式、含油飽和度（顏色）的變化，記錄和拍攝關(guān)鍵時間點的實驗現(xiàn)象并進行分析。圖 3a是從實驗開始到37，43，47，…，1 060 min，持續(xù)充注和停止充注下的實驗現(xiàn)象的照片，這些關(guān)鍵時間的石油運移、聚集、散失現(xiàn)象和過程解釋見圖3b。

圖3 致密油充注與富集模擬實驗過程及其地質(zhì)解釋圖

2.1.2.2 實驗結(jié)果分析

總結(jié)以上實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果，可得出以下認識：①致密油大面積充注運移是一個彌漫式短距離運移過程，石油充注強度和儲集層物性的非均質(zhì)性，決定石油的大面積短距離推進速度的差異性與從局部富集到大面積富集，再到最終散失的動態(tài)平衡。②鄰近烴源巖且早期充注的致密儲集層優(yōu)先聚集，源儲組合的直接蓋層質(zhì)量明顯影響致密油的保存結(jié)果。③致密油大面積充注具有“整體推進、彌漫式滲透、短距離運移、大面積聚集、局部差異富集、烴源巖排烴充注與蓋層滲漏散失的動態(tài)平衡”等特點，致密油充注、運聚的差異性、階段性和有序性特征明顯。

2.2 致密油充注富集機理

致密油充注富集需要啟動壓力（差），隨著啟動壓力的增大進入致密儲集層的流體飽和度（富集程度）呈現(xiàn)階梯狀增長的趨勢，筆者對其機理進行分析。

可以把前面實驗的地質(zhì)含義，描述為在一個致密油源儲組合系統(tǒng)中，成熟烴源巖生成的石油，在源儲壓差的驅(qū)動下，通過源儲之間的縫-孔-喉輸導(dǎo)系統(tǒng)向致密儲集層的儲集空間充注運移，并最終在致密儲集層的孔隙空間中聚集和富集的過程。其地質(zhì)模型可表示為圖4。下側(cè)的黑色方框表示成熟烴源巖，上邊的方格代表致密儲集層，紅色部分代表在壓差?p作用下，從烴源巖排出并進入致密儲集層的石油。

圖4 致密油在源儲壓差驅(qū)動下充注致密儲集層的地質(zhì)模型

研究表明[27]，油驅(qū)水致密油運聚過程模擬得到的致密儲集層含油飽和度計算公式為：

由此可知，致密儲集層（巖心）含油飽和度與黏度、滲透率、壓力差呈函數(shù)關(guān)系。即致密儲集層（巖心）的含油飽和度與石油黏度、致密儲集層的滲透率和源儲壓差有關(guān)。在某一具體致密油運聚系統(tǒng)中（μ、K一定的情況下），致密儲集層的含油飽和度只與源儲壓差有關(guān)，且呈正相關(guān)。壓力差越大，含油飽和度越高，致密油越富集。

致密油充注富集是在孔隙結(jié)構(gòu)中進行，因孔隙結(jié)構(gòu)的不同尺度層次性而呈現(xiàn)階梯狀充注、大面積短距離整體推進與局部富集并行的運聚方式。圖5a是實驗一樣品 4在不同充注壓力下含油飽和度與充注時間關(guān)系圖，致密油充注過程表現(xiàn)為飽和度隨著充注壓差增大和充注時間的增長呈現(xiàn)階梯狀增長，說明致密油的充注受致密儲集層孔隙結(jié)構(gòu)的控制，啟動壓力表示石油第 1次大量進入致密儲集層的最低壓力下限，對應(yīng)致密儲集層最大孔隙直徑（dmax），當(dāng)注入最大孔隙結(jié)構(gòu)的石油飽和后，石油將向下一個尺度更小的孔隙結(jié)構(gòu)（dmid）充注，由于孔喉變小，毛細管壓力（阻）增大，石油不能進入致密儲集層，只有增大源儲壓差且增大到突破這個尺度的孔隙結(jié)構(gòu)的毛細管力，如1.5～7.0 MPa，石油才能注入這個尺度的孔隙空間直到將這個檔次的孔隙空間飽和，如果繼續(xù)向更小的孔隙結(jié)構(gòu)（dmin）充注，這需要更大的壓力突破這個尺度的孔隙結(jié)構(gòu)的毛細管力，如8.0～20.0 MPa，直到把這個尺度的孔隙空間全部飽和，最終導(dǎo)致致密油充注過程的階梯狀增長規(guī)律（見圖5b）。盡管在局部上，致密油充注是隨著充注壓力的增加從大孔隙至小孔隙依次充注，但宏觀上還是整體上推進。

圖5 樣品4致密油充注呈現(xiàn)階梯狀增長機制解釋示意圖

綜上所述，致密油充注富集總體具有“啟動壓力啟動、壓差推進、階梯狀充注、非均勻大面積彌漫式整體運移、連續(xù)有序的差異性富集”機理。儲集層致密導(dǎo)致啟動壓力存在，孔隙結(jié)構(gòu)的多尺度層次性是致密油階梯式充注的根本原因，同一尺度范圍內(nèi)儲集層物性的漸變特征決定了致密油整體彌漫式推進。

3 致密油富集主控因素

3.1 廣覆式高生烴強度源巖

廣覆式高生烴強度的源巖是致密油富集基礎(chǔ)，無論是大型淡水凹陷型碎屑巖湖盆還是小型咸化湖混積巖凹陷，大面積廣泛連續(xù)分布的成熟優(yōu)質(zhì)烴源巖是致密油富集的首要條件。

鄂爾多斯盆地中南凹陷長7段烴源巖是長6、長7和長8段致密油富集的主要烴源巖，長7段有效烴源巖（暗色泥巖和油頁巖）在鄂爾多斯盆地中南部大面積連續(xù)分布，面積超過8.5×104km2，烴源巖厚度為50～110 m，泥巖TOC主峰值為5%～10%，平均值為3.75%；油頁巖TOC平均值為13.81%，生烴強度大于400×104t/km2的有利生烴區(qū)達3.0×104km2以上[11]。

酒泉盆地青西凹陷面積約170 km2，主力烴源巖下溝組有機質(zhì)類型以Ⅰ2型和Ⅱ型為主，大面積連續(xù)分布于半深湖區(qū)，面積達91 km2，TOC值主要集中在0.5%～2.5%，最高超過4%，由于形成于咸化環(huán)境，烴轉(zhuǎn)化率高，烴源層處于超壓環(huán)境，壓力系數(shù)為1.36以上，因此具有很強的生烴、排烴能力[10]。

與青西凹陷類似，吉木薩爾凹陷蘆草溝組烴源巖在凹陷大面積分布，厚度大于200 m的地區(qū)面積達806 km2，TOC值平均值為5.16%，干酪根類型以Ⅱ1為主，Ro值為0.6%～1.7%，平均生烴強度高達8.5×106t/km2,上甜點壓力系數(shù)為 1.27，屬于異常高壓，具有較高的充注動力[12]。

以上 3個地區(qū)致密油富集程度均高，都得益于廣覆式高生烴強度的烴源巖。廣覆式優(yōu)質(zhì)烴源巖提供油源的體量大，高生烴強度反映源儲壓力大，石油充注到致密儲集層的充注壓力高。統(tǒng)計表明，無論是鄂爾多斯盆地長 7段、四川盆地大安寨段，還是吉木薩爾蘆草溝組，致密油高產(chǎn)井基本都為生烴強度大于 3.0×106t/km2的范圍以內(nèi)。因此，廣覆式高生烴強度的源巖一方面為致密油的富集提供了足夠的油源，另一方面也提供了足夠的充注、運聚動力，促使烴源巖生排出的石油在致密儲集層甜點中的高度富集。

3.2 源儲組合是致密油富集的基本單元

3.2.1 源儲組合與致密油聚集單元

3.2.1.1 源儲組合

源儲組合指具有明確油氣供、聚關(guān)系的一套或多套烴源巖與某一套儲集巖，在空間上緊鄰或相鄰而組成的一組地層單元。

依據(jù)中西部致密油盆地?zé)N源和儲集層的空間匹配關(guān)系，可概括為下源上儲、上源下儲、三明治、源儲一體和薄互層5種源儲組合類型。其中前4者常常見于淡水湖致密油聚集單元中，源儲一體主要發(fā)育于咸化湖致密油聚集單元中。

①下源上儲型組合（A）。烴源巖位于儲集層之下、兩者大面積緊密接觸的組合類型，典型例子是鄂爾多斯盆地長64亞段致密油所在的源儲組合類型，其中長7段為烴源巖，其上覆的長64亞段為儲集層。

②上源下儲型組合（B）。烴源巖位于儲集層之上，兩者大面積緊密接觸的組合類型，典型例子是鄂爾多斯盆地長81亞段致密油所在的源儲組合類型，長73亞段為烴源巖，其下伏的長81亞段為儲集層。由于上覆的烴源巖又起到封蓋的作用，這類組合往往具有較好的含油性。

③三明治型組合（C）。儲集層上覆地層和下伏地層均為烴源巖組成的三者大面積緊密接觸的源儲組合類型，典型例子是鄂爾多斯盆地長 7段致密油所在的源儲組合類型，其中長7段富有機質(zhì)泥頁巖為烴源巖，分布于長 7段烴源巖之中的致密碎屑巖為儲集層。由于是上、下雙向供油，三明治組合的含油性往往很好。

④薄互層型組合（E）。薄互層型指薄層（厚度通常小于1 m）烴源巖與薄層儲集層縱向上交互疊置形成的一種源儲組合類型，通常出現(xiàn)在淡水湖盆的斜坡源儲過渡帶，是頻繁的水進水退的沉積結(jié)果。由于遠離沉積中心，烴源巖厚度小且品質(zhì)差，儲集層又薄，因此，薄互層型組合的含油性往往較差。

⑤源儲一體型組合（D）。烴源巖與儲集層混雜在一起，既是烴源巖又是儲集層的源儲難以區(qū)分的一類源儲組合，通常發(fā)育于咸化湖沉積中心及周邊，由泥頁巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖等碎屑巖和白云質(zhì)巖、灰質(zhì)巖等碳酸鹽巖混合形成的細?；旆e巖。這類組合由于位于富有機質(zhì)的沉積中心，碳酸鹽巖的溶蝕作用和裂縫作用均發(fā)育，因此往往具有很好的含油性，最典型的例子是吉木薩爾凹陷蘆草溝組上下甜點層段。

3.2.1.2 致密油聚集單元

與常規(guī)油氣藏通常用圈閉來表征其聚集空間和聚集單元不同，包括致密油在內(nèi)的非常規(guī)油氣聚集沒有圈閉的概念，而源儲組合是表征致密油聚集特征的基本單元。源儲組合聚集單元可定義為，以某一致密儲集層為石油聚集的目的層，一套或多套與之有油氣成因聯(lián)系的烴源巖與該儲集層構(gòu)成的空間組合單元，烴源巖供油、儲集層聚油，相對獨立。

依據(jù)源儲組合聚集單元的概念，一套源儲組合就是一個相對獨立的致密油聚集單元，它決定了該套致密油富集范圍和富集程度。一個致密油盆地往往發(fā)育多套、多種源儲組合，對應(yīng)形成多個致密油聚集單元。

3.2.2 優(yōu)勢源儲組合

優(yōu)勢源儲組合有利于致密油富集。理論研究與實驗?zāi)M證實[27]，淡水湖的三明治和上源下儲、咸化湖的源儲一體含油性好，是最常見的3類優(yōu)勢源儲組合。實際鉆探也證實了優(yōu)勢源儲組合控制著致密油富集程度。

淡水湖碎屑巖致密油沉積系統(tǒng)中，源、儲分明，發(fā)育三明治、上源下儲、下源上儲和薄互層 4類源儲組合，其中三明治和上源下儲兩種類型的源儲組合往往獲得商業(yè)油流，而下源上儲和薄互層多為低產(chǎn)或無油氣顯示。鄂爾多斯盆地延長探區(qū)鐵34—勝1—樓22井連井剖面顯示，油頁巖為優(yōu)質(zhì)烴源巖，與油頁巖構(gòu)成的多種源儲組合的致密油聚集單元中，三明治源儲組合、上源下儲源儲組合獲得商業(yè)油流，鐵34井在長7段內(nèi)部揭示兩套三明治源儲組合，上套組合中獲得日產(chǎn) 2.97 t油流，下套三明治組合中揭示大套油層；樓22井在長7段源、長8段儲的上源下儲組合中獲得日產(chǎn)3.1 t油流；下源上儲等源儲組合含油性較差。

咸化湖主要發(fā)育混積巖致密油，源儲一體是最主要的源儲組類型，含油性往往很好。吉木薩爾凹陷致密油最富集的上、下甜點段，由既是烴源巖、又是儲集層的泥頁巖、粉砂質(zhì)泥巖、砂屑白云巖、白云質(zhì)砂巖、微晶灰?guī)r以及長石巖屑粉細砂巖混合而成，是典型的源儲一體組合；青西凹陷下溝組，源儲一體特征顯著，除了發(fā)育源儲一體組合外，也存在下源上儲、上源下儲、三明治、薄互層4類源儲組合類型，通過統(tǒng)計柳4井、柳106井等20余口井鉆遇下溝組出油率和中高產(chǎn)率與源儲組合關(guān)系分析，源儲一體的出油率和中高產(chǎn)率分別是43%和26%，三明治的鉆探出油率和中高產(chǎn)率分別是 19%和12%，上源下儲的鉆探出油率和中高產(chǎn)率分別是13%和8%，薄互層的鉆探出油率和中高產(chǎn)率分別是19%和5%，下源上儲的鉆探出油率和中高產(chǎn)率分別是7%和3%，表明源儲一體、三明治、上源下儲3類源儲組合產(chǎn)油量相對高，其他兩類產(chǎn)量相對低。

綜上所述，不同類型源儲組合具有不同的致密油富集程度，優(yōu)勢源儲組合，即石油充注程度高的源儲組合，是三明治、源儲一體、上源下儲組合等。

3.3 裂縫和層理

裂縫和層理有利于致密油的局部快速短距離運移，模擬實驗證實了這個認識。

3.3.1 實驗過程與參數(shù)

致密油聚集單元是近源或鄰源形成的石油聚集單元，油源與聚集單元之間須有短距離的充注輸導(dǎo)系統(tǒng)，除了孔隙-孔喉輸導(dǎo)系統(tǒng)外，裂縫（主要是構(gòu)造縫與層理縫）和層理也是重要的充注輸導(dǎo)系統(tǒng)（見圖6）。

實驗是在一個相對封閉的砂箱裝置中進行（見圖6d），縱橫裂縫分別代表高角度構(gòu)造縫和近水平的層理縫（包括層理），用金屬網(wǎng)模擬，黑色長方形膠塑料塊模擬被充填的泄水縫，3層基質(zhì)由不同粒度的石英砂模擬，其中下層基質(zhì)粒度最大，粒徑為0.6～0.7 mm（模擬粗砂），模擬烴源巖或油層；中層為0.05～0.10 mm（模擬細砂），模擬致密儲集層；上層為0.25～0.30 mm（模擬中砂），模擬常規(guī)儲集層，下層底部內(nèi)置注油口。通過注油口自下層基質(zhì)向上充注石油，觀察實驗裝置中顏色及其深淺的變化，分析研究石油在不同粒度的置有裂縫的實驗?zāi)Ｐ椭谐渥⑴c運移特征。

3.3.2 實驗現(xiàn)象與機理解釋

采用快速充注（0.2 mL/min）與穩(wěn)定慢速充注（0.1 mL/min）兩種方式給下部基質(zhì)充注石油，觀察描述隨著時間的變化石油在實驗?zāi)Ｐ椭械倪\移和聚集特征。圖6d分別是在6，30，50，70，90，110 h的實驗現(xiàn)象及其石油充注運移趨勢的地質(zhì)解釋。通過對實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果的解釋，總結(jié)出如下認識。

①縱、橫向裂縫（與層理）是致密油沿儲集層縱橫向充注運移的優(yōu)勢通道。飽和后石油在壓差作用下，繼續(xù)向縱橫向裂縫周邊的基質(zhì)進行充注、滲透、擴散和運聚。

②壓差是驅(qū)使石油沿縱橫向裂縫運移的主要動力源，縱、橫裂縫交會區(qū)是致密油富集區(qū)。

③石油在裂縫發(fā)育致密儲集層中的運聚機理和模式為“壓差充注、石油沿縱橫向裂縫優(yōu)勢通道局部快速輸導(dǎo)、沿孔-喉網(wǎng)絡(luò)大面積彌漫式不均衡運移，在縱橫裂縫交會區(qū)集中聚集”。

3.4 縫-孔耦合控制致密油的最終富集

與常規(guī)儲集層一樣，致密儲集層的孔隙結(jié)構(gòu)與裂縫網(wǎng)絡(luò)是儲集石油的空間[15,18,32]，具有微米、納米等多尺度特性，不同尺度的孔隙和裂縫之間，存在多種組合關(guān)系；顯然，有利的孔隙與有利的裂縫的組合，即有利縫-孔的耦合，是最有利于致密油的富集的因素之一。圖6是反映的是縫-孔耦合制約致密油富集的證據(jù)，顯示了石油沿縱橫交錯的構(gòu)造縫、層理縫及其孔洞孔隙集中分布、在縱橫裂縫的交叉處石油（包括瀝青）最富集的特征，表明致密儲集層縫-孔耦合控制了致密油的富集。

圖6 反映縫孔耦合控制致密油運聚富集的野外、巖心、薄片和模擬實驗的照片

致密油生產(chǎn)中常常發(fā)現(xiàn)產(chǎn)層發(fā)育裂縫-孔隙型儲集層，如揭示酒泉盆地青西凹陷下溝組致密油產(chǎn)層的青1-2井、窿102井、柳3井，分別獲得日產(chǎn)9.72，42.56，23.77 t的高產(chǎn)油流，巖心和測井解釋均顯示，產(chǎn)層的裂縫發(fā)育，孔隙也很發(fā)育，是裂縫性致密儲集層的有利甜點。鄂爾多斯盆地延長探區(qū)橋探17井、新91井在長8段致密儲集層中獲得4.5 t/d和3.1 t/d工業(yè)油流，也與其致密儲集層良好的縫-孔耦合特征有關(guān)。

4 中西部致密油富集基本地質(zhì)條件與富集模式

4.1 中西部致密油富集基本地質(zhì)條件

致密油富集與常規(guī)油富集最根本的不同是由于致密特性導(dǎo)致的富集動力機制和輸導(dǎo)儲集效率的差異，致密油富集的動力是源儲壓差，輸導(dǎo)和儲集效率低；常規(guī)油富集的動力是浮力，輸導(dǎo)和儲集效率相對高，這些差異要求致密油富集的基本地質(zhì)條件是“四優(yōu)”，即“優(yōu)源、優(yōu)儲、優(yōu)縫和優(yōu)配”。

“優(yōu)源”即廣泛連續(xù)分布的優(yōu)質(zhì)烴源巖，能產(chǎn)生強大的生烴動力而有利于形成高的源儲壓差。鄂爾多斯盆地長 7段油頁巖和黑色泥巖、吉木薩爾蘆草溝組暗色頁巖質(zhì)、泥質(zhì)巖和碳酸鹽巖，就具備了優(yōu)源的條件?！皟?yōu)源”體現(xiàn)著“源控高壓富集”的特征，是致密油富集的物質(zhì)基礎(chǔ)。

“優(yōu)儲”即與烴源巖緊臨或近臨的大面積連續(xù)分布的大套致密層中，物性（孔隙度、滲透率）相對高、孔隙結(jié)構(gòu)相對好、脆性指數(shù)相對大的那部分儲集層，有利于提高致密油儲集效率。如鄂爾多斯盆地長 7段內(nèi)的長71、長72和長73亞段粉—細砂巖、吉木薩爾凹陷蘆草溝組上甜點中的巖屑長石粉細砂巖?！皟?yōu)儲”體現(xiàn)了“相控高孔富集”的特征，為致密油富集提供了足夠的空間。

“優(yōu)縫”即大面積適宜發(fā)育的裂縫，體現(xiàn)了“縫控優(yōu)勢運移富集”的特征，為致密油富集提供了很好的優(yōu)勢輸導(dǎo)條件。鄂爾多斯盆地長6段—長8段致密儲集層均發(fā)育縱向裂縫，青西凹陷下溝組致密儲集層縱、橫向裂縫均發(fā)育，吉木薩爾凹陷蘆草溝組上、下致密油甜點層均發(fā)育層理縫和微裂縫。值得一提的是，裂縫過度發(fā)育，也可能導(dǎo)致致密油的散失，如裂縫帶穿越了致密油聚集單元。

“優(yōu)配”即源、儲集層的有利匹配，包括優(yōu)質(zhì)源、儲集層空間位置的有利匹配和時間前后的盡量重疊，前者指有利的源儲組合類型，如三明治型、源儲一體型，后者指烴源巖的生排烴高峰期與儲集層（次生）孔隙發(fā)育期的有利的重疊?！皟?yōu)配”更是有利于提高致密油富集的輸導(dǎo)儲集效率。目前獲得富集高產(chǎn)的致密油多為三明治、源儲一體、上源下儲等有利的源儲“優(yōu)配”組合。

顯然，“四優(yōu)”條件越優(yōu)越，致密油越富集。目前投入開發(fā)的致密油聚集單元，均具備“四優(yōu)”條件，如鄂爾多斯盆地的新安邊地區(qū)、吉木薩爾凹陷的昌吉地區(qū)等致密油聚集單元。

雖然常規(guī)油富集也需要“四優(yōu)”，但由于其非致密的特性，其富集對“四優(yōu)”的要求程度遠不及致密油。

4.2 中西部致密油富集模式

中西部主要存在淡水湖盆碎屑巖致密油和咸化湖混積巖致密油兩種類型的致密油富集區(qū)，由于它們在沉積介質(zhì)、盆地（凹陷）規(guī)模、巖性巖相等方面存在較大差異，因而具有不同的致密油富集模式。

4.2.1 大型淡水湖盆碎屑巖致密油富集模式

大型淡水湖盆致密油主要分布于中部和東部地區(qū)，典型的有中部的鄂爾多斯、四川盆地和東部的松遼、渤海灣盆地中的大型凹陷。淡水湖盆致密油具有以下特征。

①沉積體系規(guī)模大和烴源巖分布面積廣。大型淡水湖盆都具有相對穩(wěn)定的構(gòu)造背景，地層平緩，并形成大面積多旋回的淺—（半）深湖背景下的三角洲前緣—前三角洲—濁積扇細粒沉積體系，為致密油的大規(guī)模富集奠定了地質(zhì)基礎(chǔ)。鄂爾多斯盆地中南凹陷從長9段到長6段沉積時期經(jīng)歷了兩個整體沉降到抬升的穩(wěn)定構(gòu)造運動，在盆地中南部形成了長 9段半深湖到長8段三角洲前緣、長7段深湖到長6段三角洲前緣的沉積演化過程，各期次半深湖—深湖面積超過（3～5）× 104km2，三角洲前緣—前三角洲—濁積扇面積也達數(shù)萬平方千米，為鄂爾多斯盆地長6段—長8段致密油的大規(guī)模富集提供優(yōu)越的地質(zhì)背景。

②發(fā)育多套優(yōu)勢源儲組合。多沉積旋回導(dǎo)致多套大面積展布成熟油頁巖及優(yōu)質(zhì)烴源巖與多套致密儲集層大面積直接緊密接觸源儲共生[3-5,7,10]，形成了多套完整優(yōu)質(zhì)的源儲組合，如鄂爾多斯盆地中南凹陷長 9段李家畔組泥質(zhì)優(yōu)質(zhì)烴源與長82亞段致密粉細砂巖儲集層構(gòu)成的下源上儲源儲組合、以長81亞段粉細砂巖致密儲集層與長 7段優(yōu)質(zhì)烴源巖形成的上源下儲源儲組合、以長 7段優(yōu)質(zhì)烴源巖與內(nèi)部粉細砂巖致密儲集層形成的三明治型源儲組合、以長7段優(yōu)質(zhì)烴源巖與長6段下部致密粉細砂巖儲集層形成的下源上儲型源儲組合，為鄂爾多斯盆地中南凹陷長6段—長8段形成大面積展布的致密油提供了良好的“四優(yōu)”富集條件。

③大面積連續(xù)聚集，規(guī)模富集。鄂爾多斯盆地中南凹陷大面積分布的長7段、長9段烴源巖在聚集期具有異常超高壓[6-8,14]，與其相臨的大面積分布的儲集層和裂縫具有源儲壓差、源縫壓差，并在裂縫與其周邊的儲集層中產(chǎn)生縫儲壓差，這些壓差是長6段—長8段大面積致密儲集層石油聚集及富集的主要動力，它們強力驅(qū)動長7段、長9段生排出的成熟石油縱向沿區(qū)域構(gòu)造裂縫、橫向沿孔-縫（層理縫與微裂縫）-喉網(wǎng)絡(luò)在長6段—長8段致密儲集層中大面積充注，包括沿孔隙系統(tǒng)大面積彌漫式運移，在裂縫網(wǎng)絡(luò)局部優(yōu)勢運移通道快速推進，最終在相對封閉的局部優(yōu)勢孔縫耦合甜點區(qū)大規(guī)模富集，形成新安邊、華池、正寧等致密油聚集單元。需要說明的是，主要產(chǎn)區(qū)的長 6段的上部長61、長62亞段，儲集層物性變好，其富集動力，除了源儲壓差外，也有部分浮力（見圖7）。

圖7 大型淡水湖盆致密油大規(guī)模富集理論模式（以鄂爾多斯盆地長6段—長8段為例）

④致密油富集區(qū)主要環(huán)繞沉積中心及其周緣展布。大型淡水湖盆碎屑巖致密油在平面上主要富集于優(yōu)質(zhì)烴源巖與三角洲前緣—前三角洲—濁積扇沉積體系的優(yōu)質(zhì)儲集層相疊置的地區(qū)，空間上與沉積中心不重疊，主要分布于沉積中心周緣，也有部分富集于沉積中心內(nèi)（濁積水道致密儲集層中），這些地區(qū)具備致密油富集的“四優(yōu)”條件，如鄂爾多斯盆地定邊、志丹、吳起、新安邊等地區(qū)的致密油分布于長7段烴源巖中心北側(cè)的三角洲前緣的水下分流河道微相中；華池、合水、正寧等致密油位于長 7段烴源巖中心南側(cè)的三角洲前緣的水下分流河道微相中，均圍繞長7段烴源巖生排烴中心分布；部分濁積砂體致密油分布于烴源中心[43-47]。

綜上所述，大型淡水湖盆致密油大規(guī)模富集基本規(guī)律可總結(jié)為“源儲共生，四優(yōu)富集，環(huán)心展布，規(guī)模連片”的致密油富集模式（見圖7）。

4.2.2 咸化湖混積巖致密油富集模式

咸化湖致密油主要分布于中國西部，典型的有準噶爾盆地的吉木薩爾凹陷、酒泉盆地的青西凹陷、三塘湖盆地的馬朗和條湖凹陷、柴達木盆地的英西凹陷。咸化湖致密油的富集與淡水湖致密油富集有很大不同，有其獨特的富集特征。

①生烴凹陷小而肥，資源豐度高。西部咸化湖致密油盆地（凹陷）面積都比較小，數(shù)百到上千平方千米，青西凹陷面積僅有170 km2，吉木薩爾凹陷面積也不過1 287 km2，但其資源豐度非常高，是典型的小而肥的富生烴凹陷，為致密油的富集奠定了雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)。主要原因是烴源巖厚度大，如吉木薩爾凹陷蘆草溝組烴源巖連續(xù)厚度超過350 m，青西凹陷下溝組烴源巖連續(xù)厚度超過500 m，彌補了面積小的缺陷；咸化的沉積介質(zhì)，提高了有機質(zhì)向烴類的轉(zhuǎn)化率[43]，增大了烴源巖的生排烴強度，青西凹陷下溝組和吉木薩爾凹陷蘆草溝組烴源巖的生烴強度平均都超過 500×104t/km2，最高達到（900～1 000）×104t/km2，埋藏深，生烴膨脹力高，異常高壓發(fā)育，導(dǎo)致充注壓力大，極有利于致密油的高強度充注和富集。

②溶蝕作用強，次生孔縫發(fā)育。咸化湖混積巖致密儲集層含有大量的灰質(zhì)巖、白云質(zhì)巖等脆性好的碳酸鹽巖，其既容易破裂形成構(gòu)造縫、層理縫等縱橫裂縫，又容易被生烴有機酸等各種酸堿介質(zhì)溶蝕，形成次生溶孔、溶縫及其構(gòu)成的溶蝕孔縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為致密油的大量運移和富集提供了輸導(dǎo)條件和富集空間。無論是青西凹陷下溝組致密油、還是吉木薩爾凹陷蘆草溝組上、下甜點致密油，儲集層的次生溶蝕孔縫都非常發(fā)育，如吉木薩爾上甜點的致密儲集層平均孔隙度達 11%，最高達 26%；青西凹陷下溝組混積巖致密儲集層裂縫密度0.2～44.7條/m，平均高達4.1條/m。

③混積巖致密儲集層發(fā)育，源儲一體。咸化湖發(fā)育碎屑巖和碳酸鹽巖混合沉積的混積巖致密儲集層，由于巖性細，且泥巖、泥質(zhì)白云（灰）巖、白云（灰）質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等過渡性巖石發(fā)育，導(dǎo)致烴源巖、儲集層也逐漸過渡，難以分開，源儲一體的特征十分顯著，這為三明治型、源儲一體型有利的源儲組合提供了良好的源儲匹配基礎(chǔ)。吉木薩爾凹陷蘆草溝組、青西凹陷下溝組致密油主要發(fā)育源儲一體型、其次是三明治型源儲組合，致密油主要富集在這兩種源儲組合的甜點中。

④優(yōu)質(zhì)源儲發(fā)育于沉積中心，致密油也富集于沉積中心。咸化湖盆氣候干旱，陸源碎屑物源供給不足，只在沉積中心發(fā)育富有機質(zhì)泥巖、粉砂巖碎屑巖與灰?guī)r或云巖等碳酸鹽巖，由沉積中心往凹陷邊緣，由于烴源巖品質(zhì)變差，又缺少相對粗粒的陸源碎屑沉積，因此，最有利于致密油富集的地方是沉積中心區(qū)域，這里是烴源巖供烴中心，又發(fā)育各種混積巖儲集層，且以源儲一體型、三明治型源儲組合為主，次生溶孔和裂縫發(fā)育，具備致密油富集的有利條件?？碧介_發(fā)表明，無論是吉木薩爾凹陷、還是青西凹陷、條湖凹陷，致密油產(chǎn)量高的井都分布于沉積中心范圍內(nèi)。

依據(jù)以上特征，咸化湖致密油的富集規(guī)律可總結(jié)為“源儲一體，四優(yōu)富集，中心分布，雖小而肥”的致密油富集模式（見圖8）。

圖8 咸化湖致密油富集模式圖（K1g1—下溝組一亞段；K1g2—下溝組二亞段；K1z1—下白堊統(tǒng)中溝組一亞段；K1z2—下白堊統(tǒng)中溝組二亞段；K1c—下白堊統(tǒng)赤金堡組）

本文主要討論碎屑巖和混積巖致密油的富集條件、主控因素及其模式，碳酸鹽巖致密油的富集也有類似的特征（如四川盆地下侏羅統(tǒng)自流井組大安寨段致密油）。

5 結(jié)論

中國中西部致密油占重要地位，主要發(fā)育大型淡水湖碎屑巖致密油和小型咸化湖混積巖致密油兩種致密油類型。

致密油充注富集總體存在“啟動壓力啟動、壓差推進、彌漫式快慢交替、階梯狀大面積充注與裂縫優(yōu)勢通道快速運移并存、優(yōu)勢縫-孔耦合富集”的富集機制，孔隙結(jié)構(gòu)的多尺度層次性是致密油階梯式充注的根本原因，縱橫裂縫提供致密油充注的快速運移通道。

廣覆式高生烴強度的源巖、優(yōu)勢源儲組合、發(fā)育的裂縫和層理以及有利的縫-孔耦合是致密油富集的主控因素。

致密油富集存在大型淡水湖碎屑巖的“源儲共生、“四優(yōu)”富集、環(huán)心展布、規(guī)模連片”和咸化湖混積巖的“源儲一體，“四優(yōu)”富集，中心分布，雖小而肥”2類致密油富集模式。

致謝：本文在寫作過程中得到中國石油勘探開發(fā)研究院公言杰、中國礦業(yè)大學(xué)孫維鳳和中國石油大學(xué)（北京）李耀華、樊春艷、姚立邈、高雄雄等人的幫助，在此表示衷心感謝！

符號注釋：

dmax——致密儲集層最大孔隙直徑，nm；dmid——孔隙直徑小于dmax的孔隙結(jié)構(gòu)的直徑，nm；dmin——孔隙直徑小于dmid的孔隙結(jié)構(gòu)的直徑，nm；K——致密儲集層（巖心）滲透率，m2；L——致密儲集層（巖心）的長度，m；p1——儲集層流體壓力，Pa；p2——烴源巖壓力，Pa；pc——毛細管力，Pa；?p——源儲壓差，Pa；S——含油飽和度，%；t——充注時間，s；μ——黏度，Pa·s；μ1——致密儲集層中的水的黏度，Pa·s；μ2——石油的黏度，Pa·s。