慕尚超，郭小波，李 鈺，李天軍，潘永帥，李曉航

(1.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710065； 2.西安石油大學(xué) 陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 西安 710065； 3.中國石油大學(xué) 油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 昌平102249)

引 言

頁巖油(源巖油)指賦存于富有機(jī)質(zhì)泥頁巖層系中的石油，需采用特殊工藝才能獲得工業(yè)產(chǎn)量，以頁巖油氣為代表的非常規(guī)油氣的勘探開發(fā)不僅延伸了中國油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域，而且時(shí)刻影響著全球的能源格局[1-3]。我國陸相頁巖油的勘探開發(fā)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，但勘探開發(fā)中仍面臨諸多挑戰(zhàn)，地質(zhì)條件與北美有差異，在頁巖油富集機(jī)理、賦存狀態(tài)、可動(dòng)性及甜點(diǎn)預(yù)測等方面亟需深入研究[4-7]。因此，泥頁巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)表征依然是頁巖油地質(zhì)研究的熱點(diǎn)內(nèi)容之一。地質(zhì)學(xué)者通常采用定性與定量相結(jié)合的方式對(duì)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。定性判斷時(shí)，常采用偏光顯微鏡、場發(fā)射掃描電鏡以及納米CT掃描等，定量測量常用的有氣體吸附法、高壓壓汞法以及核磁共振法等，均可對(duì)孔隙形態(tài)、孔徑分布等參數(shù)進(jìn)行有效測量。

國內(nèi)外主力頁巖油氣產(chǎn)層大多伴生火山灰或凝灰質(zhì)沉積物，如Bakken組、Eagle Ford組、我國東北地區(qū)松遼盆地青山口組及華南地區(qū)五峰—龍馬溪組等[8-10]。馬朗凹陷蘆草溝組發(fā)育一套富含凝灰物質(zhì)的泥頁巖，是頁巖油勘探開發(fā)的重要目的層。此外，與國內(nèi)外其他頁巖油儲(chǔ)層相比，三塘湖盆地蘆草溝組泥頁巖中黏土礦物含量很低(體積分?jǐn)?shù)在0%～ 6%)。本文針對(duì)三塘湖盆地馬朗凹陷蘆草溝組泥頁巖，通過鏡下薄片觀察和全巖礦物分析、高壓壓汞、氮?dú)馕?、核磁共振等?shí)驗(yàn)，對(duì)微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并評(píng)價(jià)其微觀含油性與可動(dòng)性，為該地區(qū)陸相頁巖油勘探提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

三塘湖盆地在新疆東北部，研究區(qū)馬朗凹陷位于三塘湖盆地中南部，介于天山和阿爾泰山之間，盆地形態(tài)以條帶狀沿北西—南東向分布。與準(zhǔn)噶爾、吐哈盆地毗鄰，屬疊合改造型盆地(圖1)[11]。盆地地層自下而上主要發(fā)育依次為石炭系—上二疊系—中上三疊系—侏羅系—下白堊系—古近系。馬朗凹陷普遍發(fā)育火山巖，蘆草溝組儲(chǔ)層巖性復(fù)雜，以泥頁巖、凝灰質(zhì)泥巖、凝灰質(zhì)白云巖和白云質(zhì)凝灰?guī)r為主，夾雜凝灰?guī)r與白云巖，主要為一套陸相細(xì)粒沉積[12-14]。截止2019年，三塘湖盆地內(nèi)90口井鉆遇蘆草溝組，均見油氣，對(duì)部分井進(jìn)行試油或試采，其中，2/3的井沒有實(shí)現(xiàn)商業(yè)油流，甚至還有多口井未見油流[12]，資源豐富卻無法開采。

圖1 三塘湖盆地區(qū)域構(gòu)造位置[11]Fig.1 Regional tectonic position of Santanghu Basin

2 儲(chǔ)層基本特征

2.1 儲(chǔ)層物性特征

本文以馬朗凹陷N122井、M702井、L1井蘆草溝組泥頁巖為研究對(duì)象，其巖樣孔隙度介于0.7%～ 18.1%，均值為4.8%，滲透率普遍小于1×10-3μm2，屬于典型的低孔-低滲儲(chǔ)層。部分樣品孔滲較高，表明其可能存在一定的裂縫。

2.2 儲(chǔ)層巖石學(xué)與礦物學(xué)特征

全巖礦物實(shí)驗(yàn)分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表1)顯示，蘆草溝組泥頁巖主要由長英質(zhì)和碳酸鹽礦物組成，黏土礦物含量極低，屬于典型碳酸鹽、火山灰物質(zhì)與陸源碎屑的混合沉積。研究區(qū)礦物體積分?jǐn)?shù)如下：石英0～66%，均值18%，長石10%～74%，均值為33%，兩者體積分?jǐn)?shù)介于17%～95%；白云石體積分?jǐn)?shù)介于2%～83%，均值為34.9%；方解石為0%～53%，均值4.5%；碳酸鹽在3%～83%，均值為39.4%；黏土介于0%～48%，均值為7.5%；黃鐵礦含量介于0～10%，均值為1.6%。研究區(qū)長石、石英多為火山玻璃脫?；纬?，巖石薄片鏡下鑒定可見，凝灰質(zhì)成分普遍發(fā)育，分選性差，脫?；饔眯纬奢^多粒狀自生石英，生物殼屑及有機(jī)碎屑混雜其中，表明火山灰沉積對(duì)泥頁巖有機(jī)質(zhì)富集具有重要作用(圖2)。

表1 研究區(qū)礦物體積分?jǐn)?shù)Tab.1 Volume fraction of minerals in the study area %

馬朗凹陷二疊系蘆草溝組泥頁巖富含火山灰物質(zhì)、碳酸鹽，巖石構(gòu)造類型多樣，塊狀構(gòu)造(圖2(a)、(b))和紋層狀構(gòu)造(圖2(c)、(d))發(fā)育。成層性較好，紋層形態(tài)多發(fā)育為平直或微波狀，層與層之間界限明顯，交錯(cuò)分布。從形成紋層的巖石類型分析，蘆草溝組主要由凝灰物質(zhì)-泥質(zhì)碎屑成分、凝灰物質(zhì)-碳酸鹽、碳酸鹽-泥質(zhì)碎屑成分等構(gòu)成紋層組合。研究區(qū)以白云巖、凝灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)凝灰?guī)r為主要巖性。

圖2 三塘湖盆地二疊系蘆草溝組泥頁巖構(gòu)造顯微特征Fig.2 Microscopic features of the mud shale in Permian Lucaogou Formation in Santonghu Basin

3 孔隙結(jié)構(gòu)特征

3.1 孔隙結(jié)構(gòu)表征方法

泥頁巖儲(chǔ)層發(fā)育微-納米級(jí)孔喉系統(tǒng)，非均質(zhì)性強(qiáng)，由于孔喉結(jié)構(gòu)表征技術(shù)的局限性，目前尚無任何一種方法可以對(duì)不同尺度級(jí)別的孔隙進(jìn)行精確表征[15-16]。由于各種方法的技術(shù)原理不同，導(dǎo)致其適用范圍也不盡相同(圖3)。本次研究中，定性觀測表征主要采用偏光顯微鏡觀測、場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀測，定量表征采用高壓壓汞、核磁共振、氮?dú)馕椒ā?/p>

圖3 非常規(guī)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)表征技術(shù)適用范圍Fig.3 Application scope of pore structure characterization technology for unconventional reservoirs

孔結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和不規(guī)則性使得難以通過歐幾里得幾何學(xué)和其他傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量表征。分形幾何學(xué)的研究對(duì)象主要為不規(guī)則幾何形態(tài)，在刻畫幾何體形態(tài)、表征儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度以及非均質(zhì)性方面有著不可忽視的作用。國內(nèi)外研究人員通過SEM技術(shù)、BET理論、壓汞實(shí)驗(yàn)和核磁共振理論對(duì)全球典型頁巖進(jìn)行了分形特征論述，認(rèn)為分形維數(shù)愈大，孔隙就愈復(fù)雜[17-19]。因此，本文采用分形模型對(duì)定量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，以期從深層次反映孔隙結(jié)構(gòu)特征。

3.2 孔隙類型

地質(zhì)學(xué)者針對(duì)孔隙類型分類提出了不少方案，比如基于儲(chǔ)層基質(zhì)把孔隙分為有機(jī)質(zhì)孔、無機(jī)孔[20]，基于孔隙的發(fā)育位置描述為粒間、粒內(nèi)和有機(jī)質(zhì)孔等[20]，但分類依據(jù)可歸納為孔隙位置、發(fā)育形態(tài)及孔隙成因等。本文參考 Loucks[20]分類方案，結(jié)合蘆草溝組泥頁巖孔隙形態(tài)，將其分為粒間-粒內(nèi)孔、晶間孔、溶蝕孔、凝灰質(zhì)脫?；?、有機(jī)質(zhì)孔及裂縫。

(1)粒間、粒內(nèi)原生孔隙

原生孔隙形成于沉積時(shí)期，儲(chǔ)層中觀察到的原生孔隙往往是經(jīng)歷破壞性成巖過程后的殘留原生孔隙。由于巖石粒度細(xì)，自然斷面或拋光后的樣品在掃描電鏡下可見孔隙普遍發(fā)育于剛性碎屑顆粒之間(圖4(a))。其中，原生粒間孔隙直徑介于0.20 ～6.0 μm，常分布于石英、長石、白云石等脆性礦物之間，形態(tài)以三角形、狹縫型、多邊形等不規(guī)則形狀產(chǎn)出。在長英質(zhì)含量較高的泥巖、凝灰質(zhì)泥巖中存在的原生孔隙，對(duì)油氣富集有一定的意義，粒內(nèi)孔隙主要發(fā)育于石英顆粒表面，氬離子拋光后，可清楚觀測到碎屑石英顆粒表面廣泛分布的粒內(nèi)孔隙(圖4(b))。

(2)晶間孔

蘆草溝組泥頁巖中觀察到的晶間孔隙主要為自生石英晶間孔隙、白云石晶間孔、黃鐵礦晶間孔隙等(圖4(c)—(e))。泥頁巖中發(fā)育一些晶形規(guī)則的自生石英顆粒，有時(shí)可以連片分布，形成較多的晶間孔隙連片，孔隙連通性提高。馬朗凹陷蘆草溝組泥頁巖受火山灰物質(zhì)影響明顯，火山灰中的玻屑經(jīng)脫?；^程形成石英，是蘆草溝組泥頁巖中微晶石英的主要來源[14]。白云石晶間孔主要在白云巖和凝灰質(zhì)白云巖中發(fā)育較多，掃描電鏡下可見白云石晶間孔主要以微納米級(jí)別為主，雖然白云石晶間孔與長英質(zhì)粒間孔孔隙半徑整體大小區(qū)別不大，但是由于白云石晶間孔發(fā)育較多，所以對(duì)總體孔隙空間貢獻(xiàn)較大。蘆草溝組泥頁巖中草莓狀黃鐵礦發(fā)育，其內(nèi)部存在大量微孔隙，在黃鐵礦聚集帶，晶間孔隙可具有良好的連通性。鏡下也可觀測到孔隙之間和晶體表面液態(tài)烴的存在，表明黃鐵礦伴生孔隙對(duì)頁巖油賦存的有效性。

(3)溶蝕孔隙

溶蝕孔隙多是由于生烴過程中產(chǎn)生的酸性流體導(dǎo)致儲(chǔ)層中不穩(wěn)定組分發(fā)生溶蝕而成。蘆草溝組次生溶蝕孔隙的形成主要受巖石總有機(jī)碳含量及不穩(wěn)定礦物含量的影響。粒間-粒內(nèi)溶孔由碎屑顆粒間或碎屑顆粒內(nèi)部的組分被溶蝕而產(chǎn)生，兩者極易混淆。掃描電鏡下可見長石、碳酸鹽礦物溶蝕形成的次生孔隙(圖4(f))。

(4)凝灰質(zhì)脫?；紫?/p>

脫?；资侵讣?xì)?；鹕轿镔|(zhì)構(gòu)成的凝灰?guī)r中玻璃質(zhì)組分發(fā)生脫玻化作用所產(chǎn)生的微孔隙，脫?；^程包括玻璃質(zhì)的一系列地球化學(xué)作用，形成另一種物質(zhì)時(shí)體積變小，以致于形成大量的微孔隙。火山灰是指粒徑小于2 mm的火山碎屑物。地質(zhì)歷史時(shí)期，火山灰也常與富有機(jī)質(zhì)沉積物相伴生。三塘湖盆地蘆草溝組泥頁巖中火山灰物質(zhì)豐富，與有機(jī)質(zhì)、碳酸鹽形成多種紋層結(jié)構(gòu)。火山灰沉積后多已蝕變，原始結(jié)構(gòu)不易識(shí)別，主要通過如自生石英晶體、尖棱或長條狀長石晶屑等殘留結(jié)構(gòu)、蝕變礦物特征判斷。由于火山灰物質(zhì)的成層分布，脫玻化孔隙可大面積分布，其數(shù)量可觀，其連通性較好，是蘆草溝組泥頁巖中重要的微觀孔隙類型(圖4(g))。

(5)有機(jī)質(zhì)孔隙

有機(jī)質(zhì)生烴殘留孔是指有機(jī)質(zhì)在生烴過程中產(chǎn)生的孔隙。此類孔隙在有機(jī)質(zhì)發(fā)育的凝灰?guī)r儲(chǔ)層中發(fā)育較多。有機(jī)質(zhì)達(dá)到成熟階段后因生烴而被消耗，體積會(huì)縮小，因而能夠產(chǎn)生一定量的有機(jī)質(zhì)孔。蘆草溝泥頁巖中多為殘留孔隙，形態(tài)多呈橢圓形和凹坑狀(圖4(h))。研究區(qū)有機(jī)孔可發(fā)育在有機(jī)質(zhì)顆粒體及礦物附近的有機(jī)質(zhì)中。蘆草溝組泥頁巖成熟度偏低，正處于生油窗范圍，干酪根上的有機(jī)質(zhì)孔隙較大，局部有一定的連片分布性，但多孤立分布，非均質(zhì)性強(qiáng)，連通性較差。同一樣品中的干酪根所經(jīng)歷的地質(zhì)作用相同，其有機(jī)孔發(fā)育情況也不同，應(yīng)該與干酪根微觀組分或結(jié)構(gòu)差異有密切關(guān)系。

(6)裂縫

據(jù)觀察巖心統(tǒng)計(jì)，儲(chǔ)層裂縫線密度接近100條/m(圖4(i)、圖5)。部分裂縫被充填，未被充填部位基本含油。掃描電鏡觀察到大量微裂縫存在，其發(fā)育程度與脆性礦物含量、巖石粒度及有機(jī)碳TOC含量有密切關(guān)系。在掃描電鏡下可見裂縫寬度及延伸長度較大，形態(tài)大小不一，呈彎曲條帶狀、不規(guī)則分布(圖4(i))。微裂縫常常沒有被充填，而那些被充填的裂縫容易受溶蝕作用而形成溶蝕縫，也是游離態(tài)頁巖油賦存與滲流的重要通道(圖5)。

圖4 蘆草溝組泥頁巖孔隙結(jié)構(gòu)特征Fig.4 Pore structure characteristics of the mud shale in Lucaogou Formation

3.3 孔隙結(jié)構(gòu)定量分析

3.3.1 高壓壓汞曲線特征

壓汞曲線在反映樣品孔喉的發(fā)育情況及其連通性方面頗有效果。研究區(qū)蘆草溝組泥頁巖的孔喉分布(圖6)顯示，孔喉半徑主要介于0.004～0.040 μm，呈雙峰態(tài)分布，峰值位于0.001～0.010 μm和0.040 μm，屬微小孔喉，孔隙連通性較差。實(shí)驗(yàn)樣品毛細(xì)管壓力進(jìn)汞曲線(圖7)平緩，分選系數(shù)較小，整體介于0.636～1.282，均值為1.120，表明分選程度較好；歪度介于-0.566～-0.314，均值為-0.405，屬于細(xì)歪度。最大進(jìn)汞飽和度介于86.25%～95.87%，退汞效率介于20.22%～93.55%，均值為73.64%，各樣品之間差異較大，如19號(hào)樣品，進(jìn)、退汞曲線趨于重合，退汞效率93.55%，表明樣品孔隙發(fā)育一定數(shù)量的納米孔，致使侵入性流體汞并沒有完全進(jìn)入孔隙結(jié)構(gòu)中，21號(hào)樣品進(jìn)、退汞曲線差異較大，退汞效率僅20.22%，表明孔喉細(xì)小，導(dǎo)致大量的汞殘余在孔隙中，滲流能力不足。

圖6 蘆草溝組巖樣孔喉分布Fig.6 Pore throat distributions of rock sample from Lucaogou Formation

圖7 蘆草溝組樣品壓汞曲線特征Fig.7 Mercury injection curve characteristics of samples from Lucaogou Formation

3.3.2 N2吸附法分析

依照IUPAC的標(biāo)準(zhǔn)，N2吸附曲線可分為6種吸附形態(tài)，N2回滯環(huán)劃分為H1—H4(圖8)這4種[21]。根據(jù)各樣品吸附-脫附曲線可以看出，吸附曲線整體下凹，在形態(tài)上存在一定差異，但總體類似反“S”形，這主要是孔隙內(nèi)部分子之間的影響力大于巖樣孔隙與N2分子之間的相互影響力造成的。不難發(fā)現(xiàn)本次實(shí)驗(yàn)氮?dú)馕交鼐€可分為3類：

圖8 IUPAC標(biāo)準(zhǔn)分類及孔隙形態(tài)Fig.8 Classification of isotherm,adsorption return line and pore type

第一類與H2形態(tài)類似(圖9(a))。當(dāng)相對(duì)壓力(p/p0)<0.4時(shí)，吸附曲線與脫附曲線近乎重疊，表明具有微小孔徑的孔隙多為半封閉孔隙，當(dāng)p/p0≈0.45，顯露出吸附回線，而后隨p/p0變大，吸附曲線平緩上升，對(duì)應(yīng)較大孔徑孔隙多為開放孔，當(dāng)p/p0≈0.9，吸附量驟然上升，曲線形態(tài)變陡，顯露出下凹狀，較其他巖樣，下凹尺度不大。而后隨p/p0降低，N2開始脫附，當(dāng)p/p0>5，吸附量穩(wěn)定下降；當(dāng)p/p0處于0.4～0.5時(shí)，脫附曲線顯露明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，脫附量迅速下降，而后漸漸穩(wěn)定，表明該類巖樣孔隙形態(tài)多為墨水瓶狀孔隙。

第二類與H4形態(tài)類似(圖9(b))，這種形態(tài)的巖樣吸附量不大，表明N2吸附作用較弱，從總體的來看，吸-脫附曲線趨于重疊，當(dāng)p/p0≈0.9，吸附、脫附曲線均出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，迅速變化。此種形態(tài)曲線特征說明該樣品孔隙類型多為狹小的孔縫狀。

第三類與H3形態(tài)類似(圖9(c))，p/p0稍高時(shí)(p/p0>0.9)吸附曲線迅速升高，明顯顯露下凹形態(tài)，在p/p0≈1時(shí)，曲線幾乎垂直于橫軸，但吸附飽和現(xiàn)象依舊未曾顯現(xiàn)，說明巖樣毛細(xì)孔在吸附作用中出現(xiàn)凝聚現(xiàn)象。而后，p/p0減少，脫附量迅速減少，脫附曲線沒有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。此類曲線特征說明該樣品孔隙形態(tài)多為片狀顆粒組成的類似平板孔[22]。

圖9 蘆草溝組泥頁巖樣品氮?dú)馕?脫附曲線Fig.9 Nitrogen adsorption-desorption curves of mud shale samples from Lucaogou Formation

3.4 分形維數(shù)分析

3.4.1 管束狀分形模型

毛管壓力計(jì)算式為[23]：

(1)

式中：pc為毛細(xì)管壓力，MPa；σ為汞與空氣的界面張力，σ=480 mN/m；θ為汞與巖石的潤濕角，θ=140°；r為孔隙半徑，μm。

汞飽和度

(2)

式中：SHg為汞飽和度；VHg為Hg體積；Vp為整個(gè)巖心樣品的孔隙體積。

SHg=αpc-(2-D)。

(3)

式(3)兩邊取對(duì)數(shù)可得

lg(SHg)=(D-2)lgpc+α。

(4)

式中：D為分形維數(shù)，lgα為常數(shù)。通過繪制汞壓力pc與汞飽和度SHg雙對(duì)數(shù)圖可以計(jì)算管束狀分形維數(shù)。

3.4.2 分形維數(shù)計(jì)算和分析

繪制lg(SHg)和 lgpc交會(huì)圖，分形曲線具有明顯的多重性特征(圖10)，說明孔喉結(jié)構(gòu)具有多重性，以50 nm作為分界點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)直徑大于50 nm孔喉部分和4～50 nm小孔喉部分。大于50 nm的孔喉分形維數(shù)在2.178 5～2.250 7，均值為2.227 6，相關(guān)系數(shù)最大值為0.929 6；4～50 nm 微小孔喉分形維數(shù)在2.728 8～3.237 6，均值為2.896 8，相關(guān)系數(shù)最大值為0.999 8(表2)。大于50 nm孔喉的分形維數(shù)較為集中，表明該巖樣孔喉結(jié)構(gòu)差異不大，具有一定的相似性。部分樣品的分形維數(shù)大于3.0，這可能是壓汞實(shí)驗(yàn)中壓力過大導(dǎo)致或者存在微裂縫的原因。從結(jié)果看，顯然直徑在4～50 nm的微小孔喉的分形維數(shù)大于直徑大于50 nm孔喉的分形維數(shù)。直徑大于50 nm孔喉分形維數(shù)更接近2.0，而直徑小于50 nm 微小孔喉分形維數(shù)趨于3.0，即直徑小于50 nm的孔喉比大于50 nm的孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于提供有效滲流通道。

表2 高壓壓汞分形擬合方程及分形維數(shù)Tab.1 Fractal fitting equations and fractal dimension for high-pressure mercury injection

圖10 高壓壓汞分形曲線特征Fig.10 Characteristics of high pressure mercury injection fractal curves of samples

4 含油性

4.1 地化特征

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析顯示有機(jī)碳TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布在0.18%～21.3%，TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)>4%的樣品約占總樣品的50%(圖11)，蘆草溝組泥頁巖Ro介于0.5%～1.1%，正處于生油窗范圍，成熟度差異不大，有機(jī)質(zhì)類型以I型和Ⅱ1型為主(圖12)，蘆草溝組泥頁巖有機(jī)碳TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)與S1呈弱正相關(guān)性(圖13)，當(dāng)S1不再隨 TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而發(fā)生較大變化時(shí)，表明部分樣品中發(fā)生了油氣初次運(yùn)移，

圖11 TOC分布直方圖Fig.11 TOC frequency distribution histogram

圖12 Tmax-IH關(guān)系Fig.12 Relationship between IH and Tmax

圖13 TOC與S1的關(guān)系Fig.13 Relationship between S1 and TOC

且含油達(dá)到飽和，此時(shí)頁巖的含油性最好，對(duì)于頁巖油開發(fā)最為有利[24-25]，在TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)<3時(shí)，S1增長速度較快，TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)>3后S1穩(wěn)定。生烴潛量S1+S2介于0.02 ～186.33 mg/g。這是頁巖油達(dá)到工業(yè)產(chǎn)能的重要條件。

4.2 含油飽和度分析

三塘湖盆地二疊系蘆草溝組密閉取芯泥頁巖樣品實(shí)測含油飽和度分布范圍寬，在0.1%～84.6%間均有分布，均值為17%，含油飽和度整體較高(圖14)。統(tǒng)計(jì)分析顯示，蘆草溝組紋層狀泥頁巖含油飽和度較低，含油飽和度較高者主要為塊狀構(gòu)造的泥頁巖(圖15)。這說明泥頁巖紋層并不是蘆草溝組頁巖油富集有利沉積構(gòu)造，雖然具有較強(qiáng)的生油能力，但因?yàn)榧y層狀泥頁巖孔隙連通性復(fù)雜，限制了紋層孔隙的含油有效性。

圖14 蘆草溝組致密儲(chǔ)層含油飽和度分布Fig.14 Distribution of oil saturation of samples fromtight reservoir of Lucaogou Formation

圖15 塊狀泥頁巖與紋層狀泥頁巖含油飽和度對(duì)比Fig.15 Comparison of oil saturation distributions of massive mud shale and laminated mud shale samples

在我國其他地區(qū)頁巖油勘探開發(fā)實(shí)際中，儲(chǔ)層中紋層構(gòu)造發(fā)育的層段，往往具有良好的頁巖油產(chǎn)能，是有利目標(biāo)層段。如鄂爾多斯盆地長7段，富有機(jī)質(zhì)頁巖中多為富凝灰質(zhì)紋層、粉砂級(jí)長英質(zhì)紋層、黏土紋層、富有機(jī)質(zhì)紋層，“富有機(jī)質(zhì)+粉砂級(jí)長英質(zhì)”和“富有機(jī)質(zhì)+富凝灰質(zhì)”紋層組合是主要的頁巖油發(fā)育層系，形成紋層之間的有效“生-運(yùn)-聚”配置結(jié)構(gòu)[26-27]。渤海灣盆地孔店組二段多為紋層狀長英質(zhì)頁巖、薄層狀含灰白云質(zhì)頁巖、厚層狀含灰白云質(zhì)頁巖、紋層狀混積質(zhì)頁巖等組構(gòu)相，含油飽和度高，已經(jīng)獲得多口高產(chǎn)探井[27]。因此，三塘湖盆地蘆草溝組頁巖油勘探開發(fā)不能完全參照其他盆地的勘探經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)該依具體情況分析。

4.3 一維核磁共振分析

頁巖油以游離態(tài)、吸附態(tài)和溶解態(tài)存在于儲(chǔ)層中。對(duì)于工業(yè)開采，賦存于連通性較好孔隙或微裂縫中的游離態(tài)頁巖油才有意義。干酪根對(duì)烴類具有很強(qiáng)的吸附滯留能力，其能力遠(yuǎn)大于其他無機(jī)礦物，黏土礦物中伊利石與頁巖中烴類物質(zhì)之間的結(jié)合能力僅次于干酪根[28]。三塘湖盆地蘆草溝組泥頁巖具有貧黏土的地質(zhì)特性。雖然石英的含量較高，但石英的比表面積卻極低，石英、黏土礦物的吸附量基本可以忽略。因此，蘆草溝組泥頁巖中吸附態(tài)和溶解態(tài)烴類與干酪根密切相關(guān)。

選取泥頁巖樣品進(jìn)行洗油前、洗油后、洗油后飽和水狀態(tài)下的一維核磁共振分析。盡管有許多方法可以表征頁巖儲(chǔ)層的復(fù)雜孔隙系統(tǒng)和強(qiáng)非均質(zhì)性，但核磁共振已被認(rèn)為是一種快速，無損的方法。洗油前樣品核磁共振反映頁巖油的原始賦存狀態(tài)、空間位置；洗油后樣品反映殘留油或者可動(dòng)油(對(duì)比分析)賦存狀態(tài)、空間位置；洗油后飽和水核磁共振反映樣品所有孔隙流體和含氫固體(有機(jī)質(zhì)和結(jié)合水)核磁共振響應(yīng)的總和，即總體儲(chǔ)集空間分布特征。

一維核磁共振T2譜對(duì)比分析可知，實(shí)驗(yàn)樣品洗油前后差值整體比例介于20.0%～41.9%，代表樣品孔隙內(nèi)以游離態(tài)存在的烴類化合物及可動(dòng)流體占總信號(hào)空間的比例(表3)。以10號(hào)和14號(hào)樣品為例，10號(hào)樣品洗油前后T2信號(hào)在0.1～1.0 ms差異最大，占可動(dòng)流體總量的57.59%，而在1～100 ms，可動(dòng)流體占比為16.44%；14號(hào)樣品的弛豫時(shí)間分布差異較小，在0.01～0.10 ms,洗油前后T2信號(hào)幾乎重疊，在0.1～1.0 ms差異不明顯，占比為24.25%，洗油后樣品的弛豫時(shí)間在1～100 ms信號(hào)差異明顯，占比63.3%，表明14號(hào)中可動(dòng)流體大都集中在大孔中(對(duì)應(yīng)長弛豫時(shí)間)，滲流條件好。

表3 樣品洗油前后的信號(hào)值Tab.3 Signal values of samples before and after oil washing

結(jié)合前文所述，從洗油前后來分析，可動(dòng)流體的比例最高達(dá)41.879%。蘆草溝組泥頁巖含油性較好，表明蘆草溝組儲(chǔ)層中存在可開采的油。洗油后樣品飽和水曲線信號(hào)幅度明顯高于洗油前(圖16)，說明泥頁巖儲(chǔ)層中仍有較多孔隙未被油占據(jù)，與其含油飽和度偏低是對(duì)應(yīng)的。同時(shí)可見，飽和水后T2譜在長弛豫時(shí)間段具有明顯的信號(hào)幅度，但洗油前后信號(hào)強(qiáng)度普遍不高(圖16)。長弛豫時(shí)間反映儲(chǔ)層中大孔隙的存在，由于蘆草溝組儲(chǔ)層中黏土含量少，其代表著無機(jī)礦物孔，無機(jī)礦物對(duì)烴的吸附能力極弱，在洗油之后仍有一定的信號(hào)值，表明其仍存在一定的游離烴，同時(shí)這也從側(cè)面說明孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，以至于烴類無法流出。

圖16 巖樣核磁共振洗油前后和飽和水T2譜Fig.16 NMR T2 spectra of rock samples before and after oil washing and under saturated water

5 結(jié) 論

(1)蘆草溝組泥頁巖物質(zhì)來源多樣、組成復(fù)雜，導(dǎo)致孔隙類型多樣。微觀孔隙類型可分為粒內(nèi)-粒間原生孔隙、晶間孔(石英、白云石、黃鐵礦晶間孔)、有機(jī)質(zhì)孔、脫玻化孔、溶蝕孔以及微裂縫；儲(chǔ)集空間成因類型多樣，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

(2)巖樣總體上有喉道細(xì)小、連通性差的特點(diǎn)。孔隙形態(tài)多發(fā)育狹縫孔、片狀顆粒組成的平板孔。同時(shí)存在一定的封閉孔和墨水瓶孔。直徑小于50 nm 微小孔喉分形維數(shù)趨于3.0，比直徑大于50 nm的孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形態(tài)多樣，不利于提供有效滲流通道。

(3)蘆草溝組塊狀構(gòu)造的泥頁巖含油性較好、生烴潛力大，儲(chǔ)層中存在可動(dòng)流體的比例較高，但由于孔隙復(fù)雜，不易開采。