鄂尔多斯盆地延长组致密油特征

添加人：admin 发布时间：2017/5/3 9:04:38 来源：中国破碎机网

　　近年来，致密气、致密油、页岩油等非常规油气资源在美国、加拿大、澳大利亚等国家成功得到了商业开发，目前已在全球能源结构中占据重要地位。中国致密砂岩气、致密油、页岩油和煤层气等非常规油气资源丰富，但其勘探开发目前仍处在起步和探索阶段。鄂尔多斯盆地三叠系延长组储集层成熟度低，成岩作用强，岩石颗粒细、分选差、胶结物含量高，储集空间变化大、非均质性强，油气藏呈现出储集层致密、预测难度大、成藏机理复杂、单井产量不高等特点，是中国典型的低渗透油藏发育区。近年来，通过对碎屑岩有利沉积与成岩相、储集层致密史与成藏史关系、成藏机理及石油富集规律等方面的综合研究，取得了许多新的认识，有效地指导了鄂尔多斯盆地中生界石油的勘探开发，先后发现了西峰、姬塬、华庆等储量规模超过10X108t级的大油田。其中，致密油气资源丰富，截至目前，空气渗透率小于2x10-3pm2的致密油探明地质储量约20x108t，勘探开发潜力巨大，现已成为鄂尔多斯盆地重要的油气勘探开发领域，加强鄂尔多斯盆地致密油研究对中国致密油资源的勘探开发具有重要意义。
　　1致密油概念致密油属非常规油气资源，关于致密油的概念目前国内外尚无统一定义。近年来，美国致密油快速发展，尤以威林斯顿盆地巴肯致密油最具代表性，其主要发育在盆地坳陷部位，孔隙度一般小于10%，覆表1鄂尔多斯盆地致密油与巴肯致密油特征对比致密层位沉积页岩厚储集层岩矿成分/%.储集层物性地层压干酪根TOC/R/最高热解% %峰温/°c源储油藏环境埋深/m度/m岩石类型石英长石黏土孔隙度/%渗透率/力系数类型关系巴肯组上泥盆统一下石炭统浅海相粉砂质白云岩、白云质粉砂岩源储互层共生延长组三叠系湖相细砂岩、粉砂岩源储互层共生或紧邻注：巴肯组致密油储集层物性为地下条件，延长组致密油储集层物性为地表条件，均为平均值林森虎、景东升等将致密油定义为以吸附或游离状态赋存于富有机质且渗透率极低的暗色页岩、泥质粉砂岩或砂岩夹层系统中的自生自储、连续分布的石油聚集。页岩生成的油气除部分排出并运移至砂岩或碳酸盐岩等渗透性岩石中形成常规油气藏外，其余大量在"原地〃滞留，以游离烃和吸附烃形式赋存于纳米级孔隙或微裂缝中，形成可供商业开采的致密油（气）。
　　为适应中国非常规油气资源发展的需要，根据中国油气田的实际情况，致密油通常是指覆压基质渗透率小于0.2x10-3im2或空气渗透率小于2x10-3im2的砂岩、碳酸盐岩等油层，单井一般无自然产能，或自然产能低于工业油气流下限，但在一定经济条件和压裂、水平井、多分支井等技术措施下可以获得工业油产量。
　　2致密油分布鄂尔多斯盆地中生界延长组致密油资源丰富，在空气渗透率小于2x10-3im2的储集层中已提交探明地质储量约20x108t，其中空气渗透率小于1x10-3im2的致密储集层中石油探明地质储量超过10x108t.目前已发现10x108t级储量规模的西峰、姬塬、华庆大油田平均空气渗透率均小于2x10-3im2，属致密油。延长组致密油分布于含油系统的"核心区域〃：平面上，位于湖盆的中部，即环县一吴起一志丹一正宁一宁县一庆阳圈定的范围内（见），为中晚三叠世的沉积中心；纵向上，位于延长组的中部层位，即与油页岩互层共生或紧邻的致密砂岩储集层中，石油未经大规模长距离运移（见），主要为长6―长8油层组。其中，长8、陕北长6和华庆油田北部的长6油层组储集层主要为三角洲前缘和前三角洲沉积，以细砂岩为主，局部发育中一细砂岩；湖盆中部的长6、长7油层组主要为重力流沉积，以细砂岩、粉砂岩为主，储集层尤为致密，空气渗透率一般小于0.3X10-3im2. 3致密油储集层特征3.1砂体分布特征在湖盆中部地区，长8油层组砂体分布相对稳定，在三角洲前端呈朵状、裙状分布，厚度一般1035m.长6、长7沉积期，东北、西南、西部等物源在湖盆沉积中心深水区汇聚，砂体大面积复合连片，呈北西一南东向沿环县一合水一线大致平行于相带界线（湖盆轴向）分布（见），砂体延展约150km，宽2580km，砂地比大于30%的面积超过8局部地区砂地比甚至达80%以上，砂岩厚度大，单砂层厚度一般为540m，累计厚度一般为2580m，局部地区连续砂岩厚度达百米。
　　3.2储集层物性受沉积和成岩作用影响，砂体横向相变尖灭或复合，纵向泥质岩隔层和碳酸盐胶结致密夹层发育，造成储集层纵横向非均质性强。致密砂岩储集层岩性主要为细砂岩和粉砂岩，颗粒间主要为线接触和点-线接触，面孔率一般小于5.4%，孔隙类型一般为溶孔型或粒间孔-溶孔型，喉道细小，平均中值半径仅0.31pm.孔隙度一般为6.5%14.3%（见a）空气渗透率一长6、长7重力流沉积砂岩更为致密，平均面孔率一般2%左右，主要孔隙类型为长石和岩屑粒内溶孔、胶结物溶孔、残余粒间及填隙物微孔，平均孔径16.98im.喉道细小，恒速压汞法测定的粉细砂岩喉道半径大部分小于0.2im（见c）平均孔喉比492；常规压汞法测定的粉细砂岩喉道半径80%以上分布于0.050.20im（见d）最大连通喉道半径为0.51im，平均喉道半径0.16im.因此，该类储集层以纳米级喉道为主，主要为小孔微喉型，喉道分布不均匀，呈网状，连通性差，平均分选系数为2.92，均值系数为10.84，排驱压力2.08MPa.复杂的孔喉结构导致储集层的渗流能力差，储集层空气渗透率一般小于0.3x隅2 3.3刚性组分及天然裂缝致密砂岩储集层刚性组分的含量一般为67% 81%（其中石英平均含量为41.8%，长石平均含量为23.8%），岩屑平均含量为17.4%；Yc2井脆性矿物分析表明，致密砂岩脆性指数为39%43%（见表2）。储19721993砂质泥岩砂岩20062013砂质泥岩泥岩砂岩泥岩表2Yc2井长7油层组脆性指数评价深度/m岩性脆性指数/%泊松比杨氏模量/MPa应力/MPa集层脆性较高有利于增产改造，岩石在压裂过程中易于产生剪切破裂形成缝网系统。致密砂岩储集层中天然裂缝较发育，每10m发育天然裂缝约2.3条，主要为构造缝，以高角度缝和垂直缝为主，有一组或多组平行的裂缝，亦有多组裂缝相互切割；既有张性裂缝，也有剪切裂缝。裂缝的主要方向为近东西向，其次为北东向和近南北向。
　　3.4充注程度湖盆中部长6―长8油层组储集层致密，但石油充注程度高，地质录井显示致密砂岩储集层含油较均匀，常为油浸级含油，受原油浸染，砂岩常呈褐灰色（见a）密闭取心分析储集层含油饱和度一般可达65%85%（见b）。激光共聚焦图像显示，致密石少岩孔隙结构较复杂，孔隙、喉道具有一定连通性，L喉及裂缝中富含有机质（见c）。
　　3.5地层压力晚侏罗世一早白垩世，盆地延长组处于最大埋深，早白垩世末受燕山构造作用影响，盆地快速抬升，在抬升过程中产生了上覆地层暴露与剥蚀、地温下降等一系列变化，造成油气藏压力系统属性的转换。目前，鄂尔多斯盆地油气藏压力系数普遍较低，多分布于0.640.86，为中国典型的低压盆地。加之储集层孔隙结构复杂、渗透性差，因此试油普遍为低产或无自然产能，加大了增产和开发的难度。
　　3.6原油物性致密油原油性质较好，流动性强。地表条件下的原油密度一般为0.830.88g/cm3，地层条件下原油密凝固点在1720°C，可动流体饱和度为47.38%，流动性好，通过针对不同储集层类型开展油层改造，可获得较好的增产效果。如长6、长7致密砂岩储集层具有厚度大、结构复杂、脆性较高的特点，在压裂改造过程中，采用多级加砂、定向射孔-多缝压裂等技术，通过造多缝、优化缝长、提高储集层纵向导流能力（也可增大天然裂缝的开启程度），增加泄油体积，可达到有效动用致密油厚油层的目的。经过压裂改造，致密油直井试油产量一般为435t/d，局部相对高渗区试油产量可超过60t/d，多口水平井试油单井产量达百吨以上。
　　4致密油形成主控因素4.1烃源岩延长组长7油层组沉积期为最大湖泛期，湖盆强烈拗陷，湖水分布范围广（超过10X104km2），沉积了一套富有机质的油页岩、暗色泥岩，厚2060m区域面积达5x104km2.烃源岩有机质类型好，以低等水生生物为主，富含铁、硫、磷等生命元素，TOC值平均为13.75%，以l、lli型干酿根为主，干酿根在岩石中所占比例高，约15%35%，具备形成"干酿根网络"的条件。早白垩世处于最大埋深阶段（约3成熟度适中，尺。值一般为0.9%1.1%，进入生排烃高峰阶段。长7油页岩具有高产烃率（产油率达400kg/t）、高排烃效率（一般为55%90%）的特征，为一套优质烃源岩。此外，长4+5、长6、长9等油层组的暗色泥岩有机碳含量分别为1.67%、2.18%和5.30%，干酿根类型以1型为主（长9油层组油页岩部分干酿根为l型），也具有一定生烃能力。
　　4.2储集体在东北、西南、西北、西部、南部5大沉积物源控制下，鄂尔多斯盆地三叠系延长组三角洲发育，其中东北三角洲规模最大，覆盖范围最广，其次是西南和西北三角洲。长9、长8、长6、长3沉积期为重要的三角洲建设期，砂体延伸稳定，厚度较大，长4+5沉积期存在短暂的湖侵，但规模有限，整体上可容纳空间和沉积物质供给基本平衡，局部地区发育一定规模的三角洲砂体。不同沉积时期三角洲规模呈现此消彼长特征，随着湖岸线的进退，分流河道、水下分流河道、河口坝等不同类型的三角洲砂体纵向叠加，横向复合连片，形成伸入湖盆的、围绕湖盆沉积中心的大型三角洲群。在湖盆中部地区，长6、长7油层组中上部发育大型重力流复合沉积砂体（包括砂质碎屑流、滑塌与浊流沉积等类型），砂体纵向叠加厚度大，平面上平行于相带界线或围绕三角洲前端稳定分布。这几套不同成因、不同方向展布的砂体，在空间上构成了纵横交织的庞大的储集体，形成了"满盆砂"的储集层分布格局，为石油聚集提供了有利的储集空间。
　　4.3储集层致密化成因致密砂岩储集层岩性主要为长石砂岩、岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩，细砂岩、粉砂岩占绝对优势，变质岩屑、云母等塑性组分平均含量为11.7%，造成储集层抗压实能力较差，在外力作用下易挠曲、变形、假杂基化，刚性颗粒表现出定向排列、紧密接触的特征，颗粒间以线、点-线接触为主（见a），原生粒间孔损失高达36%41%.致密砂岩储集层填隙物含量高，平均为13.6%17.4%，成分主要为水云母、含铁碳酸盐等晚期胶结物（见b、5c、5d）。长6、长7油层组重力流沉积的砂岩储集层更加致密，填隙物含量分别为15.3%和17.4%.其中伊利石含量分别为7.0%和10.4%，往往呈片状、毛发状、纤维状，使有效孔隙变成了无效的微孔，大大降低了储集层的渗流能力；含铁碳酸盐平均含量分别为5.2%和4.1%，充填粒间孔隙和长石溶孔，胶结致密。强烈的压实、胶结和黏土矿物转化等成岩作用造成致密砂岩储集层孔喉细小，结构复杂，连通性差。
　　4.4成藏组合延长组沉积期鄂尔多斯湖盆水体具有振荡发展的特征，具体表现在两个方面：一是经历了多次的湖侵、湖退；另一个是沉积中心的迁移。这两个方面控制了烃源岩与储集砂体在横向上尖灭或侧变、纵向叠置的沉积组合关系。最显著的一次湖侵为长8油层组沉积末期，形成了广泛分布的长7油层组优质烃源岩。湖盆中部地区长7优质烃源岩的上覆地层长6油层组三角洲和重力流沉积砂体发育，下伏地层长8油层组三角洲砂体发育，这两套不同性质的砂岩距离长7优质烃源岩层最近，具有优先捕获油气的位置优势，成为盆地中生界主要含油层系，即长7优质烃源岩成熟后可以向上、向下双向供烃，在稳定的构造背景下有利于形成长4+5、长6、长8大型岩性油藏。同时，在沉积中心区长7油层组本身发育较大规模的重力流储集砂体，是一套重要的、典型的致密油含油层系（见）。
　　4.5主成藏期与石油充注延长组中部主要发育致密砂岩储集层，仅靠浮力不能满足大规模运移聚集动力需求，生烃增压是强排烃和强充注的主要动力。
　　埋藏史研究表明，侏罗纪一早白垩世，延长组快速埋藏，早白垩世达到最大埋藏深度，长6―长8油层组的埋藏深度一般为25003200m，而且中生代末期伴随着构造热事件的发生，导致该时期具有高地温场的特征，地热梯度达3.54.0°C/100m.地温升高促进了优质烃源岩的成熟，对鄂尔多斯盆地致密油的形成具有重要意义。长6―长8储集层包裹体记录了该热事件及其对石油成藏的影响，烃类包裹体同期的盐水包裹体均温度般为83126C，峰值温度100118C.近年来大量研究成果表明，长7优质烃源岩有机质丰度高，生烃量大，在有机质向烃类转变过程中易引起流体体积增加，累计生成的原油体积为岩石体积的8.0%18.7%，甚至更高，生烃增压作用强烈。因此，尽管现今鄂尔多斯盆地为低压盆地，但在地质历史时期曾为超压盆地，其中最大埋深阶段（早白垩世）湖盆中部地区长7油层组普遍存在异常高压，剩余压力一般为820MPa，地层压力系数一般为1.51.8，向上、向下剩余压力减小。长6、长8油层组流体剩余压力一般为48MPa.烃源岩和上下邻近的储集层之间存在较大的压力差（见），双向强排烃效率平均高达72%.强排烃作用下致密砂岩储集层中石油充注程度高，含油显示级别和含油饱和度均较高。因此生排烃高峰期超压在石油运移、聚集过程中起到了重要作用。
　　鄂尔多斯盆地延长组致密油与北美威林斯顿盆地巴肯组致密油对比分析表明（见表1），两者具有相似的源储叠置关系，在烃源岩类型、成熟度、丰度和储集层的脆性程度、物性等参数或指标方面相近；鄂尔多斯盆地延长组烃源岩和储集层的厚度明显大于巴肯组致密油，但陆相储集层和烃源岩的非均质性相对较强，而且鄂尔多斯盆地现今为低压盆地，与威林斯顿盆地巴肯组致密油超压存在显著差异。
　　5致密油资源潜力鄂尔多斯盆地延长组致密油资源丰富，新发现的姬塬、华庆等亿吨级大油田储集层空气渗透率一般为0.3x10-31.x1-3im2，均已工业开发，是近年来长庆油田石油增储上产的重要来源。
　　湖盆中部长6重力流沉积储集体和长7重力流碎屑岩储集层空气渗透率一般小于0.3x10-3pm2，目前尚未提交探明储量，处于开发试验阶段。其中长7油层组已落实致密油含油富集区面积1400km2，在华庆油田外围及合水、塔儿湾地区发现长6致密油含油富集区，落实含油富集区面积1200km2，井距一般37km，经过压裂改造后几百口井获得了工业油流，甚至高产工业油流，估算该类油藏储量规模达8x10810xl08t.近期，针对空气渗透率0.2x10-3im2左右的致密储集层的水力压裂、体积压裂和水平井开发试验成果显著，展示了该类油藏良好的勘探开发前景。
　　6结论致密油通常是指覆压基质渗透率小于0.2x10-3im2或空气渗透率小于2x10-3pm2的砂岩、碳酸盐岩等油层，单井一般无自然产能，或自然产能低于工业油气流下限，但在一定经济条件和压裂、水平井、多分支井等技术措施下可以获得工业油产量。鄂尔多斯盆地中生界延长组致密油资源丰富，平面上位于湖盆的中部，即环县一吴起一志丹一正宁一宁县一庆阳圈定的范围内，为中晚三叠世的沉积中心；纵向上位于延长组的中部层位，即与油页岩互层共生或紧邻的致密砂岩储集层中，主要为长6―长8油层组，石油未经大规模长距离运移。致密油储集层砂体分布稳定，储集层规模大；砂岩储集层致密、孔隙结构复杂；刚性组分含量较高，天然裂缝较发育；石油充注程度高；地层流体普遍低压，自然产能低或无自然产能；原油物性较好，改造增产效果显著。优质烃源岩与大面积、厚层储集体互层共生，以及地史期生烃增压强排烃作用控制了延长组大面积叠合致密油的形成。鄂尔多斯盆地致密油资源潜力大，是近期建产的现实目标和未来勘探开发的重要领域。