0 引 言

致密油气是重要的非常规油气资源之一,具有大规模连续分布、无运移或仅为短距离运移、资源规模较大的特征^[1,2,3,4]。苏北盆地古近系为陆相泥页岩沉积,纵向上主要发育阜二段、泰二段两套富有机质泥页岩。盆地内曲塘次凹的阜二段泥页岩厚度大,有机质丰度高,有机质类型以Ⅰ-Ⅱ1型为主,主要处于成熟演化阶段,各类微孔隙、微裂缝发育,形成的网状储集体系为油气的赋存与流动提供了空间,具备形成致密油气的物质基础和储集条件。同时,储集层内无机矿物中脆性矿物含量较高,利于致密油的开采。前期钻探中多口井见到油气显示,其中中石化探区部署实施的H 20井、S 88井致密油勘探获工业油流,浙江油田探区钻探的J 7、J 204等井在阜二段泥页岩中见到较高的油气显示,气测全烃最高达到87.24%,展示苏北盆地致密油具有较大的勘探潜力。曲塘次凹的阜二段在以往常规油藏研究中一直作为烃源岩层系,作为致密油储集层研究在该区尚属首次,因此研究了曲塘次凹的阜二段致密油储集层特征,并落实其纵向“甜点”分布层段,从而为该区致密油的下步勘探开发提供依据。

1 区域地质概况

苏北盆地海安凹陷位于苏北盆地东台坳陷的东南部及通扬隆起区,凹陷形成于中生代白垩纪-新生代新近纪,断裂发育,构造破碎,由一系列小型箕状凹陷(断陷)组成,次级构造单元呈现出“七凹一隆”的构造格局^[5,6]。北部分布有富安次凹、新曹次凹、丰北次凹、孙家洼次凹,南部分布有新街次凹、海北次凹、曲塘次凹及海中断隆(图1)。

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图1   海安凹陷构造格局

   

曲塘次凹受北东走向的生长断层——曲塘断裂的控制,形成断距达2 600 m的箕状凹陷。次凹内沉积有白垩系上统浦口组、赤山组,古近系泰州组、阜宁组、戴南组、三垛组和新近系盐城组,其中泰州组在曲塘次凹的最大埋深达到5 100 m。

致密油主力层系泰州组阜二段主要为灰、灰黑色泥岩,中下部夹泥灰岩、生物灰岩、鲕状灰岩、油页岩及少量砂砾岩,盆地边缘底部为含砾砂岩,是一套湖相为主夹海陆过渡相沉积,主要为氧化环境下的沉积。在区内发育大套的稳定的泥岩,也是区域性的稳定标志层,盆地中心部位较厚,边缘变薄。

2 阜二段致密油储集层“七性”关系研究

致密油储集层的评价不同于常规储集层,基于致密油源储一体的特征,本次储集层评价在致密油储集层岩性、电性、物性、含油性评价的基础上增加了源岩、脆性及地应力参数,即致密油储集层“七性”关系研究^[7,8]。

2.1 阜二段致密油源岩特性

致密油油气资源量的多少与烃源岩的有机质有密切的关系。烃源岩的有机质丰度越高,油气越容易聚集成藏,被有效开采的可能性也相对越高。烃源岩的有机质丰度主要根据有机碳含量(TOC)、生烃潜量(S₁+S₂)、氯仿沥青“A”等参数来进行评价。TOC、S₁+S₂和氯仿沥青“A”可用于确定生油岩的有机质丰度,判断生油效率、转化效率和演变程度,计算生油量并推测石油初次运移方向。

阜二段自上而下分为3个亚段,分别为阜二Ⅲ亚段、阜二Ⅱ亚段、阜二Ⅰ亚段。根据10口井岩心分析化验数据可知:以阜二Ⅲ亚段烃源岩有机质丰度为最高,TOC>1%样品数所占比例高达58.9%,TOC>2%样品数占比为8.2%,S₁+S₂均值为12 mg/g,“A” 均值为25.3%;阜二Ⅱ亚段有机质丰度次之,TOC>1%样品数占比达45.6%,TOC>2%样品数占比为5.1%,S₁+S₂均值为7.5 mg/g,“A” 均值为33.6%;而阜二Ⅰ亚段烃源岩有机质丰度最差,TOC<1%的样品数占比高达86%以上,S₁+S₂均值为4.0 mg/g,“A”均值为21.3%,接近一半为无效烃源岩。按照湖相烃源岩评价标准,阜二Ⅲ亚段和阜二Ⅱ亚段主要为优质-好烃源岩发育层段,而阜二Ⅰ亚段主要为差-中等烃源岩。

2.2 阜二段致密油储集层岩性

根据岩心观察、薄片鉴定、X射线衍射全岩分析资料,并结合前人研究成果分析表明^[9],阜二段为浅湖-半深湖环境下沉积的一套泥页岩,其岩性类型有含云泥页岩、云质泥页岩、含灰泥页岩、灰质泥页岩、泥质白云岩等,层理结构多见块状特征,页岩层理不发育。阜二段纵向上分为3个亚段6个小层,储集层主要集中在阜二Ⅲ亚段⑤小层王八盖层、阜二Ⅱ亚段④小层七尖峰段,阜二Ⅱ亚段③小层四尖峰段和阜二Ⅰ亚段①小层段。

2.3 阜二段致密油储集层岩电关系

根据泥页岩、碳酸盐岩(灰岩、白云岩)、砂岩等测井响应的一般规律,从泥页岩过渡到碳酸盐岩,呈现声波时差和中子孔隙度逐步减小,体积密度逐步增大的特征。分析取心井实测岩性的电性特征,建立阜二段细粒沉积岩矿物含量声波时差、体积密度、中子孔隙度的测井解释模板,以进行整个阜二段岩性的解释。阜二段储集层阜二Ⅲ亚段⑤小层王八盖层为一套含灰及灰质泥页岩发育段,测井具有“低自然伽马、低补偿中子、弱扩径”的特点;阜二Ⅱ亚段④小层七尖峰段,为一套泥质白云岩-含云泥页岩互层产出的岩性组合,测井自然伽马、补偿中子、电阻率均具有尖峰状特征;阜二Ⅱ亚段③小层四尖峰段,岩性与电性特征与七尖峰段相似;阜二Ⅰ亚段①小层岩性以泥质白云岩为主,测井具有低自然伽马、高密度、低中子的特征。

2.4 阜二段致密油储集层物性

阜二段非砂岩致密储集层主要有泥岩和白云岩两类,实测有效孔隙度一般介于0.7%~3.5%,平均为2.2%,渗透率一般介于0.003~0.100 mD,平均为0.02 mD。储集空间有微裂缝、次生溶蚀孔等(图2)。

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图2   阜二段细粒沉积储集空间孔隙特征

   

微裂缝发育主要为收缩缝、差异压实缝、粒缘缝等非构造裂缝,泥页岩非构造裂缝较其他岩性储集层更发育,主要为在成岩、干裂、超压、风化、矿物相变、重结晶和压溶等作用下形成的收缩裂缝、缝合线、超压裂缝和风化裂缝等。泥页岩中扫描电镜可见的微裂隙主要是非构造裂缝,包括由于矿物收缩系数差异产生的收缩裂缝,矿物失水产生的干裂缝和层间缝等。

有机质分解过程中会产生有机酸,这些有机酸促使溶蚀孔的生成。Meshri^[8]通过对油气储集层地层水中有机酸的研究,认为烃源岩热演化可以释放大量短链有机酸,且有机酸供给H⁺的能力是碳酸的6~350倍,有机酸能够溶蚀大量长石和碳酸盐矿物, 为储集层提供规模性次生孔隙。阜二段扫描电镜结果显示,溶蚀孔隙多见长石溶蚀孔。

2.5 阜二段致密油储集层脆性

致密油气评价中,常以脆性指数来刻画岩石的脆性特征,其计算方法主要包括岩石组分计算法和岩石弹性参数计算法两种^[10],本次研究主要利用岩石组分计算法对阜二段的脆性特征进行分析。

在致密油气评价中,优势岩性包含了石英、长石、白云石、方解石、方沸石,这些矿物被称为广义脆性矿物。广义脆性指数为上述优势岩性矿物占总矿物量的百分比。石英、长石、白云石、方解石等优势岩性矿物的含量越高,广义脆性指数越大。

纵向上,随着湖扩,泥页岩含量及分布面积增大,碳酸盐含量及分布不断萎缩,脆性指数亦不断减小(图3)。

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图3   曲塘次凹阜二段3个亚段脆性指数平面分布图

   

2.6 阜二段致密油储集层含油性

阜二段不仅发育优质烃源岩,而且优质储集层也较发育,由于烃-储互层或紧邻有利于油气储集的近距离运移充注,阜二段具有普遍含油、非均质性强、局部富集的特点。单井统计结果表明:阜二段显示级别主要为荧光及油斑,占比率80%,其中油迹、油浸级别主要为裂缝或纹层发育段内的显示强度,说明裂缝的存在,含油性明显升高。

2.7 阜二段致密油储集层地应力

应用苏北盆地曲塘次凹6口井的偶极声波测井资料开展研究与分析,明确了研究区目的层阜二段地应力的情况。阜二Ⅰ、阜二Ⅱ、阜二Ⅲ亚段各向异性表现比较强烈,最大主应力分别为:阜二Ⅰ亚段88 MPa、阜二Ⅱ亚段80 MPa,阜二Ⅲ亚段85 MPa。地层的岩性、电性与物性表明目的层段以致密碳酸盐岩为主,各向异性主要是由于快慢波形发生快慢横波分离而引起地应力不均衡,地应力方向可由快横波方位来确定,快横波方位与地层最大主应力方向一致。阜二Ⅰ亚段处理的快横波方位为北西-南东向,因此地层最大主应力方向应为北西-南东向;阜二Ⅱ亚段处理的快横波方位为东南向,因此该段地层最大主应力方向应为东南向;阜二Ⅲ亚段处理的快横波方位为北东-南西向,因此该段地层最大主应力方向应为北东-南西向。

3 阜二段致密油纵向“甜点”综合评价

致密油“甜点”包括“地质甜点”和“工程甜点”两类,其中地质甜点关注烃源岩、岩性、电性、物性、含油性,工程甜点关注脆性和地应力各向异性等因素。应用“七性”关系对曲塘次凹阜二段致密油开展“甜点”评价,认为阜二Ⅲ亚段、阜二Ⅱ亚段为纵向“甜点段”(图4)。

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图4   曲塘次凹阜二段致密油储集层“七性”关系综合分析图

   

上“甜点段”位于致密油阜二Ⅲ亚段⑤小层的王八盖组,该段上部为⑥小层的泥脖子段,为一套在全区稳定分布的烃源岩段,烃源岩TOC值平均为2%~2.5%,R_o值为0.5%~0.8%,为Ⅱ1型干酪根。⑤小层的王八盖组属于自生自储型致密油藏,图5表明该段源岩有利,泥岩层TOC值平均为1.8%~3.2%,R_o值为0.5%~0.8%,为Ⅱ1型干酪根;储集层较为发育,岩性为泥质白云岩,储集层孔隙度为9%左右,盐岩含量均值为45%,泥质含量20%左右,录井见油斑显示,脆性指数为42%左右,且源储一体,成藏条件优越。

下“甜点段”位于致密油阜二Ⅱ亚段④小层的七尖峰组,该层岩性组合为白云岩与泥岩互层,泥质烃源岩TOC值平均为1.5%~4.3%,R_o值为0.5%~0.9%,为Ⅱ1型干酪根。白云岩储集层孔隙度为8%左右,脆性指数为40%左右,盐岩含量均值为40%,泥质含量25%左右,录井见油斑显示,气测显示活跃,全烃值最高达55.6%,该组为自生自储、源储一体型致密油藏,成藏条件优越。

J 10、J 204等井在上“甜点段”均见到良好的地质和气测显示。曲塘次凹阜二段致密油综合评价主要围绕纵向的两个“甜点段”开展。

4 结 论

(1)通过岩心薄片分析,明确了曲塘次凹阜二段,其岩性类型主要有含云泥页岩、云质泥页岩、含灰泥页岩、灰质泥页岩、泥质白云岩等,其中优势储集层以含云或云质泥页岩为主,脆性成分含量大于40%,可压裂性高,打破了以往对阜二段主要发育泥页岩-烃源岩而储集层不发育的认识。

(2)通过岩心薄片分析,明确了阜二段优势储集层段Ⅲ亚段、Ⅱ亚段储集空间以长石溶蚀孔隙为主,属于裂缝-孔隙型储集层。

(3)纵向上,随着湖扩,泥页岩含量及分布面积增大,碳酸盐含量及分布不断萎缩,阜二段脆性指数不断减小。

(4)开展阜二段致密油储集层“七性”关系研究,明确阜二Ⅲ亚段的⑤小层和阜二Ⅱ亚段④小层含油性最好,源岩品质好,气测显示活跃,是阜二段甜点评价的重点甜点层段。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

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