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济阳坳陷页岩油勘探实践与认识.docx


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】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。济阳坳陷页岩油勘探实践与认识??(中国石化油田勘探开发事业部)济阳坳陷页岩油勘探实践与认识孙焕泉(中国石化油田勘探开发事业部)北美在海相页岩油的勘探开发中已获得巨大成功,显示页岩油工业化勘探开发的价值。在中国东部陆相断陷盆地典型代表济阳坳陷页岩油勘探实践中,利用烃源岩综合评价技术揭示了咸化湖泊泥页岩具有生烃早、生烃转化率高的成烃机制,利用泥页岩微观孔隙结构表征技术明确了纹层状岩相具有孔隙度高、孔径大和连通性好的储集性能,利用游离油定量评价技术建立了济阳坳陷不同沉积环境泥页岩有利岩相中游离油差异富集模式。与北美页岩油对比研究认为,济阳坳陷有利岩相发育是页岩油富集的基础,适宜演化程度是页岩油富集的条件,充足游离组分是页岩油富集的关键,良好可压性能是实现有效开发的保证。在此基础上,建立了适合于中国东部陆相断陷盆地咸化湖泊沉积页岩油选区评价标准。济阳坳陷;页岩油;咸化湖泊;游离油;纹层状岩相页岩油在北美地区的突破,引起了众多勘探家越来越多的关注[1-3],2010年以来,美国依靠水平井+多分段压裂技术促进了页岩油产量迅速增长,×108t,%,显示页岩油具有巨大的勘探开发前景。中国东部陆相断陷盆地常规油气经过数十年的勘探开发已进入中后期,急需寻找新的资源接替,页岩油就是现实的接替领域。以往常规勘探过程中,在陆相泥页岩发育段常常发现油气显示甚至获得工业油气流[4-13],呈现出其中赋存着丰富的油气资源。近年来,中国学者已在中国东部陆相盆地页岩油勘探、评价方法、资源预测等方面开展了一些探索性的研究工作[14-22],但总体处于起步阶段,对页岩油形成与富集的基本条件以及有效开采的认识还不够清晰。本文选择在中国东部陆相断陷盆地中具有典型意义的济阳坳陷泥页岩开展研究,分析页岩油生成条件、储集条件和泥页岩含油性,并与国外具有商业性开采页岩油的页岩对比,剖析页岩油富集可采的影响因素,以期为中国东部陆相页岩油勘探开发的突破提供借鉴。,受多期构造作用,形成车镇、沾化、惠民及东营4个南缓北陡的非对称凹陷,各凹陷之间被青城、滨县、陈家庄、义和庄、孤岛等凸起分割,构成了凸凹相间排列的格局(图1),勘探面积为25510km2。(1969—2006年)该阶段以常规油气勘探为目的,但在钻探过程中发现多口井在泥页岩发育段见油气显示,其中25口井获得工业油流,,,东营凹陷河54井产能最高,在沙三下亚段2962~,,日产气2740m3,展示了济阳坳陷具有页岩油气形成的条件。(2007—2010年)该阶段加强了对探井钻探过程中有良好油气显示的泥页岩发育井段的试油测试,在东营凹陷和沾化凹陷共获得工业油气流井4口,,。东营凹陷新利深1井产能最高,~4374m井段中途测试,日产油99t,日产气25448m3,表明济阳坳陷深层具备页岩油气勘探的极大潜力。(2011年至今)该阶段针对页岩油部署钻探探井14口,其中取心井4口(罗69井、牛页1井、樊页1井、利页1井),兼探井5口(义182井、义186井、义187井、梁758井、牛52井),水平井3口(渤页平1井、渤页平2井、梁页1HF井),老井重新压裂1口(义283井)。5口兼探页岩油井均获工业油气流,~,日产油156t,日产气13400m3,投产后累计产油5515t;~,。3口水平井虽然产油,但均未达到工业油流标准;,为济阳坳陷页岩油气的深入研究奠定了坚实的基础。,截至2016年底,已在800多口探井泥页岩发育段见油气显示,37口探井获工业油气流,4个凹陷均有发现。平面上以沾化凹陷、东营凹陷最多,其次为车镇凹陷,惠民凹陷最少;纵向上主要以沙三下亚段、沙四上亚段为主,其次在沾化凹陷的沙一段也获得了工业性页岩油气。页岩油气产出以油为主,初期产能为12~72t/d,东营凹陷河54井累计产量最高达27896t,沾化凹陷罗42井、新义深9井累计产量均在10000t以上,展示了良好的勘探前景。济阳坳陷页岩油勘探中的兼探井在页岩发育段见高产油气流,而水平井虽然采用与国外同步的钻完井技术、钻井液、压裂措施,但效果并不理想,表明页岩油有效开发依然存在问题,亟待解决,页岩油作为新兴的石油资源,需要长期艰苦的攻关。2页岩油实践研究中国石化胜利油田分公司于2007年开始关注页岩油气领域,2009年正式立项研究,2013年中国石化石油勘探开发研究院与胜利油田分公司携手共同建立中国石油化工页岩油气勘探开发重点实验室和国家能源局页岩油研发中心两个实验平台,开展了页岩油联合研究国际合作。在此基础上,结合济阳坳陷页岩油勘探实践,针对陆相页岩油生成、页岩油储集、页岩油富集方面开展了系统研究。,其成烃演化决定了页岩的含油丰度。在沉积水介质类型划分基础上,利用基于不同沉积环境的泥页岩开展宏观和微观、有机和无机特征研究的泥页岩综合评价技术,对陆相断陷湖盆连续沉积的不同水介质类型的沙四上亚段、沙三下亚段、沙三中亚段3套区域性主体处于成熟演化阶段泥页岩的母质来源、有机质组成、生烃性等特征进行剖析,明确不同沉积环境下泥页岩的成烃差异。—半咸水湖相沉积,厚度约为40~120m。镜下观察可见到小古囊藻、渤海藻、颗石藻、葡萄藻以及大量被降解后的藻类遗体,这些浮游藻类组成的有机质往往顺层分布,形成大量有机质富集层[23](图2)。沙三下亚段泥页岩分布广,全区发育,为半咸水—微咸水湖相沉积,厚度为150~200m。镜下观察浮游生物极为发育,沟鞭藻类、疑源类、介形类及鱼等生物遗体往往顺层分布,形成夹在泥质纹层中间的有机质富集层(图2)。沙三中亚段泥岩全区分布,属微咸水—淡水三角洲相沉积,厚度为200~400m。镜下观察局部发育水平层理,有机质的赋存状态以分散为主,有机质富集层不发育,镜下既能见到低等水生生物来源的盘星藻、沟鞭藻等藻类,也能见到一定数量来源于高等植物的组分(图2)。相比较而言,咸化沉积有机质沿纹层集中富集,淡水沉积有机质分散分布。。从济阳坳陷东营凹陷3套泥页岩的有机碳含量频率分布来看(图2),半咸水—微咸水沉积的沙三下亚段和咸水—半咸水沉积的沙四上亚段泥页岩有机碳含量分布范围宽,含量高,频率多呈现双峰型分布,为优质烃源岩的特点。沙四上亚段泥页岩有机碳含量第一频率主峰为2%~3%,%~%,%~10%;沙三下亚段泥页岩有机碳含量第一频率主峰为2%~3%,分布范围为1%~%,第二频率分布范围为6%~%。而微咸水—淡水沉积的沙三中亚段泥页岩有机碳含量频率主峰只有一个,%~3%,频率分布范围为1%~5%,表现为一般烃源岩。咸化沉积有机质富集层的存在与否是区分济阳坳陷优质烃源岩与一般烃源岩的重要标志之一。***仿沥青“A”/TOC随埋深变化剖面来看(图3),埋深2200~3000m,***仿沥青“A”/TOC开始缓慢增加,但增速较小,;埋深大于3000m,***仿沥青“A”/TOC迅速增加,至3200m左右达到峰值,~,这些特征表明烃源岩已经成熟并进入生烃高峰。沙三中亚段在埋深小于3000m时与沙三下亚段具有同样的变化趋势,但其绝对值和变化速率明显小于后者,至埋深3000m,***仿沥青“A”/;埋深3000~3500m,仍保持逐渐增加的趋势,3500m以后(根据地震分析,已接近烃源岩的最大埋深)***仿沥青“A”/。在沙四段上亚段泥页岩***仿沥青“A”/TOC与深度关系图上,埋深2500~2600m左右,***仿沥青“A”/,并接近峰值,表明在埋深2500~2600m时已接近或达到生烃高峰,比沙三下亚段、沙三中亚段浅200~400m。总体看来,咸水—半咸水环境的沙四上亚段泥页岩,其沉积环境有利于有机质保存,有机质丰度高,顺层富集,且由于可溶有机质大分子烃和含硫干酪根的早期降解,在埋藏较浅的低成熟阶段泥页岩中石油烃浓度急剧增加;半咸水—微咸水环境的沙三下亚段泥页岩沉积,尽管也有富集有机质的存在,但由于水体盐度相对较低、还原环境相对较差,使沉积于烃源岩中的可溶有机质大分子烃难以大量保存,含硫干酪根也难以形成,在低成熟阶段不能够形成低熟油;微咸水—淡水环境的沙三中亚段泥岩,有机质丰度相对较低,呈分散状分布,在相同埋深下生烃转化率低于咸水—半咸水沉积环境的沙四上亚段泥页岩。图3济阳坳陷东营凹陷不同沉积环境泥页岩***仿沥青“A”/TOC随埋深变化图由此看来,咸化沉积泥页岩生烃早、生烃转化率高,热演化成烃区间范围和生烃量优于淡水沉积泥页岩。济阳坳陷页岩油主要发现于咸水—半咸水沉积的沙四上亚段和半咸水—微咸水沉积的沙三下亚段,是主要研究目标层系。,其孔隙体系的研究越来越受到重视。与海相沉积相比,陆相泥页岩沉积环境的多样性,造成泥页岩类型丰富,不同类型泥页岩的孔隙结构具有较大差异,岩石架构是储集空间发育的物质基础,岩相是连接微观研究与宏观预测的桥梁。因此,有必要对不同类型泥页岩岩相进行详细划分,明确不同类型泥页岩孔隙特征。,基于大量岩心资料研究,遵循经典岩石学研究领域分类命名,提出了“沉积构造—岩石组分—有机质丰度”泥页岩岩相划分方案[24],在纹层状泥质灰岩和灰质泥岩、层状泥质灰岩和灰质泥岩、块状泥质灰岩和灰质泥岩的基础上,派生出辅以有机碳含量的更具代表性的岩相划分方案,丰富了泥页岩岩相的研究。其中岩石层理发育程度反映岩石沉积水体动力情况及沉积速度快慢;矿物组成是陆源输入沉积作用及(生物)化学沉积作用共同作用的结果;有机质丰度能够反映气候条件及水体营养度。根据该岩相划分方案,对济阳坳陷4口取心井沙三下亚段和沙四上亚段泥页岩样品进行系统岩相划分,可分为纹层状、层状和块状三大岩相类型,其中纹层状岩相主要为富有机质纹层状泥质灰岩相、富有机质纹层状灰质泥岩相两种类型;层状岩相主要为富有机质层状泥质灰岩相、富有机质层状灰质泥岩相,此外含有机质层状泥质灰岩相、含有机质层状灰质泥岩相也有一定数量的样品;块状岩相主要为含有机质块状灰质泥岩相(图4)。、基质孔隙细小、孔缝系统复杂,如何进行表征是目前勘探家所关注的问题。在大量资料调研与勘探实践的基础上,开发集成了泥页岩微观孔隙结构表征方法:利用薄片鉴定、普通电镜观测、氩离子抛光—场发射电镜联合分析、双束电镜三维观测、环境扫描电镜观察、荧光分析、原子力显微镜观测等技术描述样品孔隙面貌、形态特征及分布;利用煤油法、酒精法孔隙度测试、空气法渗透率测试、GRI法基质物性测试、压***分析、N2或H2等气体吸附法分析,获取孔隙结构及物性定量参数;利用小角散射法、核磁法等,分析孔隙结构和储油有效性。利用所建立的泥页岩微观孔隙结构表征方法,对济阳坳陷不同岩相泥页岩孔隙结构进行研究,建立了济阳坳陷不同岩相陆相泥页岩孔隙结构表征模式(图5)。从模式图中可以看出块状岩相主要以纳米级孔隙为主,细介孔含量较高;相比而言,纹层状岩相和层状岩相具有纳米孔和微米孔大量存在、中介孔含量较高的特点,其中纹层状岩相纳米孔所占空间多于层状岩相。利用氩离子抛光—场发射电镜联合分析济阳坳陷不同岩相泥页岩孔隙结构参数可以看到(表1),纹层状岩相泥页岩孔隙度最高,为5%~16%;层状岩相泥页岩孔隙度其次,为4%~13%;而块状岩相泥页岩孔隙度最低,为3%~8%。与块状岩相和层状岩相相比,纹层状岩相相同的无机矿物孔的孔径较大,孔喉配位数较高,而孔喉分选系数低,表明纹层状岩相具有更好的储集性能,层状岩相其次,块状岩相较差。这与所建立的不同岩相泥页岩的三维模型结果一致(图5),与块状岩相泥页岩和层状岩相泥页岩相比,纹层状岩相泥页岩孔缝系统受纹层发育的控制,其层内近似于均质,而层间非均质性强,体现为泥质粉砂单层以碎屑颗粒粒间残余孔(泥质粉砂)为主,而灰质纹层层间孔隙以微晶—细晶方解石晶间孔为主,层间孔隙与纹层缝相连形成网状孔隙系统,连通性相对更为优越。从目前济阳坳陷页岩油勘探实践来看,除夹薄层砂岩和碳酸盐岩的泥页岩岩相之外,纹层状泥质灰岩相和灰质泥岩相是目前获得工业性页岩油气流最多的泥页岩岩相(图6)。(次)泥页岩样品岩相划分结果,结合测井资料,建立测井识别模式,开展不同岩相泥页岩体的标定、追踪和预测,明确济阳坳陷不同岩相的分布,建立了济阳坳陷咸化沉积不同岩相的分布模式(图7)。从模式图来看泥页岩岩相主要发育在洼陷中心,其沉积中心与凹陷的沉积中心一致;富有机质纹层状岩相主要分布在斜坡过渡带的半深湖区,陆源沉积影响小,水体稳定安静,季节性气候变化导致富有机质黏土纹层与碳酸盐岩纹层频繁重复发育;富有机质层状岩相主要分布在洼陷中心的深水湖区和过渡带的半深湖区和浅水湖区,机械搬运沉积与化学沉积同时进行,反映物源补给较充足。、吸附性上存在的差异,决定了页岩中气与油的赋存机制和流动性不同。目前认为,页岩中赋存的游离气和吸附气均可产出;然而,由于油的分子较大,且吸附性强,吸附在有机质表面和内部的油不易产出,主要产出的是无机与有机物质孔隙中的游离油[25],而且原油密度越低,流动性越好,越易开采[26-27]。因此,页岩中游离油的获取是目前页岩油勘探所关注的问题。

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