东濮凹陷古近系页岩油气成藏条件研究

边康瑞吴晓灵聂海宽

(中国石油化工集团公司石油勘探开发研究院,北京100083)

系统分析了东濮凹陷古近系页岩的分布、有机地球化学和储层特征,认为沙三段具有页岩油气聚集的物质基础和有利条件。认为沙三段以页岩油和页岩气同时开发为特征,以页岩油为主。在成藏条件分析的基础上,优选出沙三段页岩油气有利区,其中沙三段1亚段以页岩油为主,主要分布在北部地区的白衣阁-文明寨中部地区;沙二段页岩油主要分布在濮城附近的大兴庄、茅岗、刘文、户部寨和胡庄集,页岩气主要分布在千里园凹陷和井附近的茅岗地区沙河街组三段页岩油主要分布在濮城-白衣阁地区和户部集、刘文、徐镇集、前梨园地区,页岩油主要分布在刘文、徐镇集、胡乡集之间的深凹陷带。沙四段页岩油分布在户部寨-刘文地区,页岩气主要分布在桥口-东明地区。

东濮凹陷古近系页岩油气成藏条件

下第三系页岩油的成藏条件

东濮凹陷天然气

卞、、聂海宽

(中石化勘探与生产研究院,

中国北京100083)

通过对东濮凹陷下第三系页岩的分布特征、有机地球化学特征和储层特征的系统分析,认为沙三段具有形成页岩油气的基本物质和有利条件。既有开发页岩油的特点,又有开发页岩气的特点,而且页岩油占大部分比重。通过对成藏条件的分析,优选出沙三段页岩油气有利区。页岩油主要产在白依格-文明寨中部地区。页岩油主要产于大兴庄、茅岗地区和刘文、户部寨、胡状集地区。页岩气主要产于刘文地区的茅岗地区和文45井。页岩油主要产于濮城-白衣阁地区和户部寨、刘文、徐镇集、千里塬地区;页岩气主要分布在刘文中部、徐镇集和胡状集等深凹陷地区。页岩油主要产于户部寨-刘文地区;页岩气主要产于桥口-东明地区。

关键词东濮凹陷;早第三纪;页岩油;页岩气;积累条件

中国博士后科学基金项目“华北石炭-二叠纪煤系页岩含气特征及主控因素研究”(2012M510714)。

2007年后,受北美页岩油气勘探开发巨大成功的影响,国内石油公司重新认识到陆相断陷盆地页岩油气勘探的巨大潜力[1 ~ 6]。2008年,中国石油辽河油田开展了辽河东部凹陷非常规天然气资源潜力研究,证实辽河凹陷古近系蕴藏着丰富的页岩气资源[7 ~ 8]。2011年3月,辽河西部凹陷古近系曙古165井压裂了沙河街组三段泥岩,日产油24m3,充分证明了辽河凹陷陆相古近系页岩油的存在。2010起,中国石化开展东部老区页岩油气老井复查工作。胜利、河南、江汉等油田公司复查老井100多口,在泌阳凹陷、东营凹陷、沾化凹陷、东濮凹陷等页岩段发现了丰富的油气显示。以东濮凹陷为例,部署在刘屯凹陷的风险探井濮深18在沙河街组中上段页岩中显示出活跃的油气,随后濮深18-1井通过钻杆投产,日产油约420.75m3,首次在页岩中获得高产油流,实现了东濮凹陷页岩油藏勘探的突破。此外,早期部署在中央隆起带刘文潜山构造上的温孤2井和文300井,在沙河街组中上段页岩中也有较好的气测显示和多次后效显示,但受当时技术限制,未能获得产能。然而,这些钻井显示初步揭示了沙河街组中上段的页岩油层可能具有连续分布的特点。除页岩油外,东濮凹陷沙三段也发现了页岩气。桥口构造的桥14井曾在沙三段获得4.6×104 m3/天的工业气流。此后,中原油田对东濮凹陷深层天然气进行了多轮攻关,陆续部署了多口“濮深”井。其中,葡深4井钻至5116.8m时发生强烈井喷,该井沙河街组中下段连续含气层段1200m,气测显示大段泥岩段普遍含气。随后,濮深7井、濮深10井、濮深14井、新12井均在沙河街组三段-沙河街组四段井喷或获低产气流。可见,东濮凹陷古近系具有页岩油气形成的物质基础,具有页岩油和页岩气并存的特点。

1页岩分布特征

东濮凹陷是一个典型的古近系断陷湖盆,沉积了厚达6500米的古近系湖相砂泥岩和含盐组合。根据地震解释和钻井资料,页岩地层主要产于古近系沙河街组上四段、三段和一段,其中三段是东濮凹陷的主要生烃层系,具有形成页岩油气藏的良好条件。

东濮凹陷存在五个次生生油凹陷:濮城-前梨园凹陷、刘屯-海通集凹陷、葛岗集凹陷、南何家-孟岗集凹陷和管城凹陷。其中,北部的濮城-前梨园凹陷和刘屯-海通集凹陷长期大规模继承性沉降,烃源岩发育,沉积厚度大,是最有利的生油凹陷。葛岗集凹陷在第三纪中期沉降较大,后期上升。南何家-孟岗集凹陷早期沉降小,后期沉降大,烃源岩质量和油气生成不如北部有利。

沙河街组三段是一套底细顶厚的反旋回沉积,中央隆起带厚1500~2500m ~ 2500 m,原梨园凹陷厚3000m以上。沙河街组三段自上而下分为四个亚段:沙河街组1、沙河街组2、沙河街组3和沙河街组4。其岩性剖面的突出特点是有三套盐岩沉积,沙河街组三段盐间泥岩为有效烃源岩,沉积厚度大,分布广,属于深湖-半深湖相沉积。

沙河街组三段暗色页岩厚度一般在100 ~ 400 m之间,有刘文、胡祥集、葛岗集、前梨园、马场等多个沉积中心,最大沉积厚度可达300 ~ 400m·m,凹陷北部的管城和南部的梁寨厚度较薄,东部凹陷厚度大于西部凹陷。有效烃源岩的岩性主要为灰色-深灰色泥岩、深灰色和灰色含石膏泥岩、白云岩泥岩和钙质泥岩夹薄层褐色页岩。

沙河街组二段沉积中心位于海通集-胡庄集地区,另外还有白庙和前梨园两个次级沉积中心。凹陷南部挠力集-三里集地区厚度相对较薄。沙河街组二段上部有效烃源岩最厚处主要分布在东、西两个凹陷,最厚处达400m,大部分厚100 ~ 300 m。岩性主要为棕色油页岩、含石膏泥岩、薄深灰色泥岩和钙质泥岩。沙二段下部厚度分布不均匀,最厚可达600米,主要分布在刘屯-海通集凹陷带。盐岩在这个区间发育。下部盐岩主要分布在卫87井和葡70井以南地区,上部盐岩主要分布在葡83井和葡139井以南地区。

沙河街组1亚段泥岩厚度除西南长垣-马场地区外均大于100米,其中原梨园凹陷厚度最大,达400-500米,孟居地区也较厚,达300米,卫城-管城北部地区厚度为100 ~ 200米,岩性以灰色、深灰色泥岩为主,部分夹灰色

综合分析,东濮凹陷沙二段有效烃源岩厚度最大,最厚处达900m,其次为沙三段。总体上,北部有效烃源岩厚度大于南部,西部凹陷带厚度大于东部凹陷带。

2页岩的有机地球化学特征

2.1有机质丰度

东濮凹陷沙河街组有机页岩有机质丰度在垂向上变化较大,总体不高,南部地区有机质丰度低于北部地区。中国北方沙河街组1段最高有机碳含量为4.43%,沙河街组二段最高有机碳含量为6.23%,沙河街组三段最高有机碳含量为7.81%,特别是中国北方濮城千里园凹陷沙河街组三段平均有机碳含量为2.65%,刘屯-海通集凹陷有机碳含量为65438葛岗集凹陷和凹陷南部的南何家-孟岗集凹陷有机碳含量低,生油能力差。

沙三段岩心样品中氯仿沥青“A”的分析测试表明,其含量主要为0.001% ~ 10.97%,平均为0.2237%。岩石热解烃S1、S2和S3之和可以在一定程度上反映页岩的生烃能力。东濮凹陷三口井的岩心热解分析表明,沙三段的生烃能力为0.68 ~ 25.95 mg/g(表1)。可以看出,东濮凹陷古近系沙河街组有机泥页岩具有很强的纵横向分布均匀性,以中等烃源岩为主,当然也有烃源岩质量非常好的甜点区,如北部地区。

表1东濮凹陷沙三段有机泥岩热解分析

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2.2有机物的类型

中国北方泥页岩有机质的主要来源是低等水生生物,如濮城-前梨园凹陷沙三段,其中干酪根ⅰ型占23.8%,干酪根ⅱ型1占该区总量的47.6%,主要是ⅰ型和ⅱ型1,占分析样品的71.4%,具有很高的生烃潜力。ⅱ1型干酪根占北部无盐区总数的31.1%,ⅱ2型干酪根占该区总数的26.7%,主要为ⅱ1和ⅱ2,占分析总数的57.8%(图2)。南方地区比较穷。葛岗集等无盐区沙三段ⅱ型1干酪根占总数的16.7%,ⅱ型干酪根仅占总数的16.7%,ⅲ型干酪根占总数的66.7%。因此,优质烃源岩主要分布在东濮凹陷北部含盐带。

图1东濮凹陷北部含盐区干酪根类型

图2东濮凹陷北部无盐区干酪根类型

2.3热演化程度

整个东濮凹陷在2500米左右进入生烃门限(Ro =0.5%%),沙三段主体处于成熟和高度成熟演化阶段。沙河街组1亚段有机质成熟度主要分布在0.4% ~ 1.4%范围内。除少数浅埋区外,均处于成熟和高成熟演化阶段。凹陷东南部和西南部Ro值相对较低,主要分布在0.4% ~ 1.0%,呈现向中心地带演化程度逐渐增大的趋势;洼地中部的Ro值范围为0.8%-1.2%。东北地区Ro值为0.4% ~ 0.8%,北部和东部地区ro值为0.8% ~ 1.4%,从东北向东部和北部地区有逐渐增大的趋势。沙河街组二段热演化程度处于成熟和高成熟阶段,Ro值分布在0.6% ~ 1.5%,与沙河街组1段相似。高成熟区主要分布在凹陷东北部和西南部之间的中间带。沙三段热演化程度为0.4% ~ 65438±0.3%,凹陷南北边缘热演化程度较低。部分地区Ro值在0.4%左右,处于未成熟阶段,其余地区主要分布在0.8% ~ 1.3%,呈现由南向北逐渐增大的趋势。沙四段热演化程度较高,Ro主要分布在0.6% ~ 2.0%。大部分地区Ro大于Ro>1.0%%,处于高度成熟阶段,Ro值由北、东、南向中西部逐渐增大。

东濮凹陷古近系沙河街组三段泥页岩在东营期末期经历了地壳抬升,剥蚀厚度约为1000m,经历了生烃和排烃,与北美发现的页岩油气源岩的生烃和埋藏史相似。由于北部含盐区仅在4200米左右达到生油高峰期,东濮凹陷在该深度以浅层页岩油为主。

3页岩储层特征

3.1矿物成分

图3 PS 18-1井沙三段不同深度的矿物含量。

东濮凹陷濮深18-1井沙河街组三段,矿物类型主要为粘土、应时、斜长石、方解石和白云石,其次为黄铁矿、硬石膏和菱铁矿,只有一个样品含有少量钙芒硝矿物(图3)。其中粘粒含量主要为4.7% ~ 52.1%,平均含量为26.1%,大部分样品小于30%。应时含量主要在3.5% ~ 25%,平均含量为15.67%。斜长石在每个页岩样品中都有分布,主要含量为2% ~ 51.9%,平均为16.4%,不同深度样品含量差异较大。方解石含量主要为1% ~ 45.6%,其中3258.2m剖面样品岩性为石膏盐,方解石含量高达98%。白云石含量主要为1.1% ~ 45%,平均为12.95438+0%。部分层段发育黄铁矿、菱铁矿和硬石膏,含量较低。东濮凹陷沙三段脆性矿物主要为应时、方解石和白云石。根据PS 18-1井和PS 18-8井不同深度段28个样品的矿物成分分析统计,脆性矿物含量为6.7% ~ 72%,平均为43.84%,其中脆性矿物含量大于40%的样品数为66.67%(图4)。

图4 28个样品中脆性矿物的分布

3.2物理特征

孔隙度分析测试显示(表2),沙三段孔隙度范围为3.5%-14.24%,主要范围为3%-8%,平均为7.7%。沙河街组三段有机页岩的渗透率范围为(0.0008889 ~ 0.0442)×10-3 μm 2。由于页岩致密,整体渗透率较低,属于特低渗透类型。页岩中发育的天然裂缝对渗透率有很大影响。PS 18-8井沙河街组三段微裂缝发育,渗透率好于其他微裂缝较弱的试验岩心。东濮凹陷沙三段有机页岩的比表面积主要分布在3.23 ~31.77m2/g,平均为16.32 m2/g..页岩气主要以吸附的形式存在,比表面积是影响吸附气含量的主要因素之一。

表2东濮凹陷沙三段页岩物性分析

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3.3储层空间

图5东濮凹陷沙三段粒间孔隙特征

图6东濮凹陷沙三段有机孔隙发育特征

东濮凹陷沙三段储层空间可分为两类:微孔隙和微裂缝(图5),其中孔隙空间可分为有机孔隙和无机孔隙。缩孔和溶孔主要发育在有机孔隙中(图6),无机孔隙主要分为粘土粒间微孔、粒间溶孔和粒内溶孔(图7)。充填状态以未充填和半充填为主,充填物以方解石和黄铁矿为主,主要孔径为50n m ~ 1 μm,可为页岩油的储存和运移提供通道。

图7东濮凹陷沙三段溶蚀孔隙发育特征

3.4页岩的含气性

对葡深18-1、葡深18-8、卫42、文260 4口井不同深度段9个样品的含气性分析测试表明,东濮凹陷古近系页岩吸附气量为0.499 ~ 1.835 m3/t,等温吸附曲线均呈现三个阶段(图8):在(1)初始阶段,吸附气量增加(2)中期,随着压力的继续增加,吸附气体的增长速度明显减缓;(3)期末,随着压力继续增加,吸附气体量接近饱和,略有变化,或不再变化。吸附气体的多少与页岩的有机质含量有很大关系。分析样品中,PS 18-1井和PS 18-8井岩心样品有机质丰度较高,吸附气主要分布在1.5 ~ 1.7m3/t,卫42井和文260井岩心样品TOC为0.3% ~ 1.0%,实测吸附气含量主要为0.5 ~ 0.8m3/t..

4有利区域优化

在页岩分布、地球化学指标和含油气性研究的基础上,利用多因素叠加、综合地质评价和地质类比等方法,优选出有利区,并优选出进一步钻探可以或可能获得工业页岩油气流的区域。参数见表3。

表3页岩油和页岩气有利区优选参数

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图8东濮凹陷沙三段等温吸附曲线

优化结果表明,沙河街组1亚段页岩演化程度较低,以页岩油为主,主要分布在北部地区的白衣阁-文明寨中部地区。沙二段页岩油有利区主要分布在濮城附近的大兴庄、茅岗和刘文、户部寨和胡庄集地区,而页岩油有利区主要分布在千里园凹陷附近的茅岗地区和刘文地区附近的文45井区,分布面积较小。沙三段页岩油有利区主要分布在濮城-白衣阁地区和户部集、刘文、徐镇集、前梨园地区,页岩油有利区主要分布在刘文、徐镇集、互助集之间的深洼陷。沙河街组四段页岩油分布在户部寨-刘文地区,页岩气主要分布在桥口-东明地区,具有ⅱ2和ⅲ型干酪根(图9)。

5结论

根据成藏条件分析,东濮凹陷古近系沙河街组三段是页岩油气发育的有利层段,以页岩油为主。有利区优选结果表明,沙河街组1亚段以页岩油为主,分布在白衣阁-文明寨中部地区。沙二段页岩油主要分布在大兴庄、茅岗、刘文、户部寨和胡庄集,页岩气主要分布在茅岗地区和刘文地区文45井。沙河街组三段页岩油主要分布在濮城-白衣阁地区和户部集、刘文、徐镇集、前梨园地区,页岩油主要分布在刘文、徐镇集、胡乡集之间的深凹陷带。沙四段页岩油主要分布在户部寨-刘文地区,页岩气主要分布在桥口-东明地区。

图9东濮凹陷Es3-4亚段页岩油气有利区预测图

参考

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