东濮凹陷古近系沙河街组页岩油储层岩石学及微观孔隙结构特征.pdf
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1、第3 0卷 第4期2 0 2 3年7月地学前缘(中国地质大学(北京);北京大学)E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s(C h i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s(B e i j i n g);P e k i n g U n i v e r s i t y)V o l.3 0 N o.4J u l.2 0 2 3h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4
2、)收稿日期:2 0 2 2 0 8 0 5;修回日期:2 0 2 2 0 9 3 0基金项目:国家科技重大专项课题“东濮凹陷油气富集规律与增储领域(2 0 1 6 Z X 0 5 0 0 6-0 0 4)”作者简介:彭 君(1 9 7 0),男,高级工程师,博士,主要从事油气勘探与开发方面研究工作。E-m a i l:1 5 7 5 1 6 2 3 9 q q.c o m*通信作者简介:孙宁亮(1 9 8 7),男,博士,主要从事非常规油气地质研究工作。E-m a i l:s u n n i n g l i a n g l l 1 6 3.c o mD O I:1 0.1 3 7 4 5/j.
3、e s f.s f.2 0 2 2.1 0.1 5东濮凹陷古近系沙河街组页岩油储层岩石学及微观孔隙结构特征彭 君1,孙宁亮2,*,鹿 坤3,徐云龙1,陈发亮11.中国石化中原油田分公司 勘探开发研究院,河南 濮阳 4 5 7 0 0 12.东北大学 深部金属矿山安全开采教育部重点实验室 资源与土木工程学院,辽宁 沈阳 1 1 0 8 1 93.河南城建学院,河南 平顶山 4 6 7 0 4 1P E N G J u n1,S UN N i ngl i a ng2,*,L U K u n3,XU Y u n l o ng1,C H E N F a l i a ng11.E x p l o r a
4、 t i o n a n d D e v e l o p m e n t R e s e a r c h I n s t i t u t e,Z h o n g y u a n O i l f i e l d C o m p a n y,S I N O P E C,P u y a n g 4 5 7 0 0 1,C h i n a2.S c h o o l o f R e s o u r c e s a n d C i v i l E n g i n e e r i n g,K e y L a b o r a t o r y o f M i n i s t r y o f E d u c a
5、t i o n o n S a f e M i n i n g o f D e e p M e t a l M i n e s,N o r t h e a s t e r n U n i v e r s i t y,S h e n y a n g 1 1 0 8 1 9,C h i n a3.H e n a n U n i v e r s i t y o f U r b a n C o n s t r u c t i o n,P i n g d i n g s h a n 4 6 7 0 4 1,C h i n aP E N G J u n,S U N N i n g l i a n g,L
6、U K u n,e t a l.S h a l e o i l r e s e r v o i r o f t h e P a l a e o g e n e S h a h e j i e F o r m a t i o n i n t h e D o n g p u S a g:P e t r o l o g y a n d p o r e m i c r o s t r u c t u r a l c h a r a c t e r i s t i c s.E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s,2 0 2 3,3 0(4):1 2 8-1 4
7、 1A b s t r a c t:S h a l e pe t r o l og y a n d po r e m i c r o s t r u c t u r e s a r e k ey pe r f o r m a n c e e v a l u a t i o n i n d i c a t o r s f o r s h a l e o i l a n d ga s r e s e r v o i r s.I n t h i s s t u dy,t h e pe t r o l ogi c a l a n d o i l c o mpo s i t i o n a l c h
8、a r a c t e r i s t i c s o f s h a l e o i l r e s e r v o i r a n d r e s e r v o i r l i t h o f a c i e s ty pe s,po r e/f r a c t u r e ty pe s a n d po r e-t h r o a t d i s t r i b u t i o n i n t h e S h a h eji e F o r m a t i o n i n t h e D o ng pu S ag a r e i n v e s t iga t e d by c o
9、r e o b s e r v a t i o n,t h i n s e c t i o n a n a lys i s,s c a n n i ng e l e c t r o n m i c r o s c op y,m e r c u ry i nje c t i o n-l iqu i d n i t r oge n a d s o rpt i o n a n d m i c r o C T-gu i d e d 3 D r e c o n s t r u c t i o n m e t h o d s.R e s u l t s s h o w t h a t t h e s h
10、a l e o i l r e s e r v o i r c o n t a i n s m a i n ly c l ay a n d c a r b o n a t e m i n e r a l s a n d s o m e f e l s i c m i n e r a l s.T h e m a i n l i t h o f a c i e s i n c l u d e s l a m i n a t e d l i m e s t o n e/c l ay s t o n e/c a l c a r e o u s f i n e-gr a i n e d m i x e
11、d r o c k s/a rgi l l a c e o u s f i n e-gr a i n e d m i x e d r o c k s,a n d m a s s i v e c l ay s t o n e/d o l o m i t e.T h e r e s e r v o i r po r e spa c e i s m a i n ly pr o v i d e d by a c o m b i n a t i o n o f i n t e rgr a n u l a r/i n t r agr a n u l a r d i s s o l u t i o n/c
12、l ay m i n e r a l i n t e rgr a n u l a r/o rga n i c po r e s.T h e m i c r o f r a c t u r e s c a n b e d i v i d e s i n t o d i age n e t i c a n d t e c t o n i c f r a c t u r e s,a n d t h e l a m i n a t e d l i m e s t o n e/c a l c a r e o u s f i n e-gr a i n e d m i x e d r o c k s d e
13、 v e l ope d v a r i o u s h igh po r o s i ty po r e spa c e s.L i t h o f a c i e s a n d b e d d i ng s t r u c t u r e a r e i mpo r t a n t f a c t o r s i n f l u e n c i ng po r e d e v e l opm e n t a n d po r e qu a l i ty.L a m i n a t e d r o c k s,e x c ept c l ay s t o n e,po s s e s s
14、l a rge po r e spa c e a n d s h o w go o d po r e c o n n e c t i v i ty,r e l a t i v e ly d e v e l ope d m i c r o f r a c t u r e s a n d h igh o i l c o n t e n t a n d m o b i l i ty,a n d l a m i n a t e d l i m e s t o n e i s t h e m o s t f a v o r a b l e l i t h o f a c i e s.T h e s e
15、r o c k s a r e k ey s h a l e o i l e xpl o r a t i o n t a rge t s i n t h e D o ng pu S ag.K e y w o r d s:s h a l e o i l;f i n e-gr a i n e d s e d i m e n t a ry r o c k;pe t r o l ogi c a l c h a r a c t e r i s t i c s;m i c r o s c opi c r e s e r v o i r;D o ng pu S ag摘 要:泥页岩的岩石学及微观孔隙结构特征是
16、评价页岩油气储集性能的关键指标。通过岩心观察、薄片鉴定、扫描电镜、压汞 液氮吸附联合测定及微米C T三维重构等实验分析,对东濮凹陷沙河街组页岩油储层的岩石学特征、岩相类型、孔缝类型、孔喉分布及含油性特征等进行研究。实验分析结果表明,东濮页岩油储层矿物组分主要为黏土矿物、碳酸盐矿物,含有少量长英质矿物,主要的岩相类型包括纹层状灰岩相、纹层状黏彭 君,孙宁亮,鹿 坤,等/地学前缘(E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s)2 0 2 3,3 0(4)1 2 9 h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n
17、 t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4)土岩相、纹层状灰质细粒混合岩相、纹层状黏土质细粒混合岩相、块状黏土岩相和块状白云岩相;储集空间包括晶间孔、粒内溶蚀孔、黏土矿物晶间孔及有机质孔,微裂缝可分为成岩缝和构造缝,纹层状灰岩相和纹层状灰质细粒混合岩相的储集空间类型多样,储集空间相对较大。岩相和层理构造是影响储层孔隙发育及优劣的重要因素,纹层状灰质细粒混合岩、纹层状灰岩相及纹层状黏土质细粒混合相孔隙尺寸大,孔喉连通性较好,裂缝较为发育,同时具有好的含油性及可动性,其中以纹层状灰岩相最优,它们是东濮凹陷页岩油重点勘探对象。关键词:页岩油;细粒沉积岩;岩石学特征
18、;微观储层;东濮凹陷中图分类号:P 6 1 8.1 3 0.2;P 5 8 8.2 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 5-2 3 2 1(2 0 2 3)0 4-0 1 2 8-0 0 1 40 引言页岩油气作为非常规油气资源越来越受到国内外学者的重视,与常规油气资源相比,页岩油气的富集并没有一个明显的圈闭和运移过程,多属于原位聚集成藏,因此泥页岩的基本岩石学和微观储层结构特征是页岩油气储层评价的重要内容。陆相页岩储层比海相页岩储层的矿物组成更复杂,常表现为碳酸盐矿物、黏土矿物及长英质矿物的混积特征1-4,岩相与沉积环境关系密切,并且不同岩相页岩油储层含油性差别较大5-8,因此,岩石学和岩
19、相学的研究是页岩油储层评价的基础。此外,页岩油气储层的非均质性强,孔喉以微纳米级为主,其微观孔喉结构特征是影响储层孔隙度、渗透率、油气赋存状态及运移的重要因素9-1 1。现阶段,国内外学者已经广泛应用场发射扫描电镜、微纳米C T、低温氮气吸附及背散射电子成像、核磁共振等技术手段来定性或定量的表征页岩储层的微观孔喉结构特征1 2-1 5,使人们对微纳米级的孔喉特性有了更清晰的认识。东濮凹陷是渤海湾盆地中资源丰度大,勘探程度高,既富油又富气的凹陷之一。古近系沙河街组沙三中沙四上亚段烃源岩品质好,细粒沉积岩分布广泛,页岩油资源潜力大1 6-1 8。前期学者对东濮凹陷页岩油的研究主要集中于页岩油的类型
20、及生烃潜力评价1 8-2 1,对细粒沉积岩的岩石学及微观储集特征鲜有介绍,严重影响了页岩油富集机理的认识。因此,笔者通过精细岩心观察、薄片分析、扫描电镜分析、X射线衍射分析、阴极发光分析、有机地球化学分析、氩离子扫描电镜、压汞 液氮吸附联合测定及微米C T三维重构等实验手段,对东濮凹陷细粒沉积岩的岩石学特征、岩相类型及微观孔隙结构特性进行细致研究,以期为页岩油勘探开发提供指导。1 区域地质背景和研究方法东濮凹陷位于渤海湾盆地西南缘,属于临清坳陷的一部分(图1 A,B),是一个呈北北东向展布、南宽北窄、具多沉积韵律的新生代含盐断陷盆地,面积约5 3 0 0 k m2 1 6-1 7。凹陷东侧以兰
21、聊断层为界与鲁西隆起相邻,西侧以长垣断裂为界与内黄隆起相接,北部以马陵断层为界与莘县凹陷相接,南部以封丘北断层为界与兰考凸起相邻1 8。凹陷现今的构造呈现出“东西分带、南北分块”的格局,表现为“两洼一隆一斜坡”的面貌,自西向东发育西部斜坡带、西部洼陷带、中央隆起带、东部洼陷带和兰聊陡坡带5个次级构造单元(图1 C)。根据断层活动时期及其性质,古近系的构造演化历史可以划分为4个阶段,初始断陷期(沙四沉积期)、强烈断陷期(沙三沉积期)、断陷萎缩期(沙二 沙一沉积期)和断陷衰亡期(东营沉积期)2 2。钻遇的地层自下而上主要有古近系沙河街组和东营组、新近系馆陶组和明化镇组及第四系平原组,在古近纪沙河街
22、组沉积期,东濮凹陷主要沉积了一套以砂泥岩和膏盐为主的地层,同时根据岩性和古生物特征,划分为4个亚段,分别为沙河街组四段(沙四段,E2s4)、沙河街组三段(沙三段,E2s3)、沙河街组二段(沙二段,E2s2)和沙河街组一段(沙一段,E2s1),其中沙四段又分为沙四下和沙四上2个亚段,沙三段分为沙三下、沙三中及沙三上3个亚段(图2)。在沙河街组主要发育了两套优质烃源岩,即沙四上亚段 沙三段及沙一段,并且以前者为主,在这两套烃源岩内部穿插发育了4套岩盐层,从下往上依次为文2 3盐(沙四上亚段 沙三下亚段)、卫城下盐(沙三中下亚段)、文9盐(沙三中亚段 沙三上亚段,也称卫城上盐)及沙一盐(图2),岩盐
23、在平面上主要分布在凹陷北部中央及斜坡部位且随着沉积中心不断迁移2 3-2 4,在纵向上,岩盐与泥页岩、砂1 3 0 彭 君,孙宁亮,鹿 坤,等/地学前缘(E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s)2 0 2 3,3 0(4)h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4)A渤海湾盆地位置;B渤海湾盆地构造简图;C东濮凹陷构造单元划分及井位分布。图1 东濮凹陷构造位置及构造单元划分F i g.1 R e g i o n a l
24、s t r u c t u r a l m a p a n d t e c t o n i c u n i t s o f t h e D o n g p u S a g岩指状交叉,形成了良好的生储盖组合2 5。沙四上沙三下亚段沉积期,湖盆处于断陷期,半深湖 深湖面积分布最广,是细粒沉积岩的集中段,发育了优质烃源岩,因此,沙四上 沙三下亚段是东濮页岩油主要勘探层位。本次研究对V 1 8-5、V 1 4 5、V 7 9-1 3、V 4 5 6、V 7 9-1、V 7 9-8、V 3 1 1、P 6 3、P 1 4 0、P 6-6 5、P 7 5、P 1 5 3、B 5和B 3共1 4口取心井进行
25、精细观察及取样分析(井位分布见图1 C),所取样品的层位集中在沙四上 沙三下亚段,全岩X衍射样品3 1 6块(U l t i m a I V型X射线衍射仪),T O C测试样品1 4 0块(C S 8 4 4 碳硫分析仪),镜质体反射率样品4块(L E I C A DM 4 P测试仪),S EM扫描电镜测试样品5 0块(P r i s m a E型扫描电子显微镜),岩石薄片鉴定分析5 0块(德国徕卡DM 2 7 0 0 P偏光显微镜),热解参数“S1”样品1 4 0块(D E G-1 1岩石热解仪),以上分析在中石化中原油田勘探开发研究院实验中心测试完成。氩离子扫描电镜分析(含氩离子抛光)(H
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