松辽盆地古龙凹陷青山口组页岩油储层中有机质微孔特征.pdf
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1、初步计算表明有机微孔对储层孔隙度总的贡献在0.44%左右(有机碳取2.0%)。有机质中的微米孔(包括其他微米孔)可以与更高一级的微缝和页理缝互相联结,构成了一个很好的空间连通网络系统,为松辽盆地古龙页岩油的有效开发奠定了物质基础。关键词:有机质;微米孔;储集空间;页岩油;松辽盆地;古龙凹陷页岩油是近期兴起的一种新的接替常规油气资源的重要油气资源(金之钧等,2 0 19;邹才能等,2021),但由于起步晚,还处在勘探开发的早期(孙焕泉,2 0 17),所以存在很多呕待解决的问题,尤其是与国外页岩油相比中国页岩油还存在着自身的一些不足(赵文智等,2 0 2 0)。大庆油田古龙凹陷的泥岩油发现颇早,
2、198 4年高瑞祺教授首次报道了古龙凹陷竖直裂缝型泥岩油藏。这些可以看做是古龙凹陷页岩油发现和勘探开发的前奏。近期施工的松页油1HF等均在页岩油勘探上取得了突破,尤其是古页油平1井具有重大战略转折意义(何文渊等,2022a)。松辽盆地在纵向上多层位含页岩油,资源丰富,油藏类型多样,但页岩油油藏类型、分布规律及成藏主控因素目前还认识不清;由于起步较晚,资料较少,基础研究较薄弱,未知性也较多,给页岩油的勘探开发带来了巨大的困难。孙龙德(2 0 2 0)指出,“古龙青山口组页岩中存在大量有机成因和无机成因的页理缝,占总面孔率达到2 2%7 9%,其水平渗透率是垂直渗透率的10100倍,在2 0 0
3、0 m以下(目前资料到2 6 0 0 m)可以形成高孔渗带”(孙龙德,2 0 2 0)。古龙页岩油是近期大庆油田勘探的热点,但是对页岩油储层的基本储集空间和运移通道一直不明,最近的研究发现了页岩油储层中的有机质发育了大量的微米孔,何文渊等(2 0 2 2 a,b,c)已经在其他论文中做了较详细地介绍,故本文不再赘述。笔者等仅探讨有机质中的微孔,兼顾纳米孔。1地质概况松辽盆地北部面积11.9510 4km,是一个中新生代内陆断坳叠合盆地,分为中央坳陷区、西部斜坡区、北部倾没区、东北隆起区和东南隆起区和西南隆注:本文为国家自然科学基金资助项目(编号:42 0 7 2 138、4157 2 0 8
4、8),中国石油天然气股份有限公司重大科技专项大庆古龙页岩油勘探开发理论与关键技术研究”项目(编号:2 0 2 1ZZ10)和黑龙江省“百千万”工程科技重大专项“松辽盆地北部古龙页岩油成藏条件及甜点分布规律研究(编号:2 0 2 0 ZX05A01)的成果。收稿日期:2 0 2 2-0 9-17;改回日期:2 0 2 2-12-0 8;网络首发:2 0 2 2-12-2 0;责任编辑:刘志强。Doi:10.16 50 9/j.g e o r e v i e w.2 0 2 2.12.0 41作者简介:何文渊,男,197 4年生,博士,教授级高级工程师,目前从事石油地质研究和海外石油工程项目管理工
5、作;Email:h e w e n y u a n 。通讯作者:钟建华,男,1957 年生,博士,东北大学秦皇岛分校兼职教授,主要从事沉积学和构造地质学研究;Email:。11622023年质论地评(a)N0200km(b)N020km北部倾没东北泰康中区部喇嘛甸隆起大庆斜大庆央安达坡区松油1HF红岗0.75中央0.75区兰西松页油2 HF松页油1坳陷区哈尔溪肇东白城松页油24.50坳松页油3东大同X2南古龙哈尔滨隆X3陷肇州西南起新站区长春大安隆起区肇源四平区研究区位置工业油流井一级构造单元地名Ro(%)locationofstudyareaindustrialoilflowwellsfir
6、st-ordertectonicunitsplacenamevitrinitereflectance图1松辽盆地北部构造分区及位置图(据何文渊等,2 0 2 2 b)Fig.1 Structural zoning and location map of the study area(After He Wenyuan et al.,2012b)起区6 个一级构造单元(图1)。研究区在松辽盆地北部的一级构造单元中央坳陷区内,主体部分位于泰康隆起带和龙虎泡大安阶地上,西部与西部斜坡区相邻,东部与齐家一古龙凹陷相邻,龙虎泡一大安阶地为其主体部分,区内由深至浅构造格局基本一致,整体表现为西北高东南低的单
7、斜构造。松辽盆地的基底为古生代和前古生代变质岩系,沉积盖层最大厚度可达10 0 0 0 m,自下而上包括白垩系火石岭组、沙河子组、营城组、登娄库组、泉头组、青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组、明水组和新生界(图2)。坳陷沉积时期发生两次大湖侵,盆地中部产生较大面积的深湖一半深湖区,形成了青山口组和嫩江组2 套大规模湖相沉积,是盆地主要烃源岩发育的时期,也是页岩油主要发育层位。青山口组是页岩油发育的主要层段,青一段主要是一套黑色一灰黑色泥页岩,有机质含量较高,底部有34层油页岩,是主要的页岩油发育层段(何文渊等,2 0 2 2 c)。初步勘探和研究表明,松辽盆地青山口组发育了丰富的页岩油资源,资
8、源量可达151亿t,是大庆油田重要的接替资源。邹才能等(2 0 2 1)指出,非常规源岩层系油气是中国非常规油气增储上产的主要组成部分(邹才能等,2 0 2 1)。因此,聚焦古龙页岩油气的勘探开发具有重要的科学和实际意义。青山口组的页岩油源储比大于90%,单砂体厚度小于0.2 0 m,累积砂体厚度不到整个岩性的5%,主力页岩油层段甚至不到1%,属于典型的纯页岩型(ii型)页岩油(王广昀等,2 0 2 1)。近期在青山口组的地层、储层及页岩油的研究上已经取得了很多成果(何文渊等,2 0 2 1;崔宝文等;王凤兰等,2 0 2 1;庞彦明等,2 0 2 1;冯子辉等,2 0 2 1;王永卓等,2
9、0 2 1;邵红梅等,2 0 2 1)。2古龙页岩储层的特点2.1古龙页岩油储层的岩性松辽盆地青山口组为一套以页岩为主的细粒碎屑岩,除了页岩外,还有泥岩、液化砂泥混合岩、灰色一浅灰色薄层细砂岩和粉砂岩、介形虫灰岩及黄褐色白云岩或云化页岩。页理无疑是最重要的沉积构造。2.2古龙页岩油储层的矿物组成黏土矿物是主要成分,主要为伊利石,少量蒙脱石;但石英、长石也较多,其颗粒极细,大部分长英质颗粒的直径多在0.0 1mm以下,甚至0.0 0 39mm以下,所以使岩石在结构上显示出泥岩或页岩的特点,在薄片鉴定时容易归属于黏土矿物。目前薄片鉴定1163第3期何文渊等:松辽盆中有机质微孔特征品石系统组段地层代
10、号岩性地质年龄油层构造层明水组K,m四方台组K.s-73Ma土嫩四-五段K,ns黑帝庙油层嫩三段K,n嫩江组-77.4Ma嫩二段K,n嫩一段萨尔图油层84Ma上姚二-三段姚家组2+3白萨葡夹层垩姚一段Ky葡萄花油层统-88.5Ma-坳陷构造层青三段qn白高台子垩油层青山口组系青二段gn97Ma青一段K,qn-99.6Ma土-泉四段K,q扶余油层泉头组下泉三段K,q白泉二段K.q垩泉一段K,q统-112Ma登娄库组K.dOOO砂砾岩细砂岩砂岩粉砂质泥岩泥质粉砂岩泥岩油页岩glutenitefinesandstonesiltstonesiltymudstonelargillaceoussiltst
11、onemudstoneoilshale图2 研究区地层柱状(据何文渊等,2 0 2 2 b)Fig.2 Strata columnar in the study area(after He Wenyuan et al.,2012b)116420233年论质地评结果黏土矿物的含量都在8 0%90%(按中石油的规定),而X衍射黏土矿物的含量却只有30%40%。所以从化学成分和矿物成分上看许多黏土级的颗粒是长英质矿物根据古页8 HC和古页3HC等井的XRD全岩分析表明,石英含量在1.4%43.1%,平均值为32.9%,长石含量在0 34.9%,平均值为19.5%,以斜长石为主,含有少量钾长石,碳酸盐
12、矿物主要包括方解石和铁白云石,含量在0 92.7%,平均值为4.4%,黏土矿物在0 58.8%,平均值为35.1%。最近,王凤兰等(2 0 2 1)对古龙页岩的矿物组成又做了精细的研究,发现了脆性矿物含量很高,黏土矿物仅占整个矿物组成的2 9.7%,不足1/3,揭示了古龙页岩的脆性较大,可压裂性很好(邵红梅等,2 0 2 1)。从矿物的三角图可以看出(图3),古龙凹陷青山口组页岩油储层是一种以长英质矿物为主的页岩,主要的岩石类型是黏土质长英页岩。3有机质中的微孔3.1有机质中的微孔有机质是一种生烃物质,历来是石油地质的研究重点。冯子辉等(2 0 2 1)对古龙页岩油储层中的有机孔已经做了初步研
13、究。邵红梅等(2 0 2 1)对古龙凹陷页岩油储层中的有机质也进行了研究,指出有机质常以顺层充填状、条带状、填隙状、团块状等形式分布,多数与黏土矿物混杂分布古龙凹陷青山口组页岩中的有机质多与长英质组分共生,除了发育纳米孔外,还发育了微米级孔隙,直径多在1 2 m到3 4m,圆形(图4a)、次圆形(图4eg)到不规则形(图4k一o)。古龙页岩青山口组有一些不定形的有机孔,以多角形为主(图4c、k、l、m),少数呈近圆形(图4d),估计是一种液态烃排出轻质油和天然气后的残留物。邵红梅等(2 0 2 1)也认为蜂窝状、海绵状、网状的有机质孔是与生排烃有关。根据有机质的特点分为4种类型,以下简述:3.
14、1.1结构镜质体中的微孔古龙青山口组页岩中除了沥青发育微米级孔外,还有结构镜质体中也发育了微米孔(图4)。由于这种组分比较重要我们提供了17 张照片。结构镜质体的识别依据是有明显的凝胶化细胞壁和残留细胞腔(图4),是凝胶化不彻底或含较多木质素的结果,所以保留了植物的结构。不规则片状,细胞腔的直径多在1 2 m到3 4m,圆形或次圆形(图4e一g)到不规则形(图4k一o)。结构镜质体是一种型干络根,其中的微孔主要是细胞腔的残留形成长英质矿物(b)古页1长英质矿物(a)古龙北544-X4360100古贡2 HC0100龙132-59-X46舍贡3HC崧贺油!页8 HC松资油2敖34I英152575
15、2575X英斜8 2 0 1.Q9古1150505050IIIII75257525XIIIl,II,I,1000100/0751007510025502550黏土矿物碳酸盐矿物黏土矿物碳酸盐矿物图3古龙页岩油的矿物组成三角图Fig.3 Triangular plot of mineral composition of Gulong shale oilI1一粉砂岩;12 一黏土质长英页岩;13一黏土质灰/云岩;,一页岩;2 一黏土质页岩;I,一灰/云质页岩;I,一灰/云岩;,一黏土质灰/云岩;,一长英质灰/云岩I 1Siltstone;I 2Argillaceous felsic shale;I
16、 3-Calcareous/dolomitic felsic shale;II,Shale;Il,-Argillaceous shale;II,-Calcareous/dolomitic shale;II,-limestone/dolostone;II,Argillaceous limestone/dolostone;II,Felsic limestone/dolostone1165何文渊等:松中有机质微孔特征第3 期AP细胞腔维胞腔细胞壁a(b)toum3/24/20218dmodeHVmagOWDHFWFToumdemodeHVag口WDHFW1016:16AMTA+B5.00kV0.40
17、nA1.000 x4.0mm41418:57:AMT1A+B5.00kV.0.40AA0.000 x4.0mm42.4um细胞腔绿泥石细胞壁d)e(f)8/23/2021modeHVWD6/2021modeWDHPW2725/2021HFW.19AMT1A.B5.00kV0.40nA20000 x4.0mm20.7um0.40nA5000 x4.0mm82.9Mm3:30:24P045.00kV0.40nAmmCES10.000 x41.4细胞腔纽腔AP细胞细胞壁细胞壁(g)h)细胞腔2/25/2021modieHP9/B/202detmodeHVmagCWOHW3OL9/8/2021HVag
18、WDHFW20Hmdet32042PMT1A+B5.00kV0.40mA50 x3.9mmB2.9mm306:10PM.TIA.B5.00kV0.40nA8000 x4.0mm.51.8umJe3:28:25PM5O0KVO4OmAmmCBS30.000X138um细胞游细胞堡Q细胞壁细胞腔(k)3/26/2021detode好9/B/2023detmodeHVmgDWOHFWV27/2021detmode.HVCUFmagoWDHFWmagWDHFW1om32141PMT1A:B5.00kV0.40mA15003.9mm27.6Mm4:29:00PMT1AB0.40.nA005.00kV0.
19、40mA10.0004.0mm41.4um(m)(n)(o)9/8/2023nodeHVmag口WDHFW3/23/2021detmitide1VCumgOWDHFW3/23/2021dmmodeHVgTWD20.7umHFW3:73:29.PMT1A65.00kV0.40nA10 000 x3.9mm41.4um5.05:04PMT1AB5.00kv0.40mA10000-4.0mm41.4m5.2917PMT1AB5.00kV6.40A20000 x4.0mm2A细胞腔C=99.3%可能与地表火丝质体煲或爱烈氧花有笑。100umEHT-10.00kVSignalA-HDBSDDate:27
20、Aug2022FMag*1.29KxZEISSWD-4.9mmTime-13:38:27116620233年质论地评图4结构镜质体中的微米孔Fig.4 micron-size pores in phyllovitrinite(a)结构镜质体碎片散落分布,具有清晰的残留细胞结构,三角形的残留细胞壁和残留的细胞腔;可见有大量分散的黄铁矿。(b)图a中红框的放大图,可见整个有机质呈非常对称的三角形。细胞壁和残留细胞腔保存较好。细胞壁上有少量孔隙(红色箭头);右上角有一团重晶石(Ap);(c)图a中黄框的放大图。可见有大量微孔(红色箭头和红色大箭头)和纳孔。其中有一个方解石(Ca)和绿泥石(Ch),周
21、缘还有自生石英;(d)一个形态特殊的结构镜质体,似乎是一个植物的某个器官,其中发育了几个微孔(红色箭头),还有一些纳孔(没有标注);(e)细胞结构保存较好的结构镜质体,细胞腔较大,直径有数微米,多被自生绿泥石(绿色箭头)和石英(橙色箭头)矿物充填。以填隙物的方式充填在粒间孔中。(f)细胞结构保存很好的结构镜质体,因细胞腔均被充填而不大明显,细胞腔了主要充填了绿泥石。(g)图(f)的红框放大。可以清晰地看到细胞壁和细胞腔;(h)细胞壁保存很好、但被破碎,孔隙不大发育,仅发育了少量纳微孔(红色箭头)。凝胶化不大强烈,所以细胞壁和细胞腔都保存很好,但不排除是丝质体。(i)细胞壁保存很好,孔隙不发育,
22、仅发育了少量纳微孔(红色箭头)。凝胶化不大强烈,所以细胞壁和细胞腔都保存很好,但也不排除是丝质体。(j)结构镜质体,孔隙不发育,仅发育了少量纳微孔(红色箭头)。凝胶化不大强烈,所以细胞壁保存较好,细胞腔变形强烈,多被绿泥石(Ch)和石英充填(Q)充填,有一颗重晶石(Ap)。(k)降解较强烈的结构镜质体,细胞壁和细胞腔都变形强烈,细胞腔被绿泥石(Ch)和石英(Q)充填。纳孔(红色箭头)较发育,仅见1个微孔(大红色箭头);(1)降解强烈的结构镜质体。细胞壁强烈膨大,细胞腔变形,多被绿泥石(Ch)充填。有几个微孔(橙色箭头)和一些纳孔(红色箭头)。沿维管束近平行方向的切面,所以细胞腔是长椭圆形的;(
23、m)降解强烈的结构镜质体。细胞壁强烈膨大,细胞腔变形,多被自生石英(Q)充填,有一个磷灰石(Ap)。有几个微孔(大红色箭头)和一些纳孔(红色箭头)(n)结构镜质体。细胞结构保存完好。有大量的磷灰石(Ap)和方解石(Ca)充填在细胞腔中。(o)图N的蓝框放大图,可见细胞壁和细胞腔保存很好。从颜色上看可能是一种含C较少的有机质,可能是丝质体;(p)一种细胞结构保存极好的碳化植物组织;(q)图p中红色十字点的能谱图,可见这种有机质碳含量在99.3%,缺少氧和氮(氢无法按检测出),所以推测其是一种丝质体,而非结构镜质体;(r)图p靠下部的部分放大,可以看到细胞结构保存极好,细胞壁没有凝胶化膨胀,而且也
24、没有在成岩过程中经压实变形,表明其在成岩过程中已经很坚硬,推测其是一种火焚丝质体,而非结构镜质体;再者,在成岩过程中没有被自生矿物充填,表明其是一种封闭的细胞腔,没有流体进入(a)Phyllovitrinite fragments scattered distribution,with clear residual cell structure,triangular residual cell wall and residual cell lumen;There is alot of scattered pyrite.(b)Enlargement of the red frame in(a)s
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