泌陽(yáng)凹陷頁(yè)巖油賦存特征及可動(dòng)性研究

余志遠(yuǎn)，章新文，譚靜娟，李吉君 ，劉 召，劉潔文

（1．中國(guó)石化河南油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南鄭州 450000；2．中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)學(xué)院，山東青島 266580）

1 頁(yè)巖油賦存特征

1.1 頁(yè)巖油賦存方式及特征

烴源巖內(nèi)的液態(tài)石油主要具有吸附態(tài)和游離態(tài)兩種賦存形式，吸附態(tài)烴類是指吸附在干酪根和黏土顆粒表面的烴類；游離態(tài)烴類是指賦存在基質(zhì)孔隙和微裂縫中的烴類[1]。

在泌陽(yáng)凹陷頁(yè)巖巖心、熒光薄片中可見(jiàn)到油氣賦存跡象。巖心層間縫上有油跡顯示，且有油氣味；在顯微鏡下，通過(guò)偏光、正交光及熒光觀測(cè)到粉砂顆粒間有烴類顯示，方解石溶蝕孔內(nèi)以及微裂縫網(wǎng)

絡(luò)中充填油，并且灰質(zhì)頁(yè)巖中普遍有紋層狀熒光顯示，說(shuō)明頁(yè)巖孔隙中賦存油。游離油主要賦存在層間縫、構(gòu)造縫以及較大的基質(zhì)孔隙內(nèi)，其分布主要受基質(zhì)孔隙、裂縫影響，呈層狀、線狀和點(diǎn)狀分布；吸附油主要賦存在有機(jī)質(zhì)及黏土礦物顆粒表面，其分布主要受有機(jī)質(zhì)及黏土礦物顆粒影響，呈分散狀、層狀和紋層狀分布。

1.2 頁(yè)巖油賦存空間特征

圖1 氦測(cè)孔隙度與S1關(guān)系

1.2.1 基于氦測(cè)、壓汞及低溫N2吸附實(shí)驗(yàn)的頁(yè)巖油賦存空間特征

氦測(cè)孔隙度的主要方法是采用合適的氣體作為測(cè)試探針代替常規(guī)物性測(cè)試中的液相探針或大分子汞，使氣體分子進(jìn)入特定范圍孔徑的孔隙空間，通過(guò)記錄監(jiān)測(cè)氣體進(jìn)入巖樣后壓力的變化信息，采用適用的理論模型獲得物性參數(shù)[2-3]。

壓汞法又稱汞孔隙率法，是測(cè)定部分中孔和大孔孔徑分布的方法。其基本原理是汞對(duì)一般固體不潤(rùn)濕，欲使汞進(jìn)入孔，需施加外壓，外壓越大，汞能進(jìn)入的孔直徑越小。測(cè)量不同外壓下進(jìn)入孔中汞的量，可知相應(yīng)的孔大小和孔體積[2-3]。目前所用壓汞儀使用壓力最大約 200 MPa，可測(cè)孔直徑范圍：0.006 4～950 um。

氦測(cè)法及壓汞法所測(cè)孔隙度為頁(yè)巖中較大孔徑孔隙組成的孔隙體積。用這兩種方法測(cè)樣品，得出的孔隙度均與原油中輕質(zhì)部分（S1）呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系，反映了泌陽(yáng)凹陷頁(yè)巖油主要賦存在較大的孔隙中（圖1、圖2）。

圖2 壓汞孔隙度與S1關(guān)系

為了進(jìn)一步研究頁(yè)巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征，對(duì)樣品開(kāi)展了低溫N2吸附實(shí)驗(yàn)。低溫N2吸附法利用N2在固體表面的吸附原理，對(duì)微孔和介孔進(jìn)行定量表征。對(duì)于氦測(cè)法及壓汞法不能測(cè)定的孔隙區(qū)域，尤其是納米級(jí)孔隙的測(cè)量，采用低溫N2吸附法。

泌陽(yáng)凹陷泥頁(yè)巖樣品的微孔、介孔的孔徑分布呈多峰現(xiàn)象（圖3），其主峰分布在1 ～5 nm，5 nm以上的孔隙占通過(guò)低溫N2吸附實(shí)驗(yàn)所得總孔體積與S1、氯仿瀝青“A”關(guān)系（圖4），可以看出，其總孔體積與含油量呈弱負(fù)相關(guān)，說(shuō)明微孔、介孔發(fā)育的儲(chǔ)層含油性較差，也反映了泌陽(yáng)凹陷頁(yè)巖油主要賦存在較大的孔隙中（宏孔）。

圖3 泌陽(yáng)凹陷頁(yè)巖樣品的氮?dú)馕娇讖椒植?/p>

1.2.2 基于核磁共振實(shí)驗(yàn)分析頁(yè)巖油賦存空間特征

核磁共振(NMR)實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)量巖石孔隙流體的核磁弛豫特性，提供有關(guān)巖石孔隙度、滲透率、流體性質(zhì)及含量等信息，已經(jīng)成為無(wú)損檢測(cè)巖石物性和含油性特征的重要手段。儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)控制孔隙流體的分布狀態(tài)，而核磁共振能夠通過(guò)實(shí)際測(cè)量，得到不同孔隙流體的賦存狀態(tài)，這是核磁共振T2譜（馳豫時(shí)間）評(píng)價(jià)孔隙結(jié)構(gòu)的基本依據(jù)[1-3]。

本次核磁共振實(shí)驗(yàn)共分析21塊樣品，以樣品3、14為例，可以看出在不同狀態(tài)下的T2譜主峰信號(hào)明顯下降（圖 5），其中，曲線①為樣品原始T2譜分布；曲線②為飽和MnCl2后T2譜分布，即屏蔽水信號(hào)后的 T2譜分布；曲線③為真空加熱 180 ℃后T2譜分布；曲線④為樣品洗油烘干后T2譜分布。由此可得，曲線①對(duì)應(yīng)的區(qū)域?yàn)樗盘?hào)；曲線②對(duì)應(yīng)的區(qū)域?yàn)榭蓜?dòng)油信號(hào)；曲線③對(duì)應(yīng)的區(qū)域?yàn)椴豢蓜?dòng)油信號(hào)；曲線②+③即為總油信號(hào)；曲線④對(duì)應(yīng)的區(qū)域?yàn)榛仔盘?hào)。本文將②+③（總油信號(hào)）與①（水信號(hào)）的比值定義為油水比。

為了進(jìn)一步確定頁(yè)巖油在孔隙中賦存的位置，利用比表面積及孔徑分析儀，通過(guò)低溫N2吸附與脫附實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量樣品的比表面積和平均孔徑。將樣品的油水比與平均孔徑、比表面積進(jìn)行對(duì)比（圖 6、圖7），可以看出，隨著平均孔徑的增大，所含的油也在增多，而且孔隙中油的增量明顯比水要多；隨著比表面積的增大，油水比呈明顯的減小趨勢(shì)，比表面積越大，樣品中小孔相對(duì)越多。由此可知，泌陽(yáng)凹陷的頁(yè)巖油主要賦存在較大孔隙中。

圖4 總孔體積與S1及氯仿瀝青“A”關(guān)系

圖5 泌陽(yáng)凹陷頁(yè)巖樣品在不同狀態(tài)下的弛豫時(shí)間

圖6 油水比與平均孔徑關(guān)系

圖7 油水比與比表面積關(guān)系

2 頁(yè)巖油可動(dòng)性影響因素

2.1 頁(yè)巖油可動(dòng)性與深度關(guān)系

隨著深度的增加，生烴潛量出現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)（圖8），這是由于達(dá)到一定深度后，伴隨排烴作用的發(fā)生，有機(jī)質(zhì)的生烴潛力將出現(xiàn)下降趨勢(shì)，據(jù)此可以判斷有機(jī)質(zhì)的排烴門限[4-5]。從圖8中可以看出，泌陽(yáng)凹陷排烴門限在2 000 m左右，該深度也是頁(yè)巖油具備流動(dòng)性的起始深度。因此，排烴門限對(duì)應(yīng)的泥頁(yè)巖最大含油量可看作是頁(yè)巖油可動(dòng)的下限值。從泌陽(yáng)凹陷A/TOC與S1/TOC隨深度的變化關(guān)系（圖9、圖10）可以看出，開(kāi)始大量排烴所對(duì)應(yīng)的值分別為0.2和60 mg/g，可以認(rèn)為，當(dāng)A/TOC大于0.2、S1/TOC大于60 mg/g時(shí)，所生成的油氣是可動(dòng)的，故將此作為頁(yè)巖油可動(dòng)量的下限值。

根據(jù)S1/TOC與A/TOC在縱向上的范圍，確定頁(yè)巖的最佳含油深度。從圖 9、圖 10中可以看出，S1/TOC與A/TOC均隨著深度先增加后減少，S1/TOC在2 800 m時(shí)為最高值，A/TOC在3 400 m時(shí)為最高值，因此，確定泌陽(yáng)凹陷頁(yè)巖油的最佳含油深度為2 800～3 400 m。

2.2 頁(yè)巖油可動(dòng)性與有機(jī)碳關(guān)系

研究表明，當(dāng)TOC值較低時(shí)，烴源巖生成的油主要用于滿足自身有機(jī)質(zhì)和礦物吸附的需要；當(dāng)TOC增大到一定值時(shí)，生成的油才大量以游離態(tài)填充泥頁(yè)巖基質(zhì)孔隙并運(yùn)移排出。隨著TOC值的不斷增加，油氣的可動(dòng)性是不斷上升的（圖11）。因此，TOC含量決定頁(yè)巖生油潛力與含油量，含量越高，生成的頁(yè)巖油越多，可動(dòng)性越好。

圖8 生烴潛量與深度關(guān)系

圖9 深度與S1/TOC關(guān)系

2.3 頁(yè)巖油可動(dòng)性與主要礦物關(guān)系

泌陽(yáng)凹陷頁(yè)巖儲(chǔ)層礦物主要為石英、長(zhǎng)石、黏土礦物及碳酸鹽巖，頁(yè)巖油可動(dòng)性與碳酸鹽巖相關(guān)性較小，本文不討論。隨著黏土礦物含量的不斷增加，S1含量逐漸降低（圖12），對(duì)于黏土質(zhì)泥頁(yè)巖以及云質(zhì)泥頁(yè)巖來(lái)說(shuō)尤為明顯，這是由于黏土礦物含量越高，其吸附能力就越強(qiáng)，使得頁(yè)巖油的可動(dòng)性降低。

圖10 深度與氯仿瀝青“A”/TOC關(guān)系

圖11 有機(jī)碳含量與S1關(guān)系

圖12 黏土礦物與可動(dòng)S1關(guān)系

隨著石英含量的增加，頁(yè)巖可動(dòng)油含量逐漸增加，當(dāng)石英含量增加到約 35%時(shí)，S1含量保持相對(duì)穩(wěn)定（圖 13），這是由于脆性礦物含量是影響頁(yè)巖基質(zhì)孔隙、微裂縫發(fā)育程度、含油氣性的重要因素，脆性礦物含量越高，在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中越易形成天然裂縫，使得頁(yè)巖油可動(dòng)性越好；隨著長(zhǎng)石含量的增加，頁(yè)巖油的可動(dòng)性逐漸降低，造成這種現(xiàn)象的原因與長(zhǎng)石在地質(zhì)條件下的反應(yīng)有關(guān)，當(dāng)長(zhǎng)石含量較高時(shí)，地層伴隨油氣生成過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生有機(jī)酸，有機(jī)酸與過(guò)量的長(zhǎng)石產(chǎn)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為高嶺石、伊利石等黏土礦物，增強(qiáng)對(duì)油氣的吸附能力，導(dǎo)致頁(yè)巖油可動(dòng)性逐漸降低。

圖13 石英含量與可動(dòng)S1關(guān)系

2.4 頁(yè)巖油可動(dòng)性與孔隙度關(guān)系

孔隙度是影響頁(yè)巖儲(chǔ)油能力及可動(dòng)性的關(guān)鍵因素，氦測(cè)及壓汞孔隙度均與S1呈正相關(guān)關(guān)系。隨著頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙度的增加，其儲(chǔ)集性能及滲流能力都會(huì)得到提升，頁(yè)巖油可動(dòng)性自然隨之變好。

3 結(jié)論

（1）綜合巖石學(xué)、氦測(cè)、壓汞及核磁實(shí)驗(yàn)分析認(rèn)為，泌陽(yáng)凹陷頁(yè)巖油主要賦存空間為層間縫、構(gòu)造縫及基質(zhì)孔隙較大孔徑的無(wú)機(jī)孔隙。

（2）通過(guò)頁(yè)巖油可動(dòng)性影響因素分析認(rèn)為，泌陽(yáng)凹陷頁(yè)巖油可動(dòng)性與有機(jī)碳含量、孔隙度及石英含量呈一定的正相關(guān)關(guān)系，與黏土礦物及長(zhǎng)石含量呈一定負(fù)相關(guān)關(guān)系。由于頁(yè)巖儲(chǔ)層的壓力、有機(jī)質(zhì)成熟度、原油性質(zhì)等與深度息息相關(guān)，因此頁(yè)巖油可動(dòng)性與深度有一定關(guān)系，頁(yè)巖油可動(dòng)性隨深度增加先增加后減少，在2 800～3 400 m達(dá)到最大。