泌陽凹陷核三段泥頁巖儲層含油性評價

嚴 錫

(中國石化河南油田分公司勘探開發研究院,河南南陽 473132)

泌陽凹陷是南襄盆地中的一個富含油氣的中新生代次級凹陷,面積約1 000 km2,基底最大埋深達8 000 m以上,由東南至西北逐漸抬升,整個凹陷在平面上呈端部北指的扇形展布,剖面上構成南深北淺的箕狀凹陷。核桃園組三段三砂組(Eh3Ⅲ)沉積期為泌陽凹陷的最大湖泛期,泥頁巖最為發育。在核三段共識別出3個半深湖-深湖相沉積發育期,半深湖-深湖相沉積背景下,水體相對穩定,發育的泥頁巖連續沉積厚度大、平面分布范圍廣,是頁巖油勘探相對有利層系[1-2]。但Eh3Ⅲ泥頁巖層系巖性復雜,非均質性強,對泥頁巖儲層物性、含油性等基礎地質認識尚存在不足。本文綜合利用巖石學和地球化學相關技術方法對該區的泥頁巖儲層含油性進行評價,為泌陽凹陷頁巖油勘探開發提供新的思路[3-4]。

1 樣品和實驗方法

本次研究中選取的樣品主要分布在泌陽凹陷Eh3Ⅲ頁巖層系,采集樣品包括BYHF1井、AS1井、YYY1井等頁巖油重點井,并對其進行了系統的巖石學和地球化學分析。其中元素地球化學分析儀器為日本電子JXA-8230電子探針及能譜儀,頁巖儲層綜合分析利用SRP法,頁巖孔隙度和滲透率由壓力脈沖衰減孔滲儀測定,密度由全自動密度儀測定,飽和度由氣相色譜儀測定,巖石礦物學及儲層含油性分析使用德國萊卡A4M偏光顯微鏡以及蔡司LSM800型激光共聚焦顯微鏡來進行精細描述。

2 頁巖油儲層巖石學特征

泌陽凹陷Eh3Ⅲ頁巖層由黏土礦物、碎屑礦物(石英+長石)及碳酸鹽礦物組成(方解石+白云石),三者成分相對均勻,多集中在20%～40%,三者均無絕對優勢,脆性礦物含量(石英、長石、方解石和白云石含量總和)平均高達66%(圖1)。構造上,以紋層狀或頁理狀為主,塊狀構造在巖心統計中僅占15%;粒度整體以粉砂級以下為主(圖2)。

圖1 Eh3Ⅲ頁巖層礦物組成

圖2 Eh3Ⅲ頁巖層YYY1井激光共聚焦顯微導航與電子探針能譜元素分布特征

氬離子拋光-掃描電鏡分析結果表明,泌陽凹陷Eh3Ⅲ中段頁巖主要發育粒間孔、晶間孔和溶蝕孔以及構造縫、層理縫和微裂縫,其中層間頁理縫和晶間孔、溶蝕孔較發育,可能是頁巖油較為有利的儲集空間[6]。頁巖層理縫發育,平行層理的斷面上孔隙發育較差,垂直層面孔隙發育(圖3),熒光薄片顯示泥質紋層熒光顯示較豐富,含油性好;Eh3Ⅲ下段頁巖層巖性以長英質泥頁巖為主,主要發育粒間孔、溶蝕孔、微裂縫,晶間孔,有機質孔發育較少。

圖3 泌陽凹陷Eh3Ⅲ典型泥頁巖樣品的孔隙類型

根據頁巖物性分析SRP法測得研究區BYHF1井頁巖孔隙度為1.55%～7.23%,平均為4.63%;壓降基質滲透率為0.43×10-3～3.12×10-3μm2,平均為1.56×10-3μm2,為特低孔、超低滲型儲層[7-8](表1)。

表1 泌陽凹陷BYHF1井SRP法測頁巖儲集物性

3 頁巖油儲層的含油性特征

通過對泌陽凹陷深洼區Eh3Ⅲ頁巖層采集的YYY1井樣品進行儲層含油性的顯微熒光分析(圖4a～b),發現塊狀泥巖和粉砂質泥巖中的烴類主要在礦物基質中分散賦存[9-10],層狀泥頁巖中的烴類主要賦存于順層發育的微裂縫及碳酸鹽巖條帶中;采用蔡司LSM800激光共聚焦顯微鏡對樣品進行三維掃描,可將原油組分進行可視化表征,激光共聚焦顯微技術是利用激光作為激發光源,在平面上方共聚焦通過對樣品逐點或逐線掃描,采集其每幀二維圖像。在縱向上軸方向以一定的間距掃描出不同軸位置的平面圖像,利用軟件進行三維重建,得到目標的二維或三維立體模型,由于巖石孔隙中烴類不同組分的光譜特征不同,故可以通過激光共聚焦掃描激發熒光的方法來觀察烴類不同有機質組分的位置和形態(圖4c)。其中使用488 nm波長的激光作為激發光源,選擇488～520 nm波長的激光作為接收波長,用紅色表示,對樣品中輕質流體組分進行分析(圖4d);選擇525～640 nm的波長作為接收波長,用藍色表示,對樣品中的重質流體組分進行分析(圖4e)[11-12]。結果表明,條帶和基質中的流體輕、重組分分布不均勻(圖4f),流體在泥質條帶中生成后,沿硅質條帶運移,因此推斷硅質條帶可能是有機質的運移通道之一。

有機質豐度(TOC)反映了泥頁巖中有機質富集程度,是油氣形成的物質基礎[13]。以Eh3Ⅲ取心264 m的YYY1井為例,其取心段覆蓋了Eh3Ⅲ中段和Eh3Ⅲ下段,烴源巖有機質豐度大于2%,有機質類型以Ⅰ和Ⅱ1型為主,巖石中游離烴含量為1.07～9.08 mg/g,平均為2.44 mg/g,烴源巖品質較好;鏡質體反射率(Ro)由0.7%升高至0.9%,熱演化程度與埋深呈正相關;熱解峰值溫度(Tmax)基本恒定在440～450 ℃左右,但在2 770～2 810 m開始出現Tmax低值現象,對照該井地球化學分析數據來看,Tmax低值點多數是S1含量相對較高的泥頁巖或粉砂質泥巖,在該深度段中顯示出較好的含油性特征;S1/(S1+S2)由15%升高至64%;氫指數(HI)由頂部2 688.5 m的418 mgHC/gTOC降為2 852.63 m的120 mgHC/gTOC,說明目的層系生烴潛力大;HI自上至下降低了298 mgHC/gTOC,說明有機碳大致轉化生烴298 mg/g;而S1/TOC穩定在180 mgHC/gTOC,說明有約180 mg烴類賦存在泥頁巖層的儲集空間,相差的118 mg烴類則可能賦存在臨近的非源巖層系。統計Eh3Ⅲ段不同類型的樣品發現,鈣質頁巖的S1平均為3.02 mg/g,砂巖的S1平均值為1.33 mg/g,層狀-紋層狀泥頁巖的S1平均為2.55 mg/g,塊狀泥巖的S1約為1.81 mg/g。砂巖類樣品的含油飽和度指數(OSI)均在100 mg/gTOC以上,鈣質頁巖樣品的OSI平均為96.42 mg/gTOC,層狀-紋層狀泥頁巖的OSI平均為153.22 mg/gTOC,塊狀泥巖的OSI平均為114.19 mg/gTOC。綜合對Eh3Ⅲ中下段典型樣品的儲層特征和含油性分析認為泌陽凹陷Eh3Ⅲ中下段泥頁巖層系中不同巖性均具有一定的儲集性能,除砂巖-粉砂巖夾層外,層狀-紋層狀泥頁巖類的含油性特征較好(圖5)。

圖5 YYY1井單井熱解地球化學剖面

4 結論

1)泌陽凹陷Eh3Ⅲ頁巖層泥頁巖類樣品孔、滲性能相對較差。巖層中發育的粒間孔、晶間孔及微裂縫可能是頁巖油氣賦存的主要儲集空間。

2)綜合熒光薄片、激光共聚焦顯微鏡分析認為,烴類經歷了生排烴作用后,部分烴類順微裂縫賦存,硅質條帶中烴類賦存較為明顯,表明硅質條帶可能是有機質的運移通道之一。

3)泌陽凹陷Eh3Ⅲ泥頁巖層系中的層狀-紋層狀泥頁巖的含油飽和度指數普遍分布在73.2～211.8 mg/gTOC之間,平均為153.22 mg/gTOC,表明該層段中的層狀-紋層狀泥頁巖具有較好的含油性特征。