頁巖油氣資源潛力分析

頁巖油氣資源潛力分析

自2005年以來，黃巖氣勘探已在世界范圍內(nèi)展開。據(jù)預(yù)測，世界巖氣資源總量為46422m3，相當(dāng)于世界傳統(tǒng)天然氣、天然氣和致密氣資源的總和。尋找黃巖油是下一次勘探的重點。中國石油勘探很早就在幾乎所有的陸上含油氣盆地中發(fā)現(xiàn)了泥巖裂縫油氣藏,如松遼盆地、渤海灣盆地、四川盆地、鄂爾多斯盆地、柴達(dá)木盆地等,可以預(yù)見頁巖油的勘探前景十分廣闊。松遼盆地青山口組一段(K2qn1)是眾所周知的一套生烴能力很強的優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育層位,其含油氣顯示也很廣泛,在多口井巖心上可見,如哈14井、古平1井、英12井、哈18井等。其中,單井青一段泥巖裂縫段,1990、1992年進(jìn)行抽汲求產(chǎn),日產(chǎn)油分別為0.79t及0.65t,2011年分段壓裂,產(chǎn)量最高為油3.7t/d;試油一個月穩(wěn)定產(chǎn)量2.4t/d,說明青一段是非?，F(xiàn)實的頁巖油勘探層系。然而,并非所有的泥頁巖中都能發(fā)現(xiàn)具有工業(yè)價值的油氣,松遼盆地青一段頁巖油形成的地質(zhì)條件如何,又有多大勘探潛力,能否為延續(xù)大慶油田原油長年穩(wěn)產(chǎn)這一“奇跡”做出貢獻(xiàn),都是十分有意義的關(guān)注點?；谖覈搸r油氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀,結(jié)合國土資源部《全國頁巖氣資源潛力調(diào)查評價及有利區(qū)優(yōu)選》工作要求,本文根據(jù)頁巖油區(qū)域地質(zhì)條件調(diào)查結(jié)果,研究松遼盆地北部青一段頁巖油形成的地質(zhì)條件,并初步評價了其勘探潛力。1青一部分四級層序青一部分松遼盆地廣泛發(fā)育的兩套泥頁巖,即青山口組(K2qn)和嫩江組(K2n)。大量的研究工作表明,這兩套泥頁巖在埋深1300~1500m左右進(jìn)入生油氣門限,在埋深為2500m左右達(dá)到排油氣高峰階段,并由于源巖層內(nèi)殘留有可觀的烴量而普遍發(fā)育有異常高壓。青山口組一段可細(xì)分為2個四級層序(圖1),青一段四級層序1屬于青一段下部,是在松遼盆地大型坳陷湖盆形成演化過程中,由于盆地構(gòu)造沉降和大氣降水綜合作用,湖平面波動上升、水體加深,湖盆底部水體循環(huán)不暢,沉積相帶由泉頭組沉積時期的濱淺湖亞相發(fā)展為深湖-半深湖亞相,加上海侵引發(fā)的湖海溝通事件和全球缺氧事件的影響,導(dǎo)致了湖盆底層水體缺氧,湖水微咸化,底棲生物大量滅絕。同時,湖水表層生物的高生產(chǎn)力、陸源沉積物的匱乏和深湖-半深湖的強還原環(huán)境使得有機(jī)質(zhì)得到較好的保存,沉積了具有水進(jìn)凝縮意義的厚層富有機(jī)質(zhì)頁巖和暗色泥巖,并且有機(jī)碳含量(TOC)具有明顯的旋回性。青山口組一段沉積晚期,即對應(yīng)于青一段上部的四級層序2沉積期,盆地構(gòu)造沉降速度有所減慢,陸源沉積物不斷向湖盆注入堆積而導(dǎo)致湖平面相對下降,呈現(xiàn)湖退現(xiàn)象,盆地內(nèi)廣泛發(fā)育有河流和濱淺湖沉積,深湖面積也明顯縮小,此時不利于形成富有機(jī)質(zhì)頁巖,多形成泥巖較為不純的粉砂質(zhì)泥巖、灰質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r等粘土含量相對較低的細(xì)粒沉積巖,反而可能為頁巖油的富集提供了有利的儲集條件。2巖油形成的地質(zhì)條件2.1儲氣巖石類型在松遼盆地北部中央坳陷區(qū),尤其是長垣、齊家古龍、三肇、王府凹陷,青一段頁巖層系發(fā)育典型的“泥包砂”頁巖地層組合,厚層頁巖與砂巖和粉砂巖夾層共同儲氣,與FortWorth盆地Barnett頁巖地層組合相似,易形成“混合巖性型”的頁巖油。其富有機(jī)質(zhì)頁巖層系厚度為20~45m,平均厚度32m,主體埋深1500~2500m,上覆地層較厚,與美國五大頁巖層系埋深相當(dāng)(800~2600m),分布面積38723.60km2(TOC大于1.5%)。同時,處于構(gòu)造相對穩(wěn)定區(qū),無巖漿活動,較少發(fā)育規(guī)模性通天斷裂破碎帶,因而保存條件較好。2.2加砂礦物組成青一段泥頁巖以發(fā)育鋯石、黃鐵礦、赤鐵礦、菱鐵礦和白鈦石為特征。通過齊平1井X-射線衍射-巖石礦物含量實測結(jié)果,其鈣質(zhì)含量多為5%~20%,長英質(zhì)成分多為40%~70%,粘土礦物多小于40%(圖2)。其中,粉砂巖類的礦物組成:鈣質(zhì)含量一般為15%~25%,長英質(zhì)成分一般為55%~70%,粘土礦物一般小于20%;泥巖類的礦物組成為:鈣質(zhì)含量一般小于10%,長英質(zhì)成分一般為50%~60%,粘土礦物一般15%~50%?？傮w而言,與美國典型頁巖油氣藏區(qū)的頁巖礦物組成具有一定的相似性。2.3青一部分泥頁巖有機(jī)碳含量利用源巖干酪根元素分析結(jié)果劃分有機(jī)質(zhì)類型,青一段源巖在VanKrevelen圖、熱解HI與Tmax圖均主要分布在有機(jī)質(zhì)類型Ⅰ型和Ⅱ1型區(qū)域(圖3)。TOC統(tǒng)計結(jié)果表明,青一段泥頁巖有機(jī)碳含量為0.73%~8.68%,平均2.13%。鏡質(zhì)體反射率(Ro)為0.7%~1.3%,靠近湖盆中心可達(dá)1.5%,總體處于大量生油階段(鏡質(zhì)體反射率Ro:0.4%~2.0%),與EagleFord盆地頁巖油熱演化程度相近。2.4巖石儲層類型泥頁巖的孔隙度與滲透率測定儀器為RecCore-04型低磁場核磁共振巖樣分析儀、脈沖滲透率儀,檢測主要依據(jù)SY/T5336—2006、SY/T6490—2000、QB19561—2010標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。結(jié)果表明,青一段泥頁巖測試樣品的氣測孔隙度范圍為5.24%~5.25%,脈沖法測得的滲透率值范圍為0.0003×10-3~0.0015×10-3μm2。巖石比表面分布在2.968~2.997m2/g,總孔體積為0.11043~0.14324mL/g,平均孔徑為6.254~9.254nm。另據(jù)大慶油田研究院測定,青一段泥頁巖(1960~2090m)孔隙度為1.4%~8.7%,平均4.4%,滲透率多數(shù)小于20×10-3μm2;美國威德福實驗室測定青一段泥巖孔隙度為3.5%~5.8%,平均4.6%,滲透率0.8×10-3~3.4×10-3μm2,平均2.1×10-3μm2。綜合以上數(shù)據(jù),青一段泥頁巖作為頁巖油儲層,屬特低孔特低滲性儲層。掃描電鏡下,該套暗色泥頁巖結(jié)構(gòu)較為致密,可見少量微孔隙,多在1~3μm,少量4~7μm。主要發(fā)育了5種類型的儲集空間(圖4),即微裂縫、晶間微縫、粒間溶蝕孔、次生礦物晶間微孔及少量有機(jī)質(zhì)孔,溶蝕微孔可達(dá)微米級(如長石溶蝕微孔可達(dá)10μm)。各種類型孔隙與微裂縫伴生發(fā)育,并可能彼此連通,組成“水平+垂直的裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”,為滯留在泥頁巖中的部分油氣提供了有效的儲集空間,與Pearsall頁巖顆粒內(nèi)“孔隙網(wǎng)絡(luò)”孔隙結(jié)構(gòu)類似。2.5嫩段沉積時期青一段泥巖單層厚度大,目前普遍欠壓實,具有超壓。青一段泥巖超壓最早形成于青二、三段沉積時期,大部分開始形成于嫩四段沉積時期,其次是嫩二段、嫩五段和嫩三段沉積時期。由等效深度法,利用聲波時差資料對其超壓值大小及分布進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,青一段泥巖超壓值最大可達(dá)到20MPa,主要分布在古龍凹陷、三肇凹陷中心,在凹陷邊部排烴邊界減小至8MPa以下。3巖石組合系統(tǒng)泥頁巖層系是指富含有機(jī)質(zhì)的暗色泥巖及其所夾的薄層砂質(zhì)、灰質(zhì)細(xì)粒巖組成的一套巖石組合系統(tǒng)。頁巖氣主要以吸附態(tài)、游離態(tài)及溶解態(tài)的形式,頁巖油則主要以游離態(tài)的形式,賦存于泥頁巖或薄層砂質(zhì)、灰質(zhì)細(xì)粒巖的儲集空間中。3.1巖油地層成巖研究展望事實上,處于“生油窗”范圍內(nèi)的泥質(zhì)烴源巖普遍含油(氯仿瀝青“A”含量,S1),其含油性主要取決于其自身的生油能力以及生油時期的儲油能力,只有二者在時空上相耦合,才具備頁巖油勘探開發(fā)的潛力。S1測定的是C14—C18烴類,與原油成份相比,缺少高碳數(shù)的烴類、瀝青質(zhì)及非烴含量;氯仿瀝青“A”的成分包括C6—C38烴類、膠質(zhì)及瀝青質(zhì),與原油成分相似,參數(shù)意義與含油率接近。通過本區(qū)各層系泥頁巖樣品的實測氯仿瀝青“A”含量統(tǒng)計結(jié)果,青一段(K2qn1)平均值為0.3502%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于嫩二段(K2n2)的0.05565%、嫩一段(K2n1)0.0676%及沙河子組(K1sh)0.0366%,含油性最好(圖5)。3.2含氣飽和度和等溫吸附測試青一段在鉆探過程中經(jīng)常出現(xiàn)氣浸現(xiàn)象,在錄井過程中則表現(xiàn)為明顯的氣測異常特征,說明這套泥頁巖層系具有較好的含氣性。為進(jìn)一步證實其含氣性,選取TOC大于2%,S1大于0.5%的暗色泥巖樣品分別進(jìn)行了含氣飽和度和等溫吸附測定。其中,含氣飽和度的測定使用RecCore-04型低磁場核磁共振巖樣分析儀,等溫吸附的測定使用FY-KT1000型等溫吸附儀,并依據(jù)QB19560—2010測定方法。結(jié)果表明,青山口組暗色泥巖的含氣飽和度為13.26%~25.80%,吸附氣含量隨著測試壓力增大和TOC值的增高而增加(圖6,圖7)。如,英29井青一段暗色泥巖的吸附氣含量,當(dāng)壓力由0.40MPa逐漸增加到10.20MPa時,吸附氣含量則由0.28m3/t增加到2.08m3/t。含氣量的增加,可以提高頁巖層系的氣油比,增加原油在頁巖中的流動性及可采性。4巖心資源量評價由于非常規(guī)儲層天然氣的聚集機(jī)理和過程復(fù)雜,相關(guān)計算參數(shù)難以準(zhǔn)確把握,故在全國頁巖油資源評價方法選擇中,推薦使用概率體積法或以概率體積法為主,依據(jù)概率體積法基本原理,頁巖油資源量為泥頁巖質(zhì)量與單位質(zhì)量泥頁巖所含原油(含油量)之概率乘積。根據(jù)頁巖油形成的地質(zhì)條件分析,選取富有機(jī)質(zhì)泥頁巖分布面積、厚度、有機(jī)碳含量、氯仿瀝青“A”含量、有機(jī)質(zhì)成熟度、埋深以及含油性等,作為松遼盆地北部青一段頁巖油有利區(qū)優(yōu)選參數(shù)。關(guān)鍵參數(shù)的選取主要包括以下幾個方面:1)合理確定頁巖油評價層段:要有充分證據(jù)證明擬計算的層段為含油泥頁巖段。在含油氣盆地中,頁巖層段見油氣顯示或氣測錄井在該段發(fā)現(xiàn)氣測異常;在缺少探井資料的地區(qū),要有油苗、油跡或其他油氣異常證據(jù);在缺乏直接證據(jù)情況下,要有足以表明頁巖油存在的條件和理由。2)有效厚度:有利區(qū)評價目的層的泥地比大于60%,泥頁巖連續(xù)厚度大于30m,最小單層泥頁巖厚度大于6m,其它巖性夾層厚度小于3m。頁巖油有利區(qū)優(yōu)選時應(yīng)采用有效(處于主要生油階段且有可能形成頁巖油的)厚度進(jìn)行評價。3)有機(jī)碳含量(TOC)和鏡質(zhì)體反射率(Ro):頁巖油有利區(qū)評價單元內(nèi)需要有TOC大于2.0%,且具有一定規(guī)模分布的富有機(jī)質(zhì)泥頁巖,成熟度0.5%<Ro<1.2%。4)埋藏深度:主體埋深不超過5000m。5)保存條件:保存條件良好,不受地層水淋濾影響等。6)含油率:低于0.1%的區(qū)域,不作為頁巖油有利區(qū)。含油率以重量百分比進(jìn)行表示,其概率賦值可參照離散型參數(shù)概率統(tǒng)計分析法進(jìn)行。目前的主要方法有地球化學(xué)法、類比法、統(tǒng)計法、含油飽和度法、測井解釋法、生產(chǎn)數(shù)據(jù)反演法等。本次主要使用的是地球化學(xué)法,即通過測定巖心樣品中氯仿瀝青“A”含量進(jìn)行統(tǒng)計分析,編制概率分布直方圖,確定其概率賦值區(qū)間。結(jié)果表明,松遼盆地北部青一段頁巖油地質(zhì)資源為105.60×108t,按照類比法估算可采系數(shù)為10%的情況下,可采資源量為10.56×108t(表1)。計算數(shù)據(jù)充分說明大慶探區(qū)頁巖油資源潛力豐富,是未來重要的勘探方向之一。5油氣成巖模式1)松遼盆地青一段為厚層-巨厚暗色泥巖與薄層砂質(zhì)巖石互層,形成典型的“泥包砂”生儲蓋組合特征,氣測異常豐富,有機(jī)碳含量0.