盐城凹陷阜二段页岩油形成条件及富集规律研究

王红伟,段宏亮

(中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院，江苏 扬州 225009)

盐城凹陷阜二段页岩油形成条件及富集规律研究

王红伟,段宏亮

(中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院，江苏 扬州 225009)

在岩心观察、分析测试、测录井资料分析的基础上，从页岩岩性、生油性、储集性和脆性等方面分析了盐城凹陷阜二段页岩油的形成条件；在重点油流井和显示井解剖的基础上，结合国内外已发现页岩油层特征，探讨了页岩油的富集规律。认为盐城凹陷阜二段页岩有机质丰度高，微裂缝及微孔隙发育，具有一定储集条件，脆性高，具备页岩油形成条件。页岩油显示平面上主要分布于南洋次凹深凹带，纵向上主要分布于页4、页3段。页岩油富集与有机质丰度、岩石相类型、成熟度、裂缝发育程度、异常压力等因素有关。评价认为南洋次凹深凹带页4段最为有利。

富集规律 形成条件 页岩油 阜二段 盐城凹陷

页岩油是以游离、吸附及溶解态等多种方式赋存于有效生烃页岩地层层系中且具有勘探开发意义的非气态烃类[1]，属于致密油但有别于狭义致密油[2]，用常规开采方式很难采出[3]，必须采用“长水平井段和大型分级压裂改造”方式才能获得油流[4-5]，是未来非常规石油发展的潜在领域[6]，已在美国海相Williston盆地Bakken页岩、Texas Maverick盆地Eagle Ford页岩、Fort Worth盆地Barnett页岩等实现商业化开采。我国东部济阳坳陷、松辽盆地、苏北盆地、东濮凹陷等陆相断陷盆地也有页岩油发现，部分常规探井获得工业油流[7]，初步估算可采资源量约(30～60)×108t[3]，勘探前景十分广阔。苏北盆地盐城凹陷古近系阜宁组二段页岩中油气显示丰富，YC1井试获36.83 m3/d工业油流，具较大勘探潜力。在岩心观察基础上，结合大量分析测试、测录井资料，分析了盐城凹陷阜二段页岩油形成条件，探讨了页岩油富集规律，以期为我国陆相页岩油勘探评价提供依据。

1 区域地质概况

盐城凹陷位于苏北盆地盐阜坳陷东南端，南以盐城断裂为界与建湖隆起毗邻，西北接塘洼—大喇叭凸起，向东伸入黄海，陆上面积2 100 km2。分南洋次凹、中央断隆、新洋次凹三个构造单元(图1)。中、新生代沉积泰州组、阜宁组、戴南组等多套地层，阜宁组二段富有机质页岩为该区主力生烃层。

图1 盐城凹陷阜二段暗色泥岩厚度及页岩油显示井分布

2 页岩油形成条件

2.1 页岩岩性特征

盐城凹陷阜二段沉积期属盆地坳陷演化阶段，在广湖、平缓的深水—半深水，半咸水环境下，沉积了一套富含有机质的灰黑色页岩夹薄层泥(云)灰岩、油页岩等。厚度多在200 m左右，分布广，向低凸起逐渐减薄直至尖灭。依据其岩性和电性特征，自上而下可划分为六个岩性段：泥脖子段为灰黑色块状泥岩，厚20～40 m；页1段为深灰色块状硅质泥岩相，厚27～31 m；页2段以深灰色钙质页岩相为主，厚12～35 m；页3段以深灰色薄层-纹层状云质(灰质)泥岩、含云(含灰)泥岩相为主，厚50～70 m；页4段以深灰色、灰黑色薄层状含云(云质)泥岩、泥云岩相为主，厚40～70 m；页5段为灰黑色块状泥岩、泥云岩相，厚20～45 m。页2、页3、页4段水平层理相对发育，以纹层状构造为主，电性曲线为区域标志层，页1段和页5段以块状为主，局部发育页岩。

2.2 页岩生油性

有机碳含量(TOC)、热解烃S1、氯仿沥青A、有机质类型和热演化程度等是评价页岩生油性的主要指标。基于盐城凹陷阜二段岩心样品的地球化学测试分析，建立了地球化学剖面(图2)。

2.2.1 有机质丰度

盐城凹陷阜二段页岩TOC较高，除页5段外，其余各段TOC均普遍大于2%(表1)，深凹带局部大于3%。

页岩可溶烃S1值多介于0.5～1.0 mg/g；大于1 mg/g的样品仅占样品数的13.39%，反映页岩残留烃含量普遍偏低。横向上，深凹带S1值一般大于0.2 mg/g，最高可达0.5 mg/g；内坡带及外围S1一般小于0.2 mg/g。该变化特征与页岩TOC变化特征基本一致，反映页岩中的残留烃含量与其TOC含量、成熟度有关。纵向上，页4段S1值最高，为0.8 mg/g，页1和页2段S1次之，平均一般大于0.5 mg/g，页5段最低，平均多小于0.2 mg/g(表1)。

页岩氯仿沥青“A”值一般都大于0.15%，总体上偏低且变化不大，反映可溶有机质含量偏低。其中页2段氯仿沥青“A”值最高，平均0.21%，其次为页1和页3段，页4和页5段最低(表1)。

2.2.2 有机质类型

盐城凹陷阜二段页岩有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主，占所有分析样品的85.5%～86.7%。有机质类型整体较好。

2.2.3 有机质成熟度

盐城凹陷阜二段页岩有机质成熟度整体不高，一般介于0.5%～0.7%，处于成熟生油阶段。页岩成熟度自斜带坡向深凹带逐渐增大，深凹带大于0.7%。

2.3 页岩储集性

页岩储集空间类型、大小和排布不仅影响页岩的物性，还影响页岩油气的原地赋存与聚集。通过系统岩心观察、薄片鉴定、氩离子抛光、扫描电镜分析，结合CO2低温吸附等分析，盐城凹陷阜二段页岩发育裂缝和微孔隙两种储集空间类型[8]，是页岩油的主要赋存空间。

2.3.1 裂缝

裂缝包括构造缝和层理缝，其中构造缝岩心中多为直立缝、高角度张裂缝、低角度缝，无充填或被方解石半充填，多含油(图2)。裂缝发育处常见油气显示和气测异常，薄片下可见大量构造缝含有机质的现象。顺层缝多被方解石充填，顶底面光滑，多呈薄片页状且多含油。

图2 盐城凹陷阜二段页岩裂缝含油显示及微孔隙类型

2.3.2 微孔隙

盐城凹陷阜二段页岩发育微溶孔、晶(粒)间微孔隙和有机质微孔隙等微孔隙(图2)。微溶孔孔径平均为3.27 μm。晶(粒)间微孔隙以粘土矿物晶间孔和黄铁矿晶间孔为主，孔径平均为1.78 μm，广泛发育。有机质微孔隙孔径平均为0.711 μm，是有机质排烃过程中形成的，在有机质内部形成了良好的网络系统，连通性好，不仅是油气的良好储集空间，还是很好的运移通道。

盐城凹陷阜二段泥岩实测孔隙度一般介于3.7%～6%，平均5.01%；渗透率则相差较大，最小0.02×10-3μm2，最大27.5×10-3μm2(偏高可能与裂缝有关)，平均3.82×10-3μm2。页岩物性总体相对较好，具有一定的储集条件。

表2 盐城凹陷阜二段页岩全岩组成分析

2.4 页岩脆性

盐城凹陷阜二段页岩矿物组成以粘土矿物(39.39%)和碳酸盐矿物(27.08%)为主，次为石英(20.28%)和方沸石(4.99%)，少量长石(2.66%)、黄铁矿(1.82%)和微量石膏(0.68%)见表2。页岩脆性矿物主要包括石英、长石、方解石、白云石等，含量平均为53.6%，整体较高，以页1最高，达74.6%，页2和页3、页4、页5脆性矿物含量比较接近，均在50%以上(表1)，与中国东部泌阳凹陷核三上(E1h3上)页岩及美国Barnett页岩、Bakken页岩脆性相似[9]。对于天然缝的形成及后期压裂造缝来说均具良好的条件。

2.5 页岩含油气性

盐城凹陷阜二段页岩油显示丰富，共有12井页岩油显示，2口井试获原油，YC1(页4+页5)试获36.83 m3/d的工业油流，YC2井(页1)累计产油1.66 m3。显示类型有泥岩裂缝含油(含裂缝充填的方解石晶洞含油)、油迹和荧光，以裂缝含油显示为主(占60%以上)。页岩油显示平面上主要分布于南洋次凹深凹带，12口显示井中有9口分布于深凹带，纵向上主要分布于页4、页3段(图3)。页岩油显示纵、横向上分布特征与页岩非均质性及成熟度有关。

图3 盐城凹陷阜二段页岩油气显示连井剖面

3 页岩油富集规律探讨

基于区内12口井共计27井次页岩油显示统计，结合国内外已发现页岩油特征，分析认为页岩油富集具有以下规律：

(1)高有机质丰度、纹层状(块状)钙质泥岩页岩油显示丰富

区内26口探井中有12口井在阜二段见油显示，主要分布于页3和页4(图3)，与该层段页岩有机质丰度高有关，其页1—页4有机质丰度均大于2%，页岩油富集受页岩有机质丰度控制明显。美国和中国东部东营凹陷、泌阳凹陷陆相页岩油勘探实践也证实有机质丰度是影响页岩油富集的关键因素[10-13]。据统计，美国页岩油产层页岩TOC含量平均大于2%；东营凹陷页岩油气显示井和试油井段主要分布于TOC含量介于2%～6%的E1s3下和E1s4上；泌阳凹陷出油的安深1井和泌页HF-1井主力页岩TOC含量也介于2.14%～4.96%(表3)，平均达3.27%[13]。

出油井段岩石相类型主要为深灰色纹层状含灰、含云(云质)泥岩相(如YC1井页4段)。我国东部其他陆相含油页岩以纹层状含云、含灰泥岩或云灰质页岩为主，这类岩石常具有较高的TOC含量(AN1井达8%)，晶间微孔隙发育且脆性好，如东营凹陷新义SH9井E1s3下出油段脆性矿物含量达82%[12](表3)。

(2)页岩油富集区成熟度(Ro)大于0.7%

盐城凹陷阜二段页岩油显示主要分布于深凹带及内坡带，深度多介于1 500～2 500 m。显示井段成熟度多介于0.5%～0.8%，正处于生油窗，12口显示井中，除Zhan1井位于南洋次凹断阶带(Ro，0.62%)、YS1井和YC4井位于南洋次凹斜坡带外，其余9口显示井均位于南洋次凹深凹带(YCan1井Ro，0.77%)(图1)，出油井段页岩成熟度均大于0.77%。反映页岩油聚集受成熟度控制。

(3)页岩油显示段裂缝发育

岩心观察盐城凹陷阜二段页岩油显示以裂缝含油显示为主，显示比列占60%以上。YC1井出油段裂缝发育，电测解释为裂缝含油层。国内外已发现多个页岩油裂缝型油藏[10-13]，如济阳坳陷东营凹陷E1s3下页岩油、泌阳凹陷E1h3上页岩油、美国Monterey裂缝型页岩油气藏等，Bakken页岩中也有裂缝型油藏存在(表3)。可见裂缝的发育程度是影响页岩油富集的重要因素。

表3 国内外部分页岩油产层特征统计

(4)页岩油富集区具异常高压

异常高压可能也是影响孔隙-裂缝型页岩油富集的因素。Hedbery认为，低分子烃类的生成是油气初次运移的主要动力，输导体系不发育时，异常高压明显，生排烃时形成的微裂缝得以保存。异常高压对裂缝特别是微裂缝的发育程度具有控制作用。YCan1井阜二段泥岩裂缝发育可能就与其存在异常高压有关，其产油段地层压力系数1.55。页岩油主要存在于生油窗内，需要高压、气油比高、物性较好才具有一定的流动性，可动用的页岩油以游离态为主，开采需要更高的基质渗透率，高压体系是页岩油获得较高产能的有利因素[7]。北美地区的致密油层，一般都为超压[14]。

依据页岩厚度(>30 m)、有机碳含量(>2%)、有机质成熟度(>0.7%)、脆性矿物含量(>45%)及油气显示、试油情况、异常压力等，对盐城凹陷阜二段页岩油有利区进行预测。平面上，南洋次凹深凹带是阜二段页岩油勘探有利区。纵向上页1、页2、页3和页4是有利层段，页4段为最有利层段。

4 结论

(1)盐城凹陷阜二段富有机质页岩发育；有机质丰度高、类型好、处于成熟生油阶段，生油条件好；裂缝和微孔隙为页岩油主要赋存空间，储集条件较好；脆性矿物含量整体较高，可压裂改造条件好；具备页岩油形成条件。

(2)页岩油显示丰富，以裂缝含油显示为主；平面上主要分布于南洋次凹深凹带，纵向上主要分布于页4、页3段；页岩油富集层段具纹层状钙质(含钙)泥岩相、高有机质丰度、中成熟度、裂缝发育、高异常压力等特征及规律，表明页岩油的富集与上述因素有关。

(3)南洋次凹深凹带是阜二段页岩油勘探有利区，页4段为最有利层段。

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(编辑 韩 枫)

Formation condition and enrichment rule of shale oil in the second member of Funing Formation in Yancheng Sag

Wang Hongwei,Duan Hongliang

(Exploration&DevelopmentResearchInstituteofJiangsuOilfieldCompany,SINOPEC,Yangzhou225009,China)

Based on core observation，analytical testing，and logging data analysis，the formation conditions of shale oil in the second member of Funing Formation in Yancheng Sag were analyzed from lithology，source nature，reservoir property，brittleness，and so on.Based on the analysis of typical well and oil show，combined with the discovered shale oil characteristic at home and abroad，the enrichment rule of shale oil was discussed.The shale in the second member of Funing Formation in Yancheng Sag has certain reservoir conditions of shale oil because of higher abundance of organic matter and developed micro-fracture and micropore，and certain formation conditions of shale oil due to higher brittleness.Oil shows of shale is mainly distributed in deep sag area in Nanyang sub-sag on the plane and in the fourth and third member of shale in vertcial direction.The enrichment of shale oil is related to abundance of organic matter，lithofacies type，grade of maturity，fracture development level，abnormal pressure，etc.The evaluation results indicated that the fourth member of shale in deep sag area in Nanyang sub-sag is the most beneficial.

enrichment rule；formation conditions；shale oil；second member of Funing Formation；Yancheng Sag

2016-03-03；改回日期：2016-04-13。

王红伟(1982—)，工程师，现从事石油地质研究工作。电话：0514-87761154，E-mail：wanghw.jsyt@sinopec.com。

中石化科技攻关项目“江苏探区阜宁组致密油区带评价与目标优选”(P 14087)。

10.16181/j.cnki.fzyqc.2016.03.004

TE122

A