致密油與頁巖油形成條件與“甜點(diǎn)區(qū)”評(píng)價(jià)

楊智，侯連華，陶士振，崔景偉，吳松濤，林森虎，潘松圻

（中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院）

致密油與頁巖油形成條件與“甜點(diǎn)區(qū)”評(píng)價(jià)

楊智，侯連華，陶士振，崔景偉，吳松濤，林森虎，潘松圻

（中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院）

基于國(guó)內(nèi)外頁巖層系液態(tài)烴勘探研究成果，對(duì)頁巖層系液態(tài)烴的形成條件、聚集機(jī)理、類型劃分、海陸相差異進(jìn)行系統(tǒng)分析，進(jìn)一步開展“甜點(diǎn)區(qū)”研究評(píng)價(jià)。通過分析北美和中國(guó)頁巖層系液態(tài)烴的地質(zhì)特征，指出頁巖層系液態(tài)烴具有大面積連續(xù)分布、無穩(wěn)定自然產(chǎn)能2項(xiàng)基本特征，且“規(guī)模區(qū)”需具備穩(wěn)定構(gòu)造背景、規(guī)模優(yōu)質(zhì)烴源巖、規(guī)模儲(chǔ)集空間、源儲(chǔ)共生分布等4項(xiàng)形成條件。揭示了頁巖層系液態(tài)烴源儲(chǔ)耦合、致密化減孔聚集機(jī)理，劃分6項(xiàng)24種不同類型頁巖層系液態(tài)烴，指出中國(guó)陸相頁巖具有地?zé)崽荻容^低和地層非均質(zhì)性較強(qiáng)兩項(xiàng)特征，須優(yōu)選規(guī)模型“甜點(diǎn)區(qū)”來穩(wěn)步推進(jìn)工業(yè)上產(chǎn)。頁巖層系液態(tài)烴“進(jìn)源找油”，應(yīng)著力開展地質(zhì)、工程和經(jīng)濟(jì)“三品質(zhì)”“甜點(diǎn)區(qū)”綜合評(píng)價(jià)，成熟度是控制“甜點(diǎn)區(qū)”分布的首要因素。中國(guó)陸相有利頁巖層系液態(tài)烴Ro值為0.8%～1.3%，TOC值大于2%，巖性為紋層狀頁巖或致密孔隙性儲(chǔ)集層，孔隙度較高（致密油大于8%，頁巖油大于3%），脆性礦物含量高（致密儲(chǔ)集層大于70%，頁巖大于40%），含油飽和度50%～90%，原油黏度較低或地層壓力較高，天然裂縫發(fā)育。頁巖層系液態(tài)烴具有巨量的資源規(guī)模，增強(qiáng)海陸相頁巖層系液態(tài)烴形成分布地質(zhì)認(rèn)識(shí)，對(duì)持續(xù)關(guān)注、推動(dòng)這一重大領(lǐng)域的發(fā)展具有借鑒意義。圖6表4參43

致密油；頁巖油；“甜點(diǎn)區(qū)”評(píng)價(jià)；非常規(guī)油氣；細(xì)粒沉積；致密儲(chǔ)集層

0 引言

致密油是當(dāng)前全球非常規(guī)石油發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域，頁巖油是未來非常規(guī)石油發(fā)展的潛在資源，具有廣闊的勘探開發(fā)前景[1-8]。本文在系統(tǒng)研究頁巖層系液態(tài)烴勘探研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，基于北美和中國(guó)主要盆地頁巖層系實(shí)際地質(zhì)資料，分析頁巖層系液態(tài)烴形成的地質(zhì)條件，研究控制北美海相和中國(guó)陸相盆地頁巖層系

液態(tài)烴“甜點(diǎn)區(qū)”分布的關(guān)鍵因素，力求增進(jìn)對(duì)海陸相頁巖層系液態(tài)烴形成分布的地質(zhì)認(rèn)識(shí)，推動(dòng)該領(lǐng)域的研究和勘探進(jìn)展。

1 頁巖層系液態(tài)烴內(nèi)涵與研究進(jìn)展

1.1 內(nèi)涵

頁巖層系液態(tài)烴包括致密油和頁巖油兩種資源類型[1-8]，是源儲(chǔ)共生層系中“生油灶”內(nèi)部的石油聚集。致密油與頁巖油均無明顯圈閉界限，地質(zhì)特征與常規(guī)原油明顯不同（見表1），單井一般無自然產(chǎn)能或自然產(chǎn)能低于工業(yè)油流下限，但在一定經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)措施下（直井縫網(wǎng)壓裂、水平井體積壓裂等）可獲得工業(yè)石油產(chǎn)量，形成“人造滲透率”，持續(xù)獲得產(chǎn)能，屬“人造”油藏。

表1 致密油、頁巖油與常規(guī)原油主要特征對(duì)比表

1.2 勘探研究進(jìn)展

北美和中國(guó)是全球頁巖層系液態(tài)烴勘探研究的重點(diǎn)區(qū)域，北美已在古生界—中生界多套海相頁巖層系實(shí)現(xiàn)規(guī)模開采[9-17]，中國(guó)在中生界—新生界陸相頁巖層系取得工業(yè)起步。

中國(guó)陸相頁巖層系液態(tài)烴主要賦存于湖相盆地中，廣泛分布于鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組、松遼盆地白堊系、準(zhǔn)噶爾盆地二疊系、渤海灣盆地古近系沙河街組、柴達(dá)木盆地第三系、四川盆地侏羅系、酒西盆地白堊系、三塘湖盆地二疊系等頁巖層系，以中新生界頁巖層系為主[18-24]。近年來，中國(guó)致密油的勘探開發(fā)連續(xù)在鄂爾多斯、松遼等盆地取得戰(zhàn)略性突破。目前，鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組7段、松遼盆地白堊系扶楊油層已實(shí)現(xiàn)規(guī)模開發(fā)[18-20,22]，中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司已建成中國(guó)第1個(gè)億噸級(jí)致密油田——新安邊油田。針對(duì)富液態(tài)烴頁巖儲(chǔ)集層（孔隙型為主），各成熟探區(qū)也在積極開展先導(dǎo)試驗(yàn)，鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組7段頁巖、松遼盆地白堊系青山口組一段頁巖、渤海灣盆地遼河坳陷西部凹陷沙河街組三段頁巖、泌陽凹陷古近系核桃園組三段頁巖等已獲低產(chǎn)油流或見良好油氣顯示。中國(guó)陸上主要含油氣盆地均發(fā)育致密油/頁巖油，重點(diǎn)分布在如松遼、鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾等大型坳陷盆地中，有利面積約50×104km2，初步預(yù)測(cè)技術(shù)可采資源量致密油約（20～25）×108t，頁巖油約（30～60）×108t[25]。

中國(guó)頁巖層系基礎(chǔ)研究和技術(shù)研發(fā)已取得重要進(jìn)展[26-30]。①細(xì)粒沉積研究：從富有機(jī)質(zhì)頁巖評(píng)價(jià)出發(fā)，已開展了細(xì)粒沉積巖石學(xué)特征、成因模式與分布模式等相關(guān)研究，并在細(xì)粒沉積物沉積氣候恢復(fù)、沉積動(dòng)力學(xué)過程、細(xì)粒沉積巖巖石學(xué)分類、深水細(xì)粒沉積物層序地層學(xué)、細(xì)粒物質(zhì)埋藏成巖作用、巖相-沉積相-有機(jī)相工業(yè)編圖等方面取得初步進(jìn)展[31-32]；②致密儲(chǔ)集層表征：依托氬離子拋光、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、納米CT、聚焦離子束掃描電鏡（FIB-SEM）等孔隙分析技術(shù)和氣體吸附、壓汞等孔隙定量分析方法，在孔隙微觀結(jié)構(gòu)、孔隙類型表征等方面取得突破進(jìn)展，但對(duì)孔隙演化規(guī)律及主控因素、儲(chǔ)集層物性及含油性分布規(guī)律、多尺度孔隙連通性及流體流動(dòng)性等深層次機(jī)理方面的研究仍處于探索階段[29,33-34]；③優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層地球物理技術(shù)識(shí)別預(yù)測(cè)：開展孔隙結(jié)構(gòu)核磁、低頻及聲電聯(lián)測(cè)等巖石物理實(shí)驗(yàn)，探索致密介質(zhì)中地震波傳播規(guī)律，為頁巖層系儲(chǔ)集層測(cè)井評(píng)價(jià)和地震預(yù)測(cè)提供實(shí)驗(yàn)支撐。頁巖層系測(cè)井評(píng)價(jià)進(jìn)入定性到半定量階段時(shí)，發(fā)展了地層微電阻率掃描成像測(cè)井、多元素測(cè)井、單井反射聲波成像測(cè)井等方法，提出了巖性、物性、脆性、含油性、電性、各向異性及頁巖特性“七性關(guān)系”油層測(cè)井評(píng)價(jià)方法。普遍使用三維地震技術(shù)，采用疊后波阻抗、疊前彈性參數(shù)與測(cè)井資料結(jié)合，預(yù)測(cè)相對(duì)高孔儲(chǔ)集層和裂縫發(fā)育段，利用三維三分量數(shù)據(jù)及低頻異常信息等，預(yù)測(cè)油層及含油飽和度[8,35-36]；④工程技術(shù)進(jìn)展：微地震監(jiān)測(cè)、水平井鉆完井、“工廠化”生產(chǎn)等3項(xiàng)核心技術(shù)取得重大進(jìn)步[8,30,37]。

2 頁巖層系液態(tài)烴賦存條件

2.1 “規(guī)模區(qū)”形成條件

通過剖析國(guó)內(nèi)外沉積盆地頁巖層系液態(tài)烴地質(zhì)特征（見表2），發(fā)現(xiàn)其具有兩個(gè)基本特征：①石油大面積連續(xù)分布，圈閉界限不明顯；②無自然工業(yè)穩(wěn)定產(chǎn)量，達(dá)西滲流不明顯[8]。主要特征表現(xiàn)為源儲(chǔ)共生，主要在盆地中心、斜坡大面積分布，圈閉界限與水動(dòng)力效應(yīng)不明顯，儲(chǔ)量豐度相對(duì)較低。

對(duì)于中國(guó)陸相盆地，頁巖層系液態(tài)烴“規(guī)模區(qū)”是指在源儲(chǔ)共生頁巖層系發(fā)育區(qū)，具有利構(gòu)造沉積背景、有利生油條件、規(guī)模儲(chǔ)集空間、面積大于500 km2、地質(zhì)資源量大于1×108t的液態(tài)烴分布區(qū)。

形成頁巖層系液態(tài)烴“規(guī)模區(qū)”需具備4項(xiàng)基本地質(zhì)條件：①一般分布于盆地斜坡—凹陷部位，構(gòu)造穩(wěn)定，保存條件好；②陸棚、湖盆中心發(fā)育規(guī)模成熟、優(yōu)質(zhì)烴源巖（TOC值大于2%，Ⅰ型或Ⅱ型干酪根，Ro值為0.5%～1.5%）；③儲(chǔ)集體發(fā)育規(guī)模微米—納米級(jí)儲(chǔ)集空間，儲(chǔ)集層物性差（致密儲(chǔ)集層孔隙度5%～12%，頁巖儲(chǔ)集層孔隙度2%～5%，空氣滲透率小于1×10?3μm2），流體難流動(dòng)，圈閉界限模糊；④源儲(chǔ)共生，非浮力聚集，大面積連續(xù)分布，局部發(fā)育“甜點(diǎn)區(qū)”。

2.2 聚集機(jī)理

致密油和頁巖油聚集機(jī)理核心是“致密化減孔聚集”，頁巖層系在壓實(shí)、成巖等致密化作用下孔隙減小，實(shí)現(xiàn)自身封閉聚集油氣（見圖1、圖2）。

圖1 頁巖層系液態(tài)烴形成與分布示意圖

圖2 烴源巖熱演化與不同類型儲(chǔ)集層儲(chǔ)集空間演化及分布模式圖（據(jù)文獻(xiàn)[8,30]修改）

致密油“近源成藏”，區(qū)域蓋層或致密化減孔，致使油氣遇阻，不能運(yùn)移進(jìn)入更遠(yuǎn)的圈閉之中（見圖1）。致密油形成包括烴類初次運(yùn)移和烴類聚集兩個(gè)過程，烴類初次運(yùn)移受源儲(chǔ)壓差、供烴界面窗口、孔喉結(jié)構(gòu)等控制；近源烴類聚集主要受長(zhǎng)期供烴指向、優(yōu)勢(shì)運(yùn)移孔喉系統(tǒng)、規(guī)模儲(chǔ)集空間等時(shí)空匹配控制。

頁巖油“原位成藏”（見圖1），包括泥頁巖中烴類釋放和烴類排出兩個(gè)過程。液態(tài)烴釋放受干酪根物理性質(zhì)、熱成熟度、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等控制；液態(tài)烴排出受巖性組合、有效運(yùn)移通道、壓力分布及微裂縫發(fā)育程度等控制。流體壓力、有機(jī)質(zhì)孔、微裂縫的發(fā)育及耦合關(guān)系，決定著頁巖油的動(dòng)態(tài)集聚與資源規(guī)模，在頁巖層系中形成正常頁巖油（成熟度0.7%～1.1%）和凝析頁巖油（成熟度1.1%～1.5%）。

含油氣單元內(nèi)，富有機(jī)質(zhì)源巖熱演化生排烴和不同類型儲(chǔ)集體儲(chǔ)集空間隨埋深演化全過程耦合，油氣在時(shí)間域持續(xù)充注、空間域有序分布，常規(guī)油氣與非常規(guī)油氣有親緣關(guān)系，成因上關(guān)聯(lián)、空間上共生，形成統(tǒng)一的常規(guī)-非常規(guī)油氣“有序聚集”體系[30,43]（見圖2c）。據(jù)此規(guī)律可確定不同類型油氣在空間上的分布位置，一般發(fā)現(xiàn)常規(guī)油氣，預(yù)示供烴方向有非常規(guī)油氣分布；發(fā)現(xiàn)非常規(guī)油氣，預(yù)示外圍空間可能有常規(guī)油氣伴生[30,43]。一般地，盆地（坳陷或凹陷）局部構(gòu)造高點(diǎn)或邊緣發(fā)育常規(guī)巖性油藏和構(gòu)造油藏及重油、瀝青砂等非常規(guī)石油；盆地中心發(fā)育頁巖油；盆地中心或斜坡發(fā)育致密油?！斑M(jìn)源找油”過程中勘探對(duì)象明顯變化，儲(chǔ)集體粒度、物性、含油性、資源豐度及比例均明顯不同（見圖3）。

2.3 主要類型

頁巖層系液態(tài)烴可劃分為6項(xiàng)24種不同類型（見表3）。不同的類型劃分具有不同的著眼點(diǎn)，對(duì)規(guī)劃頁巖層系液態(tài)烴發(fā)展有借鑒意義。據(jù)成因類型可分為5

類（見圖4）：①先致密后聚集連續(xù)型。致密油一般緊鄰生烴源巖大面積分布，具有較高的含油飽和度，資源豐度較低；②邊致密邊聚集連續(xù)型。致密油縱向上有較大的分布范圍，具有較長(zhǎng)的捕獲液態(tài)烴時(shí)間，資源規(guī)模較大；③后致密先成藏連續(xù)型。致密油一般經(jīng)過一段距離的運(yùn)移，含油飽和度相對(duì)較低，資源豐度相對(duì)較高；④后致密先成藏圈閉型。致密油一般經(jīng)過一段距離的運(yùn)移，局限分布于早期圈閉，資源豐度較高；⑤致密滯留連續(xù)型，是海陸相純頁巖段石油的聚集類型。

圖3 常規(guī)-非常規(guī)石油有序分布模式圖（據(jù)文獻(xiàn)[30]修改）

2.4 海相、陸相頁巖層系液態(tài)烴比較

中國(guó)頁巖層系液態(tài)烴以陸相沉積為主，與陸相優(yōu)質(zhì)生油巖共生，分布較穩(wěn)定，主要分布在中生界、新生界頁巖層系，生油凹陷數(shù)量多，TOC值跨度較大，一般為2%～15%，熱演化程度較低，Ro值一般為0.5%～1.0%；北美頁巖層系液態(tài)烴以海相沉積為主，與海相優(yōu)質(zhì)生油巖共生，分布穩(wěn)定，主要分布在古生界、中生界頁巖層系，TOC值一般為2%～6%，熱演化程度較高，Ro值一般為0.7%～1.5%。

中國(guó)陸相頁巖層系儲(chǔ)集層非均質(zhì)性強(qiáng)，橫向變化大，受陸源碎屑影響大，一般填隙物含量較高，孔隙度相對(duì)較低，致密儲(chǔ)集層孔隙度一般為5%～12%，以微米—納米級(jí)孔喉系統(tǒng)為主；頁巖儲(chǔ)集層孔隙度一般在2%～5%，以納米級(jí)孔喉系統(tǒng)為主。北美頁巖層系以海相沉積為主，分布穩(wěn)定，儲(chǔ)集層非均質(zhì)性相對(duì)較弱，受陸源影響較小，頁巖層系孔隙度相對(duì)較高，孔隙度一般在5%～13%。

中國(guó)頁巖層系液態(tài)烴主要分布于凹陷區(qū)及斜坡帶，分布面積、規(guī)模相對(duì)較小，一般單個(gè)面積小于2 000 km2，但累計(jì)厚度大，含油飽和度變化較大，一般介于40%～90%，可動(dòng)液態(tài)烴部分相對(duì)較低；北美頁巖層系液態(tài)烴主要分布在寬緩陸棚，分布范圍較大，地層累計(jì)厚度較小，含油飽和度較高，一般介于60%～80%，可動(dòng)液態(tài)烴部分相對(duì)較高。

中國(guó)陸相地層普遍經(jīng)歷了較強(qiáng)烈復(fù)雜的晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，對(duì)保存條件影響較大，壓力系數(shù)變化大，地?zé)崽荻容^低，一般為2.0～4.0 ℃/100 m，頁巖層系液態(tài)烴既有超壓，也有負(fù)壓，陸相頁巖層系液態(tài)烴油質(zhì)相對(duì)較重，氣油比較低（幾至幾十）；北美海相地層構(gòu)造較為穩(wěn)定，保存條件較好，頁巖層系以超壓為主，地?zé)崽荻容^高，一般為3.0～5.0 ℃/100 m，海相頁巖層系液態(tài)烴多為輕質(zhì)油、凝析油，油質(zhì)較輕，氣油比高（幾百至幾千）。

中國(guó)頁巖層系液態(tài)烴開發(fā)處于先導(dǎo)試驗(yàn)階段，目前單井產(chǎn)量較低，一般水平段體積壓裂后的單井穩(wěn)定產(chǎn)量為10～30 t/d，開發(fā)試驗(yàn)時(shí)間較短，單井累計(jì)產(chǎn)量

較低，一般為（0.5～2.5）×104t；北美頁巖層系液態(tài)烴已實(shí)現(xiàn)規(guī)模開發(fā)，單井產(chǎn)量一般較高，一般水平段體積壓裂后的單井穩(wěn)定產(chǎn)量為30～100 t/d，單井累計(jì)產(chǎn)量較高，一般為（2～10）×104t，一般投產(chǎn)初期1～2 a的單井累計(jì)產(chǎn)量占預(yù)測(cè)累計(jì)總產(chǎn)量的50%。

表3 頁巖層系液態(tài)烴類型劃分

圖4 頁巖層系液態(tài)烴成因模式圖

3 “甜點(diǎn)區(qū)”評(píng)價(jià)

3.1 “甜點(diǎn)區(qū)”內(nèi)涵

頁巖層系液態(tài)烴“甜點(diǎn)區(qū)”，是指在源儲(chǔ)共生頁巖層系規(guī)模發(fā)育區(qū)，目前經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下可優(yōu)先勘探開發(fā)的非常規(guī)石油富集高產(chǎn)的目標(biāo)區(qū)。需要指出的是：①成熟度對(duì)頁巖層系液態(tài)烴“甜點(diǎn)區(qū)”分布具有重要的控制作用，是首要影響因素，一般海相Ro值大于0.85%、陸相Ro值大于0.9%的頁巖層系具有規(guī)模生烴量，油質(zhì)輕、氣油比高、地層壓力大；②目前國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，一定的構(gòu)造背景（利于油氣長(zhǎng)期集聚指向、利于天然裂縫發(fā)育）和流體可流動(dòng)性是形成頁巖層系液態(tài)烴“甜點(diǎn)區(qū)”的先決條件，如美國(guó)德州西南部白堊系Eagle Ford頁巖層系液態(tài)烴，高產(chǎn)“甜點(diǎn)區(qū)”集中分布在繼承性發(fā)育古隆起脊部及西南翼，具有較好的油質(zhì)、較高的氣油比、較高的地層壓力、天然裂縫較發(fā)育[39-41]。

表4 海陸相頁巖層系液態(tài)烴“甜點(diǎn)區(qū)”評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及主要參數(shù)對(duì)比

頁巖層系液態(tài)烴“甜點(diǎn)區(qū)”包括3類：“地質(zhì)甜點(diǎn)區(qū)”、“工程甜點(diǎn)區(qū)”和“經(jīng)濟(jì)甜點(diǎn)區(qū)”（見表4）。“地質(zhì)甜點(diǎn)區(qū)”關(guān)注烴源巖、儲(chǔ)集層、天然裂縫、地層能量（壓力系數(shù)、氣油比）、局部構(gòu)造等綜合評(píng)價(jià)；“工程甜點(diǎn)區(qū)”關(guān)注巖石可壓性、地應(yīng)力各向異性等綜合評(píng)價(jià)；“經(jīng)濟(jì)甜點(diǎn)區(qū)”關(guān)注資源豐度、資源規(guī)模、石油品質(zhì)、埋深、地面條件等綜合評(píng)價(jià)。頁巖層系液態(tài)烴“甜點(diǎn)區(qū)”評(píng)價(jià)，應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行三類“甜點(diǎn)區(qū)”匹配評(píng)價(jià)。北美有利頁巖層系液態(tài)烴Ro值為0.85%～1.50%，TOC值大于4%，巖性為紋層狀頁巖或泥灰?guī)r，孔隙度大于7%，脆性礦物含量大于70%，含油飽和度50%～80%，原油密度小于0.85 g/cm3，壓力系數(shù)大于1.30，天然裂縫發(fā)育；中國(guó)有利頁巖層系液態(tài)烴Ro值為0.8%～1.3%，TOC值大于2%（S1大于2 mg/g），巖性為紋層狀頁巖或致密砂巖、致密碳酸鹽巖，孔隙度較高（致

密油大于8%，頁巖油大于3%），脆性礦物含量高（致密儲(chǔ)集層大于70%，頁巖大于40%），含油飽和度50%～90%，較低原油黏度或較高地層壓力，天然裂縫發(fā)育。

3.2 典型實(shí)例

Eagle Ford頁巖層系液態(tài)烴區(qū)面積3×104km2，可采儲(chǔ)量82.7×108t[39-41]，目前油氣勘探平面上集中在源巖成熟度為0.9%～1.5%區(qū)域，縱向上集中在Eagle Ford下段富有機(jī)質(zhì)頁巖層段。Eagle Ford“甜點(diǎn)區(qū)”分布主要受控于成熟度、下段地層厚度和天然裂縫發(fā)育程度?！疤瘘c(diǎn)區(qū)”一般下段地層厚度（大于20 m）和TOC值（大于4%）均較高，天然裂縫發(fā)育，對(duì)應(yīng)脆性礦物含量高值區(qū)（大于90%），油質(zhì)較輕（原油密度小于0.85 g/cm3），流體壓力（壓力系數(shù)為1.3～1.8）和氣油比（大于900 m3/m3）高。

鄂爾多斯盆地中生界延長(zhǎng)組7段頁巖層系液態(tài)烴大面積分布，面積10×104km2，儲(chǔ)量規(guī)模大于20×108t（見圖5）。縱向上，延長(zhǎng)組頁巖層系下部為頁巖油段，上部為致密油段，頁巖油“甜點(diǎn)區(qū)”主要受富有機(jī)質(zhì)頁巖地層厚度和天然裂縫分布控制，致密油“甜點(diǎn)區(qū)”主要受均質(zhì)塊狀砂體分布控制。延長(zhǎng)組最大湖侵期即長(zhǎng)7段沉積期，半深湖—深湖沉積廣泛，以厚層深灰、灰黑色泥巖、頁巖沉積為主，厚度由幾米到幾十米；延長(zhǎng)組下段泥頁巖有機(jī)質(zhì)豐度高，TOC值3%～25%、熱解生烴潛量（S1+S2）值2～8 mg/g，氯仿瀝青“A”含量超過0.1%、總烴含量大于500×10?6為主；Ⅰ—Ⅱ1型干酪根，顯微組成以無定型腐泥組和殼質(zhì)組為主，Ro值為0.8%～1.2%、Tmax值為435～455 ℃。致密油分布受兩套物源體系控制：北東方向物源體系影響下的緩坡三角洲前緣沉積，致密油為運(yùn)移型石油聚集；南西方向物源體系影響下的陡坡重力流沉積，致密油為近源型石油聚集。致密儲(chǔ)集層巖性以巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，原生和次生孔隙發(fā)育，儲(chǔ)集層物性較好，孔隙度9%～15%。含油性較好，含油飽和度60%～80%。脆性礦物較發(fā)育，脆性礦物含量較高（大于80%），水平地應(yīng)力差5～7 MPa。目前鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組7段致密油勘探已在4個(gè)試驗(yàn)區(qū)開展工業(yè)先導(dǎo)試驗(yàn)，已發(fā)現(xiàn)中國(guó)第一個(gè)致密油田——新安邊油田，落實(shí)超1×108t探明儲(chǔ)量，建成100×104t/a的產(chǎn)能規(guī)模。延長(zhǎng)組7段致密油的優(yōu)勢(shì)在于油質(zhì)輕、氣油比較高、儲(chǔ)集層可壓性好、微裂縫較發(fā)育、含水低等因素，主要制約因素是地層壓力低，開采過程中應(yīng)注意優(yōu)選開采方式，保持地層能量，盡量提高采收率。

圖5 鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組頁巖層系液態(tài)烴“甜點(diǎn)區(qū)”分布圖

準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組發(fā)育豐富的頁巖層系液態(tài)烴資源。縱向上發(fā)育兩個(gè)“甜點(diǎn)段”，“甜點(diǎn)區(qū)”分布主要受成熟度、富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度、高孔隙致密儲(chǔ)集層厚度控制。上“甜點(diǎn)段”致密油運(yùn)移聚集、頁巖油原位滯留，平面上分布于凹陷大部，“甜點(diǎn)區(qū)”主要分布在凹陷中部；下“甜點(diǎn)段”致密油、頁巖油均原位聚集，整個(gè)凹陷均有分布，“甜點(diǎn)區(qū)”主要分布在凹陷中西部（見圖6）。源巖條件較好，TOC值平均為4%～25%，Ro值為0.8%～1.1%，為Ⅱ型干酪根。云質(zhì)粉細(xì)砂巖等優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層發(fā)育，儲(chǔ)集層物性較好，基質(zhì)孔發(fā)育，孔隙度12%～20%，滲透率整體小于1×10?3μm2，微細(xì)孔喉為主，連通性好。含油性較好，含油飽和度一般大于70%，原油密度0.850～0.890 g/cm3，基本不含水。儲(chǔ)集層脆性較好，脆性礦物含量高，脆性礦物含量高（致密儲(chǔ)集層大于80%，泥頁巖大于60%），彈性模量大于1.0×104MPa，泊松比小于0.35；水平地應(yīng)力差值較小，一般小于6 MPa，利于體積壓裂。主要制約因素為成熟度較低，伴生了油質(zhì)較重、氣油比較低、地層壓力較低等問題，較高的地層

溫度有利于保持原油低黏度，增強(qiáng)流動(dòng)性，開發(fā)過程中需注意減少鉆井液、壓裂液等的降溫影響。

3.3 關(guān)鍵技術(shù)

“甜點(diǎn)區(qū)”評(píng)價(jià)包括5項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：①烴源巖“甜點(diǎn)區(qū)”預(yù)測(cè)技術(shù)，通過巖樣測(cè)試、聲波時(shí)差/電阻率計(jì)算、核磁共振+密度法等綜合評(píng)價(jià)縱向烴源巖甜點(diǎn)分布，連井對(duì)比結(jié)合沉積相、地震相分析，明確烴源巖甜點(diǎn)平面分布特征；②儲(chǔ)集層“甜點(diǎn)區(qū)”預(yù)測(cè)技術(shù)，綜合巖心實(shí)測(cè)物性資料與有利目的層段的沉積相、成巖相研究，進(jìn)行孔、滲分布等多圖疊合，確定儲(chǔ)集層甜點(diǎn)區(qū)；③脆性評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)技術(shù)，通過X-衍射等方法進(jìn)行礦物組分分析，結(jié)合應(yīng)力實(shí)驗(yàn)及動(dòng)態(tài)測(cè)井脆性分析確定有利層段，利用疊前地震屬性反演確定平面分布；④地應(yīng)力評(píng)價(jià)技術(shù)。通過巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)合陣列聲波等測(cè)井資料，計(jì)算巖石彈性模量，提供孔隙壓力、上覆巖層壓力、最大/最小水平應(yīng)力等參數(shù)，指導(dǎo)井眼軌跡設(shè)計(jì)、確定壓裂方式和規(guī)模；⑤“甜點(diǎn)區(qū)”地震屬性綜合預(yù)測(cè)技術(shù)。利用多參數(shù)交會(huì)分析與疊前彈性參數(shù)反演，確定巖性、孔隙度、脆性等關(guān)鍵參數(shù)的平面分布；利用疊后多屬性裂縫預(yù)測(cè)技術(shù)，預(yù)測(cè)和解釋裂縫發(fā)育區(qū)；集成巖性、物性、脆性等多參數(shù)分析，預(yù)測(cè)“甜點(diǎn)區(qū)”分布。

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組頁巖層系液態(tài)烴“甜點(diǎn)區(qū)”分布圖

4 結(jié)論

頁巖層系液態(tài)烴具有大面積連續(xù)分布、無穩(wěn)定工業(yè)產(chǎn)能2個(gè)基本特征和穩(wěn)定構(gòu)造背景、規(guī)模優(yōu)質(zhì)源巖、規(guī)模致密儲(chǔ)集層、源儲(chǔ)共生分布等4項(xiàng)基本形成條件。揭示了頁巖層系液態(tài)烴源儲(chǔ)耦合、致密化減孔聚集機(jī)理，劃分6項(xiàng)24種不同類型頁巖層系液態(tài)烴。中國(guó)陸相頁巖層系液態(tài)烴具有地?zé)崽荻容^低和地層非均質(zhì)性較強(qiáng)兩項(xiàng)基本特征，頁巖層系液態(tài)烴“甜點(diǎn)區(qū)”預(yù)測(cè)應(yīng)著力開展地質(zhì)、工程和經(jīng)濟(jì)“三品質(zhì)”“甜點(diǎn)區(qū)”綜合評(píng)價(jià)，并指出成熟度是控制“甜點(diǎn)區(qū)”分布的首要因素。

針對(duì)陸相頁巖層系液態(tài)烴“甜點(diǎn)區(qū)”評(píng)價(jià)，應(yīng)深

刻理解構(gòu)造演化旋回多、巖相變化大、非均質(zhì)性強(qiáng)、油水關(guān)系復(fù)雜等特殊性，加強(qiáng)細(xì)粒沉積模式與有利沉積微相評(píng)價(jià)、儲(chǔ)集層多尺度表征與有效儲(chǔ)集空間評(píng)價(jià)、液態(tài)烴賦存機(jī)理與含油性評(píng)價(jià)、巖石物理響應(yīng)機(jī)理與地球物理評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)、水平井水力裂縫擴(kuò)展模擬與評(píng)價(jià)、“地質(zhì)甜點(diǎn)區(qū)”、“工程甜點(diǎn)區(qū)”與“經(jīng)濟(jì)甜點(diǎn)區(qū)”融合定量評(píng)價(jià)等超前研發(fā)工作，同時(shí)平行探討頁巖層系原位改質(zhì)/轉(zhuǎn)化、氣體驅(qū)替等技術(shù)，多途徑創(chuàng)新研發(fā)適用技術(shù)。陸相頁巖層系液態(tài)烴的突破，對(duì)本土石油保障和全球能源拓展兩方面均具有重要戰(zhàn)略意義。

致謝：本文撰寫過程中得到了鄒才能教授、付金華教授、莫偉堅(jiān)博士、余杰博士、齊雪峰博士、吳曉智博士、羅霞博士、趙忠英博士、翁定為博士、張麗君高工、張昕博士、鐘理理博士、員爭(zhēng)榮博士、Simon Falser博士、徐黎明教授、姚涇利教授、鄧秀芹博士、羅安湘博士、惠瀟博士、賈希玉博士等的大力支持和幫助，在此一并致謝！

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（編輯 魏瑋 王大銳）

Formation conditions and “sweet spot ” evaluation of tight oil and shale oil

Yang Zhi,Hou Lianhua,Tao Shizhen,Cui Jingwei,Wu Songtao,Lin Senhu,Pan Songqi
(PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration &Development,Beijing 100083,China)

Liquid hydrocarbons in shale strata include two kinds of resources,i.e.tight oil and shale oil.Based on the exploration and research progress of liquid hydrocarbons in shale at home and abroad,their formation condition,accumulation mechanism,classification,and differences between lacustrine and marine shale systems are examined,and “sweet spots” are evaluated further.Analysis on the geological characteristics of the liquid hydrocarbons in the shale strata in North America and China shows the liquid hydrocarbons have two basic features:large-scale continuous distribution and no stable industrial production.The massive accumulation of the liquid hydrocarbons needs four fundamental formation conditions:stable tectonic background,widespread high quality source rocks,large-scale tight reservoirs with massive reservoir space,and co-existence of source and reservoir.The study reveals the formation mechanisms of the liquid hydrocarbons:source-reservoir coupling and porosity decrease during the diagenetic tightness;and identifies 24 kinds in 6 categories of the liquid hydrocarbons.It is concluded that the geological conditions of the lacustrine shales in China are characterized by lower thermal gradient and stronger heterogeneity than those of North America,so large scale “sweet spots” have to be picked out to push up industrial production steadily.“Sweet spots” evaluation should consider the three aspects of geology,engineering and economics comprehensively,and the maturity of source rocks is first and foremost factor controlling the “sweet spot” distribution.In China,prospective shale areas should meet the following conditions:the Robetween 0.8% and 1.3%,TOC higher than 2%,laminated shales or tight porous reservoirs,higher porosity(more than 8% for tight oil,and more than 3% for shale oil),higher content of brittle minerals(more than 70% for tight oil,and more than 40% for shale oil),oil saturation of 50%?90%,lower crude oil viscosity or higher formation pressure,and rich natural fractures.Liquid hydrocarbons in shale strata are huge in resource scale,so deepening the geological understanding on the formation and distribution of liquid hydrocarbons in marine and lacustrine shales constantly is of great significance for exploration and development of this important field.

tight oil;shale oil;sweet spot evaluation;unconventional oil and gas;fine grain sediment;tight reservoir

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973）資助項(xiàng)目（2014CB239000）；國(guó)家油氣重大專項(xiàng)（2011ZX05001）

TE122.1

A

1000-0747(2015)05-0555-11

10.11698/PED.2015.05.02

楊智（1980-），男，內(nèi)蒙古五原人，博士，中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院高級(jí)工程師，主要從事非常規(guī)油氣地質(zhì)、常規(guī)油氣風(fēng)險(xiǎn)勘探方面的研究工作。地址：北京市海淀區(qū)學(xué)院路20 號(hào)，中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院石油地質(zhì)研究所，郵政編碼：100083。E-mail:yangzhi2009@ petrochina.com.cn

2015-04-27

2015-07-16