威利斯頓盆地和西墨西哥灣盆地致密油成藏差異

李　倩，盧雙舫a，李文浩a，許思勇，張　晗，胡　瑩

（1.中國(guó)石油大學(xué)a.非常規(guī)油氣與新能源研究院；b.地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580；2.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司長(zhǎng)慶事業(yè)部，陜西高陵710201）

威利斯頓盆地和西墨西哥灣盆地致密油成藏差異

李倩1，盧雙舫1a，李文浩1a，許思勇2，張晗1，胡瑩1

（1.中國(guó)石油大學(xué)a.非常規(guī)油氣與新能源研究院；b.地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580；2.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司長(zhǎng)慶事業(yè)部，陜西高陵710201）

在分析油氣勘探相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合薄片鑒定和有機(jī)地球化學(xué)資料，探討了威利斯頓盆地巴肯組和西墨西哥灣盆地鷹灘組泥頁(yè)巖地質(zhì)、地球化學(xué)特征，并剖析了巴肯組和鷹灘組油氣成藏差異的原因。巴肯組和鷹灘組巖石組合的不同導(dǎo)致二者油氣成藏方式存在差異，巴肯組以源外成藏為主，鷹灘組以源內(nèi)成藏為主。巴肯組泥頁(yè)巖生烴產(chǎn)生的超壓大于鷹灘組，具有更大的排烴動(dòng)力，有利于油氣從泥頁(yè)巖中排出，從而導(dǎo)致巴肯組泥頁(yè)巖中滯留的油氣較少，而鷹灘組泥頁(yè)巖生成的油氣大部分滯留在泥頁(yè)巖內(nèi)部。巴肯組中段物性優(yōu)于上段和下段，而且連通孔隙更發(fā)育，孔喉更大，為油氣主要賦存的層段；而鷹灘組泥頁(yè)巖和灰?guī)r中孔隙都較發(fā)育，這2類儲(chǔ)集層都對(duì)烴類的儲(chǔ)存有重要的貢獻(xiàn)。巴肯組致密油藏和鷹灘組致密油藏均為連續(xù)型或準(zhǔn)連續(xù)型油藏，巴肯組致密油藏主要以縱向運(yùn)移為主，巴肯組中段致密儲(chǔ)集層形成了大面積連續(xù)分布的致密油區(qū)，而鷹灘組致密油藏同時(shí)存在縱向運(yùn)移和側(cè)向運(yùn)移，形成了縱向上泥頁(yè)巖油藏和致密灰?guī)r油藏互相疊置，具有源儲(chǔ)一體、疊加連片的特點(diǎn)。

威利斯頓盆地；巴肯組；西墨西哥灣盆地；鷹灘組；致密油藏；成藏條件;巖石組合;超高壓

常規(guī)油氣資源的逐漸枯竭和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源需求的不斷攀升，迫使石油勘探家不得不探索油氣勘探的新領(lǐng)域，北美的勘探開發(fā)實(shí)踐揭示，非常規(guī)油氣在能源結(jié)構(gòu)中的地位越來(lái)越重要，其中，致密油是非常規(guī)油氣資源中最為現(xiàn)實(shí)的接替領(lǐng)域[1-3]。

致密油是一種非常規(guī)油氣資源，主要以吸附或游離狀態(tài)賦存于烴源巖中，或與烴源巖互層、緊鄰致密砂巖、致密碳酸鹽巖等儲(chǔ)集巖中，是未經(jīng)過(guò)大規(guī)模長(zhǎng)距離運(yùn)移的石油聚集，主要包括致密砂（灰）巖油和頁(yè)巖油2大類[4]，其中致密砂（灰）巖油是泥頁(yè)巖排出油中的一部分，而頁(yè)巖油氣是殘留在泥頁(yè)巖中未排出的油。因此，無(wú)論是頁(yè)巖油還是致密砂（灰）巖油的富集均與巖石組合特征、烴源巖品質(zhì)和儲(chǔ)集層質(zhì)量密切相關(guān)。其中直接反映油氣富集性的參數(shù)是熱解殘留烴含量（S1）和氯仿瀝青A含量，文獻(xiàn)［5］依據(jù)熱解殘留烴含量和氯仿瀝青A含量與有機(jī)碳含量（CTOC）的關(guān)系，提出了頁(yè)巖油氣資源的三分性（即分散資源、低效資源和富集資源），并推薦在缺少有關(guān)資料的地區(qū)，可將有機(jī)碳含量為1.0%和2.0%作為劃分頁(yè)巖油三級(jí)資源的界限，有機(jī)碳含量小于1.0%屬分散資源，有機(jī)碳含量1.0%～2.0%屬低效資源，有機(jī)碳含量大于2.0%屬富集資源。由于致密砂（灰）巖的微米—納米級(jí)孔喉發(fā)育，使致密油氣藏的形成機(jī)制明顯不同于常規(guī)油氣藏，其油氣運(yùn)移-成藏的主要?jiǎng)恿κ窃磧?chǔ)壓差[6]，而源儲(chǔ)壓差主要取決于烴源巖的超壓。因此，超壓的大小，直接決定了原油是否能從泥頁(yè)巖中排出，并進(jìn)入緊鄰的致密砂（灰）巖中形成致密油藏。

北美的勘探開發(fā)實(shí)踐證實(shí)，巴肯組油藏產(chǎn)層主要為巴肯組中段的砂巖、粉砂質(zhì)白云巖，而鷹灘組油藏產(chǎn)層包括鷹灘組內(nèi)的泥巖和灰?guī)r薄夾層。由于地質(zhì)條件復(fù)雜，尚不明確造成巴肯組和鷹灘組油氣成藏差異的原因。針對(duì)上述問(wèn)題，筆者利用巖石學(xué)和地球化學(xué)相結(jié)合的方法，探討了巴肯組和鷹灘組的地質(zhì)特征，并揭示了二者在油氣成藏機(jī)理上的差異性。

1　地質(zhì)背景

威利斯頓盆地和西墨西哥灣盆地是美國(guó)致密油氣最豐富的含油氣盆地，也是目前勘探開發(fā)最成功的地區(qū)。

威利斯頓盆地位于北美板塊內(nèi)部，靠近北美克拉通西部邊緣，是一個(gè)大型克拉通內(nèi)沉積盆地，橫跨美國(guó)北達(dá)科他州、蒙大拿州、南達(dá)科他州，以及加拿大的薩斯喀徹溫省和馬尼托巴省，面積約34×104km2.盆地起源于克拉通邊緣或大陸架，在科迪勒拉造山運(yùn)動(dòng)期發(fā)生的變形作用和隨后西部大陸邊緣地殼連續(xù)增加的背景下，轉(zhuǎn)變?yōu)榭死▋?nèi)部盆地，整體上呈較對(duì)稱的東西向負(fù)構(gòu)造展布。威利斯頓盆地最顯著的特征是具有3個(gè)明顯的背斜構(gòu)造，包括位于北達(dá)科他州西北部南北走向的奈森（Nesson）背斜以及南北走向的比林斯（Billings）背斜、蒙大拿州東部北西—南東走向的雪松河（Cedar Creek）背斜[7]（圖1a）。盆地在寒武紀(jì)開始發(fā)育，至奧陶紀(jì)結(jié)束，地層發(fā)育齊全，密西西比亞紀(jì)之前為海相碳酸鹽巖沉積，到賓夕法尼亞亞紀(jì)之后轉(zhuǎn)變?yōu)楣栀|(zhì)碎屑沉積。上泥盆統(tǒng)—下石炭統(tǒng)巴肯組以海相碎屑巖沉積為主，陸源碎屑主要來(lái)自東北部、東部與東南部，沉積環(huán)境為淺海陸架—濱岸相，巖性為黑色泥頁(yè)巖與粉砂質(zhì)白云巖、白云質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖頻繁交互疊置，局部夾薄層碳酸鹽巖，是威利斯頓盆地內(nèi)重要的非常規(guī)油氣層段[8-9]。

圖1　威利斯頓盆地巴肯組（a）和西墨西哥灣盆地鷹灘組（b）分布（據(jù)文獻(xiàn)［14］—文獻(xiàn)［16］修改）

西墨西哥灣盆地屬于墨西哥灣盆地北部的內(nèi)陸帶，主要包括Maverick盆地、San Marcos凸起和East Texas盆地，面積約25×104km2.西墨西哥灣盆地自裂谷盆地形成以來(lái)，大部分時(shí)期一直處于穩(wěn)定沉降和沉積期，至晚白堊世，穩(wěn)定沉降的格局遭到破壞，形成了位于賽諾曼階的地層不整合。之后發(fā)生廣泛海侵，沉積了一套海相的鷹灘組泥頁(yè)巖[10-13]（圖1b）。上白堊統(tǒng)鷹灘組主要為紋層狀灰黑色灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r夾灰白色泥質(zhì)灰?guī)r，頁(yè)理發(fā)育，整體沉積環(huán)境為碳酸鹽臺(tái)地相。鷹灘組泥頁(yè)巖不僅是水平井鉆探的主要目的層，也是主要產(chǎn)層。

威利斯頓盆地巴肯組致密油是北美最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的區(qū)帶之一，也是目前僅次于西墨西哥灣盆地鷹灘組致密油的北美第二大致密油生產(chǎn)區(qū)。據(jù)美國(guó)能源信息署預(yù)測(cè)，2014年鷹灘組致密油年產(chǎn)量預(yù)計(jì)達(dá)8 000×104t，巴肯組致密油年產(chǎn)量達(dá)6 000×104t.

2　巴肯組和鷹灘組泥頁(yè)巖含油性評(píng)價(jià)

泥頁(yè)巖含油量通常采用熱解殘留烴含量和氯仿瀝青A含量2個(gè)指標(biāo)來(lái)表征。其中，熱解殘留烴主要反映較低碳數(shù)烴類的含量，而氯仿瀝青A含有高碳數(shù)烴類、非烴和瀝青質(zhì)等組分。從開發(fā)情況看，由于泥頁(yè)巖儲(chǔ)集層的低滲透性，目前開采的致密油主要以輕質(zhì)或凝析油為主。因此，本文采用熱解殘留烴含量作為泥頁(yè)巖含油性的評(píng)價(jià)指標(biāo)[17]，可在一定程度上反映泥頁(yè)巖的絕對(duì)含油量。

圖2為巴肯組和鷹灘組含油性與有機(jī)碳含量的關(guān)系。對(duì)于絕對(duì)含油量，從圖2可以看出，泥頁(yè)巖含油性隨有機(jī)碳含量的增加表現(xiàn)出3階段演化特征：在低有機(jī)質(zhì)豐度階段，泥頁(yè)巖含油量隨著有機(jī)質(zhì)的增加緩慢增大，之后含油量迅速增加，最后階段含油量增加速度逐漸減小，直至平穩(wěn)。根據(jù)圖2的變化趨勢(shì)轉(zhuǎn)折點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的含油量，可以將泥頁(yè)巖含油性劃分為3個(gè)等級(jí)：分散資源、低效資源和富集資源。富集資源是近期頁(yè)巖油勘探、開發(fā)最為現(xiàn)實(shí)的目標(biāo)，低效資源和分散資源開發(fā)則有待未來(lái)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。在本次研究中威利斯頓盆地巴肯組2個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)熱解殘留烴含量分別為2 mg/g和6 mg/g（圖2a），西墨西哥灣盆地鷹灘組2個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)熱解殘留烴含量分別是1 mg/g和6 mg/g（圖2b）。

此外，文獻(xiàn)［18］研究認(rèn)為，地層中單位有機(jī)碳的含烴量（S1/CTOC，也稱相對(duì)含油量）一方面可用來(lái)判斷烴源巖的成熟度，另一方面可在一定程度上用于評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層相對(duì)含油量。儲(chǔ)集層相對(duì)含油量高，相對(duì)含油量通常大于1，對(duì)于頁(yè)巖油儲(chǔ)集層的判斷這一標(biāo)準(zhǔn)同樣適用[20]。另外，由于干酪根對(duì)烴類具有較強(qiáng)的吸附和溶解作用，影響頁(yè)巖油的可采性，因此，還應(yīng)結(jié)合相對(duì)含油量來(lái)評(píng)價(jià)泥頁(yè)巖的含油性。

通過(guò)對(duì)泥頁(yè)巖絕對(duì)含油量與相對(duì)含油量的綜合分析，可以將泥頁(yè)巖的含油性劃分為5個(gè)級(jí)別（圖2）：Ⅰ區(qū)泥頁(yè)巖的含油性最佳，相對(duì)含油量和絕對(duì)含油量均為高值區(qū)；Ⅱ區(qū)次之，相對(duì)含油量處于高值區(qū)，絕對(duì)含油量處于低值區(qū)；Ⅲ區(qū)絕對(duì)含油量處于高值區(qū)，相對(duì)含油量為低值；Ⅳ區(qū)絕對(duì)含油量中等，相對(duì)含油量處于低值區(qū)；Ⅴ區(qū)最差，相對(duì)含油量和絕對(duì)含油量均處于低值區(qū)。分散資源不存在相對(duì)含油量高的樣品點(diǎn)。

根據(jù)上述劃分的含油性級(jí)別可知，巴肯組泥頁(yè)巖相對(duì)含油量幾乎均小于1，相對(duì)含油量較低，主要集中在Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)，整體上含油量處于低值區(qū)；而鷹灘組泥頁(yè)巖多數(shù)樣品都分布在Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)，整體上含油量較高。巴肯組和鷹灘組泥頁(yè)巖含油量的差異，與目前巴肯組致密油開采主要集中在致密砂（灰）巖油相，而鷹灘組致密油主要產(chǎn)自泥頁(yè)巖內(nèi)的勘探開發(fā)結(jié)果匹配。

圖2　巴肯組和鷹灘組泥頁(yè)巖熱解殘留烴含量與有機(jī)碳含量關(guān)系

3　巴肯組和鷹灘組地質(zhì)特征

3.1巖性組合特征

研究表明，頁(yè)巖巖石學(xué)特征是頁(yè)巖油氣成藏的重要控制因素，其中巖性組合的不同顯示沉積環(huán)境的差異，北美典型頁(yè)巖油氣藏賦存的泥頁(yè)巖主要為暗色或者黑色細(xì)顆粒沉積，呈現(xiàn)層狀或薄互層狀的特點(diǎn)。威利斯頓盆地巴肯組以海相碎屑巖沉積為主，整體上分為3段：下段為半深海黑色泥頁(yè)巖，富含有機(jī)質(zhì)，平均厚度4 m，形成于海平面上升階段的缺氧環(huán)境；中段為砂巖和粉砂質(zhì)白云巖，平均厚度13 m，形成于海退時(shí)期海平面快速下降階段的淺水環(huán)境；上段為具有放射性的富含有機(jī)質(zhì)黑色泥頁(yè)巖，平均厚度2 m，形成環(huán)境與下段相似，沉積于海平面上升階段的缺氧較局限環(huán)境。由此可見，巴肯組呈上、下泥頁(yè)巖夾粉砂質(zhì)白云巖、砂巖的巖性組合，即“三明治”的組合模式[19-20]（圖3a）。從目前巴肯組油藏開發(fā)情況來(lái)看，巴肯組油藏產(chǎn)層主要集中在中段，即巴肯組上、下段泥頁(yè)巖生成的油，大部分從泥頁(yè)巖中經(jīng)過(guò)初次運(yùn)移到中段聚集成藏，因此巴肯組油氣的成藏方式是以源外成藏為主。

圖3　威利斯頓盆地巴肯組（a）和西墨西哥灣盆地鷹灘組（b）地層剖面（據(jù)文獻(xiàn)［22］和［23］修改）

西墨西哥灣盆地鷹灘組為一套富含有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖，主要由灰黑色灰?guī)r、泥灰?guī)r、灰質(zhì)頁(yè)巖，并夾有灰白色的泥質(zhì)灰?guī)r組成，巖石頁(yè)理較發(fā)育。鷹灘組大致分為2段，下段泥頁(yè)巖鈣質(zhì)含量相對(duì)較低且富含有機(jī)質(zhì)，厚度為30～45 m，沉積于低能、厭氧的海侵沉積環(huán)境，分布范圍由Maverick盆地沿北東向延伸至East Texas盆地；上段泥頁(yè)巖鈣質(zhì)含量相對(duì)較高且有機(jī)質(zhì)含量較低，厚度為45～60 m，沉積于相對(duì)高能、淺水、高位海退沉積環(huán)境，分布范圍相對(duì)局限，主要分布在Maverick盆地和San Marcos凸起[20-21]（圖3b）。由此可見，鷹灘組具有厚層泥頁(yè)巖夾薄層灰?guī)r的特點(diǎn)，油氣主要產(chǎn)自其內(nèi)部的泥頁(yè)巖和灰?guī)r薄夾層，并且大部分殘留在泥頁(yè)巖內(nèi)部聚集成藏，因此鷹灘組油氣成藏方式是以源內(nèi)成藏為主。

3.2烴源巖特征

致密油氣與常規(guī)油氣成藏機(jī)制的最大不同在于運(yùn)聚成藏的普遍動(dòng)力不再是浮力而是源儲(chǔ)壓差[6]，而源儲(chǔ)壓差主要取決于烴源巖的超壓，而生烴過(guò)程中所產(chǎn)生的超壓大小主要與有機(jī)質(zhì)豐度、原始生烴潛力和成熟度密切相關(guān)。

巴肯組和鷹灘組泥頁(yè)巖樣品的地球化學(xué)參數(shù)顯示，巴肯組和鷹灘組地層絕大多數(shù)泥頁(yè)巖樣品有機(jī)碳含量大于2%，生烴潛量大于6 mg/g，有機(jī)質(zhì)類型都以Ⅱ型為主，表明這2套地層具有很高的生烴潛力，且巴肯組的生烴潛力明顯高于鷹灘組。從有機(jī)質(zhì)成熟度角度來(lái)看，巴肯組泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)鏡質(zhì)體反射率為0.6%～1.0%，其有機(jī)質(zhì)熱演化程度為成熟階段，以生油為主；鷹灘組有機(jī)質(zhì)鏡質(zhì)體反射率為0.6%～1.5%，處于成熟—高熟階段，其中石油主要賦存于區(qū)帶北部，向南逐漸過(guò)渡為干氣。生烴強(qiáng)度指的是單位面積泥頁(yè)巖的生烴量，全面反映了泥頁(yè)巖厚度、有機(jī)質(zhì)豐度、類型和成烴轉(zhuǎn)化率等信息，是表征泥頁(yè)巖生烴潛力的綜合指標(biāo)，威利斯頓盆地巴肯組泥頁(yè)巖生油強(qiáng)度約為300×104t/km2，西墨西哥灣盆地鷹灘組泥頁(yè)巖生油強(qiáng)度約為200×104t/km2[24].排烴效率表征的是烴源巖排出烴類的程度，研究表明，威利斯頓盆地巴肯組泥頁(yè)巖的排烴效率約為50.6%，西墨西哥灣盆地鷹灘組泥頁(yè)巖的排烴效率約為39.5%（表1）。由此可知，巴肯組泥頁(yè)巖生烴產(chǎn)生的超壓大于鷹灘組，具有更大的排烴動(dòng)力，更有利于油氣從泥頁(yè)巖中排出，從而導(dǎo)致巴肯組泥頁(yè)巖中滯留的油氣較少，而鷹灘組泥頁(yè)巖生成的油氣大部分滯留在泥頁(yè)巖內(nèi)部。

3.3儲(chǔ)集空間特征

儲(chǔ)集物性是油氣儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)研究中的重要參數(shù)，而孔隙度、滲透率是描述儲(chǔ)集物性的常規(guī)指標(biāo)。在物性特征方面，巴肯組上、下段的孔隙度分別主要為3.0%～9.0%和2.5%～5.0%；巴肯組中段孔隙度主要為5.0%～10.0%，滲透率主要為0.010～0.100 mD，平均滲透率約為0.040 mD[25].巴肯組儲(chǔ)集空間類型多樣，發(fā)育晶間孔、溶蝕孔、粒間孔、晶內(nèi)孔、有機(jī)孔和微裂縫。巴肯組中段主要發(fā)育晶間孔、溶蝕孔、粒間孔和微裂縫，其中晶間孔和溶蝕孔主要在白云石化和后期成巖作用期間形成，為巴肯組中段發(fā)育最普遍的孔隙類型，粒間孔主要發(fā)育在石英顆粒和碳酸鹽晶體之間，孔喉半徑較大、連通性好，為較好的儲(chǔ)集空間（圖4a，圖4b）。而巴肯組上、下段以有機(jī)孔和微裂縫為主，其中有機(jī)孔存在于泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)中，在掃描電鏡下可以清楚地觀察到有機(jī)孔呈分散狀，相互孤立存在，多為納米級(jí)，對(duì)巴肯組儲(chǔ)集空間貢獻(xiàn)較小，微裂縫主要是由于泥頁(yè)巖生烴作用引起的超壓誘導(dǎo)泥頁(yè)巖產(chǎn)生的，作為油氣運(yùn)移的通道[26-28]（圖4c）。巴肯組的石油主要賦存在大于40 nm的孔喉中，其中巴肯組中段孔喉大于40 nm的孔隙多于上、下段[29]。由此可知，巴肯組中段不僅物性優(yōu)于上、下段，而且連通孔隙更發(fā)育，孔喉更大，為油氣的主要賦存層段。

圖4　巴肯組和鷹灘組致密油儲(chǔ)集空間類型（據(jù)文獻(xiàn)［26］—文獻(xiàn)［28］和文獻(xiàn)［31］修改）

鷹灘組埋深為1 200～4 500 m，厚度一般為30～90 m.孔隙度主要為3.0%～10.0%，平均為6.0%，滲透率為0.003～0.405 mD，平均滲透率為0.180 mD[30].鷹灘組發(fā)育大量粒間孔、粒內(nèi)孔、晶間孔和有機(jī)孔。文獻(xiàn)［31］對(duì)鷹灘組泥頁(yè)巖和其中的薄層灰?guī)r進(jìn)行了納米CT掃描分析，構(gòu)建了鷹灘組泥頁(yè)巖和灰?guī)r儲(chǔ)集層孔喉三維立體圖像，清晰展示了所測(cè)樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系及物質(zhì)組成，并揭示了孔喉大小、分布及其連通關(guān)系的三維分布特征。由圖4可知，無(wú)論是鷹灘組的泥頁(yè)巖還是薄層灰?guī)r孔隙豐富、形態(tài)及其大小不一，且其空間分布不均勻；從孔隙連通性來(lái)看，部分連通性較好（圖4f和圖4i中藍(lán)色所代表的孔隙），同時(shí)存在呈孤立狀分布的孔隙，其連通性差（圖4f和圖4i中紅色所代表的孔隙）；鷹灘組泥頁(yè)巖中含有大量的有機(jī)質(zhì)（圖4f和圖4i中綠色所代表的物質(zhì)），而且可以看到有機(jī)質(zhì)與連通孔隙密切相關(guān)，而灰?guī)r主要由粒間孔、晶間孔組成，幾乎沒有有機(jī)孔。由此可知，鷹灘組內(nèi)的泥頁(yè)巖和灰?guī)r中孔隙較發(fā)育，其中灰?guī)r連通性較好，泥巖連通性稍差，但這2類儲(chǔ)集層都對(duì)烴類的儲(chǔ)存有重要的貢獻(xiàn)。

3.4含油性和產(chǎn)能特征

巴肯組上、下段泥頁(yè)巖相對(duì)含油量幾乎均小于1，表明其相對(duì)含油量較低，這與目前巴肯組致密油開采主要集中在巴肯組中段的致密砂（灰）巖油相密切相關(guān)。蒙大拿州致密油的生產(chǎn)主要集中于巴肯組中段，日產(chǎn)量從2002年的770 t石油當(dāng)量躍升到2009年的32 340 t石油當(dāng)量，累計(jì)產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到0.4×108t.北達(dá)科他州巴肯組中段的成功井的白云質(zhì)粉砂巖和砂巖中初始原油產(chǎn)量一般為70～140 t/d，最終可采儲(chǔ)量在2×104～21×104t（平均7×104t）。

鷹灘組泥頁(yè)巖多數(shù)樣品相對(duì)含油量大于1，整體含油量較高，因此，鷹灘組致密油主要產(chǎn)自泥頁(yè)巖內(nèi)。鷹灘組泥頁(yè)巖能產(chǎn)出干氣、濕氣/凝析油和揮發(fā)油，但其產(chǎn)出比例隨井的位置不同而不同。儲(chǔ)集層溫度、壓力和流體性質(zhì)從北向南隨埋藏深度的增加而變化。鷹灘組泥頁(yè)巖在北部壓力正常，含水層壓力梯度0.97 MPa/hm.向南儲(chǔ)集層埋深進(jìn)入干氣窗后，地層顯示超壓，壓力梯度達(dá)到1.47～1.76 MPa/hm. Hawkville，Black Hawk和Red Hawk是目前西墨西哥灣盆地致密油氣生產(chǎn)最好的油田。到2011年一季度末，鷹灘組泥頁(yè)巖平均日產(chǎn)氣量880×104m3，日產(chǎn)油量2 130 t，日產(chǎn)凝析油3 715 t，累計(jì)產(chǎn)氣37×108m3，產(chǎn)油75×104t，產(chǎn)凝析油1.1×106t[35].

4　成藏主控因素分析及成藏模式

威利斯頓盆地巴肯組和西墨西哥灣盆地鷹灘組都發(fā)育致密油，其中烴源巖條件和儲(chǔ)集層物性控制著富油氣層段。

4.1優(yōu)質(zhì)烴源巖

優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育是致密油形成的首要因素，特別是高豐度的泥巖、頁(yè)巖等優(yōu)質(zhì)烴源巖。威利斯頓盆地巴肯組絕大多數(shù)泥頁(yè)巖樣品有機(jī)碳含量大于2%，生烴潛量大于6 mg/g，達(dá)到了極好烴源巖標(biāo)準(zhǔn)，為廣覆式分布、成熟度適中的混合型優(yōu)質(zhì)烴源巖，具備生成大量油氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，而從相對(duì)含油量參數(shù)來(lái)看，巴肯組泥頁(yè)巖含油量較低，絕大部分樣品的相對(duì)含油量小于1，因此，巴肯組泥頁(yè)巖生烴潛量高，但本身含油量較低。西墨西哥灣盆地鷹灘組泥頁(yè)巖的生烴潛量較高，也到達(dá)了極好烴源巖的標(biāo)準(zhǔn)，但較巴肯組泥頁(yè)巖低，成熟度較高，處于成熟—高熟階段，具備生成油氣的物質(zhì)條件，且鷹灘組泥頁(yè)巖相對(duì)含油量較高，多數(shù)泥頁(yè)巖樣品相對(duì)含油量大于1，因此鷹灘組泥頁(yè)巖生烴潛量和相對(duì)含油量都較高。

根據(jù)絕對(duì)含油量和相對(duì)含油量分析，巴肯組絕大部分泥頁(yè)巖相對(duì)含油量小于1，相對(duì)含油量較低；而鷹灘組泥頁(yè)巖多數(shù)樣品的相對(duì)含油量和絕對(duì)含油量都較高，因此鷹灘組泥頁(yè)巖的含油量高于巴肯組泥頁(yè)巖。

4.2優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層展布

從物性條件來(lái)看，巴肯組中段孔隙度主要為5.0%～10.0%，平均滲透率約為0.040 mD，優(yōu)于巴肯組泥頁(yè)巖段，而且連通孔隙更發(fā)育，孔喉更大，為油氣富集的主要空間。巴肯組中段巖性為粉砂質(zhì)白云巖或者砂巖，平均厚度為13 m，形成于海退時(shí)期海平面快速下降階段的淺水環(huán)境，形成大面積展布的海相致密儲(chǔ)集層。鷹灘組內(nèi)的泥頁(yè)巖和灰?guī)r中孔隙都較發(fā)育，其中灰?guī)r連通性較好，泥巖連通性稍差，這2類儲(chǔ)集層都為油氣存儲(chǔ)的有利儲(chǔ)集空間。

4.3生儲(chǔ)組合有效配置

巴肯組上段和下段泥頁(yè)巖夾中段優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層，形成良好的源儲(chǔ)緊鄰配置。巴肯組上段和下段的泥頁(yè)巖內(nèi)部?jī)?chǔ)集空間不發(fā)育，進(jìn)入生烴門限后，生烴產(chǎn)生的增壓導(dǎo)致泥頁(yè)巖內(nèi)超壓的形成，最終形成微裂縫，充當(dāng)烴類垂向運(yùn)移的通道，有利于生成的烴類從泥頁(yè)巖排出直接向相鄰儲(chǔ)集層充注。巴肯組泥頁(yè)巖呈全盆地展布，與廣泛分布的儲(chǔ)集層匹配良好。在這種源儲(chǔ)均大面積連續(xù)分布的有利條件下，形成了大面積連續(xù)分布的致密油區(qū)（圖5a）。

圖5　巴肯組（a）和鷹灘組（b）致密油藏成藏模式（剖面位置見圖1）

鷹灘組泥頁(yè)巖不僅具有較高的生烴和排烴能力，而且發(fā)育礦物粒間孔和大量的有機(jī)微孔，生成的烴類一部分在生烴增壓產(chǎn)生的超壓的驅(qū)替下發(fā)生垂向運(yùn)移，在灰?guī)r中聚集成藏，一部分沿著泥頁(yè)巖紋層發(fā)生側(cè)向運(yùn)移，在泥頁(yè)巖孔隙中富集，縱向上形成泥頁(yè)巖油藏和致密灰?guī)r油藏互相疊置，具有源儲(chǔ)一體、疊加連片的特點(diǎn)（圖5b）。

綜上所述，巴肯組致密油藏和鷹灘組致密油藏為連續(xù)型油藏或準(zhǔn)連續(xù)型油藏，油藏大面積連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)分布。巴肯組致密油藏以縱向運(yùn)移為主，其中巴肯組上段和下段泥頁(yè)巖作為烴源巖為中段的致密儲(chǔ)集層提供油源，而泥頁(yè)巖內(nèi)部孔喉半徑太小，無(wú)法作為有效的儲(chǔ)集空間，因而殘留的游離烴較少，無(wú)法形成工業(yè)油藏；鷹灘組致密油藏以縱向運(yùn)移為主，同時(shí)內(nèi)部存在短距離側(cè)向運(yùn)移，其中泥頁(yè)巖可作為烴源巖為泥頁(yè)巖內(nèi)部的薄層灰?guī)r提供油源，泥頁(yè)巖本身也發(fā)育存儲(chǔ)油氣的儲(chǔ)集空間，因此鷹灘組內(nèi)部為一個(gè)非常規(guī)油氣系統(tǒng)，為典型的致密油藏。

5　結(jié)論

（1）根據(jù)絕對(duì)含油量和相對(duì)含油量分析，巴肯組絕大部分泥頁(yè)巖相對(duì)含油量小于1，相對(duì)含油量較低；而鷹灘組泥頁(yè)巖多數(shù)樣品的相對(duì)含油量和絕對(duì)含油量都較高，因此鷹灘組泥頁(yè)巖的含油量高于巴肯組泥頁(yè)巖。

（2）巴肯組泥頁(yè)巖生烴產(chǎn)生的超壓大于鷹灘組，具有更大的排烴動(dòng)力，有利于油氣從泥頁(yè)巖中排出，從而導(dǎo)致巴肯組泥頁(yè)巖中滯留的油氣較少，而鷹灘組泥頁(yè)巖生成的油氣大部分滯留在泥頁(yè)巖內(nèi)部。

（3）巴肯組中段物性優(yōu)于上段和下段，為油氣的主要賦存的層段；而鷹灘組泥頁(yè)巖和灰?guī)r中孔隙較發(fā)育，這2類儲(chǔ)集層都對(duì)烴類的儲(chǔ)存有重要的貢獻(xiàn)。

（4）巴肯組致密油藏和鷹灘組致密油藏都為連續(xù)型或準(zhǔn)連續(xù)型油藏，巴肯組致密油藏主要以縱向運(yùn)移為主，巴肯組中段致密儲(chǔ)集層形成了大面積連續(xù)分布的致密油區(qū)，而鷹灘組致密油藏同時(shí)存在縱向運(yùn)移和側(cè)向運(yùn)移，形成了縱向上泥頁(yè)巖油藏和致密灰?guī)r油藏互相疊置，具有源儲(chǔ)一體、疊加連片的特點(diǎn)。

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（編輯楊新玲）

Hydrocarbon Accumulation Differences of Tight Oil between Williston Basin and Western Gulf of Mexico Basin

LI Qian1,LU Shuangfang1a,LI Wenhao1a,XU Siyong2,ZHANG Han1,HU Ying1
(1.China University of Petroleum a.Research Institute of Unconventional Hydrocarbon and Renewable Energy;b.School of Geosciences, Qingdao,Shangdong 266580,China;2.Changqing Division,CNPC Logging,Gaoling,Shanxi 710201,China)

Based on the analysis of petroleum exploration data combined with thin?section identification and organic geochemical data,the paper studies the geological and geochemical features of shales of Bakken formation in Williston basin and Eagle Ford formation in West?ern Gulf of Mexico basin,and analyzes the reason causing hydrocarbon accumulation differences between the two formations.Different rock associations result in the differences of hydrocarbon accumulation patterns between Bakken formation and Eagle Ford formation??the for?mer is dominated by outer?source accumulation and the latter by inner?source accumulation.The overpressure caused by hydrocarbon?gen?eration in shales of Bakken formation is larger than that of Eagle Ford formation,which allows greater hydrocarbon expulsion forces and is helpful for oil and gas expulsion from the shales.Therefore,less oil and gas retain in shales of Bakken formation than that of Eagle Ford for?mation(with most oil and gas retaining in shales).The physical properties of middle Bakken formation are better than those of the upper and lower Bakken formations due to more developed connecting pores and larger pore throats,and the middle Bakken formation is the main interval for oil and gas occurrence.Shales and limestones in Eagle Ford formation with well developed pores contribute significantly to hy?drocarbon storage.Tight oil reservoirs in both Bakken and Eagle Ford formations are continuous or quasi?continuous reservoirs.The tight oil reservoirs in Bakken formation mainly migrate vertically,leading to the formation of continuous large?area tight oil regions in the middle Bakken reservoir.Whereas,vertical and lateral migrations occur in Eagle Ford tight reservoirs,resulting in the overlapping of shales and tight limestones vertically,which could act as the source rock and reservoir simultaneously featured by interconnection and superimposition.

Williston basin;Bakken formation;Western Gulf of Mexico basin;Eagle Ford formation;tight oil reservoir;accumulation condition;rock association;overpressure

TE122

A

1001-3873（2016）06-0741-07

10.7657/XJPG20160620

2016-03-24

2016-06-12

國(guó)家自然科學(xué)基金（41402122）；博士后科學(xué)基金（2014M561980）

李倩（1991-），女，山東煙臺(tái)人，碩士研究生，礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，（Tel）18765922885（E-mail）865442799@qq.com