鄂爾多斯盆地富縣地區(qū)長8油層組致密油成藏主控因素分析

劉秀嬋，陳西泮

（1.延安大學石油工程與環(huán)境工程學院，陜西延安716000；2.延長油田股份有限公司，陜西延安716000）

近年來致密油作為非常規(guī)油藏一大類型，成為國內(nèi)外勘探和研究的熱點[1]。我國鄂爾多斯盆地三疊系延長組長6、長7、長8、長9油層組發(fā)育典型致密油藏，具有良好的油氣資源前景，主要分布于定邊—吳起—延安—富縣—黃龍、環(huán)縣—華池—慶城—合水—慶陽—正寧兩大區(qū)域[2，3]。目前，眾多研究者主要集中對盆地長7 致密油的地質(zhì)認識、成藏特征、主控因素、微觀特征及開發(fā)模式等方面[4-6]進行研究，并取得重要進展，但針對盆地南部長8致密油的認識程度相對較低，尤其對盆地南部（甘泉、富縣、黃陵和旬邑地區(qū)）長8致密油藏研究仍存在致密油分布規(guī)律及主控因素和南部長8 致密油與鄰層長7、長9 生儲關系不明確等顯著問題。從富縣地區(qū)長8 致密油地質(zhì)特征出發(fā)，分析該區(qū)域長8 致密油分布主控因素，以期為盆地南部致密油研究、為富縣地區(qū)長8致密油下一步勘探部署提供借鑒。

1 長8油層致密油分布

富縣地區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡東南部，呈與構(gòu)造背景吻合的東高西低低角度單斜，自東向西發(fā)育3 個鼻狀隆起，勘探面積4 182 km2。研究區(qū)受渭北隆起、晉西撓褶帶形成與演化的控制，白堊紀晚期大幅度抬升剝蝕[7]。主力產(chǎn)油層有長2、長7 及長8。其中長8 油層厚度最大、產(chǎn)能最強，地層平均埋深1 030～1 550 m，根據(jù)沉積旋回和巖性、電性特征，將長8油層組自下而上分為長82、長81兩個亞組，地層總厚度約90～130 m，其中長81地層厚約38～64 m，長82地層厚約32～65 m，致密油多富集于長82亞組。

圖1 富縣地區(qū)FX2井長8致密油層位分布Fig.1 Chang-8 tight oil stratum of well-FX2 in Fu County

富縣地區(qū)長8 致密油勘探獲得突破地區(qū)有姜家川油區(qū)、大東溝油區(qū)、水磨溝油區(qū)、鉗二油區(qū)四個有利區(qū)塊，探明面積約62 km2?？v向上，長8 致密油分布于覆蓋盆地西南大部分區(qū)域的長7 張家灘頁巖與盆地中南部發(fā)育的長9李家畔頁巖中間（圖1），平面上，四個主力致密油區(qū)塊均位于湖盆邊界形成的三角洲前緣水下分流河道儲集砂體中。

2 長8致密油特征

2.1 地層原油性質(zhì)

依據(jù)富縣地區(qū)6 口長8 油層原油高壓物性分析結(jié)果，長8致密油地層原油性質(zhì)如下（表1）：長8油層溫度為53.12～60.92 ℃，平均56.89 ℃，地層原油密度為0.738 8～0.802 3 g/cm3，平均0.767 4 g/cm3，地層原油黏度為0.954～6.810 mPa·s，平均3.171 mPa·s；在姜家川FX45 井區(qū)，長82地層原油黏度相對略高，為6.810 mPa·s，氣油比分布為18.48～47.88 m3/m3，平均36.36 m3/m3。按照原油分類方案，屬于高氣油比、低黏度、低密度輕質(zhì)原油，本區(qū)原油密度小于0.825 1 g/cm3，在孔隙度大于7%條件下，輕質(zhì)油可以相對達西流動狀態(tài)自由流動[8]。

2.2 賦存空間及狀態(tài)

低滲透儲層中存在多樣的孔隙類型，不同尺度孔隙中石油微觀賦存狀態(tài)是認識致密油特征的關鍵[9]。富縣油田長8 油層組屬典型的低—特低、特低—超低滲透油藏類型，儲層內(nèi)分布著復雜多樣、迂回曲折的孔喉類型，是制約油氣運移、充注、成藏的一大因素。

表1 富縣地區(qū)長8地層原油高壓物性分析統(tǒng)計Table 1 Statistic of physical properties of crude oil under high pressure of Chang-8 formation in Fu County

2.2.1 賦存狀態(tài)

因石油具有熒光特性，在熒光薄片下可直觀石油在儲層中的賦存狀態(tài)。選取富縣地區(qū)三口井（HT1井、L136 井、L199 井）131 個長8 熒光薄片觀察發(fā)現(xiàn)，富縣長8 油層組中致密油主要的賦存狀態(tài)表現(xiàn)為以下兩種：1）原油以零星狀或不規(guī)則形狀賦存在殘余粒間孔、長石/巖屑溶孔、碳酸鹽巖晶間孔中（圖2a）；2）部分巖屑被原油浸染，呈薄膜狀表現(xiàn)出熒光（圖2b）。整體上裂縫不發(fā)育，致密油熒光性表現(xiàn)為弱—中等。

圖2 富縣地區(qū)長8致密油儲層熒光薄片F(xiàn)ig.2 Fluorescent sheet photos of Chang-8 tight oil reservoir in Fu County

2.2.2 賦存空間

多角度、多種技術可共同驗證致密儲層微觀孔隙、喉道的定量、定性表現(xiàn)，富縣地區(qū)長8致密儲層孔喉研究主要采用常規(guī)高壓壓汞、巖心核磁共振T2譜分析和CT掃描技術來反應孔隙喉道大小及連通性。

1）高壓壓汞反映孔隙結(jié)構(gòu)

通過鑄體薄片和掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，富縣長8油層組主要發(fā)育原生殘余粒間孔、次生粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔、晶間孔。通過5口井、109個樣品高壓壓汞法測定出的孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)表現(xiàn)為：孔隙度為3.1%～15.0%，平均10.1%；滲透率為（0.01～2.62）×10-3μm2，平均0.32×10-3μm2；排驅(qū)壓力為0.30～22.13 MPa，平均4.69 MPa；毛管中值壓力為3.59～58.05 MPa，平均15.2 MPa；中值半徑為0.01～0.20 μm，平均0.05 μm；平均喉道半徑為0.01～0.55 μm，平均0.12 μm；孔喉分選系數(shù)為0.06～1.96，平 均0.92；退 汞 效 率 為19.74 %～43.67%，平均29.06%（表2）。結(jié)果表明較高的排驅(qū)壓力和中值壓力，反映儲層的滲透性較差，孔隙喉道均偏細，以小孔隙微細喉道為主。

2）巖心核磁共振T2譜分析孔徑分布

致密油儲層中仍大量存在毛細管孔隙，常規(guī)分析方法無法對這類孔隙結(jié)構(gòu)特征進行分析，核磁共振T2譜信息能夠較為有效的定量反映該類孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)[10]。對富縣地區(qū)長8 致密油主要分布區(qū)域—姜家川，采樣進行核磁共振T2譜分析。

分析結(jié)果表明，富縣地區(qū)長8致密儲層中T2譜飽和流體分量分布曲線有兩種形態(tài)，即單峰型和雙峰型（圖3）。表明孔徑分布范圍較廣，即研究區(qū)孔隙尺度由大中孔—微納米—納米孔中均能賦存石油。

圖3 富縣地區(qū)長8致密油儲層巖心核磁共振T2譜曲線特征Fig.3 Characteristics of T2 spectrum curves of NMR of of Chang-8 tight oil reservoirs in Fu County

2.2.3 場發(fā)射掃描電鏡、CT掃描測量孔喉大小

富縣長8致密儲層中粒內(nèi)溶孔、粒間孔場發(fā)射掃描電鏡觀察與測量分析認為（圖4），孔隙以微米級—亞微米級為主，分別占總孔隙的68%、54%，其余晶間孔、微孔隙均為納米級孔隙類型。

CT 掃描技術進行喉道觀察顯示，微喉型主要集中在粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔中，為研究區(qū)主要的石油聚集場所，特致密型喉道不發(fā)育?？紫杜c喉道在三維空間上分布不均勻，無固定性；孔隙間靠喉道連通，連通性一般，三維上構(gòu)成超微觀空間體系，石油充注在內(nèi)，形成致密儲層。

圖4 富縣地區(qū)長8致密油儲層L206井場發(fā)射掃描電鏡（1 520.7 m）Fig.4 Field emission scanning electron microscopy of well-L206 of Chang-8 tight reservoirs in Fu County（1 520.7 m）

3 致密油成藏控制因素與潛力預測

3.1 烴源巖特征

之前的研究認為，盆地延長組優(yōu)質(zhì)烴源巖縱向上主要分布在長7（尤其是長73）、長9油層組[11]；平面上廣泛分布于湖盆擴張、充填過程中深湖相、湖相三角洲前緣或濁流相中泥巖、油頁巖覆蓋區(qū)域[12]，該區(qū)域多集中在靖邊以南部位，如長7烴源巖廣泛發(fā)育在定邊、延安、旬邑、環(huán)縣包圍的區(qū)域；長9 烴源巖分布范圍有所縮小，多集中在靖邊、延安、富縣、吳起所包圍的區(qū)域。

富縣地區(qū)長7 烴源巖巖石類型為深灰色—灰黑色頁巖、暗色泥巖，縱向上，發(fā)育三套油頁巖，尤以最底部長73最為發(fā)育，累計油頁巖厚度20～90 m。平面上，整體呈現(xiàn)出厚度區(qū)間大、覆蓋范圍廣、中部厚兩邊薄的分布特征（圖5）。生烴強度高值區(qū)（烴源巖厚度＞50 m）分布在張家灣—直羅—北道德—張村驛—寺仙區(qū)域，外圍區(qū)域逐漸變薄。長9烴源巖巖石類型與長7 相似，縱向上多集中在頂部李家畔頁巖，平面上分布厚度較長7 明顯變薄、面積縮小，厚度4～15 m，呈現(xiàn)北厚南薄趨勢（圖6）。較厚區(qū)域（烴源巖厚度＞9 m）分布在張家灣鎮(zhèn)東部、茶坊鎮(zhèn)北部及牛武鎮(zhèn)北部區(qū)域。

圖5 富縣地區(qū)長7烴源巖厚度分布Fig.5 Distribution thickness of hydrocarbon source rock of Chang-7 reservoir in Fu County

圖6 富縣地區(qū)長9烴源巖厚度分布Fig.6 Distribution thickness of hydrocarbon source rock of Chang-9 reservoir in Fu County

長7 烴源巖有機質(zhì)特征表現(xiàn)出，有機碳含量（TOC）平均值4.21%，氯仿瀝青“A”平均值0.406%，熱解產(chǎn)油潛量（S1+S2）平均值10.152 mg/g，長9 烴源巖有機碳含量（TOC）平均值4.985 %，氯仿瀝青“A”平均值0.212 2 %，熱解產(chǎn)油潛量（S1+S2）平均值9.46 mg/g。富縣地區(qū)長7、長9 烴源巖有機質(zhì)豐度都屬于好烴源巖。之前的研究表明，富縣地區(qū)長7、長9烴源巖有機質(zhì)類型屬Ⅰ型、Ⅱ1型干酪根，相比而言，長9 烴源巖中非烴、瀝青質(zhì)較多[13，14]。富縣地區(qū)三疊系長7 地層埋深約1 200 m，Ro平均為0.672%，有機質(zhì)已進入成熟演化階段，符合“廣覆式”分布特點，已具備充足的烴源巖條件。

此外，研究區(qū)內(nèi)長8內(nèi)部（長81底部）亦存在泥質(zhì)烴源巖，主要發(fā)育在西北部張家灣、中部直羅地區(qū)，厚度約10 m。根據(jù)富縣地區(qū)13塊長8暗色泥巖分析化驗結(jié)果，部分烴源巖評價參數(shù)表現(xiàn)為：有機碳含量（TOC）為0.59%～4.4%，平均2.1%；熱解產(chǎn)油潛量（S1+S2）為2.42～37.84 mg/g，平均7.81 mg/g；氫指數(shù)（IH）為51～252 mg/g，平均151 mg/g；鏡質(zhì)體反射率（Ro）值為0.71%～0.94%，平均0.85%。從各項烴源巖評價指標看，長8暗色泥巖亦為較好的烴源巖。

3.2 源儲配置

長73作為鄂爾多斯盆地主要的油頁巖[1]，長9、長8、長7沉積期，富縣地區(qū)形成了致密油有利的生、儲、蓋組合配置關系?？v向上，當湖平面上升，物源補給相對充足，有較厚的砂巖與湖泥沉積，為生、儲提供充分物質(zhì)基礎，對應到構(gòu)造上，表現(xiàn)為古低隆部位、古洼地、古河道部位廣泛發(fā)育烴源巖。在對富縣地區(qū)油源研究的基礎上[15，16]，結(jié)合研究區(qū)長81底部暗色泥巖有機碳含量（TOC）、熱解產(chǎn)油潛量（S1+S2）等指標以及油藏類型分析認為，長8儲集層與長7、長9烴源巖緊鄰，富縣地區(qū)長8致密油儲層源儲配置表現(xiàn)為“源夾儲、儲內(nèi)夾源”特征。其中長7厚層張家灘頁巖作為主要烴源巖之一，生成的烴類物質(zhì)受到生排烴增壓推動下向下運移進入長81砂體，長9李家畔頁巖為另一套主要烴源巖，生成的石油在生排烴過剩壓力下向上運移至緊鄰其上的長82儲層內(nèi)，構(gòu)成長7生—長8 儲—長9 生的“源夾儲”成藏模式；另外，長81和長82砂體間的泥質(zhì)烴源巖，也對富縣地區(qū)長8致密油成藏具有貢獻意義，構(gòu)成了“儲內(nèi)夾源”的特征（圖7）。關于該區(qū)域生烴增壓強度，有待進一步研究。

圖7 富縣地區(qū)長8致密油成藏組合Fig.7 Reservoir assemble of Chang-8 tight oil reservoir in Fu County

3.3 沉積體系

古構(gòu)造恢復表明，晚三疊世時期構(gòu)造活動導致富縣地區(qū)形成東高西低的古地理格局，受古氣候、湖盆古水體演化影響，該期富縣地區(qū)受北東向物源影響下，處于湖泊與河流交接部位形成湖泊—三角洲相、湖泊濁積扇沉積環(huán)境[17-20]。長8 期本身作為湖盆演化鼎盛期，此時形成沉積砂體亦為致密油提供儲集條件。

富縣長8 期較厚沉積砂體橫向上沉積于三角洲前緣環(huán)境下形成的水下分流河道微相及部分河口壩微相中；縱向上，具有透鏡狀單體分布，或相互疊加厚度加大的特點，為該期致密油集中形成提供了儲集空間。該套砂體巖性特征表現(xiàn)為：粒度細，以細砂巖為主，磨圓差，分選好，碎屑顆粒間多填隙物，以方解石膠結(jié)多見，表現(xiàn)出壓實作用弱。砂體在平面上延伸距離長約86.43 km，寬約58.5 km。砂體較厚（砂厚＞25 m）處位于富縣西北部張家灣鎮(zhèn)，以及北道德鄉(xiāng)、羊泉鎮(zhèn)、茶坊鎮(zhèn)、牛武鎮(zhèn)區(qū)域（圖8）。

3.4 試油情況

區(qū)域總體上以長82砂體發(fā)育更廣，見油效果好。富縣油田長8 油層出油點在平面上分布位置差異明顯，大多集中在區(qū)域靠西北部，構(gòu)造影響不明顯，出油多表現(xiàn)為油水同出，純油層較少。達工業(yè)油流井主要位于水下分流河道的砂體厚度大、儲層物性相對好，且烴源巖較發(fā)育的區(qū)帶。

3.5 潛力預測

本次研究考慮文中提到的長7、長9烴源巖，長8致密儲層砂巖分布厚度與分布區(qū)域，結(jié)合油田試油情況三大因素，進行綜合考慮，劃分出6 個富縣油田長8 致密油潛力區(qū)域（圖8）。大部分區(qū)域位于研究區(qū)西北部，其余分別位于水磨溝油區(qū)西側(cè)、直羅鎮(zhèn)南部、洛陽鄉(xiāng)東南部及牛武鎮(zhèn)東北部區(qū)域。未來長8致密油油藏“甜點”區(qū)域應優(yōu)先考慮上述區(qū)域。

4 結(jié)論

富縣地區(qū)長8致密油特征表現(xiàn)為低密度、低黏度輕質(zhì)原油，具有流動性，以零星狀、薄膜狀賦存在微孔中，孔喉結(jié)構(gòu)復雜，發(fā)育納米級喉道，孔喉連通性一般。富縣地區(qū)長7烴源巖分布較長9烴源巖廣泛、厚度較厚，兩者有機質(zhì)豐度都屬于好烴源巖，有機質(zhì)類型屬Ⅰ型、Ⅱ1型干酪根，具備充足烴源巖條件。

富縣地區(qū)延長組長8 致密油富集的主要控制因素為：1）發(fā)育較厚的長7、長9優(yōu)質(zhì)烴源巖，且長8儲集層緊鄰其中，為致密油提供充足油源；2）有利的“源夾儲、儲內(nèi)夾源”配置關系，是形成致密油藏重要條件；3）三角洲水下分流河道環(huán)境下形成的沉積砂體為致密油有利運移通道和儲集體。利用三大主控因素，結(jié)合試油結(jié)果，劃分出富縣地區(qū)長8 致密油潛力區(qū)域6個。

圖8 富縣地區(qū)長8致密油潛力區(qū)預測Fig.8 Distribution area prediction of Chang-8 tight oil reservoir in Fu County