柴達木盆地英西地區(qū)頁巖油儲層特征及有利區(qū)優(yōu)選

張道偉 ，薛建勤，伍坤宇，陳曉冬，王 牧，張慶輝，郭 寧

（1.中國石油青海油田分公司，甘肅敦煌 736202；2.中國石油青海油田分公司勘探事業(yè)部，甘肅敦煌 736202；3.中國石油青海油田分公司勘探開發(fā)研究院，甘肅敦煌736202）

0 引言

在常規(guī)油氣資源日益減少的背景下，為了滿足國民經(jīng)濟發(fā)展的需求，保障國家能源安全，尋找接替資源顯得尤為重要。在美國“非常規(guī)油氣革命”的啟發(fā)下，世界油氣工業(yè)開啟了轉(zhuǎn)型之路，其勘探開發(fā)重點正持續(xù)從占油氣資源總量20%的常規(guī)油氣向占油氣資源總量80% 的非常規(guī)油氣轉(zhuǎn)移［1］。我國擁有豐富的非常規(guī)油氣資源，可成為未來重要的接替資源。據(jù)統(tǒng)計，我國非常規(guī)原油和天然氣可采資源量［2］分別達到（206.1～211.1）億t 和45.6 億m3，其中作為非常規(guī)油氣資源重要組成部分的頁巖油具有巨大的勘探潛力，我國頁巖油資源分布廣泛，包括松遼、準噶爾、塔里木、江漢、蘇北和渤海灣等盆地［3-6］，其預測可采資源量高達（30～60）億t，僅次于俄羅斯和美國［7］。

“十二五”以來，隨著國內(nèi)非常規(guī)油氣勘探工作的進一步推進，更多潛在頁巖油資源已經(jīng)被證實。柴達木盆地作為我國陸上七大含油氣盆地之一，其頁巖油資源潛力長期被業(yè)界看好［3，8］，如盆地扎哈泉地區(qū)碎屑巖型致密油勘探已經(jīng)取得了豐碩的勘探實踐成果［9-12］。盡管如此，柴達木盆地頁巖油勘探和研究工作總體上仍處于起步階段，現(xiàn)有認識和理論體系仍不完善，制約著未來的勘探部署。過去幾年中，在“向深層進軍、向洼陷找油”的總體勘探思想的指導下，青海油田針對盆地古近系下干柴溝組上段（E32）的碳酸鹽巖頁巖油開展了系統(tǒng)的勘探和研究工作，在沉積環(huán)境［13］、層序劃分［14］、儲集空間類型［15-18］、優(yōu)質(zhì)儲集層成因［19-20］、油氣藏特征［21］、甜點預測與評價技術(shù)［22］和高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)主控因素［23］等方面均取得了一系列認識，促進了精細勘探部署和成果轉(zhuǎn)化。最新鉆井取心分析成果表明，下干柴溝組上段為一套厚層的咸化湖相沉積，其生油層厚度可達2 000 m，有效面積約1.26 萬km2，TOC 質(zhì)量分數(shù)為0.6%～2.2%，Ro為0.7%～1.5%，干酪根類型以Ⅱ1型為主，截至2019 年4 月，英西區(qū)塊已提交探明儲量3 463 萬t，其中頁巖油儲量2 899 萬t，展示英西巨大的資源潛力，但這些非常規(guī)資源在分布上具有較強的非均質(zhì)性，不同區(qū)域儲層的有效性存在較大差異，筆者綜合各種分析測試手段，將宏觀與微觀有機結(jié)合，系統(tǒng)開展頁巖儲層的宏觀展布與微觀特征研究，以期為后期資源分級評價、合理開發(fā)提供參考和依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

柴達木盆地為一個新生代陸相山間盆地，周緣為東昆侖山、阿爾金山與祁連山所環(huán)繞，盆地新生界沉積厚度超過1 萬m。大地構(gòu)造單元劃分結(jié)果顯示，英西地區(qū)位于柴達木盆地西部坳陷的茫崖次級凹陷內(nèi)（圖1），下干柴溝組上段（E32）為全區(qū)主力烴源巖層段，其總有機碳（TOC）等值線圖顯示，英西地區(qū)生烴條件優(yōu)越，其TOC 質(zhì)量分數(shù)多為1.0%～1.2%。

圖1 柴達木盆地英西地區(qū)位置及下干柴溝組上段TOC 等值線圖Fig.1 Location of Yingxi area and TOC isopach of the upper member of Xiaganchaigou Formation in Qaidam Basin

英西地區(qū)新生界自下而上沉積了5 套地層：①路樂河組（E1+2），發(fā)育棕紅色礫巖、砂巖和泥巖；②下干柴溝組下段（E31）主要發(fā)育棕紅色泥巖、砂巖及灰白色粉砂巖、泥巖；下干柴溝組上段（E32）主要發(fā)育灰色、深灰色泥質(zhì)碳酸鹽巖、鈣質(zhì)泥頁巖，夾少量膏質(zhì)泥巖、膏質(zhì)碳酸鹽巖，上部發(fā)育多套巖鹽；③上干柴溝組（N1），下部為灰色泥巖夾粉砂巖，上部為棕色泥巖、細砂巖；④下油砂山組（N21），以棕紅色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖夾細砂巖為主；⑤上油砂山組（N22），以棕黃色砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、白色砂質(zhì)泥巖、細—粉砂巖為主。

下干柴溝組上段沉積期是盆地新生代最大的湖泛期，該時期盆地廣泛沉積了一套烴源巖，柴達木盆地位于北半球副熱帶區(qū)，古緯度為北緯31.5°～32.5°［24-25］，類比現(xiàn)今全球氣候分帶規(guī)律，屬于中緯度氣候區(qū)（25°～35°）。由于柴達木地塊位于古歐亞大陸的西側(cè)，新特提斯洋東側(cè)，主要為副熱帶干旱—半干旱氣候。高緯度區(qū)深海有孔蟲氧同位素記錄反映的古海水-溫度曲線顯示（圖2），下干柴溝組上段沉積期，全球氣溫正經(jīng)歷一次較長時間的震蕩降溫過程，伴隨全球氣溫的震蕩下降，西風帶會發(fā)生間歇性南侵［25］。因此，古柴達木地塊會間歇性的處于西風帶的控制下，使得區(qū)內(nèi)氣候總體較為溫暖濕潤，從而導致湖盆發(fā)生廣泛的湖侵，在此背景下英西地區(qū)沉積了大套半深湖—深湖亞相暗色富有機質(zhì)泥頁巖和泥質(zhì)碳酸鹽巖。

圖2 柴達木盆地地層劃分及新生代氣候變化特征（據(jù)文獻［24］修改）Fig.2 Stratigraphic division and climate change of Cenozoic in Qaidam Basin

始新世末期—漸新世初期，全球降溫過程達到峰值，全球氣候發(fā)生劇變伴隨著冰川作用，導致孢粉記錄的植物多樣性急劇減少，全球氣候由始新世以來的溫室氣候轉(zhuǎn)變成了干冷的冰室氣候［25］。受全球氣候變化的影響，古柴達木地塊氣候也由暖濕轉(zhuǎn)向干旱，湖平面迅速下降，湖泊面積快速萎縮，形成了下干柴溝組上段頂部沉積了多套巖鹽。

2 儲層巖石學特征

2.1 礦物組成

英西地區(qū)下干柴溝組上段儲層的礦物成分復雜，主要包括鐵白云石、方解石、黏土礦物、陸源碎屑和鹽類礦物，其中碳酸鹽礦物質(zhì)量分數(shù)為4.1%～83.0%，陸源碎屑質(zhì)量分數(shù)為3.0%～32.0%，黏土礦物質(zhì)量分數(shù)為0～40.0%。碳酸鹽和陸源碎屑等脆性礦物質(zhì)量分數(shù)一般大于65%（表1）。盡管有部分泥質(zhì)含量較高的小層存在，但厚度普遍較小，通常與碳酸鹽巖互層，對儲層的脆性指數(shù)影響不大，因此英西地區(qū)下干柴溝組上段儲層的脆性指數(shù)總體較高。國內(nèi)外頁巖儲層評價經(jīng)驗及現(xiàn)場施工效果表明，當頁巖地層的脆性礦物質(zhì)量分數(shù)大于50%時，儲層一般具有較好的可壓性，這對于區(qū)內(nèi)頁巖油儲量的有效動用具有重要意義。

表1 英西地區(qū)下干柴溝組上段儲層的礦物組成Table 1 Mineral components of reservoirs of the upper member of Xiaganchaigou Formation in Yingxi area%

研究區(qū)下干柴溝組上段巖石的礦物組分統(tǒng)計顯示（表1），巖石礦物組分中可見大量陸源碎屑和碳酸鹽巖礦物，具有典型的混合沉積特征［26-27］。因此，采用“陸源碎屑-黏土礦物-碳酸鹽礦物”三端元圖解對儲層巖性進行劃分（圖3）［28］，大部分樣品投點位于中心混合區(qū)—碳酸鹽礦物端元區(qū)，表明儲層巖性主要為泥質(zhì)或碎屑質(zhì)碳酸鹽巖和鈣質(zhì)泥巖，與目的層沉積期水體為咸水環(huán)境和懸浮搬運有關(guān)，細粒陸源碎屑的廣泛分布受控于咸水的浮力較淡水更大等因素。

圖3 英西地區(qū)下干柴溝組上段儲層巖性分類三角圖①黏土巖或泥巖；②混積巖質(zhì)黏土巖或泥巖；③砂巖；④含碳酸鹽—陸源碎屑混積巖；⑤碳酸鹽質(zhì)—陸源碎屑混積巖；⑥陸源碎屑質(zhì)—碳酸鹽混積巖；⑦含陸源碎屑—碳酸鹽混積巖；⑧碳酸鹽巖Fig.3 Triangular diagram of lithology classification of the upper member of Xiaganchaigou Formation in Yingxi area

2.2 儲層巖相特征

研究區(qū)下干柴溝組上段巖石的主要礦物組分大致相同，僅存在含量多少的差異，因此結(jié)合巖性、沉積組構(gòu)和成像測井圖像等資料，劃分出3 種巖相類型（圖4），分別為層狀泥頁巖或泥質(zhì)碳酸鹽巖儲層、塊狀泥頁巖或泥質(zhì)碳酸鹽巖儲層、斑狀泥頁巖或泥質(zhì)碳酸鹽巖儲層。①塊狀泥頁巖或泥質(zhì)碳酸鹽巖儲層，在研究區(qū)內(nèi)厚度占比最大，約為51%，為靜水低能沉積產(chǎn)物，發(fā)育原生基質(zhì)微孔為主的儲集空間類型，主要巖性為塊狀泥質(zhì)碳酸鹽巖、鈣質(zhì)泥頁巖，巖心上表現(xiàn)為深灰色均勻塊狀，厚度較大，掃描電鏡下可見其基質(zhì)孔和微裂縫發(fā)育，鑄體薄片在偏光顯微鏡下可見少量裂縫及溶孔。②層狀泥頁巖或泥質(zhì)碳酸鹽巖儲層，在靜水條件下，由于周緣河流帶來的碎屑物質(zhì)間歇性向湖內(nèi)輸入，陸源碎屑與原地泥質(zhì)碳酸鹽巖或泥巖交互沉積，在宏觀上表現(xiàn)為灰色或深灰色細條紋互層，深色條紋巖性為泥頁巖、灰質(zhì)泥頁巖，淺色條紋巖性為碳酸鹽巖。此類儲層厚度占比約為27%。③斑狀泥頁巖或泥質(zhì)碳酸鹽巖儲層，巖石中廣泛發(fā)育的石膏與泥質(zhì)碳酸鹽巖、泥頁巖混合沉積而成，宏觀下可觀察到取心段表面呈團塊狀、放射狀和花斑狀的石膏，此類儲層厚度占比約為14%。

圖4 英西地區(qū)下干柴溝組上段儲層巖相綜合劃分Fig.4 Comprehensive lithofacies division of reservoir of the upper member of Xiaganchaigou Formation in Yingxi area

3 儲集空間類型及儲層物性

3.1 儲集空間類型

英西地區(qū)下干柴溝組上段儲層主要發(fā)育4 類儲集空間，分別為晶間孔、粒間或晶間溶蝕孔、角礫孔洞和裂縫（圖5）。①晶間孔，受準同生白云化作用控制［20］，在研究區(qū)廣泛分布，為區(qū)內(nèi)儲層整體含油提供了保障，孔徑多為1 μm，滲透率多小于0.1 mD，油源條件和封蓋條件均較好，生烴過程中形成的超壓系統(tǒng)導致儲層的含油性較好，樣品在氬離子拋光后放置到掃描電鏡下觀察，可見微孔隙中均含油。普遍較低的滲透率導致巖石中的流體的流動性較差，無法依靠自然產(chǎn)能形成高效儲層，必須借助工藝改造。②粒間或晶間溶蝕孔，粒間孔或晶間孔受大氣淡水、有機酸溶蝕或熱硫酸鹽還原作用改造而成，縱向上該類儲集空間主要分布于鹽間和鹽下儲層中，平面上廣泛分布，儲層物性較好，孔隙度一般大于8%，滲透率大于1 mD，儲層非均質(zhì)性較強，但可局部形成優(yōu)質(zhì)儲層，該類儲集空間對區(qū)內(nèi)高效油藏的形成具有重要意義。③角礫孔洞，高產(chǎn)層發(fā)育，該類儲集空間的形成與研究區(qū)強烈構(gòu)造作用所導致的地層變形和破碎有直接關(guān)系。角礫孔洞主要發(fā)育在應力集中區(qū)、層間滑脫帶和斷層附近，常與裂縫網(wǎng)絡伴生，由于該類儲層流體滲流能力較強，在其發(fā)育處往往也伴生溶蝕孔洞。④裂縫，在儲層中起到儲和滲的雙重作用，裂縫與角礫孔洞的形成機制類似，在高曲率區(qū)、斷裂帶都會有大量裂縫系統(tǒng)發(fā)育，新生代以來研究區(qū)多期區(qū)域構(gòu)造運動造成裂縫系統(tǒng)極為發(fā)育，由此形成的裂縫網(wǎng)絡為區(qū)內(nèi)油氣運移、成藏均具有重要意義。

圖5 英西地區(qū)下干柴溝組上段儲層的儲集空間類型（a）獅41-6-1 井，3 451.2 m，晶間孔，掃描電鏡照片；（b）獅41-6-1 井，3 451.2 m，晶間孔，氬離子拋光后的掃描電鏡照片，二次電子成像；（c）獅41-6-1 井，3 451.2 m，晶間孔中賦存原油，氬離子拋光后的掃描電鏡照片，背散射電子成像；（d）獅41-6-1 井，3 462.1 m，粒間或晶間溶蝕孔，偏光顯微鏡照片；（e）獅3-1 井，4 375.3 m，角礫孔洞，偏光顯微鏡照片；（f）獅41-6-1 井，3 461.4 m，裂縫，偏光顯微鏡照片F(xiàn)ig.5 Pore-space characteristics of reservoirs of the upper member of Xiaganchaigou Formation in Yingxi area

3.2 儲層物性

英西地區(qū)下干柴溝組上段儲層屬細粒沉積，其礦物粒徑普遍小于5 μm，原生晶間或粒間孔隙較小，且地層埋深較大，多為4 000 m 以上，埋藏過程中強烈的壓實作用會導致儲層致密化，物性數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果顯示，儲層物性總體偏低（圖6），孔隙度峰值為4%～6%，滲透率峰值為0.05～0.10 mD，總體表現(xiàn)為低孔-特低滲的特征，但儲層脆性指數(shù)較大，易形成裂縫網(wǎng)絡系統(tǒng)，局部裂縫發(fā)育區(qū)可形成高產(chǎn)。研究區(qū)儲層縱向上各井不同層段儲層物性之間存在顯著差異，總體呈現(xiàn)“上下高-中間低”的特征（圖7）。鉆井和試油過程中，研究區(qū)鉆井多具有“井井見油流-單井差異大”的特征，綜合各井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和儲層物性特征分析得出，物性好的層段其產(chǎn)量都優(yōu)于物性較差的層段。

圖6 英西地區(qū)下干柴溝組上段儲層物性分布特征Fig.6 Physical property distribution of reservoirs of the upper member of Xiaganchaigou Formation in Yingxi area

圖7 英西地區(qū)下干柴溝組上段儲層物性隨深度變化特征Fig.7 Variation characteristics of reservoir physical properties with depth of the upper member of Xiaganchaigou Formation in Yingxi area

儲層孔隙喉道的大小和形態(tài)決定了油氣儲層的滲透性，且制約著儲集空間的有效性?；诿軌毫y試資料，對英西地區(qū)儲層的孔喉中值半徑、退汞效率、排驅(qū)壓力和最大進汞飽和度等4 個參數(shù)進行了分析，用于表征孔隙的滲流能力和連通性（圖8）。結(jié)果表明，研究區(qū)儲層排驅(qū)壓力峰值為10～20 MPa，其中小于10 MPa 的樣品占比為25.9%，可見微喉型儲層（排驅(qū)壓力大于10 MPa）占多數(shù)，與喉道中值半徑統(tǒng)計結(jié)果一致。儲層退汞效率中等，其中退汞效率大于30%的Ⅰ類儲層占比為25.9%，退汞效率為10%～30%的Ⅱ類儲層占比為42.6%，退汞效率小于10%的Ⅲ類儲層占比為31.5%。最大進汞飽和度峰值為80%～90%，進汞飽和度最大于80%的樣品占比為81.5%，顯示儲層連通性較好。

圖8 英西地區(qū)下干柴溝組上段儲層壓汞數(shù)據(jù)分布特征Fig.8 Distribution characteristics of mercury intrusion test results of reservoirs of the upper member of Xiaganchaigou Formation in Yingxi area

4 儲層含油性及源儲關(guān)系

儲層含油性和源儲關(guān)系為頁巖油有效開發(fā)的關(guān)鍵因素，也是頁巖油儲層系統(tǒng)評價和有利區(qū)優(yōu)選的重要內(nèi)容之一。通過對獅41-6-1 井的測錄井資料和巖心分析測試資料進行系統(tǒng)分析與解剖，得出以下結(jié)論：①取心段儲層含油性整體較好，大部分巖心可見熒光—油跡顯示，且定量熒光錄井和熒光薄片分析均顯示取心段儲層具有較高的熒光級別，主要為黃色和綠黃色，表明其有機質(zhì)組分主要為油質(zhì)［29］，與巖心錄井結(jié)論一致。②參照陸相烴源巖地球化學評價方法［30］對巖石熱解分析結(jié)果［31］進行評價，S1+S2、氯仿瀝青“A”和TOC 均達到中等—好級別，表明研究區(qū)目的層生烴條件良好，干酪根鏡檢分析還證實該套地層的生烴母質(zhì)以低等藻類為主，形成了下干柴溝組上段廣泛生烴的基礎。③巖心實測資料和測井解釋成果表明，儲層孔隙度與白云石含量之間存在正相關(guān)關(guān)系，與泥質(zhì)含量呈負相關(guān)關(guān)系，綜合柱狀圖上孔隙度和礦物組成相關(guān)的規(guī)律性較為明顯（圖9）。研究區(qū)儲層段主要巖性為混積碳酸鹽巖和泥巖，二者呈互層狀發(fā)育，受構(gòu)造作用的影響，儲層中微裂縫較為發(fā)育，可形成良好的油氣運聚通道，使得烴源巖排出烴類既可以在鄰區(qū)碳酸鹽巖儲層中聚集成藏，也可以滯留于泥巖中原地成藏，具有“自生自儲”和“整體含油”的特征。

圖9 英西地區(qū)獅41-6-1 井系統(tǒng)取心段綜合柱狀圖Fig.9 Comprehensive column of core section of well Shi 41-6-1 in Yingxi area

5 有利儲層展布規(guī)律

有利儲層預測對探區(qū)資源評價和井位部署意義重大。英西地區(qū)儲層質(zhì)量好壞和油氣充注程度主要由TOC 含量、白云石含量、總孔隙度和脆性礦物含量等4 個因素控制。青海油田根據(jù)油氣現(xiàn)場開發(fā)實踐經(jīng)驗制定了儲層分級評價標準（表2）。在該評價標準的約束下，綜合地震、測井和地質(zhì)的相關(guān)資料，基于Petrel 平臺的序貫高斯算法開展隨機綜合地質(zhì)建模，利用各參數(shù)隨機建模預測結(jié)果進行疊加分析，以預測區(qū)內(nèi)下干柴溝組上段頁巖油有利儲層展布規(guī)律（圖10）。結(jié)果顯示，①縱向上Ⅳ油層組與Ⅵ油層組的Ⅰ類有利區(qū)的面積要大于Ⅴ油層組，與縱向上儲層物性存在“上下高，中間低”的規(guī)律基本一致。②平面上，研究區(qū)Ⅰ，Ⅱ類有利區(qū)主要集中發(fā)育于研究區(qū)中部，與局部次級洼陷中心疊合，因中部深水沉積區(qū)具有良好的生烴潛力，較高的碳酸鹽含量以及優(yōu)質(zhì)的封蓋條件共同控制了油氣的聚集成藏。③有利儲層發(fā)育區(qū)的預測結(jié)果與油氣生產(chǎn)具有較高的吻合度，探明儲量區(qū)主要為Ⅰ類區(qū)。

表2 英西地區(qū)下干柴溝組上段儲層分級評價標準Table 2 Grading evaluation standard of reservoirs of the upper member of Xiaganchaigou Formation in Yingxi area

圖10 英西地區(qū)下干柴溝組上段有利儲層分布特征Fig.10 Distribution characteristics of favorable reservoirs of the upper member of Xiaganchaigou Formation in Yingxi area

6 結(jié)論

（1）英西地區(qū)下干柴溝組上段儲層巖石組分包括陸源碎屑、碳酸鹽、泥質(zhì)和各種鹽類礦物，混積特征明顯，綜合地質(zhì)和測井響應特征可按巖相將研究區(qū)儲層劃分為3 類：層狀泥頁巖或泥質(zhì)碳酸鹽巖儲層、塊狀泥頁巖或泥質(zhì)碳酸鹽巖儲層、斑狀泥頁巖或泥質(zhì)碳酸鹽巖儲層。

（2）英西地區(qū)下干柴溝組上段儲層物性總體偏低，孔隙度多為4%～6%，滲透率多為0.05～0.10 mD，以細孔喉為主。儲集空間類型可分為晶間孔、粒間或晶間溶蝕孔、角礫孔洞和裂縫等4 種，準同生白云石化作用、溶蝕作用和多期構(gòu)造破碎作用控制著儲集空間的形成。

（3）英西地區(qū)下干柴溝組上段儲層的含油性主要受控于烴源巖質(zhì)量、儲層物性以及二者的配置關(guān)系，多參數(shù)綜合建模與疊加分析方法適用于研究區(qū)有利儲層分布預測，預測結(jié)果對油氣開采具有重要的指導作用。