江漢盆地潛江凹陷古近系潛江組鹽間頁巖油資源評價與甜點區(qū)預測

王韶華，聶 惠，馬勝鐘，丁 一，李 浩，梁文華

1.中國石化 江漢油田分公司 勘探開發(fā)研究院，武漢 430223；2.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126

北美頁巖油的成功開發(fā)和規(guī)模上產(chǎn)已對石油能源產(chǎn)生了劃時代的影響[1-3]。中國陸相盆地發(fā)育多套富有機質(zhì)頁巖，蘊藏著豐富的頁巖油資源[4-6]。江漢盆地為我國典型內(nèi)陸鹽湖盆地，面積3.6×104km2。潛江凹陷位于江漢盆地中部，面積0.25×104km2，北部以潛北控凹斷層為界，分別與荊門、漢水凹陷、樂鄉(xiāng)關及永隆河隆起相鄰；南與通?？谕蛊鹣噜彛粬|西兩側分別與龍賽湖、岳口低凸起和丫角—新溝低凸起呈斜坡過渡(圖1)。潛江凹陷古近系潛江組從上至下劃分為潛一段(Eq1)、潛二段(Eq2)、潛三段(Eq3)和潛四段(Eq4)，共有193個含鹽韻律層，單韻律層厚度一般5～20 m，最厚達38 m，鹽間頁巖油發(fā)育在潛江組成熟的多個含鹽韻律層中，分布面積占凹陷面積的70%，呈薄層狀疊置分布。潛江組鹽間頁巖油油氣顯示豐富，具有較好的產(chǎn)油能力[7-10]。截至2020年底，共有鹽間頁巖油顯示井128口，其中自噴井32口，井涌、井溢井19口，投入試采井39口。因此，進一步深化陸相鹽湖盆地頁巖油資源潛力評價研究，對指導下一步頁巖油勘探開發(fā)具有重要的參考依據(jù)。

圖1 江漢盆地潛江凹陷區(qū)域構造和巖相分區(qū)

1 地質(zhì)概況

潛江凹陷潛江組沉積時期，只有北部單向水系進入，呈半封閉—封閉沉積環(huán)境，具北部單向多物源的特點，由此制約了潛江凹陷潛江組砂巖分布格局，砂巖自北而南減薄，砂體延伸至凹陷中南部全部尖滅；氣候較濕潤時，物源較充分，形成“半盆砂”，氣候干旱時，砂體僅在潛北斷層前緣分布，延伸距離較短，凹陷內(nèi)基本為鹽巖沉積。獨特的陸相鹽湖盆地沉積背景，形成碎屑巖和化學巖2大沉積體系，呈現(xiàn)出“滿盆泥、滿盆鹽、半盆砂”的沉積特征，由于古氣候干濕頻繁交替，造成砂巖、鹽巖尖滅線錯綜復雜。潛江組這種沉積特征造成了上下鹽巖封隔，在烴源巖區(qū)砂巖儲層欠發(fā)育，油氣排烴不暢，大量油氣滯留在泥、頁巖系統(tǒng)中，形成了非常豐富的頁巖油資源[11-17]。潛江凹陷潛江組發(fā)育2種類型頁巖油：一是“單韻律型”頁巖油，上、下鹽巖封隔形成封閉體系，由1個Ⅲ級韻律組成，優(yōu)質(zhì)烴源巖以云質(zhì)頁巖、泥質(zhì)白云巖為主，主要分布在鹽巖尖滅線以南；二是“復韻律型”頁巖油，上、下鹽巖封隔形成封閉體系，由2個以上Ⅲ級韻律組成，優(yōu)質(zhì)烴源巖以致密砂巖、碳酸鹽巖為骨架的泥頁巖為主，主要分布在滲透性砂巖尖滅線與鹽巖尖滅線之間。

圖2 江漢盆地潛江凹陷BYY1井古近系潛江組韻律層特征

潛江組鹽間頁巖層有機質(zhì)屬于陸相生油母質(zhì)，有機碳含量(TOC)一般大于1.50%，因鹽間層中存在一些具有較高TOC的藻類薄層頁巖及泥頁巖，TOC部分可達4.65%；有機質(zhì)類型以Ⅰ型和Ⅱ1型為主；氯仿瀝青“A”含量普遍大于0.2%，在周磯、王場等地區(qū)氯仿瀝青“A”含量高達0.3%以上；烴含量在0.05%以上，其中蚌湖和周磯洼陷烴含量可達0. 21%以上?？v向上，潛三段、潛四段為成熟烴源巖層，有機質(zhì)成熟度均大于0.7%。

潛江組鹽間頁巖儲層孔隙度4.6%～14.9%，平均9.5%；滲透率(0.3～11.5)×10-3μm2，平均1.2×10-3μm2；儲集空間類型為原生孔隙(白云石晶間孔、鈣芒硝晶間孔)、次生孔隙(次生晶間孔、次生晶間溶孔、洞、縫)兩大類。典型井BX7井潛34-10韻律層中值孔喉半徑在0.004 2～0.010 1 μm之間，排驅壓力在31.32～54.07 MPa之間,中值壓力在74.17～179.48 MPa之間。儲層總體為中低孔—特低滲儲層。不同巖相的物性分析表明，富碳紋層狀灰質(zhì)泥巖相孔隙度平均值為7.05%；含碳塊狀云—灰質(zhì)泥巖相孔隙度平均值為4.86%，滲透率平均值為0.57×10-3μm2；含碳鈣芒硝充填塊狀云質(zhì)泥巖相孔隙度平均值為5.89%，滲透率為0.26×10-3μm2，以富碳紋層狀灰質(zhì)泥巖相儲集條件最好。紋層中的4種主要巖相以富碳泥質(zhì)白云巖相孔隙度平均值最高，為8.25%，儲集條件表現(xiàn)為最優(yōu)。

2 頁巖油資源評價方法選擇

頁巖油資源評價是基于頁巖油形成機制和富集的地質(zhì)條件，對地質(zhì)單元中頁巖油聚集數(shù)量和分布區(qū)進行的評價。通常采用靜態(tài)法和動態(tài)法，其中靜態(tài)法包括類比法，成因法和統(tǒng)計法。國外，尤其是北美地區(qū)頁巖油勘探程度相對較高，最常用的方法包括類比法、統(tǒng)計法和動態(tài)法。類比法以美國Exxon Mobil公司EUR類比法、資源網(wǎng)格密度法為代表；統(tǒng)計法包括美國地質(zhì)調(diào)查局的FORSPAN法、隨機模擬法、發(fā)現(xiàn)過程法和油氣資源空間分布預測法等；動態(tài)法主要包括美國ARI公司提出的單井(動態(tài))儲量估算法等。目前，我國陸相頁巖油不同于海相頁巖油，具有沉積相變快、頁巖非均質(zhì)性強的特點，在勘探程度較低、頁巖油生產(chǎn)井數(shù)據(jù)較少情況下，通常采用類比法和成因法[18]。類比法主要采用資源豐度類比法，成因法以熱解參數(shù)法、體積法、氯仿瀝青“A”法、含油飽和度法為代表。隨著我國陸相頁巖油研究的不斷深入，TSM頁巖油資源評價盆模法也取得了重大進展，其優(yōu)勢不斷得到體現(xiàn)。

江漢盆地潛江組鹽間頁巖油具有單層多而薄、巖性復雜、烴源好、儲集優(yōu)、富含油的特點，其資源評價方法的選擇強調(diào)多種方法的配套性、實用性、針對性和創(chuàng)新性，選擇與之相適應的有效評價方法組合系列。經(jīng)綜合分析，其資源評價方法以TSM盆地模擬法為主，輔以體積法、熱解參數(shù)法及類比法。針對不同評價方法關鍵計算參數(shù)的選取與確定，除采用經(jīng)典模型參數(shù)及經(jīng)驗參數(shù)取值外，還充分利用新測試手段、大量分析測試數(shù)據(jù)及鉆井成果數(shù)據(jù)支撐，力求合理、可信。資源量匯總采用特爾菲法，是對不同方法估算出的同一評價區(qū)的頁巖油氣資源量，根據(jù)可靠程度賦予不同的權重，對所有方法的估算結果進行綜合,從而獲得評價區(qū)資源量。

2.1 TSM盆地模擬法

TSM盆地模擬系統(tǒng)(V2.0)是由中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質(zhì)研究所，針對中國含油氣盆地發(fā)育特點與油氣響應特征集成開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權的一套軟件系統(tǒng)。在常規(guī)油氣資源評價TSM盆地模擬的基礎上，緊密結合近幾年我國陸相頁巖油研究進展，建立了基于TSM盆地模擬與泥巖孔隙演化機理的生排烴、滯留油與可動油分布預測的新方法。TSM盆地模擬法是在一定地質(zhì)作用和地質(zhì)框架下進行，它是基于陸相頁巖非均質(zhì)性特征和生排烴過程，通過“三場”與“五史”模擬，結合地層熱壓模擬、頁巖可動油定量表征最新實驗技術，從生油量、滯留油量、游離油量和可動油量4個層次分級評價。

該方法中關鍵計算參數(shù)的確定：(1)泥頁巖有效厚度與面積，從潛江凹陷40余口鉆井統(tǒng)計新編制的潛江組不同韻律層泥頁巖有效面積與有效厚度分布圖中獲得；(2)TOC恢復系數(shù)及原始TOC分布預測，熱解法分析的TOC，不校正；碳硫儀分析的TOC，因有烴類損失，根據(jù)烴源巖有機質(zhì)的母質(zhì)類型、鏡質(zhì)體反射率(Ro)進行校正，采用Ⅰ型有機碳恢復圖版恢復，有機碳恢復系數(shù)K與Ro的動態(tài)演變關系式為K= 0.632e0.922Ro；(3)Ro模擬及分布預測，利用30余口單井實測Ro值編制主要韻律層Ro值平面分布圖，在單井模擬基礎上應用相應熱模擬參數(shù)，進一步開展盆地三維熱—成熟度史模擬；(4)產(chǎn)烴率曲線圖版，采用潛江凹陷W56-1井潛江組鹽間頁巖油層的Ⅰ型頁巖有機質(zhì)應用有限空間法熱模擬實驗實測的產(chǎn)油率曲線，其中，最高峰油產(chǎn)率達1 050 kg/t；(5)總孔隙度分布預測，應用不同成因泥頁巖孔隙度恢復方法，針對不同韻律層泥頁巖總孔隙度演化史開展數(shù)值模擬預測；(6)分散系數(shù)與等效埋深，按同一韻律層內(nèi)縱向上烴源巖TOC和Ro差別求??；(7)含油飽和度，參考中國東部凹陷泥頁巖TOC-Ro-So模型[19]；(8)可動系數(shù)，利用6口井604塊樣品多溫階測試數(shù)據(jù)計算獲得，確定游離油系數(shù)為0.58～0.87，平均值為0.75，可動系數(shù)為0.09～0.35，平均值為0.23，基于單井實測可動油含量與實測游離油含量線性關系，預測可動油分布。

2.2 熱解參數(shù)法

熱解參數(shù)法屬于成因法，是頁巖油資源評價特有的一種常用方法，是由熱解S1、富有機質(zhì)頁巖面積、厚度，估算頁巖油地質(zhì)資源量的方法。其計算公式為：

Q油=AHρS1K/100

(1)

式中：Q油為頁巖油地質(zhì)資源量，104t；A為評價單元面積，km2；H為含油泥頁巖段厚度，m；ρ為含油泥頁巖密度，g/m3；S1為熱解液態(tài)烴含量，mg/g；K為S1校正系數(shù)。主要關鍵參數(shù)的確定：(1)熱解S1值，根據(jù)實測的S1數(shù)據(jù)，從新編制的潛江凹陷潛江組不同韻律鹽間泥頁巖S1等值線圖中獲得；(2)熱解S1校正系數(shù)取值為2；(3)巖石密度由江漢盆地巖心實測結果獲得,不同韻律層巖石密度平均值為2.41～2.49 g/cm3。

2.3 體積法

體積法是一種簡單可靠的頁巖油資源評價方法，應用范圍廣。體積法頁巖油地質(zhì)資源量是由富有機質(zhì)頁巖面積、厚度、孔隙度、含油飽和度等參數(shù)估算獲得。其計算公式為：

Q油=100AHφSoρo/Bo

(2)

式中：φ為頁巖孔隙度，%；So為含油飽和度，%；ρo為原油密度，g/m3；Bo為原油體積系數(shù)。主要關鍵參數(shù)的確定：(1)頁巖厚度與面積，從不同韻律層泥頁巖有效面積與有效厚度分布圖中獲得；(2)頁巖孔隙度、原油密度，采用實測值, 不同韻律層頁巖孔隙度平均值為6.7%～12.3%，不同韻律層原油密度平均值為0.84～0.87 g/cm3；(3)含油飽和度，利用鉆遇本區(qū)鹽間頁巖油層的3口井實測含油飽和度數(shù)據(jù)綜合分析獲得，含油飽和度賦值均為52.5%。

2.4 資源豐度類比法

資源豐度類比法包括面積豐度類比法、體積豐度類比法，是勘探開發(fā)程度較低地區(qū)常用的方法，也是一種簡單快速的評價方法。本次采用體積資源豐度類比法。簡要過程如下：首先確定評價區(qū)頁巖系統(tǒng)展布面積、有效頁巖厚度；其次根據(jù)評價區(qū)頁巖油層關鍵地質(zhì)評價因素，與已知類比區(qū)(或刻度區(qū))頁巖油對比，按地質(zhì)條件相似程度，估算評價區(qū)資源豐度，最終估算評價區(qū)頁巖油資源量。其中，已知類比區(qū)(或刻度區(qū))體積資源豐度是主要關鍵計算參數(shù)，通過解剖刻度區(qū)獲得。根據(jù)刻度區(qū)須具備勘探程度高、地質(zhì)規(guī)律認識高、資源可信程度高或對油氣資源預測的把握性高等“三高”條件的要求，結合區(qū)內(nèi)頁巖油形成的地質(zhì)條件和地質(zhì)評價結果，選取并建立了潛江凹陷王場北斷塊潛江組潛34-10韻律頁巖油層刻度區(qū)。該刻度區(qū)構造上位于潛江凹陷中北部王場背斜帶，面積15.7 km2，頁巖油層厚度10.5 m。經(jīng)解剖評價，計算潛3410韻律頁巖油層地質(zhì)資源體積豐度期望值為1 708.28×104t/km3，技術可采資源體積豐度期望值為392.90×104t/km3。

3 資源潛力評價與甜點區(qū)預測

3.1 頁巖油資源潛力評價

潛江凹陷潛江組鹽間頁巖油縱向分布層段多，資源規(guī)模差異明顯，結合勘探生產(chǎn)現(xiàn)狀，擬定了起算標準：(1)鹽間韻律層泥頁巖段厚度大于5 m；(2)計算時采用有效(處于生油階段且有可能形成頁巖油的)厚度進行賦值計算，ω(TOC)≥1%，Ro在0.7%～1.3%；(3)有利含油泥頁巖連續(xù)分布的面積大于30 km2；(4)根據(jù)鹽間頁巖油韻律層發(fā)育規(guī)模、有機質(zhì)豐度、類型、成熟度及含油性等地質(zhì)條件，評價其供烴能力并分類，綜合供烴系數(shù)須達中等以上；(5)主體埋深4 500 m 以淺，無規(guī)模性通天斷裂破碎帶，不受地層水淋濾影響等。

表1 江漢盆地潛江凹陷古近系潛江組頁巖油層特征參數(shù)

表2 江漢盆地潛江凹陷古近系潛江組韻律層頁巖油資源評價結果

圖3 江漢盆地潛江凹陷古近系潛江組頁巖油地質(zhì)資源量分布

從資源深度分布看，2 000～3 500 m的地質(zhì)資源量占比最高，其地質(zhì)資源量為6.93×108t，可采資源量為1.09×108t，占潛江組總地質(zhì)資源量的87%；3 500～4 500 m次之，其地質(zhì)資源量為1.07×108t，可采資源量為0.17×108t，占潛江組總地質(zhì)資源量的13%；2 000 m以淺，無地質(zhì)資源量。

對潛江凹陷潛江組鹽間頁巖油資源根據(jù)富集概率、規(guī)模、可采性等條件開展資源分級評價[20]，劃分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三大類。(1)Ⅰ類資源不但富集概率高，而且資源規(guī)模較大，技術經(jīng)濟實用性較好，具有較好勘探開發(fā)潛力和前景，是最有利的勘探區(qū)塊或開發(fā)目標，近期可升級、可動用。(2)Ⅱ類資源富集概率較高，但技術難度較大或資源規(guī)模較小，或者富集概率一般，但資源規(guī)模較大，總體經(jīng)濟可采性有限，需要加強技術攻關或地質(zhì)條件研究，近期不可動用，但隨著技術進步或經(jīng)濟條件改善有望動用。(3)Ⅲ類資源具有一定規(guī)模，但品位較差，不具備經(jīng)濟價值，需要長期探索有效開發(fā)技術才能動用。預測潛江組頁巖油Ⅰ類地質(zhì)資源量為2.43×108t，可采資源量為0.38×108t；Ⅱ類地質(zhì)資源量為5.57×108t，可采資源量為0.88×108t。

3.2 頁巖油甜點區(qū)預測

頁巖油地質(zhì)甜點區(qū)評價的核心是優(yōu)選烴源品質(zhì)優(yōu)、熱演化程度適宜，儲集性能好、含油性好、可動性強、微裂縫(包括層理縫、頁理縫)相對發(fā)育，封蓋條件優(yōu)越的區(qū)帶，尤其是凹陷(洼陷)的斜坡帶和凹(洼)中背斜帶[21-22]。由于各盆地(凹陷)地質(zhì)條件不同，國內(nèi)外各盆地(凹陷)頁巖層系頁巖油地質(zhì)甜點區(qū)評價的關鍵參數(shù)與指標界限不盡相同。

綜合分析區(qū)內(nèi)各項基礎資料，結合鹽間頁巖油藏非均質(zhì)性強、烴源條件好、儲集條件優(yōu)、含油性高的特點，采用巖性巖相、烴源、儲集條件、含油性和地層壓力系數(shù)相結合的方法，提出了潛江凹陷潛江組鹽間頁巖油勘探有利區(qū)評價標準。其有利區(qū)評價標準如下：(1)鹽間頁巖油層單層厚度大于8 m，巖性巖相以紋層狀云巖泥質(zhì)相為主；(2)ω(TOC)≥2.0%，Ro≥0.7%；(3)孔隙度大于8%，中值孔喉半徑大于40 nm；(4)S1≥5 mg/g；(5)壓力系數(shù)大于1.2，脆性指數(shù)大于50%，埋藏深度小于4 km。在勘探有利區(qū)范圍內(nèi)，依據(jù)(1)密度小于2.55 g/cm3、聲波大于250 μs/m；(2)可動油量S1-1>0.25 mg/g、油飽和度指數(shù)大于300mg/g；(3)厚度×S1大于90 m·mg/g，綜合圈定出甜點區(qū)。

圖4 江漢盆地潛江凹陷古近系潛江組韻律鹽間頁巖油綜合評價

4 結論

(1)潛江凹陷潛江組鹽間頁巖油呈單層多而薄、巖相復雜、有機質(zhì)豐度高、含油性好的地質(zhì)特點，結合勘探開發(fā)程度，選擇了以TSM盆地模擬法為主，輔以體積法、熱解參數(shù)法及資源豐度類比法相結合的有效資源評價方法。

(3)潛江凹陷潛江組鹽間頁巖油資源主要分布在13個單韻律層、1個復韻律層，預測地質(zhì)資源量為8×108t，技術可采資源量為1.26×108t。其中，Ⅰ類地質(zhì)資源量為2.43×108t，技術可采資源量為0.38×108t；Ⅱ類地質(zhì)資源量為5.57×108t，技術可采資源量為0.88×108t。