威利斯頓盆地大型油氣田石油地質(zhì)研究

1、高等石油地質(zhì)學(xué)期末考核作業(yè)文獻(xiàn)翻譯 威利斯頓盆地Elm Coulee大型油田石油地質(zhì)研究授課教授： 蔣有錄 班級：資源研09-8班專業(yè)： 地質(zhì)工程 姓名： 隋永婷 學(xué)號： Z09010025 威利斯頓盆地Elm Coulee大型油田石油地質(zhì)研究摘要威利斯頓盆地Elm Coulee油田是巴肯組中段(泥盆系一密西西比系)的一個(gè)大型油田，發(fā)現(xiàn)于2000年，在2000年開始在這個(gè)油田鉆水平井，目前為止，油井總數(shù)已有600多口，其石油可采儲(chǔ)量在兩億桶以上。油田區(qū)域內(nèi)巴肯組可劃分為三段：(1)上頁巖段；(2)中粉砂質(zhì)白云巖段；(3)下粉砂巖段，總厚度介于31到153 m 之間。上部頁巖呈黑灰色，堅(jiān)硬，以硅

2、質(zhì)為主，呈頁狀。頁巖由暗色干酪根、少量粘土、一些方解石和白云石組成。干酪根以無定型為主，整個(gè)頁巖段內(nèi)有機(jī)質(zhì)均勻分布。上頁巖段的厚度為1831 m。中段為粉砂質(zhì)白云巖，厚度為31122 m。下段為泥質(zhì)粉砂巖，有掘穴動(dòng)物和腕足動(dòng)物化石碎片。相當(dāng)于油田以北地區(qū)巴肯組下段的黑色頁巖相，為深水黑色頁巖相在向陸上傾方向上的同位地層。下段的厚度為06118 m。根據(jù)化石的豐富程度和掘穴的數(shù)量來判斷，巴肯組各段的沉積環(huán)境為含氧環(huán)境、低氧環(huán)境和缺氧環(huán)境。Elm Coulee油田的儲(chǔ)層主要分布在巴肯組中段，孔隙度和滲透率都較低，埋藏深度為2 5933203 m。目前發(fā)現(xiàn)的油田面積大約為1 165 km2 。巴肯組

3、中段的孔隙度介于3 到9 之間，滲透率平均為004 md。巴肯組中段的儲(chǔ)層物性隨著粘土基質(zhì)含量減少而變好?；|(zhì)滲透率在區(qū)內(nèi)石油開采中發(fā)揮著主要作用。水平井的井距為6401 280英畝。初產(chǎn)量為200 1 900桶日。該油田的巴肯組上段可能對石油產(chǎn)量也有一定的貢獻(xiàn)，估計(jì)在總產(chǎn)量的20 以下。Elm Coulee油田的情況說明，威利斯頓盆地巴肯組油氣系統(tǒng)的石油開發(fā)潛力十分巨大。引言密西西比系泥盆系巴肯油氣系統(tǒng)特點(diǎn)為：儲(chǔ)層低孔低滲、烴源巖富含有機(jī)質(zhì)和區(qū)域油氣聚集。目前非常規(guī)成藏帶是很多油氣公司勘探開發(fā)的重點(diǎn)。研究認(rèn)為巴肯組烴源巖的潛力巨大，生油量估計(jì)在1004 000億桶(Dow，1974；Will

4、iams，1974；Meissner，1 978；Schmoker和Hester，1983；Price等，1984；Webster，1984； Meissner和Banks，2000；Pitman等，2001； Flannery和Kraus，2006；LeFever和Helms， 2006)。美國地質(zhì)調(diào)查局認(rèn)為，巴肯組的油氣資源量為石油365億桶(58億方)、伴生氣和溶解氣185萬億立方英尺(518億立方米)、天然氣148億桶(0235億方)。圖l表示了威利斯頓盆地密西西比系的底面構(gòu)造圖。這個(gè)盆地Nesson、Billings和Cedar Creek背斜的特征比較明顯。1950年第一次發(fā)現(xiàn)石油

5、就是在Nesson背斜。1951年，Nesson背斜的志留系Interlake組油藏首先投入開發(fā)。有證據(jù)表明，這些構(gòu)造很多都具有古老的成因，且對古生界的沉積有影響(Gerhard，1990)。圖1 威利斯頓盆地的位置圖及密西西比系底面等高線圖(海底)等高線間隔305 m。Elm Coulee油田位于蒙大拿州東北部。虛線顯示了巴肯組的分布范圍。P=帕歇爾油區(qū)的位置；A=安蒂洛普油田的位置。巴肯油氣系統(tǒng)由巴肯組、Lodgepole組下段和ThreeForks組上段組成(圖2)。在威利斯頓盆地大部分地區(qū)，巴肯組由三段組成：(1)上頁巖段；(2)中段粉砂質(zhì)自云巖或白云質(zhì)粉砂巖和砂巖；和(3)下頁巖段。

6、巴肯油氣系統(tǒng)的烴源巖為富含有機(jī)質(zhì)的巴肯組上段和下段。 圖2 巴肯組及相鄰地層的柱狀剖面圖。巴肯油氣系統(tǒng)的組成包括巴肯組的烴源巖以及巴肯組、Lodgepole下段和Three Forks上段的儲(chǔ)層(據(jù)Webster，1984)。巴肯油氣系統(tǒng)在威利斯頓盆地的深部位形成了連續(xù)油氣積累。連續(xù)油氣積累具有以下全部特征：大面積油氣聚集；沒有明確的油水或氣水界面；擴(kuò)散邊界超壓；原始儲(chǔ)量很大但采收率很低；不產(chǎn)水；儲(chǔ)層距離成熟烴源巖非常近；儲(chǔ)層基質(zhì)滲透率非常低；油藏上傾方向存在含水層。巴肯油氣系統(tǒng)具備所有這些特征。巴肯油氣系統(tǒng)中很多儲(chǔ)層的滲透率都很低。是由于天然裂縫或基質(zhì)滲透率發(fā)育，產(chǎn)油區(qū)儲(chǔ)層滲透率比較高。El

7、m Coulee油田發(fā)現(xiàn)于2000年，位于蒙大拿州東北部威利斯頓盆地的西部(圖1)。在2000年鉆水平探井之前，有幾口垂直生產(chǎn)井從巴肯組采油 (油井的主要目的層是較深部儲(chǔ)層，巴肯組是次要目的層)。2000年開始在這個(gè)油田鉆水平井，到目前為止水平井?dāng)?shù)達(dá)到600多口。油田最終可采儲(chǔ)量估計(jì)在2億桶以上。文中總結(jié)了威利斯頓盆地巴肯組的石油地質(zhì)概況，并介紹了Elm Coulee油田和蒙大拿州東北部地區(qū)的最新研究成果。Elm Coulee油田的最新研究包括巴肯組烴源巖成熟度、儲(chǔ)層描述及性質(zhì)以及圈閉機(jī)理。巴肯組石油地質(zhì)概況威利斯頓盆地是一個(gè)大型沉積盆地，占地包括北達(dá)科他州、蒙大拿州、南達(dá)科他州、薩斯喀徹溫省

8、和曼尼托巴省(圖1)。盆地起源于克拉通邊緣，被造山作用演化成為一個(gè)克拉通內(nèi)盆地(Gerhard等，1990)(圖3)。在顯生宙的大部分時(shí)間都有沉積作用，沉積地層的厚度大約為4 880 m。但顯生宙的沉積地層可以劃分為幾種沉積類型。古生界地層主要由旋回性碳酸鹽巖組成；而中生界和新生界地層以硅質(zhì)碎屑巖為主。在晚泥盆世和密西西比紀(jì)初，這個(gè)盆地位于北美大陸西部的沉降區(qū)。威利斯頓盆地的原型盆地是加拿大泥盆紀(jì)埃爾克波因特(Elk Point)拉張盆地，位于赤道附近的熱帶區(qū)域(圖3)。圖3 晚泥盆世(360 Ma)北美古地貌和黑色頁巖沉積地理分布(Blakey，2005)。構(gòu)造特征：CS=加拿大地盾；AOB

9、=安特勒(Antler)造山帶；AH=阿卡迪恩(Acadian)高地；TA= 橫大陸穹隆。黑色頁巖沉積：B=巴肯；E=薩平頓(Sappingtong)；(212=卡頓伍德峽谷(Cottonwood Canyon)；L=萊瑟姆(Leatham)；P一派勒特(Pil0t)；PR=珀查(Pemha)；w=伍德福德；C=查塔努 加(Chattanooga)；NA=新奧爾巴尼(New Albany)；SB=森伯里(Sonbm-y)；A=安特里姆(Antrim)。 虛線顯示了赤道的位置(EQ)。點(diǎn)線指示了從淺水區(qū)到深水區(qū)。威利斯頓盆地巴肯組可以劃分為三段：上段和下段為含有機(jī)質(zhì)的頁巖，中段為粉沙質(zhì)白云巖或石

10、灰?guī)r和砂巖 (圖2、4、5)。向威利斯頓盆地的邊緣方向，巴肯組的三個(gè)地層段逐漸減薄，上超到下伏的斯里福克斯組之上 (圖5)。在斯里福克斯組沉積之后，威利斯頓盆地邊緣一帶發(fā)生了重大的隆升和剝蝕作用(Webster，1984)。圖4 威利斯頓盆地美國部分巴肯組的等厚度圖圖5 威利斯頓盆地橫剖面示意圖巴肯組的上段和下頁巖段都是潛在的烴源巖，盆地的大部分地區(qū)兩者的巖性都接近(Dow，1974；Webster，1984)。這些頁巖是向巴肯組、斯里?？怂菇M、洛奇波爾組和米申峽谷組供烴的潛在烴源巖(Meissner，1984)。這些頁巖呈黑灰色到黑色，堅(jiān)硬，以硅質(zhì)為主，含黃鐵礦，塊狀到頁狀，常沿水平裂縫裂開

11、或含貝殼狀裂縫。上頁巖段和下頁巖段的巖性也有一定的差別，下頁巖段局部有灰?guī)r層和綠灰色頁巖層，而上段沒有這種現(xiàn)象(Pitman等，2001)。頁巖含有黑色有機(jī)質(zhì)、粘土、粉砂級石英以及部分方解石和白云石。在盆地的較深部位，頁巖富含干酪根，而且有機(jī)質(zhì)分布均勻。解釋認(rèn)為，上頁巖段和下頁巖段都是在海平面上升期間在缺氧的海洋環(huán)境中沉積的。缺氧條件可能是由層狀水文動(dòng)態(tài)造成的(Webster，1984； Smith和Bustin，1996，2000)。層狀水柱存在一個(gè)上含水層，這個(gè)水層含氧量充足而且營養(yǎng)物質(zhì)豐富，有機(jī)質(zhì)產(chǎn)量很高(浮游藻類)。這些生物死亡后向下沉降，生物分解這些有機(jī)物質(zhì)時(shí)要消耗氧氣并釋放出硫化氫

12、氣體，形成了缺氧環(huán)境。巴肯組可能是晚Famennian期到Kinderhookian期缺氧的產(chǎn)物 (Meissner等，1984)。在整個(gè)威利斯頓盆地內(nèi)，巴肯組烴源巖都還沒有成熟。該盆地東部的頁巖未成熟，在測井圖上表現(xiàn)為低阻，而在盆地的西部，這些頁巖表現(xiàn)出高阻特征 (Meissner，1978)。最近Nordeng(2008)以及Nordeng和IeFever(2008)采用時(shí)間一溫度指數(shù)(TTI)法模擬了有機(jī)質(zhì)的成熟度。結(jié)果顯示，有機(jī)物質(zhì)大約在100 Ma進(jìn)入成熟期。Carlisle(1991)認(rèn)為生烴開始于早白堊世。webster(1984)采用TTI圖研究認(rèn)為，生油始于75 Ma左右(晚

13、白堊世)。巴肯組黑色頁巖所生成的石油大都排人了巴肯組中段(Pitman等。2001)。Price和LeFever(1994)也用證據(jù)說明，巴肯組烴源巖所生石油大都保留在巴肯組內(nèi)。早期的研究認(rèn)為，巴肯油氣系統(tǒng)內(nèi)巴肯頁巖向整個(gè)麥迪遜組供烴(Dow，1974；williams，1974； M eissner，1978)。裂縫改善了巴肯儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能 (Murray，1089；Meissner，1978；Pitman等， 2001)。研究認(rèn)為巴肯組存在3種類型的裂縫：(1)與構(gòu)造有關(guān)的構(gòu)造裂縫；(2)與應(yīng)力有關(guān)的區(qū)域裂縫；(3)與生烴引起的超壓有關(guān)的排驅(qū)裂縫(expulsion fracture)(D

14、ruyff， 1991)。Murray(1968)認(rèn)為，安蒂洛普油田 (圖5)的裂縫性油藏是安蒂洛普構(gòu)造褶皺作用的結(jié)果。巴肯組因生烴作用而出現(xiàn)超壓，超壓作用形成了水力裂縫。巴肯頁巖中富含粘土和有機(jī)質(zhì)的層段發(fā)育水平排驅(qū)裂縫。烴源巖的成熟過程和生油作用也引起巴肯頁巖的體積發(fā)生巨大的變化和聲波速度的大幅下降，這種聲波速度的變化可以通過聲波測井識(shí)別(Meissner，1978；Carlisle，1991)。引起巴肯組厚度變化的因素有多種，包括沉積速率的變化、基底斷層作用或泥盆紀(jì)Prairie蒸發(fā)巖溶蝕作用產(chǎn)生的古構(gòu)造以及盆地邊緣的上超等。內(nèi)森背斜的構(gòu)造影響了巴肯組的沉積樣式，還影響了油氣的運(yùn)移。威利斯

15、頓盆地巴肯組的最大厚度出現(xiàn)在內(nèi)森背斜以東的鄰近區(qū)域(圖4)。巴肯組三個(gè)地層段在這個(gè)區(qū)域的厚度都比較大。泥盆系Prairie蒸發(fā)巖出現(xiàn)在巴肯組以下大約244335 m的地方，經(jīng)歷了區(qū)域或局部溶蝕作用(Parker，1967；Rogers和Mattox，1985；Gerhard等，1990；Martiniuk， 1991；LeFever，2005)。在古生代和中生代，泥盆系Prairie蒸發(fā)巖曾發(fā)生過多期溶解作用(Parker， 1967；Rogers和Mattox，1985)。鹽溶蝕模式包括：(1)沉積相控制作用；(2)周圍沉積物的壓實(shí)和脫水作用；(3)地表水從露頭充注進(jìn)入地層；(4)與前寒武紀(jì)

16、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的直接或間接產(chǎn)物。Prairie的溶蝕作用發(fā)生在巴肯期，并影響了巴肯組的沉積(Rogers和Mattox，1985；Martiniuk，1991；Sperr，1991)。威利斯頓盆地巴肯組勘探史自1950年代以來，威利斯頓盆地巴肯組已開展了多輪勘探和開發(fā)(表1)。1953年在北達(dá)科他州獲得了第一個(gè)油氣發(fā)現(xiàn)，即安蒂洛普油田，這個(gè)油田的開發(fā)一直持續(xù)到1960年代。以巴肯組及斯里?？怂菇M上段(被稱作Sanish段)為鉆探目標(biāo)。巴肯組及斯里福克斯組上段是安蒂洛普油田的低滲裂縫性儲(chǔ)層，這些裂縫的形成與緊密褶皺作用有關(guān)(Murray，1968)。油井為直井，在采用油基壓裂液進(jìn)行加砂壓裂增產(chǎn)處理后，

17、產(chǎn)能平均達(dá)到了209桶日。安蒂洛普油田已累積產(chǎn)油1 940萬桶，產(chǎn)氣327億立方英尺 (9億立方米)。在獲得安蒂洛普油氣發(fā)現(xiàn)之后，勘探工作仍在繼續(xù)但進(jìn)展緩慢。安蒂洛普油田巴肯組的三個(gè)地層段和上覆的斯里?？怂菇M都進(jìn)行過打孔作業(yè)，獲得的油氣產(chǎn)量證實(shí)這些地層都是油氣儲(chǔ)層。1961年，殼牌集團(tuán)獲得了巴肯油氣系統(tǒng)的第二個(gè)重大油氣發(fā)現(xiàn)，即Elkhorn Ranch油田。在比較深的主要目的層鉆探失拜之后，在次要目的層巴肯組上頁巖段中進(jìn)行了作業(yè)。由于當(dāng)時(shí)的油氣價(jià)格比較低，再加上這個(gè)地區(qū)比較偏遠(yuǎn)，所以直到1976年才在巴肯油氣系統(tǒng)中鉆了第二口探井。從此以后這個(gè)地區(qū)就被稱為巴肯成藏有利區(qū)(Fairway)，在這里

18、所鉆的井都以巴肯組上頁巖段及其他的古生界地層為目的層。這個(gè)成藏有利區(qū)沿比靈斯諾斯地區(qū)巴肯沉積盆地的西南緣分布 (圖1)。這些井都進(jìn)行過油基壓裂液加砂壓裂增產(chǎn)處理。1987年開始在成藏有利區(qū)的巴肯組上頁巖段鉆水平井(LeFever，2006)。第一口水平井是由Meridian公司鉆的3311MOI井(Sec11，T143N，R102W)，這口井在巴肯組地層中的水平井段長794 1TI，日產(chǎn)油258桶，產(chǎn)氣8 461 m。，而且在投產(chǎn)后的前兩年產(chǎn)量相當(dāng)穩(wěn)定。這口井的成功使巴肯組上頁巖段油氣藏進(jìn)入了水平井開發(fā)階段。這個(gè)成藏層帶的勘探開發(fā)一直持續(xù)到了1990年代在這里經(jīng)營的油氣公司多達(dá)20多家。199

19、0年代石油價(jià)格大幅下降，巴肯組上頁巖段的油氣產(chǎn)量具有一定的不可預(yù)測性，這一輪水平井開發(fā)結(jié)束。這個(gè)成藏有利區(qū)的開發(fā)井出現(xiàn)了好壞并存的局面，高產(chǎn)井的經(jīng)濟(jì)效益被低產(chǎn)井抵消。此外，有報(bào)告稱部分井出現(xiàn)了壓力衰竭和井問連通的情況。由于這里油價(jià)比較低，巴肯組再一次由首要勘探目標(biāo)變?yōu)榇艘碧侥繕?biāo)。這種局面隨著ElmCoulee油田巴肯組中段大量油氣儲(chǔ)量的發(fā)現(xiàn)而改觀。巴肯組中段油氣藏的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)引發(fā)了新一輪勘探開發(fā)，而這一輪勘探開發(fā)持續(xù)至今。Elm Coulee油田歷史2000年在蒙大拿州里奇蘭縣開展的水平井鉆探發(fā)現(xiàn)了Elm Coulee油田。比靈斯一家獨(dú)立石油公司的Dick Findley發(fā)現(xiàn)了這個(gè)成藏層帶，

20、并在以較深部Nisku組為目標(biāo)展開鉆探時(shí)注意到了巴肯組中段的氣測井顯示。發(fā)現(xiàn)巴肯組油氣潛力的關(guān)鍵井是KellyProspector 233 Albin FI B(Sec33， T24N，R57E，里奇蘭縣)。這口井原本設(shè)計(jì)測試Nisku組，但沒有獲得任何發(fā)現(xiàn)，所以就測試較淺的次要鉆探目標(biāo)巴肯組。根據(jù)氣測井顯示，233井只打開了巴肯組中段(而正常情況下上頁巖段一般也要進(jìn)行射孔作業(yè))。采用裂液對這口井進(jìn)行了增產(chǎn)處理，配制壓裂液采用了303 328 I 水和68 917 kg砂。巴肯組中段從1996年3月開始出油，前20天的產(chǎn)量為157桶日，在后續(xù)的3個(gè)月內(nèi)產(chǎn)量仍保持在80桶日。這口井的鉆探結(jié)果非常

21、鼓舞人心，確信在這個(gè)已有100多口井的地區(qū)存在一個(gè)被忽視的大型油田。對一個(gè)648 km 寬、48 km 長的區(qū)域進(jìn)行了成圖，觀察到了高阻地層中孔隙度比較發(fā)育的現(xiàn)象。為了認(rèn)識(shí)這個(gè)成藏層帶，1990年代后期開展了多次再入鉆 (在開發(fā)這個(gè)成藏層帶之時(shí)油價(jià)為8美元桶)。2000年開始在巴肯組中段鉆水平井，發(fā)現(xiàn)了Elm Coulee油田，并從此把這個(gè)油田投入了連續(xù)開發(fā)。每口水平井都要采用水基加砂壓裂液進(jìn)行增產(chǎn)處理，它們的初產(chǎn)量都在2001 200桶日之間，單井最終開采量估計(jì)為3075萬桶。這個(gè)油田的最終石油開采量估計(jì)在2億桶以上 (Walker等，2006)。到2008年底，Elm Coulee油田已經(jīng)

22、累計(jì)產(chǎn)油7 840萬桶，產(chǎn)氣1510 n13。水平鉆井和壓裂增產(chǎn)處理新技術(shù)在這個(gè)油田的開發(fā)中發(fā)揮了重要的作用。巴肯油氣系統(tǒng)的勘探方法有多種（Rog-ers和Mattox,1985;Sperr,1991）,包括在沉積盆地邊緣一地展開勘探（這里更易于發(fā)生破裂作用而且裂縫的間距隨著地層厚度的減小而減?。?、勘探撓曲構(gòu)造和線性構(gòu)造、會(huì)出現(xiàn)這種侵入效應(yīng)。構(gòu)造ElmCoulee油田巴肯組的頂面構(gòu)造呈現(xiàn)向盆地較深部東傾的特征。（圖6）在構(gòu)造圖上可以看到很多隱蔽的鼻狀構(gòu)造。這些構(gòu)造可能與基底斷層系統(tǒng)和蒸發(fā)巖溶蝕作用有關(guān) (Parker，1967；Rogers和Mattox，1985)。它們一般都延伸到了基底，因

23、而都是勘探目標(biāo)。這些鼻狀構(gòu)造和緊密褶皺可能也有助于ElmCoulee油田巴肯組發(fā)生破裂作用。這個(gè)油田的油柱高度大約為610 m。這個(gè)油田東半部的構(gòu)造走向?yàn)楸蔽飨颍街胁哭D(zhuǎn)變?yōu)槟媳毕?，而在西部為北東向。成圖區(qū)域的構(gòu)造走向和傾向的變化，可能是多種因素共同作用的結(jié)果。圖6 Elm Coulee油田巴肯組頂面構(gòu)造圖地層Elm Coulee油田巴肯組分為三段：(1)上頁巖段；(2)中粉砂質(zhì)白云巖段；(3)下粉砂巖段(圖7)。油田區(qū)域內(nèi)整個(gè)巴肯組的厚度介于31到l22 m之間(圖8)。圖9中的三個(gè)橫剖面顯示了巴肯組各段的連續(xù)性及其相互關(guān)系。ElmCoulee油田的分布范圍大致與巴肯組發(fā)育良好。巴肯組厚度最

24、大的區(qū)域位于Elm Coulee的北側(cè)(圖8)。這個(gè)厚度走向帶的形成可能與基底構(gòu)造作用有關(guān)，也可能與普雷里蒸發(fā)巖溶蝕造成的超大可容納空問有關(guān)。巴肯組與上覆的洛奇波爾組呈整合接觸，而與下伏的斯里?？怂菇M呈不整合接觸。巴肯組與斯里?？怂菇M的接觸具有突變，代表著海退和海進(jìn)侵蝕面(相對海平面上升之后的隆升和剝蝕)。美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)巖心實(shí)驗(yàn)室提供了ElmCoulee油田巴肯組的兩塊巖心及其分析結(jié)果和烴源巖分析資料(Cenergy14 W illiams，Sec4，T23N ，R55E；Balcron4424 Vaira，Sec24，T24N，R54E)。Peters (1986)總結(jié)了采用裂解

25、方法評價(jià)烴源巖的指導(dǎo)原則。圖7 Balcron 44-24井(Sec24一T24N-R54E，蒙大拿州里奇蘭縣)的測井曲線，從中可以看出巴肯組3個(gè)地層段。圖8 Elm Coulee油田巴肯組的等厚度圖上頁巖段和烴源巖巴肯上頁巖段呈黑灰色到黑色，堅(jiān)硬，以硅質(zhì)為主，含黃鐵礦，為塊狀到頁巖。黃鐵礦在整個(gè)頁巖段都有分布。頁巖的礦物組成包括黑色干酪根、少量粘土、粉沙級石英以及一些方解石和白云石。頁巖富含干酪根(，而且有機(jī)質(zhì)在整個(gè)頁巖段分布均勻。油田區(qū)域內(nèi)上頁巖段的厚度為1831 m(圖10)。在Elm Coulee油田的西部，上頁巖段的厚度在西北方向上略微偏厚，在24 m以上，而在個(gè)別地方可達(dá)31 m

26、以上。從Cenergy 14 Williams巖心(Sec4， T23N，R55E)上采集了多個(gè)樣品，進(jìn)行了TOC分析，其中一個(gè)樣品進(jìn)行了裂解分析 (表2)。這些巖樣的T0C介于723到106之間，從巴肯組上段和中段間的界面向上，Toc值呈增大的趨勢。在3 065 m深處所采集巖樣的分析結(jié)果表明，上頁巖段的氫指數(shù)為472 。對在3 065 m深處采集的williams上頁巖段的巖樣進(jìn)行了礦物學(xué)和粘土含量分析。這個(gè)頁巖樣品的礦物組成包括52 %石英、9 %長石、13% 白云石、9 %黃鐵礦和17 %粘土。粘土的組成為3 %綠泥石和97 %伊利石。我們采用Schmoker和Hester(1983)

27、方法計(jì)算出上頁巖段Toc最大值為96。從Balcron 4424 Vaira巖心(Sec24， T24N，R54E)j：采集了兩個(gè)巖樣，進(jìn)行了裂解和分析，求取了TOC(表2)。其Toc值介于749(3 051 m深處)和139(3 0505 m深處)之間。從巴肯組上段和中段間的界面向上，TOC值呈增大趨勢。干酪根呈黃棕色，包括98 %的無定形物質(zhì)和2 %的木植質(zhì)。采用Schmoker和Hester(1983)方法計(jì)算的上頁巖段的TOC最大值為93。w1lian1s和Vaira巖心的分析結(jié)果與Price等人以及Webster(1984)報(bào)道的北達(dá)科他州巴肯組其他巖樣的裂解資料進(jìn)行了對比。圖11是

28、根據(jù)公開的資料和Elm Coulee油田的數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制的Van Krevelen圖。從圖中可以看出，干酪根的類型為腐泥型，氫指數(shù)隨著埋藏深度的增大而減小。在相同的深度，Elm Coulee油田的分析結(jié)果與北達(dá)科他州的一致。巴肯組中段(主要的儲(chǔ)層)油田區(qū)域內(nèi)巴肯組中段為粉砂質(zhì)白云巖，厚度為31122 m(圖12)。巴肯組中段的厚度變化趨勢與巴肯組總厚度的一致 (圖8、9、12)。在北部的一個(gè)區(qū)域，巴肯組中段的厚度比較薄(小于76 m)，這個(gè)區(qū)域平行于厚度比較大的區(qū)域。在巴肯組中段沉積過程中，可容納空間增大，導(dǎo)致這里中段的沉積厚度比較大。圖10 巴肯組上頁巖段的等厚圖表2 Elm Coulee油田的

29、TOC和巖石熱解儀分析數(shù)據(jù)圖1l 修改后的威利斯頓盆地巴肯組的Van Krevelen圖圖l2 巴肯組中段的等厚圖巴肯組中段與上頁巖段呈突變接觸，這個(gè)界面可能代表著海進(jìn)侵蝕面(圖7、9)。在這個(gè)界面上可見滯留沉積，組成包括細(xì)粒沙級沉積物、牙形石碎片和黃鐵礦。在Elm Coulee油田的巴肯組中段識(shí)別出了兩種巖相(圖13)，自下而上分別為生物擾動(dòng)白云巖相和砂質(zhì)白云巖相。這兩種巖相在測井曲線上很容易識(shí)別和對比 (圖9)，砂質(zhì)白云巖相的自然伽馬值很低；而生物擾動(dòng)白云巖相表現(xiàn)出向上變粗的測井特征。圖13 Vaira 44-24井的巖心描述顯示巴肯組中段存在兩種巖相(生物擾動(dòng)白云巖和砂質(zhì)白云巖)生物擾動(dòng)

30、白云巖相的生物擾動(dòng)程度中等到強(qiáng)烈。在這種巖相中觀察不到原生沉積構(gòu)造，但可見Phycosiphon、Zoophycos和Pianolites遺跡化石(Pramudito，2008)。生物擾動(dòng)現(xiàn)象豐富和原生沉積構(gòu)造缺乏，說明沉積環(huán)境為低能富氧的淺海陸架環(huán)境，沉積速率比較低。遺跡化石種類單 ，說明水體深度有限或者水體含鹽度比較低。巴肯組中段的孔隙度和滲透率分別為57 %和002O04 md。繪制了Balcron 4424Vaira井的深度一孔隙度和滲透率圖(圖14)?？紫抖葹? 8% ，滲透率介于001019 md之間，平均為005 md。總體上，儲(chǔ)層物性向上變好。巖相對孔隙度和滲透率具有很強(qiáng)的控制

31、作用。砂質(zhì)白云巖相和生物擾動(dòng)白云巖相上段是水平井的首要鉆探目標(biāo)。儲(chǔ)層物性的改善與地球物理測井曲線的總體形狀一致(圖7、9)。伽馬測井曲線呈漏斗狀，伽馬值向上變小，說明粘土和有機(jī)質(zhì)的含量向上減少(向上巖性變純凈或巖相轉(zhuǎn)變?yōu)闉┫嗟臏y井特征)。對Vaira井巖心進(jìn)行了25次測量，得出平均顆粒密度為275 gcm3。V由Vaira井巖心分析得出的含水飽和度介于10% 到50 %之間，平均為25% 。取心段的含油飽和度為10% 到71% ，平均為51 %。此外，還有一定的含氣飽和度。圖7中Vaira井的數(shù)字測井曲線顯示了計(jì)算出的含水飽和度曲線。這條曲線上的數(shù)據(jù)表明，巴肯組中段中高阻地層的含水飽和度不到2

32、0%。圖14 Vaira 44-24井中巴肯組中段的孔隙度和滲透率剖面巴肯組中段的產(chǎn)層埋深為2 5933 203 m，凈產(chǎn)層厚度圖顯示了儲(chǔ)集巖相的分布。ElmCoulee油田明顯呈北西南東向展布，油田西北部的寬度為193km，而東南部的寬度為81 km。在儲(chǔ)層厚度最大的區(qū)域，初產(chǎn)量和累積產(chǎn)量都是最高的。對于巴肯組中段，不一致性出現(xiàn)在向陸方向。在油田的東北部一東部，雖然一些低阻儲(chǔ)層的孔隙度達(dá)到了截止值，但它們并沒有被納入凈產(chǎn)層，其原因是它們的儲(chǔ)層物性比較差和或含水飽和度比較高這就是這個(gè)油田向東南方向變窄的原因。Elm Coulee油田巴肯組中段具有超壓，壓力梯度為002 kPam。這個(gè)壓力梯度是

33、根據(jù)Balcron 4424 Varia井 (Sec24，T24N，R54E)壓力恢復(fù)中途測試資料得出的。在發(fā)現(xiàn)ElmCoulee油田之前的大多數(shù)測試中，井史卡上所報(bào)告的最終關(guān)井壓力都要低得多，這說明在解釋和應(yīng)用中途測試資料時(shí)要小心。井底溫度平均為l15左右。氣油比為50萬立方英尺桶(14 150立方米桶)，在油田西部上傾方向上氣油比增加到7080萬立方英尺桶(19 81022 640立方米桶)。該油田的驅(qū)動(dòng)機(jī)理是溶解氣驅(qū)。圖15 巴肯組中段凈產(chǎn)層的等厚度圖水平井的井距為640或1280英畝(259或518公頃)。一般來講，每個(gè)鉆井單元上部署兩口水平井。在ElmCoulee油田，水平井的方位從

34、南北向到東西向不等，而且水平井的類型也比較多。很多石油公司都優(yōu)先采用南北向，但東西向的水平井也有效果。部署單水平井段的水平井，采用北西一南東向的鉆井方位。一次采油的采收率估計(jì)為10 %左右。每平方英里(secti的石油地質(zhì)儲(chǔ)量估計(jì)為500萬桶(79萬立方米)。2009年，巴肯水平井的鉆井和完井成本為500 600萬美元(Berman，2008)。影響總建井成本的因素很多。對于巴肯組中段的石油開采，壓裂處理是關(guān)鍵，2009年單井壓裂成本為100200萬美元。經(jīng)營者認(rèn)為，在建井成本不超過450萬美元且單井控制儲(chǔ)量在25萬桶以上的條件下，如果西德克薩斯中質(zhì)油的價(jià)格保持在50美元桶，巴肯油氣系統(tǒng)就具有

35、經(jīng)濟(jì)開采價(jià)值(Fox，2009)。下粉砂巖段在Elm Coulee地區(qū)，巴肯組下段典型的黑色頁巖并沒有出現(xiàn)。ElmCoulee油田巴肯組下段由富含有機(jī)質(zhì)的棕灰色泥質(zhì)粉砂巖到泥巖構(gòu)成。在橫剖面AA 和BB (圖9)上可見這種相變，而且大致上與12 m等厚線一致(圖16)。這種巖相含有豐富的有機(jī)質(zhì)和黃鐵礦。礦物類型有白云石、石英和黃鐵礦(薄片巖相分析結(jié)果)。在油田區(qū)域內(nèi)巴肯組下段的厚度為061.8 m (圖1 6)。.圖16 巴肯組下段粉砂巖和頁巖的等厚圖巴肯組下段的孔隙度因壓實(shí)作用比較強(qiáng)且泥質(zhì)含量比較高而偏低，平均為45 ，滲透率為001 md。水平裂縫大都出現(xiàn)在富含粘土和有機(jī)質(zhì)的層段。這些水平

36、裂縫和Carlisle等(1992)以及Pitman等 (2001)描述的裂縫相似。巴肯組下段與斯里?？怂菇M呈突變接觸，而且在所觀察的巖心中存在滯留沉積。這個(gè)界面為海侵剝蝕面。沉積模式巴肯組的沉積環(huán)境分別是有氧、低氧和缺氧的陸架環(huán)境。缺氧條件是由層狀水文流態(tài)造成的，其存在的證據(jù)包括缺乏底棲動(dòng)物、缺乏掘穴以及高T0C含量(Meissner， 1978；Price等，1984；Webster，1984；Price和IeFever，1994；Pitman等，2001)。解釋認(rèn)為，Elm Coulee油田巴肯組中段的沉積模式為海相碳酸鹽淺灘復(fù)合沉積。碳酸鹽沉積物(經(jīng)成巖蝕變作用轉(zhuǎn)變?yōu)榘自剖?可能具有外

37、源的性質(zhì)，也可能是內(nèi)源的。外源沉積物可能來自油田南部剝蝕的區(qū)域(較老地層的剝蝕產(chǎn)物，例如斯里福克斯組)。巴肯組中段豐富的硅質(zhì)碎屑物質(zhì)來自威利斯頓盆地以北的區(qū)域(Webster，1984)。在盆地的北部，巴肯組中段的含砂量總體上增多。粉沙和極細(xì)粒砂可能通過懸浮流或者風(fēng)成沉積作用向盆地方向搬運(yùn)。圈閉Elm Coulee油田的圈閉具有地層圈閉的性質(zhì)。儲(chǔ)層為白云石化的碳酸鹽淺灘復(fù)合體，成巖作用在改善儲(chǔ)層物性方面發(fā)揮了重要作用。灘相復(fù)合體向西北、東北和西南方向尖滅(圖8、9、15)，而向東南沿下傾方向變窄。油柱高度為610 m。頂封閉層為巴肯組上頁巖段和上覆的致密羅奇波爾組。底封閉層為致密的巴肯組下頁巖段和粉砂巖以及致密的斯里福克斯組段?？扇菁{空間碳酸鹽淺灘復(fù)合體的位置受可容納空間控制，這些可容納空間是普雷里蒸發(fā)鹽溶解或基底斷塊運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。Prairie由鹽體和頁巖構(gòu)成，在Elm Coulee油田區(qū)域巴肯組之下2592305 m處