松遼盆地梨樹斷陷營城組一段泥頁巖儲層特征及意義

松遼盆地梨樹斷陷營城組一段泥頁巖儲層特征及意義

2009年，美國的天然氣產(chǎn)量達(dá)到3435.108m3，超過俄羅斯的589.108m3。截止2011年,美國已經(jīng)連續(xù)3年年天然氣開采量超過6200×108m3而穩(wěn)坐全球第一寶座。眾所周知,這主要得益于頁巖氣的開發(fā)利用。對于頁巖氣等非常規(guī)天然氣的勘探、開發(fā)已經(jīng)引起世界各國高度的重視。雖然理論上泥巖和頁巖都屬于黏土巖,有無頁理是其主要差異,但國外研究者所指的頁巖包括了我們通常所指的泥巖和頁巖。頁巖氣是指以吸附和游離狀態(tài)為主要存在方式,主體位于暗色、高碳泥頁巖及其夾層狀系列薄砂巖聚集的天然氣。是天然氣生成后在源巖層內(nèi)就近聚集、大規(guī)模滯留的典型的“原地”成藏的結(jié)果。筆者通過對梨樹斷陷蘇家屯次洼含氣泥頁巖段的有機(jī)地化特征、儲層特征、含氣性以及可壓裂改造性等成藏條件分析,認(rèn)為梨樹斷陷蘇家屯次洼營城組地層中蘊(yùn)藏有頁巖氣資源,且具有一定勘探潛力。1蘇家屯次洼地斷階帶地質(zhì)構(gòu)造學(xué)特征蘇家屯次洼位于梨樹斷陷西北部,皮家走滑斷裂以西,為一相對獨立的次洼,面積165km2。蘇家屯次洼整體上表現(xiàn)為南斷北剝、東西超覆的特征(圖1)。在斷陷沉積期,與梨樹斷陷主體相連,受區(qū)域構(gòu)造運動和皮家斷裂長期活動影響,洼陷南部表現(xiàn)為受皮家走滑斷裂控制形成的桑樹臺次洼的斷階;洼陷北部受南北向曲家屯斷層分割形成西部洼陷帶和東部斷階帶。東部斷階帶經(jīng)歷了火石嶺組沉積末期和營城組沉積末期2期構(gòu)造運動,形成了一系列近南北向的斷塊。到登婁庫組沉積末期,蘇家屯次洼北部整體抬升并遭受剝蝕,在東部斷階帶形成了多個地層向北抬升的斷塊。而西部洼陷帶地層沉積穩(wěn)定且斷層不發(fā)育,沉積有穩(wěn)定的大套泥巖夾薄砂巖地層,有利于頁巖氣的形成和保存。2地層及巖石學(xué)特征和梨樹斷陷主體的構(gòu)造演化以及沉積環(huán)境相似,蘇家屯次洼在沙河子組沉積后期以及營城組沉積早期進(jìn)入斷陷發(fā)育的鼎盛時期,水體范圍較大,發(fā)生白堊紀(jì)以來最大規(guī)模的水進(jìn),是白堊紀(jì)水體最深的時期,形成了一套富含有機(jī)質(zhì)的以深灰、灰黑色泥巖為主的地層,發(fā)育了沙河子組三、四段和營城組一段等3套烴源巖,主要為深湖—半深湖相泥巖。其中,沙三、沙四段地層沉積較薄,各段地層厚度大多不超過50m,暗色泥巖厚度不超過30m;而營一段地層厚度超過300m,其中暗色泥巖厚度超過250m(圖2),是頁巖氣發(fā)育的重要層段。平面上,暗色泥巖主要分布在蘇家屯次洼西部靠近控制沉積的桑樹臺斷裂東側(cè)深洼區(qū)。東北部沿皮家斷裂軸向發(fā)育扇三角洲沉積,地層沉積變薄且?guī)r性變粗,以灰色砂巖細(xì)砂巖沉積為主夾少量泥巖(圖2)。因此,蘇家屯次洼頁巖氣發(fā)育主要部位也以西部洼陷帶為主。3巖漿巖氣藏條件分析3.1營一部分泥頁巖有機(jī)質(zhì)類型影響頁巖氣成藏的主要因素是烴源巖的有機(jī)碳含量及其生氣作用。通過實測蘇家屯次洼蘇2井泥頁巖樣品的地球化學(xué)參數(shù)(圖3),營一段泥頁巖樣品有機(jī)質(zhì)豐度總體較高,TOC含量多分布在0.5%～4.0%之間,均值為1.76%,其中,ω(TOC)>2.0%的樣品將近40%,有機(jī)碳最高值可達(dá)4.0%以上,顯示出較大的生烴潛力。相比之下,這些樣品的氯仿瀝青“A”含量均較低,大多低于0.01%,這主要與該區(qū)烴源巖熱演化程度較高有關(guān)。同樣受成熟度較高的影響,反映出其熱解烴S1含量也較低,大多小于0.5mg/g,均值只有0.08mg/g。平面上,蘇家屯次洼西部洼陷帶營一段泥頁巖TOC含量較高,多口井平均值均大于1.0%(蘇4井為1.11%,L2井為1.05%);而東部斷階帶的SW30井營一段平均TOC含量只有0.64%。根據(jù)顯微組分和有機(jī)元素分析結(jié)果,蘇家屯次洼營一段泥頁巖有機(jī)質(zhì)類型較好,蘇2井顯示其干酪根類型以腐泥型(Ⅰ型)、腐殖腐泥型(Ⅱ1)和腐泥腐殖型(Ⅱ2)為主(圖3),但是在不同地區(qū)干酪根類型存在明顯差異,L2井以及SW30井營一段泥頁巖干酪根類型就以Ⅱ2和Ⅲ型干酪根為主。蘇2井的測試分析結(jié)果表明,營一段泥頁巖成熟度較高,Ro值在1.7%～2.3%之間(圖3),進(jìn)入大量生氣階段。SW30井、L2井等資料也證實,其營一段泥頁巖Ro值在0.96%～1.33%之間,均值為1.19%。這種成熟度特征與目前蘇家屯次洼內(nèi)分布的油氣特征一致,也表明蘇家屯次洼具備一定的頁巖氣勘探潛力。3.2儲集空間分布頁巖氣成藏特點表明泥頁巖本身既是烴源巖又是儲集層,而泥頁巖類基質(zhì)孔隙極不發(fā)育,多為微毛細(xì)管孔隙,滲透率也遠(yuǎn)小于致密砂巖,屬于滲透率極低的沉積巖。蘇2井系統(tǒng)取心的泥頁巖孔滲分析測試結(jié)果表明(表1),營一段泥頁巖孔隙度分布在0.89%～5.8%之間,平均3.52%;滲透率最高為1.54×10-3μm2,具備相對較好的孔隙儲集性能。根據(jù)國外已開發(fā)利用的頁巖氣藏分析,FortWorth盆地NewarkEast氣田Barnett組頁巖氣產(chǎn)量與頁巖內(nèi)部微裂縫發(fā)育緊密相關(guān);Illinois盆地NewAlbany組頁巖經(jīng)濟(jì)可采儲量有同樣的特點;而Michigan盆地北部Antrim組頁巖氣田也主要發(fā)育NW和NE兩組近垂直的天然裂縫。表明泥頁巖受構(gòu)造應(yīng)力、成巖作用、有機(jī)質(zhì)演化等諸多因素的綜合影響,能形成一定規(guī)模、滲透性較好的裂縫性泥頁巖油氣藏。裂縫改善了泥頁巖的滲流能力,其不僅作為儲集空間,也是滲流通道,是頁巖氣從基質(zhì)孔隙流入井底的必要途徑?？紫斗N類對頁巖儲集類型、含氣和聚氣特征有重要影響,有學(xué)者將泥頁巖孔隙類型劃分為有機(jī)質(zhì)(瀝青)孔、礦物質(zhì)孔(礦物比表面、晶內(nèi)孔、晶間孔、溶蝕孔和雜基孔隙等)和兩者之間的孔隙等3類。從蘇2井營一段泥頁巖的掃描電鏡分析結(jié)果來看(圖4),營一段泥頁巖層間裂縫發(fā)育,且多被高等植物殘體充填,粘土礦物順層發(fā)育,且多發(fā)育微孔隙、有機(jī)質(zhì)孔以及氣孔等,具備較好的天然氣儲集空間。富含石英的黑色泥頁巖段脆性較強(qiáng),裂縫的發(fā)育程度比富含方解石的泥頁巖高。Nelson認(rèn)為除了石英以外,長石和白云石也是泥頁巖段中的易脆組分。脆性礦物含量的高低不僅是影響裂縫發(fā)育的重要因素,也直接影響泥頁巖后期壓裂改造的效果。理想的含氣頁巖礦物組分特征表現(xiàn)為富含石英、碳酸鹽巖等脆性礦物,且粘土含量小于30%。從蘇家屯次洼營一段泥頁巖礦物含量分析顯示,粘土礦物含量多分布在39.2%～67.9%之間;脆性礦物含量相對也較高,多分布在32.1%～60.8%之間,平均值為41.1%,其中,石英含量分布在15.1%～23.4%之間(圖5),雖然比不上美國產(chǎn)氣頁巖中石英含量為28%～52%,總脆性礦物含量為46%～50%的水平,但巖石仍具有較好可壓性。4營一部分樣品解析頁巖氣是以吸附和游離狀態(tài)同時存在于泥頁巖地層中。吸附態(tài)是頁巖氣存在的主要賦存狀態(tài)之一,頁巖氣的解吸是吸附的逆過程,頁巖氣的解吸率與頁巖中泥質(zhì)含量及頁理發(fā)育程度有關(guān)。泥頁巖的吸附能力與泥頁巖的介質(zhì)條件(吸附水pH值、礦物質(zhì)含量)、礦物組成、有機(jī)質(zhì)的豐度、類型及成熟度有密切關(guān)系。對蘇家屯次洼蘇2井營一段8個樣品進(jìn)行了現(xiàn)場解析實驗(表2),含氣量范圍為0.62～3.09m3/t,平均為1.67m3/t,與泥巖的有機(jī)碳含量相關(guān)性較好。相較于國外各典型頁巖,除較SanJuan盆地的Lewis頁巖含氣高外,營一段較國外典型油頁巖含氣量均較低,但是相對于國內(nèi)各盆地,除了低于蘇北盆地頁巖含氣量外,較元壩、彭水區(qū)塊、泌陽凹陷和湘鄂西地區(qū)均要高些(表3)。通過對蘇家屯次洼探井資料的復(fù)查,發(fā)現(xiàn)泥頁巖段中微裂縫和裂縫發(fā)育,存在鉆時曲線異常(巖性差異)、鉆井液漏失(裂縫發(fā)育)、氣測全烴高異常等含氣現(xiàn)象。多口探井的營一段暗色大套暗色泥巖夾薄層砂巖段具有明顯含氣顯示(圖2),L2井對營一段含氣泥頁巖段中薄砂條1.9m/1層進(jìn)行測試,常規(guī)測試產(chǎn)量為6036m3/d,壓裂后日產(chǎn)氣43000m3、油0.36m3;蘇2井對同一砂體3m/1層進(jìn)行測試,壓裂后也獲得日產(chǎn)氣31737m3。5頁巖油氣儲集空間1)蘇家屯次洼營一段發(fā)育大套厚度大、有機(jī)碳含量高、有機(jī)質(zhì)類型豐富、成熟度較高