天然气地质学

鄂尔多斯盆地陕北地区长7段页岩油富集主控因素及甜点区预测

  • 马艳丽 , 1, 2 ,
  • 辛红刚 1, 2 ,
  • 马文忠 1, 2 ,
  • 毛振华 1, 2 ,
  • 周树勋 3 ,
  • 淡卫东 1, 2
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  • 1. 中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院,陕西 西安 710018
  • 2. 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,陕西 西安 710018
  • 3. 中国石油长庆油田分公司油田开发处,陕西 西安 710018

马艳丽(1979-),女, 山西高平人,工程师,硕士,主要从事油藏评价及开发研究. E-mail:.

收稿日期: 2021-07-01

  修回日期: 2021-09-18

  网络出版日期: 2021-12-27

The main controlling factors on the enrichment and sweet-spot area prediction of Chang 7 Member shale oil in northern Shaanxi area, Ordos Basin

  • Yanli MA , 1, 2 ,
  • Honggang XIN 1, 2 ,
  • Wenzhong MA 1, 2 ,
  • Zhenhua MAO 1, 2 ,
  • Shuxun ZHOU 3 ,
  • Weidong DAN 1, 2
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  • 1. Exploration and Development Research Institute of PetroChina Changqing Oilfield Company,Xi’an 710018,China
  • 2. National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low Permeability Oil & Gas Fields,Xi’an 710018,China
  • 3. Oilfield Department of Changqing Oilfield Company,Xi’an 710018,China

Received date: 2021-07-01

  Revised date: 2021-09-18

  Online published: 2021-12-27

Supported by

The Major Science and Technology Projects of CNPC(2016E⁃0501)

本文亮点

鄂尔多斯盆地陇东地区延长组7段(长7段)页岩油勘探取得重大突破,实践表明陕北地区长7段也发育丰富的页岩油,成为该盆地非常规石油勘探新的接替目标。通过对烃源岩品质、类型、储集层、隔夹层及源储配置关系等开展定量刻画,表明:①广泛分布的黑色页岩(TOC值为13.81%)、暗色泥岩(TOC值为3.74%),及与之互层共生的砂岩薄层,构成了页岩油形成的有利地质条件。②陕北地区长7段页岩油砂地比平均值为20.1%,单层砂体厚度平均值为3.8 m,长7段源内油藏为典型的页岩油,储集层甜点以“夹层型”为主,源储有效配置为页岩油的形成提供了保障。③地质工程一体化综合研究表明:有利储集层、隔夹层及裂缝的发育规模,共同控制了页岩油“甜点”分布规律和富集高产能力。在页岩油富集主控因素分析的基础上,建立了陕北地区长7段“甜点区”的评价标准,共评价甜点21个,为下一步勘探开发提供了重要依据。

本文引用格式

马艳丽 , 辛红刚 , 马文忠 , 毛振华 , 周树勋 , 淡卫东 . 鄂尔多斯盆地陕北地区长7段页岩油富集主控因素及甜点区预测[J]. 天然气地球科学, 2021 , 32(12) : 1822 -1829 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2021.09.006

Highlights

A great breakthrough has been made in the exploration of shale oil in the 7th Member of Yanchang Formation (Chang 7 Member) in Longdong area of the Ordos Basin. The practice shows that there is rich shale oil in the Chang 7 Member in the northern Shaanxi area, which has become a new target for the unconventional oil exploration of the basin. In this paper, the quality, type, reservoir, interlayer and source-reservoir configuration of source rocks are quantitatively characterized. The results show that: (1) Black shale (TOC=13.81%) and dark mudstone (TOC=3.74%) are widely distributed, the thin layers of sandstone associated with them constitute favorable geological conditions for the formation of shale oil. (2) The mean ratio of shale oil-sand is 20.1% and the mean thickness of single sand body is 3.8 m in the Chang 7 Member of the northern Shaanxi area. The source reservoir of the Chang 7 Member is typical shale oil, and the reservoir dessert is mainly “sandwich type”, the effective allocation of source and reservoir provides guarantee for the formation of shale oil. (3) Comprehensive study of the integration of geological engineering shows that the favorable reservoir, interlayer and fracture scale control the distribution law of shale oil "sweet spot" and the high productivity. Based on the analysis of the main controlling factors of shale oil enrichment, the evaluation criteria of the “sweet spot area” of the Chang 7 Member in the northern Shaanxi area were established, with a total of 21 “sweet spots” evaluated.

0 引言

页岩油是一种重要的非常规油气资源1-2,鄂尔多斯盆地页岩油资源丰富,其中西南部陇东地区页岩油已经取得了重大进展,发现了10亿吨级页岩油庆城大油田,建成了百万吨页岩油水平井规模开发区3。目前,前人已围绕陇东地区延长组7段(长7段)页岩油富集规律开展了大量研究,杨华等4认为有效源储配置和持续充注是盆地长7段页岩油形成的关键因素,姚泾利等5认为烃源岩与大面积厚层储集体互层共生以及地史期生烃增压强排烃作用控制延长组大面积致密油的形成,任战利等6通过对鄂尔多斯盆地东南部长7段页岩油富集主控因素进行研究,认为沉积微相、储层物性是控制页岩油分布的主要因素。陕北地区位于盆地中部,勘探程度较低,富集主控因素有待进一步认识。本文通过地质工程一体化综合分析,认为烃源岩品质、储集层、裂缝及隔夹层的发育规模等共同决定了“甜点区”的分布。

1 区域地质特征

鄂尔多斯盆地是一个整体沉降、坳陷迁移、构造简单的大型多旋回克拉通叠合盆地,横跨陕、甘、宁、蒙及晋五省区,构造区划分为西缘冲断带、天环坳陷、伊陕斜坡、晋西挠褶带、伊盟隆起和渭北隆起6个单元,盆地内大部分油气主要分布于伊陕斜坡构造单元7。长7期为最大湖泛期,湖盆半深湖—深湖范围达6.5×104 km2,发育一套富有机质泥页岩及三角洲—重力流的细粒砂岩沉积,广覆式烃源岩与大面积细粒砂岩紧密接触或互层共生,形成了丰富的页岩油资源。陕北地区长7段页岩油砂地比平均值为20.1%,单层砂体厚度平均值为3.8 m,长7段源内油藏为典型的页岩油,源储共存,页岩层系整体含油,薄层砂岩有利储集层近源捕获石油形成“甜点”8-9
陕北地区位于湖盆的东北部,发育三角洲前缘亚相沉积及重力流沉积,水下分流河道及分流间湾呈北东—南西向条带状展布,水下分流河道为主要的储集类型(图1)。陕北地区长7段储层具有低石英、高长石的特点,与陇东不同,砂岩粒度较细,填隙物含量较高,填隙物含量最高为铁方解石,其次是伊利石、绿泥石,含少量浊沸石,优势相带为绿泥石膜残余粒间孔+长石溶蚀相,发育多尺度孔隙,孔喉分选略差,尺度大、数量少。陕北地区长7段油层分层、分区差异性明显,纵向上主要分布于长71、长72亚段,长71亚段比较分散,平均为8.8 m。
图1 鄂尔多斯盆地长72亚段沉积相平面特征

Fig.1 Plan of sedimentary facies of Chang 72 sub-member in Ordos Basin

2 陕北地区长7段页岩油形成条件与富集主控因素

2.1 大面积分布的优质烃源岩及有效的源储配置是页岩油形成的物质基础

陕北地区长7段发育黑色页岩和暗色泥岩2种有效烃源岩,黑色页岩有机质丰度高(TOC≥6%,TOC值平均为13.81%),有机纹层与草霉状黄铁矿丰富,叠合面积达1.1×104 km2,平均厚度达16 m,最厚达60 m;暗色泥岩有机质富集程度较高(2%<TOC<6%,TOC值平均为3.74%),有机质多以分散状分布,叠合面积达2.3×104 km2,平均厚度达17 m,最厚达124 m。黑色页岩的生烃能力强,平均生烃强度为235.4×104 t/km2,产生的排烃动力大,可以进行垂向运移及短距离的侧向运移;暗色泥岩亦有较好的生烃能力,平均生烃强度为34.8×104 t/km2,生成的油气在原地或者就近成藏(图2表1)。有效源岩的厚度及与其互层共生的薄层砂体的发育程度为页岩油的富集提供了物质基础。
图2 鄂尔多斯盆地长7段烃源岩平面特征

Fig.2 Floor plan of Chang 7 Member source rocks in Ordos Basin

表1 鄂尔多斯盆地延长组长7段富有机质泥页岩岩相类型划分标准

Table 1 Classification standard of organic-rich shale facies in Chang 7 Member of Yanchang Formation in Ordos Basin

长7段泥页岩岩相类型 沉积构造 平均厚度/m TOC/% 自然伽马/API 密度/(g/cm3 感应测井/(Ω·m)
黑色页岩 纹层状 16 6~16 >180 <2.4 >80
暗色泥岩 块状层理 17 2~6 120~180 2.4~2.5 80~40

2.2 源储有效配置是页岩油成藏的关键

源储组合决定了页岩油富集程度和资源的发展前景10,陕北不同地区的源储配置关系存在差异(图3),西部姬塬地区源储组合的特征为长73亚段底部发育有中厚层优质黑色页岩,长71亚段和长72亚段发育中厚层有效暗色泥岩,薄层砂体叠加厚度较大,储层含油性好。中部新安边地区有效烃源岩主要为暗色泥岩,中薄层砂岩与中厚层暗色泥岩间互发育,暗色泥岩总厚度较大,储层质量较好,储层的含油性较好。东部安塞地区暗色泥岩厚度相对较薄,储层质量较差,局部发育油藏“甜点”区。综合研究表明,不同源储组合含油性有较大差异,总体上砂体和源岩相对发育的地区,储层含油性较好。
图3 陕北地区长7段页岩油源储配置关系

Fig.3 Oil source allocation relationship of Chang 7 Member shale in northern Shaanxi area

2.3 储层物性控制页岩油富集程度

陕北地区长7段页岩储层孔隙度为6.0%~12.0%,渗透率为(0.03~0.50)×10-3 μm2,物性总体致密,但受沉积相、成岩作用与裂缝控制,局部发育相对高孔高渗区。通过热解烃含量分析及录井含油性差异研究,发现含油性与储层物性呈正相关性(图4)。由于密闭取心井数量少且平面分布不均,实测的含油饱和度不能客观评价长7段页岩油的含油性平面分布特征。本文采用大量的常规取心测试的含油饱和度和含水饱和度数据,依据相渗分流理论和分段插值原理,采用密闭取心正演分段插值饱和度校正的方法,拟合计算了长7段页岩油取心井的含油饱和度数据,并绘制了陕北地区长7段页岩油原始含油饱和度平面分布(图5),陕北地区长7段页岩油含油饱和度平均为62.53%,局部发育大于70%的高饱和富集区。储层物性较好的区域油藏含油饱和度高(图5图6),储层物性对页岩油含油性控制作用明显。
图4 储层物性与热解烃关系

Fig.4 Relationship between reservoir physical properties and pyrolysis hydrocarbon

图5 陕北地区长7段页岩油含油饱和度

Fig.5 Oil saturation diagram of Chang 7 Member shale oil in northern Shaanxi area

图6 陕北地区长7段渗透率平面分布

Fig.6 Planimetric distribution of permeability in Chang 7 Member, northern Shaanxi area

2.4 裂缝密度控制页岩油生产效果

储层砂体厚度、地应力和构造曲率是裂缝发育的外部主控因素,岩石脆性矿物含量(碳酸盐含量较高,平均值为3.6%~6.8%)和孔隙类型是裂缝发育的内部主控因素11。采用测井识别建模法对研究区东部塞392井区开展裂缝分布特征研究,塞392井区长73亚段裂缝发育平面差异大,中部的裂缝较发育。分析砂体厚度分布、测井裂缝发育密度与试油数据的关系(试油数据中蓝色是产水,黄色是产油),塞392井区的长73 1小层中部区域砂体发育,裂缝发育,试油数据好于其他区域(图7图8),当砂体或裂缝单一因素发育时,试油数据明显变差。
图7 塞×井区长73 1小层砂体厚度与裂缝密度泡泡叠合图

Fig.7 Superimposition of sand body thickness and fracture density bubbles of Chang 73 1 layer in Sai× well area

图8 塞×井区长73 1小层砂体厚度与试油泡泡叠合图

Fig.8 Superimposition of sand body thickness and testing bubble in Chang 73 1 layer in Sai× well area

2.5 隔夹层厚度影响储层压裂改造效果

缝网压裂施工能否形成较大的储层改造体积,主要取决于储集层地质因素和压裂施工参数两方面,影响储层缝网形态的地质因素主要包括储层的水平应力场及岩石脆性12。在常规压裂中,储层最大最小主应力差值是影响压裂形成多条裂缝的重要因素,只有其相差不大,才有可能形成多条裂缝13。储层缝高有效控制条件为隔层厚度大于6 m,储隔层应力差大于3.5 MPa。Kaiser实验对长7段不同岩性的地应力表明(表2),陕北地区长7段储层两向应力差以4~6 MPa为主(图9),有利于形成一定规模的复杂缝网。陕北地区页岩油隔夹层的统计分析发现,泥岩隔夹层大于6 m的占总井数70%以上,隔夹层大于12 m的区域大面积分布(图10),平面分布分析可见,地应力差4~6 MPa,隔夹层大于12 m的区域与油藏匹配效果较好,为储层改造的“甜点”区。
表2 Kaiser地应力测试值与计算值对应数据

Table 2 Corresponding data table of Kaiser geostress test value and calculated value

井区 层位

测试最大地应力

/MPa

测试最小地应力

/MPa

测试应力差

/MPa

计算最大地应力

/MPa

计算最小地应力

/MPa

计算应力差

/MPa

安× 长72 41.79 36.57 5.22 37.26 33.92 3.34
安× 长72 43.38 37.45 5.93 37.95 34.81 3.14
胡× 长72 43.72 38.17 5.55 38.79 35.44 3.35
涧× 长72 43.44 39.03 4.41 37.33 33.83 3.51
安× 长72 41.79 36.57 5.22 37.26 33.92 3.34
安× 长72 43.38 37.45 5.93 37.95 34.81 3.14
胡× 长72 43.72 38.17 5.55 38.79 35.44 3.35
图9 新安边地区安×井区长72亚段应力差分布

Fig.9 Distribution map of stress difference of Chang 72 sub-member in An × area of Xin’anbian area

图10 新安边地区安×井区长72-长71隔层厚度

Fig.10 Interval thickness map of Chang 72 and Chang 71 in An × well area of Xin’anbian area

3 页岩油“甜点”预测及“甜点”分布特征

页岩油具有两大显著特点:一是烃源岩层系内的有效聚集,其富集与否与烃源岩品质及与之互层共生的薄层砂体是否发育密切相关;二是储层致密必须经过压裂改造才能获得工业油流。页岩油“甜点区”包括3类:“地质甜点区”、“工程甜点区”和“经济甜点区”。“地质甜点区”关注烃源岩、储集层、天然裂缝、地层能量(压力系数、气油比)、局部构造等综合评价;“工程甜点区”关注岩石可压性、地应力各向异性等综合评价14;本文研究“甜点区”评价着重进行“地质甜点区”与“工程甜点区”匹配评价。

3.1 页岩油“甜点”评价标准

页岩油“甜点”评价的核心是寻找储层品质好、源岩品质优、裂缝相对发育、储层脆性好、水平应力差小及盖层条件好的叠合甜点。利用多参数交会分析、多元正态分布及神经网络等大数据分析方法,确定岩性、物性、含油性、脆性等关键参数的平面分布;利用叠后多属性裂缝预测技术,预测和解释裂缝发育区;集成地质及工程等多参数分析,建立了陕北地区长7段油藏“甜点”区综合评价标准(表3)。
表3 陕北地区长7段油藏“甜点”评价标准

Table 3 Evaluation criteria for dessert in Chang 7 Member reservoir of northern Shaanxi area

参数 “甜点”区分类
Ⅰ类 Ⅱ类 III类
烃源岩厚度/m >15 10~15 >15 10~15 >15
砂体结构 多期砂叠置型 厚砂、薄泥互层型 薄砂互层型
φ/% >8 6~8
K/(10-3 µm2 >0.1 0.1~0.05 0.03~0.05
非均质性 非均质性弱 非均质性中等 非均质性较差
填隙物含量/% <13 11~15
油层厚度/m >8 >12 4~8 8~12 4~8
原始含油饱和度/% >60 >50 40~60 >50
气油比/% >90 >50 >70 50~70 >50
裂缝密度/m-1 >0.10 >0.05
隔层厚度/m >12 >18
两向应力差(定性) 中等
脆性特征(定性) 较高

3.2 页岩油“甜点”预测及分布特征

依据陕北地区长7段油藏“甜点”区综合评价标准,对陕北地区长7段页岩油“甜点”区进行评价,最终划定安×、新×、元×等21个“甜点”区(图11图12),预计储量规模4.4×108 t(表4)。
图11 陕北地区长71亚段甜点评价图

Fig.11 Evaluation chart for dessert in Chang 71 sub-member reservoir of northern Shaanxi area

图12 陕北地区长72亚段储层评价图

Fig.12 Evaluation chart in Chang 72 sub-member reservoir of northern Shaanxi area

表4 陕北地区长7段资源潜力评价成果统计

Table 4 Statistical table of the results of the evaluation of the resource potential in Chang 7 Member reservoir of northern Shanbei area

层位

潜力区

/个

含油面积

/km2

地质储量

/(104 t)

可动用含油面积

/km2

可动用储量

/(104 t)

一类潜力 二类潜力 三类潜力
面积/km2 储量/(104 t) 面积/km2 储量/(104 t) 面积/km2 储量/(104 t)
合计 21 1 577 44 141 1 120 31 342 680 19 029 184 5 148 256 7 163
长73 5 245 6 866 185 5 174 139 3 887 26 727 20 559
长72 6 913 25 561 612 17 138 374 10 473 92 2 576 146 4 088
长71 10 419 11 714 323 9 030 167 4 669 66 1 845 90 2 516
页岩油“甜点区”主要受富有机质页岩地层厚度、互层共生的薄层砂体的发育规模及裂缝分布控制,长7段页岩油的优势在于油质轻、气油比较高、储集层可压性好、微裂缝较发育、含水低等因素,主要制约因素是地层压力低,开采过程中应注意优选开采方式,保持地层能量,尽量提高采收率。

4 结论

(1)优质烃源岩和优势砂体形成有效配置,形成大面积连片分布的页岩油,发育下生上储、双生夹储等多种源储组合类型,自西向东,源储配置关系不同,西部重力流沉积砂体控藏作用明显,东部三角洲沉积砂体及油气来源控制页岩油的富集程度。
(2)有利生烃背景上的物性“甜点”区是页岩油有利富集区,裂缝发育、储层两向应力差为4~6 MPa及隔夹层大于12 m的地区为储层改造“甜点”区。
(3)依据页岩油评价的关键参数(储层品质、源岩品质、裂缝、脆性、水平应力差),建立长7页岩油“甜点”区的评价标准,陕北地区长7段共优选21个“甜点”区,预计储量规模4.4×108 t。
1
邹才能,杨智,崔景伟,等. 页岩油形成机制、地质特征及发展对策[J]. 石油勘探与开发,2013,40(1): 14-26.

ZOU C N, YANG Z, CUI J W, et al. Formation mechanism, geological characteristics and development strategy of nonmarine shale oil in China[J].Petroleum Exploration and Development,2013,40(1):14 -26.

2
HILL R J,JARVIE D M,ZUMBERGE J,et al. Oil and gas geochemistry and petroleum systems of the Fort Worth Basin[J]. AAPG Bulletin,2007,91(4): 445-473.

3
付金华,李士祥,牛小兵,等.鄂尔多斯盆地三叠系长7段页岩油地质特征与勘探实践[J].石油勘探与开发,2020,47(5):870-883.

FU J H, LI S X,NIU X B, et al. Geological characteristics and exploration of shale oil in Chang 7 Member of Triassic Yanchang Formation, Ordos Basin, NW China[J]. Petroleum Exploration and Development,2020,47(5):870-883.

4
杨华,李士祥,刘显阳. 鄂尔多斯盆地致密油、页岩油特征及资源潜力[J].石油学报,2013,34(1):1-11.

YANG H, LI S X, LIU X Y. Characteristics and resource prospects of tight oil in Ordos Basin[J]. Acta Petrolei Sinica,2013,34(1):1-11.

5
姚泾利,赵彦德,邓秀芹,等.鄂尔多斯盆地延长组致密油成藏控制因素[J].吉林大学学报(地球科学版),2015,45(4):983-992.

YAO J L,ZHAO Y D,DENG X Q, et al. Controlling factors of tight oil reservoir in Triassic Yanchang Formation in Ordos Basin[J].Journal of Jilin University(Earth Science Edition),2015,45(4):983-992.

6
任战利,李文厚,梁宇,等.鄂尔多斯盆地东南部延长组致密油成藏条件及主控因素[J].石油与天然气地质,2014,35(2):190-198.

REN Z L, LI W H, LIANG Y, et al. Tight oil reservoir formation conditions and main controlling factors of Yanchang Formation in southeastern Ordos Basin[J].Oil & Gas Geology,2014,35(2):190-198.

7
杨智,付金华,郭秋麟,等.鄂尔多斯盆地三叠系延长组陆相致密油发现、特征及潜力[J].中国石油勘探,2017,22(6):9-15.

YANG Z, FU J H, GUO Q L,et al. Discovery, characteristics and resource potential of continental tight oil in Triassic Yanchang Formation, Ordos Basin[J].China Petroleum Exploration,2017,22(6):9-15.

8
付金华,牛小兵,淡卫东,等.鄂尔多斯盆地中生界延长组长7段页岩油地质特征及勘探开发进展[J].中国石油勘探,2019,24(5):601-614.

FU J H,NIU X B,DAN W D, et al. The geological characteristics and progress on exploration and development of shale oil in Chang7 Member of Mesozoic Yanchang Formation, Ordos Basin[J]. China Petroleum Exploration,2019,24(5):601-614.

9
焦方正,邹才能,杨智.陆相源内石油聚集地质理论认识及勘探开发实践[J].石油勘探与开发,2020,47(6):1067-1078.

JIAO F Z, ZOU C N, YANG Z. Geological theory and exploration & development practice of hydrocarbon accumulation inside continental source kitchens[J]. Petroleum Exploration and Development, 2020,47(6):1067-1078.

10
李建忠,郑民,陈晓明,等. 非常规油气内涵辨析、源-储组合类型及中国非常规油气发展潜力[J].石油学报,2015,36(5):521-532.

LI J Z, ZHENG M, CHEN X M, et al. Connotation analyses, source-reservoir assemblage types and development potential of unconventional hydrocarbon in China[J]. Acta Petrolei Sinica, 2015,36(5):521-532.

11
邹才能,杨智,张国生,等. 常规—非常规油气“有序聚集”理论认识及实践意义[J]. 石油勘探与开发,2014,41(1):14-27.

ZHOU C N, YANG Z, ZHANG G S, et al. Conventional and unconventional petroleum“orderly accumulation”: Concept and practical significance[J]. Petroleum Exploration and Development, 2014,41(1):14-27.

12
张矿生,樊凤玲,雷鑫.致密砂岩与页岩压裂缝网形成能力对比评价[J].科学技术与工程,2014,14(14):185-189.

ZHANG K S, FAN F L,LEI X. Design of data acquisition system for mixed-signal output of mimu used in spinning projectiles[J].Science Technology and Engineering,2014,14(14):185-189.

13
石道涵,张兵,何举涛,等.鄂尔多斯长7致密砂岩储层体积压裂可行性评价[J].西安石油大学学报(自然科学版),2014,29(1):52-55.

SHI D H, ZHANG B, HE J T, et al. Feasibility evaluation of volume fracturing of Chang-7 tight sandstone reservoir in Ordos Basin[J]. Journal of Xi’an Shiyou University(Natural Science Edition). 2014,29(1):52-55.

14
杨智,侯连华,陶士振,等.致密油与页岩油形成条件与“甜点区”评价[J].石油勘探与开发,2015,42(5):555-565.

YANG Z, HOU L H, TAO S Z, et al. Formation conditions and “sweet spot” evaluation of tight oil and shale oil[J]. Petroleum Exploration and Development,2015,42(5):555-565.

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