鄂爾多斯盆地致密油地質(zhì)特征及其分布規(guī)律

周 妍，孫 衛(wèi)，白詩筠

（1.大陸動力學(xué)國家重點實驗室·西北大學(xué)，陜西西安710069 2.西安石油大學(xué)）

致密油是一種非常規(guī)石油資源，近年來成為全球非常規(guī)石油勘探開發(fā)的新熱點。美國為目前開采致密油最成功的國家，主要產(chǎn)層包括Bakken頁巖、Niobrara頁巖、Barnett頁巖和Eagle Ford 頁巖。過去5年來，美國石油資源中約有500億桶來自致密油的發(fā)現(xiàn)，致密油的開采使美國持續(xù)24年的石油產(chǎn)量下降的趨勢首次得以扭轉(zhuǎn)［1］。我國致密油勘探開發(fā)尚處于起步階段，有效地勘探開發(fā)致密油資源對于國家的能源安全具有非常重要的意義。鄂爾多斯盆地?fù)碛胸S富的致密油資源，主要產(chǎn)層為延長組長6、長7砂巖，其地質(zhì)特征與美國威利斯頓盆地巴肯組頁巖相似，據(jù)統(tǒng)計滲透率小于1×10-3μm2的儲量占52.56%，具有廣闊的勘探開發(fā)前景。

1 致密油的概念

致密油是指以吸附或游離狀態(tài)賦存于生油巖中或與生油巖互層、緊鄰的致密砂巖、致密碳酸鹽巖等儲集巖中，未經(jīng)過大規(guī)模長距離運移的石油聚集。一般來說，致密油具有4個明顯的標(biāo)志：①大面積分布的致密儲層（孔隙度小于10%、地面空氣滲透率小于1×10-3μm2、孔喉直徑小于1μm）；②廣覆式分布的成熟優(yōu)質(zhì)生油層（Ⅰ型或Ⅱ干酪根，平均TOC大于1%，Ro為0.6%～1.3%）；③連續(xù)性分布的致密儲層與生油巖緊密接觸的共生層系；④致密儲層內(nèi)原油密度大于40°API或小于0.825 g／cm3，油質(zhì)較輕。

2 鄂爾多斯盆地致密油地質(zhì)特征

2.1 構(gòu)造簡單，圈閉界限不明顯

致密油主要分布于湖盆中部，構(gòu)造比較簡單，有利于大面積含油。整體呈向西傾斜的平緩單斜構(gòu)造，坡度較緩，地層傾角為0.5°，局部發(fā)育微弱鼻狀構(gòu)造，鼻軸長50～60 km，寬5～6 km。致密油分布主要受巖性控制，不受構(gòu)造的明顯控制，無明顯圈閉界限，在構(gòu)造高、低部位和斜坡部位均有分布。致密油區(qū)油井大面積散布，石油連片分布。

2.2 生烴條件優(yōu)越，非浮力聚集成藏

鄂爾多斯盆地長7烴源巖分布面積約6.15×104km2，厚度10～60 m，TOC 為2.0%～10.0%，Ro為0.7%～1.1%，處于生烴演化程度較高。晚侏羅世中晚期烴源巖埋深1 500～1 700 m，古地溫65～80 ℃，石油發(fā)生第一期充注；早白堊世中晚期烴源巖埋深1 700～3 000 m，古地溫達(dá)到90～130℃，進入油氣大量生成階段，石油發(fā)生第二期充注。在致密油儲層中，只有與儲層接觸的烴源巖生烴增壓產(chǎn)生的異常高壓才能使石油充注入致密儲層，此高壓充當(dāng)運移的主要動力，傳統(tǒng)成藏的浮力、水動力等動力無法使石油在致密儲層中運移。在這種非浮力聚集的情況下，油氣以“非達(dá)西流”持續(xù)進行充注（由于長7致密儲層覆壓狀態(tài)下的滲透率小于0.1×10-3μm2，這種情況下石油的注入需要有一個啟動壓力，當(dāng)運聚動力超過啟動壓力后，石油才開始向儲層中充注，這一充注過程即為“非達(dá)西流”），短距離運移，水動力效應(yīng)不明顯，不存在明確的油水邊界，油水分布復(fù)雜，非浮力成藏，最終形成大面積分布的致密油。

2.3 儲層致密，物性差

儲層主要發(fā)育在盆地長7 段和湖盆中部長6段，屬于半深湖-深湖亞相沉積，以重力流、三角洲前緣末端沉積為主，巖性復(fù)雜，以細(xì)粒巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主，石英平均含量為41.4%，長石為19.0%，巖屑為18.6%。填隙物以水云母、硅質(zhì)、碳酸鹽為主，其中水云母含量最高，平均9.5%。顆粒分選中等，磨圓度為次棱角狀，支撐類型為顆粒支撐，接觸方式主要為線狀接觸。膠結(jié)類型以孔隙式膠結(jié)為主，加大-孔隙式次之，局部發(fā)育薄膜-孔隙式膠結(jié)，常見長石、石英次生加大。致密油儲集空間包括有機孔、無機孔和裂縫，其中有機孔以干酪根納米孔為主，無機孔以溶蝕孔和殘余原生孔為主。在致密儲層的基質(zhì)中，雖然孔喉尺寸進入納米級，但孔喉系統(tǒng)仍具有連通性，這也是致密油有效聚集的前提條件。孔隙類型以長石溶孔為主，殘余粒間孔次之，長石溶孔平均為1.3%，占總孔隙的59.1%，殘余粒間孔平均為0.6%，占總孔隙的27.3%，總面孔率較低，平均為2.2%。儲層具有排驅(qū)壓力較高，喉道中值半徑較小，孔喉分選較好的特點。儲層排驅(qū)壓力平均2.28 MPa，中值壓力平均7.72 MPa，喉道分選系數(shù)平均1.37，變異系數(shù)平均0.11，最大進汞飽和度平均74.18%，退汞效率27.00%。儲層致密，物性差，孔隙度一般4%～10%，滲透率一般小于1×10-3μm2。儲層物性橫向上變化大，縱向上隔夾層較多，非均質(zhì)性較強。

2.4 源儲緊密接觸，致密油分布廣

鄂爾多斯盆地長7段主要由湖泊沉積體系和三角洲沉積體系組成，發(fā)育半深湖-深湖亞相，厚度約100 m，湖盆中部大面積展布的儲集體與烴源巖直接接觸，油氣通過微裂縫和互相疊置的砂體近源運聚，形成大面積分布的致密油（圖1）。

圖1 鄂爾多斯盆地里149-莊65井延長組致密油橫剖面分布

2.5 含油飽和度高，原油物理性質(zhì)好

盆地致密砂巖儲層與烴源巖互層共生，石油充注程度高，含油飽和度高達(dá)70%以上。長7地層原油密度0.727 g／cm3，氣油比102.7 m3／t，飽和壓力8.00MPa，地層原油粘度為1.5 mPa·s。地面原油性質(zhì)較好，具有低密度（0.8 4g／cm3）、低粘度（6.12 mPa·s）、低凝固點（17.59 ℃）、可流動性強的特點，初餾點為76.29 ℃。

2.6 天然微裂縫發(fā)育，水平兩向應(yīng)力差適中

致密砂巖天然微裂縫較發(fā)育，每10 m 發(fā)育天然裂縫約2～3條，水平兩向應(yīng)力差4～7 MPa，易形成復(fù)雜裂縫，有利于采用水平井分段壓裂和體積壓裂技術(shù)，提高單井產(chǎn)量。

3 鄂爾多斯盆地致密油分布規(guī)律

3.1 沉積相帶控制致密儲層的發(fā)育［2-4］

致密儲層主要發(fā)育在盆地長7段和湖盆中部長6段，主要受三大沉積體系控制，即西南、東北和西北三角洲沉積體系，屬于半深湖-深湖亞相沉積，以重力流、三角洲前緣末端沉積為主。儲集體巖性復(fù)雜，以細(xì)粒巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主，孔喉細(xì)小，物性差，較致密。儲層粘土礦物以綠泥石、高嶺石、伊利石為主，水敏礦物較少，潤濕性為弱親水-中性，具有吸水排油的特征，可動油飽和度高，驅(qū)替效率好，微裂縫發(fā)育。研究區(qū)致密砂體呈朵狀、團塊狀，以北東、南西向展布為主，厚度較大，縱向上相互疊置，大面積分布，非均質(zhì)性強。另外，湖相頁巖發(fā)育微裂縫、納米孔隙，為頁巖油提供了運移通道和良好的儲集空間。

3.2 致密油分布受生烴中心控制

致密油的主要特征之一就是具有好的烴源巖，且與儲層形成緊密接觸的共生層系。鄂爾多斯盆地長7段生烴頁巖與致密砂巖緊密接觸共生，且橫向上大面積分布，致密油分布主要受生烴中心控制，主要分布在姬塬-華池-正寧一帶，面積達(dá)6×104km2；縱向上相互疊置，多層分布，一般單層厚15～25 m。

3.3 有效的油氣充注是致密油富集的關(guān)鍵

通過埋藏史恢復(fù)和致密油藏包裹體均一溫度研究表明，鄂爾多斯盆地致密油晚侏羅世中晚期石油發(fā)生第一期充注，早白堊世中晚期進入油氣大量生成階段，石油發(fā)生第二期充注。另據(jù)碳酸鹽膠結(jié)物碳氧同位素研究，該盆地致密油藏具有邊成藏邊致密的特點，因此，油氣進入生烴門限后邊致密邊充注，直至形成大面積分布的致密油。致密油由于儲層物性差，油氣以持續(xù)的非浮力驅(qū)動發(fā)生短距離運移。相同條件下，烴源巖越厚，與砂體接觸越緊密，發(fā)生油氣充注的可能性越大，這也是為何油氣富集區(qū)受優(yōu)質(zhì)烴源巖控制的原因。是否發(fā)生了有效的充注，可通過儲層含油飽和度確定。研究區(qū)含油飽和度與儲層物性相關(guān)性差，但含油飽和度與試油產(chǎn)量具有較好的相關(guān)關(guān)系，試油產(chǎn)量超過20 t／d的儲層含油飽和度基本都大于33%，含水飽和度小于22%。

3.4 高滲、高可動流體飽和度是致密油高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的重要條件

一般而言，儲層物性越好，相同條件下，滲流能力越強，油氣產(chǎn)量越高。但研究區(qū)儲層物性與試油產(chǎn)量相關(guān)性差，表明試油產(chǎn)量還受其他因素如含油飽和度和可動流體飽和度的影響；一般而言含油飽和度越高、可動流體飽和度越高，油氣產(chǎn)量越高，采收率也越高。研究區(qū)致密砂巖儲層與烴源巖互層共生，石油充注程度高，含油飽和度高達(dá)70%以上。因此，相對高滲、高可動流體飽和度是致密油高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的重要條件。

4 致密油勘探開發(fā)潛力

據(jù)估算，鄂爾多斯盆地?fù)碛兄旅苌皫r油藏資源量約為19.9×108t，占盆地砂巖油藏總資源量15%以上。其中長7 致密砂巖資源量為9×108t，長6致密砂巖資源量為10.9×108t。近兩年，借鑒國外致密油體積壓裂的理念，通過直井混合水壓裂和水平井分段多簇水力噴射壓裂等技術(shù)，已在有效動用致密油資源方面取得重要突破，先后在該盆地延長組長7致密砂巖獲得數(shù)十口日產(chǎn)100 t以上的高產(chǎn)工業(yè)油流井，證實了致密油具有良好的勘探開發(fā)潛力，將成為下一步油田增儲上產(chǎn)或者持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)的重要目標(biāo)。

5 結(jié)論

鄂爾多斯盆地的致密油可與北美威利斯頓盆地巴肯（Bakken）致密油地質(zhì)條件相似。主要表現(xiàn)為致密油以擁有“大面積分布的致密儲層，廣覆式分布的較高成熟度的優(yōu)質(zhì)生油層，連續(xù)性分布的致密儲層與生油巖緊密接觸的共生層系”為標(biāo)志，具有源儲共生、圈閉界限不明顯，持續(xù)充注，油氣短距離運移，巖性致密、儲層物性差和油質(zhì)較輕等特征。致密油分布主要受沉積相、生烴中心控制，大面積含油。致密油通過水平井、分段壓裂技術(shù)規(guī)模應(yīng)用，可實現(xiàn)其工業(yè)開發(fā)，并可為我國油氣工業(yè)開辟又一發(fā)展之路。

［1］ 林森虎，鄒才能，袁選俊，等.美國致密油開發(fā)現(xiàn)狀及啟示［J］.巖性油氣藏，2011，34（2）：25-30.

［2］ 陳全紅，李文厚，郭艷琴，等.鄂爾多斯盆地南部延長組濁積巖體系及油氣勘探意義［J］.地質(zhì)學(xué)報，2006，80（5）：656-663.

［3］ 唐鼎，張春生，肖夢華.鄂爾多斯盆地盤古界地區(qū)長6儲層宏觀非均質(zhì)性研究［J］.石油地質(zhì)與工程，2011，25（1）：32-34，38.

［4］ 陳五泉，陳鳳陵.鄂爾多斯盆地渭北地區(qū)延長組沉積特征及石油勘探方向［J］.石油地質(zhì)與工程，2008，22（4）：10-13.