中馬格達雷納盆地La Luna組頁巖油地質特征與勘探開發潛力分析

王 斌，任懷建，盧小新，張達景，孫九江

(1.中國地質大學(北京)，北京 100083；2.中國對外經濟貿易信托有限公司，北京 100032；3.中化石油勘探開發有限公司，北京 100032；4.北京易興元石化科技有限公司，北京 101301;5.中國石油天然氣股份有限公司山西煤層氣勘探開發分公司，山西 晉城 048000)

0 引 言

中馬格達雷納盆地是哥倫比亞重要的產油氣盆地之一[1]，截至2015年12月底，已發現油氣田102個，已探明及概算石油(含凝析油)儲量為3 271 MMb，已探明及概算天然氣儲量為4 069 BCF。La Luna組油氣儲量僅占總量的0.1%，均為常規裂縫性致密油藏，近5年才開始以非常規油藏為目標進行勘探活動，但勘探程度非常低[2]。

隨著北美和南美如阿根廷內烏肯盆地Vaca Muerta組頁巖油氣的發展，哥倫比亞政府制定并推出了優惠政策，鼓勵非常規油氣勘探開發。2012年，非常規油氣區塊合同勘探年限為9年，比常規油氣長3年，而生產年限為30年，比常規油氣長6年。自2012年開始，哥倫比亞政府油氣區塊招標推出了非常規勘探區塊，因此，分析中馬格達雷納盆地頁巖油氣資源情況是十分必要的。

1 中馬格達雷納盆地沉積構造演化與油氣地質特征

中馬格達雷納盆地位于南美洲西北部安第斯俯沖帶的中科迪勒拉山與東科迪勒拉山之間(圖1)，是太平洋板塊向東俯沖至南美板塊形成的一個半地塹型山間盆地，盆地內部主構造線走向近于南北[3]，長約550 km，最寬處約100 km，總面積約3.9×104km2，盆地經歷了弧后裂谷、后裂谷凹陷(被動陸緣熱沉降)和前陸盆地等沉積-構造演化階段(圖2和圖3)，發育以白堊系La Luna烴源巖、漸新統為主要儲層的含油氣系統。

圖1 中馬格達雷納盆地位置圖Fig.1 Location of the Middle Magdalena Basin

圖2 中馬格達雷納盆地東-西向剖面Fig.2 E-W geological profile of the Middle Magdalena Basin

圖3 中馬格達雷納盆地地層柱狀圖Fig.3 Composite stratigraphic column of the Middle Magdalena Basin(資料來源：文獻[9])

1.1 沉積構造演化特征

1)三疊-早白堊世：裂谷盆地演化階段。沿北-北西和北東走向斷層的拉伸作用和盆地沉降作用導致三疊紀-侏羅紀厚層沉積，地塹充填作用發育，北-北西走向的斷層可能含有走滑的組分，沉積了以沖積扇相為主的砂礫巖。盆地沉積呈現明顯的不對稱特征，沉積中心位于盆地東部[4-6]。

2)晚白堊世：熱沉降沉積演化階段。Aptian-Albian期間正斷層作用停止，晚白堊世熱沉降發生海侵，Turonian-Santonian期間達到最大范圍，沉積La Luna組烴源巖。白堊紀期間，哥倫比亞原地實質上為被動大西洋型陸緣，在缺少俯沖和火山作用的情況下，熱沉降控制地層發育。白堊系自早白堊世Valanginian期開始沉積，一直到晚白堊世Maastrichtian期，除了頂底Valanginian早期與Maastrichtian中晚期沉積一套砂巖地層外，其他的地層為泥巖與灰巖地層交互沉積。自下而上分別為淺灘-三角洲前緣的Umir組、廣海陸棚缺氧環境的La Luna組黑色頁巖、淺海相Salto Limestone組、淺海相Simiti組黑色鈣質頁巖、淺海相Tablazo組鈣質砂巖與頁巖、淺海相Rosa Blanca組泥灰巖與頁巖、河流-沖積-淺海環境Tambor組的紅色頁巖與砂巖。

3)晚白堊世-漸新世：早期前陸盆地發育階段。晚白堊世中科迪勒拉山脈的隆起，沉積物源主要來自盆地西部，沉積了古新統的Lisama組，巖性為含細-中粒、灰-灰綠色砂巖和少數煤層夾層的雜色頁巖。晚古新世-早漸新世期間，盆地東部的東科迪勒拉山脈大部分隆起，成為東部物源區，沉積中心位于盆地東部，沉積了始新統-漸新統Gualanday/Chorro群和Chuspas群粗礫巖以及砂層和紅色泥巖的互層。地層加厚導致撓曲沉降及第三紀厚層沉積變形，在遠離東部山脈向西、西北方向變薄。

4)早中新世-今：晚期前陸盆地發育階段。隨著安第斯構造活動開始，東科迪勒拉山脈隆起，區域上形成了現今的隆起和盆地分布格局。中馬格達雷納盆地位于兩山之間，轉入山間前陸盆地發育階段。南美北部的加勒比板塊相對南美板塊斜向俯沖，使北部的逆沖斷層兼具走滑性質[7]。中央隆起分布在盆地中部，受逆沖擠壓作用，地層、斷層傾向相反，形成構造會聚區，沉積了中新世Honda/Real群，巖性為火山碎屑物質發育的巖屑流和河道砂巖，以及洪積平原的淺黃色泥巖沉積和上新世-更新世Mesa群，巖性為沖積扇和辮狀河復合體地層。

1.2 盆地地油氣地質基本特征

1)烴源巖：中馬格達雷納盆地主力烴源巖為上白堊統La Luna組海相頁巖[8]，其他次級烴源巖為下白堊統Simiti組和Paja組。La Luna組地層沉積穩定，在盆地范圍內大面積沉積。目前，La Luna組地層主要分布于西北區帶、中部區帶和山前帶，由于后期隆升強烈，西南區帶遭受剝蝕，烴源巖成熟度總體上西北低東南高，大部分地區Ro達到或超過0.6%，平均0.9%，TOC整體上介于2.0%～4.0%；東部山前帶局部深埋區Ro大于2.0%，為高成熟-過成熟，總體上具有晚古新世、晚中新世-上新世的兩期油氣生排烴過程。位于沉積中心的古科迪勒拉盆地的烴源巖最先排烴，其次為中馬格達雷納盆地東部(古新世-始新世)，而盆地北部和西部的La Luna組成熟度低或遭受剝蝕，基本未發生排烴。

2)儲層：中馬格達雷納盆地常規油氣產層眾多，從白堊系到新近系均有發育，但分布不均衡，超過97%的油氣儲于古近系的Chorro群和Chuspas群的河流相砂巖，白堊系-古新統Lisama組及其他地層占比很小，蓋層主要為泥頁巖。

3)圈閉：盆地已發現的95個油氣藏中，以構造油氣藏為主，如背斜、斷塊，占盆地已發現油氣藏的72%，其次是地層-構造油氣藏，而構造油氣藏又以始新統-漸新統為主。

2 La Luna組頁巖油儲層評價

2.1 地層分布

晚白堊世土倫-三冬期，全球海平面上升，形成大面積的淺海碳酸鹽巖沉積。La Luna組海相頁巖顏色以灰-深灰-棕色-黑色為主，層理發育，屬于低能的廣海陸棚沉積環境[10]。La Luna組縱向上變化可分為Salada段、Pujamana段和Galembo段(圖4)，其中，Galembo段和Salada段為富含生物介殼的泥灰巖，有機質含量高，Pujamana段為灰黑色泥巖，有機質含量偏低[11]。

圖4 La Luna組地層對比Fig.4 Stratigraphic correlation of La Luna Formation

勘探證實La Luna組烴源巖是中馬格達雷盆地主要的烴源巖，是一套沉積于白堊紀被動邊緣海洋環境的富含有機質的海相灰巖和頁巖，主要分布于盆地的北部。局部白堊紀巖石有機質豐度及相對海陸干酪根比值在垂向和橫向上均有變化，垂向上的變化和海進-海退循環位置有關，橫向上的變化與白堊紀盆地靠近近海邊緣相關。

2.2 烴源巖地球化學特征

La Luna組烴源巖有機碳含量高，H/C值及O/C值生物標志物分析表明干酪根類型主要為海相II型干酪根，趨向于生油。從F-1井La Luna組烴源巖提取的C15+值為2 500 ppm，表明La Luna組是潛力較好的烴源巖。就La Luna組整體而言，有機質含量高，TOC最高可達12%，平均在3%～4%之間，Galembo段平均氫指數(HI)值為390 mg HC/TOC。生烴潛能S1+S2達29.39 mg HC/g。大部分地區現今Ro達到或超過0.6%，平均為0.9%，Tmax大于435 ℃，處于生油窗內；東部成熟-過成熟區地區Ro大于2.0%，Tmax大于460 ℃(圖5)。烴源源巖生排烴史研究表明，盆地La Luna頁巖油主要分布于盆地中北部。

圖5 La Luna組烴源巖特征Fig.5 Resource characteristic of La Luna Formation

2.3 礦物成分與脆性

La Luna組地層為黑色灰質頁巖，紋層或水平層理發育，含大量生物介殼。方解石/白云石含量高，石英/長石含量10%～60%，平均高于40%，黏土含量普遍小于50%，儲層脆性中等(圖6)。雖然La Luna組方解石含量較高，但方解石成分主要來自生物介殼，鈣質膠結較少，儲層微孔隙發育，且沒有因方解石含量高導致儲層致密，與Bakken頁巖、Woodford頁巖巖石礦物組成相似。由于La Luna組富含方解石/白云石，酸化改造效果好，位于裂縫發育帶的La Luna直井生產井，僅經過酸化改造就可以獲得日產數百桶的產量。

圖6 F-1井La Luna組儲層脆性Fig.6 Brittleness of the La Luna Formation

2.4 儲層物性及孔隙結構特征

M-1井巖芯(深度2 499.4 m)掃描電鏡資料顯示，中馬格達雷納盆地La Luna組儲層發育大量微孔隙(圖7)，孔隙尺寸小于1 μm，以連通孔隙為主。分析樣品總孔隙度位10.7%，其中與有機質有關的孔隙度為5.9%，無機孔隙為4.8%，有機質含量為8.6%，滲透率為1 350 nD。測井評價的結果表明，La Luna組儲層孔隙度以8%～12%為主。

2.5 裂縫發育特征

中生代晚期，太平洋板塊向南美板塊俯沖，造成了一系列褶皺，形成了近南北向的安第斯山脈，以東科迪勒拉山、中科迪勒拉山、西科迪勒拉山為代表。新生代中期加勒比板塊向南美板塊斜向俯沖，對北部構造進行二次改造，北部近南-北向的逆沖斷層轉換成具有右旋走滑性質的逆斷層，斷裂走向從近南-北向轉換為北東-南西向。受構造擠壓作用影響，La Luna組儲層發育三組裂縫，以走向平行于斷層的北東-南西向為主，近南-北向、近東-西向兩組裂縫數量相對較少(圖8)。

圖8 La Luna組裂縫發育和走向Fig.8 Fracture development and strike of La Luna Formation

從理論上講，凝析油和輕質油在地下高溫高壓下納米級的孔喉中更易于流動和開采，在烴源巖生凝析油氣區，單井產量明顯比純生油區的高。Eagle Ford等地區的生產數據表明處于凝析氣窗內的井單井EUR(預測最終可采儲量)幾乎可達到生油窗內井的兩倍[12]。預測中馬格達雷納盆地東部山前帶凝析油氣區單井EUR大于中部區帶、西北區帶的生油區。

3 La Luna組油藏生產特征

3.1 La Luna組油藏具有致密油生產動態特征

盆地西部區帶和中部區帶，烴源巖成熟度低，屬于重度為21.6～25.3 API的中質原油。油藏條件下原油黏度為14.32 cp，不含硫。盆地山前帶受擠壓作用影響，地層埋深大、溫度高，烴源巖成熟度高，以氣為主。La Luna組油藏平均溫度梯度為2.6 ℃/100 m，原始油藏壓力系數為1.80～2.03 MPa/100 m，屬常溫超高壓油氣藏。早期La Luna組生產井位于裂縫發育帶，經酸洗后初產可達日產數百桶，投產2～3 a內，產量迅速遞減至數十桶，投產中后期，以20桶/d的產量穩定生產。平均單井產量初期表現為快速遞減，而后進入較長時間的低遞減率生產狀態(圖9)，具有致密油生產動態的顯著特征。

圖9 La Luna組油藏3口產油井生產動態歸一化曲線圖Fig.9 Dynamic normalized graph of reservoir production of three oil producing wells in La Luna Formation

3.2 La Luna組頁巖油產量受裂縫發育程度控制

目前，中馬格達雷納盆地以La Luna組為目的層的生產井，多于20世紀50年代投產，以構造高部位、裂縫發育的La Luna組儲層為目標，還沒有以人工壓裂改造方式投產的生產井。根據構造位置不同，將投產井劃分為兩類，位于構造穩定帶的井為A型井，位于斷塊內的井為B型井(圖10)。投產結果表明：由于裂縫的溝通作用，B型井平均初產量高、遞減快，沿斷層和裂縫發育走向，單井控制范圍距離較遠，垂直于斷層和裂縫走向方向，單井控制范圍受斷層的封隔作用限制；A型井由于斷裂和裂縫較少，不經壓裂改造的情況下，初始產量低，但是由于不受斷層的限制作用，單井控制范圍大。

圖10 La Luna組不同構造位置井示意圖Fig.10 Wells in different structural positions of La Luna Formation

4 頁巖油資源及影響勘探開發的因素

4.1 La Luna組頁巖油資源豐富，但開發難度較大

與美國二疊盆地Wolfcamp頁巖油地質對比，處于I類頁巖油有利區的La Luna組頁巖油資源量為101.8 MMBO(表1)，面積豐度1.64 MMBO/km2。IHS通過類比美國的Eagle Ford來估算頁巖油氣資源量(表2)，La Luna組頁巖油氣資量為4 528 MMBOE，其中,油氣850 MMBO，天然氣22 070 BCF，面積豐度為0.567 MMBOE/km2，頁巖油氣可采資源量占已發現常規油氣2P儲量的25%和54%。

表1 La Luna組頁巖油資源量計算參數結果Table 1 Calculation parameter results of shale oil resources of La Luna Formation

表2 La Luna組頁巖油氣資源量計算參數Table 2 Calculation parameters of shale oil and gas resources of La Luna Formation

與Bakken組、Wolfcamp組等具有代表性的頁巖油氣層類似(表3)，中馬格達雷納盆地La Luna組頁巖地層厚度大，烴源巖有機質含量高，儲層礦物以方解石/白云石、石英為主，黏土含量低，儲層孔隙度中等、基質滲透率低，但裂縫對儲層滲透性具有明顯的改善作用。但與Wolfcamp油藏、Bakken油藏以及Vaca Muerta油藏相比，原油黏度大，氣油比低，頁巖油開發難度較大。此外，中馬格達雷納盆地La Luna組目前只有少量老井以常規方式進行開采，非常規油氣處于勘探初期，人工壓裂在La Luna組的實施效果尚無實際生產井證實，距離商業開發仍有很長的距離。

表3 La Luna組與類似盆地非常規油藏參數對比Table 3 Comparison of unconventional reservoir parameters between La Luna Formation and similar basins

4.2 制約中馬格達雷納盆地La Luna組非常規開發的因素

中馬格達雷納盆地La Luna組具有巨大的非常規油氣勘探潛力。自2013年以來，哥倫比亞政府制定了針對非常規油氣勘探的優惠政策，部分石油公司已在該盆地北部進行了非常規油氣勘探，并取得一定的效果。但是，整體上非常規油氣在哥倫比亞尚處于初始階段，行業發展面臨成本、權利金、礦權、公眾教育以及環境等的使用等瓶頸問題，主要制約因素有：①非常規油氣勘探開發及環保政策要求不完善，石油公司投資意愿不強；②當地社區、環保組織擔心大型水力壓裂對環境的負面影響，抵制非常規油氣開發；③哥倫比亞當地鉆井、壓裂施工能力不足；④作業成本高，原材料供應主要依靠進口，脆弱的供應鏈和本地勞動力使得鉆井、壓裂成本短期內難以顯著降低；⑤缺少熟悉非常規油氣開發的作業人員。

5 結 論

1)中馬格達雷納盆地La Luna組烴源巖平均TOC為3%～4%，大多數地區的Ro大于0.6%，平均為0.9%，部分大于2.0%；La Luna組頁巖富含生物格架，方解石/白云石、石英/長石高，黏土含量低，儲層脆性中等。儲層孔隙度中等，微孔隙發育，酸化效果好，適于酸壓改造；La Luna組頁巖可采油氣資源量4 528 MMBOE，可采資源豐度為0.567 MMBOE/km2，其中，I類頁巖油有利區的可采資源豐度為1.640 MMBO/km2，具有一定的油氣資源勘探開發潛力。

2)La Luna組以頁巖油為主，油藏為高壓常溫油藏，有利于非常規方式開發。同時，頁巖油成熟度中等，原油黏度偏高、溶解氣油比偏低為非常規開采的不利因素。與Bakken組、Wolfcamp組等具有代表性的頁巖油氣層相比，頁巖油開發難度較大。

3)哥倫比亞非常規油氣勘探、開發面臨政策、環保、社區、原材料供應、設備、技術人員等諸多方面的問題，在目前形勢下，La Luna組頁巖油氣商業性大規模開發存在困難。