泌阳凹陷页岩油赋存特征及可动性研究

余志远，章新文，谭静娟，李吉君 ，刘 召，刘洁文

（1．中国石化河南油田分公司勘探开发研究院，河南郑州 450000；2．中国石油大学（华东）地球科学学院，山东青岛 266580）

1 页岩油赋存特征

1.1 页岩油赋存方式及特征

烃源岩内的液态石油主要具有吸附态和游离态两种赋存形式，吸附态烃类是指吸附在干酪根和黏土颗粒表面的烃类；游离态烃类是指赋存在基质孔隙和微裂缝中的烃类[1]。

在泌阳凹陷页岩岩心、荧光薄片中可见到油气赋存迹象。岩心层间缝上有油迹显示，且有油气味；在显微镜下，通过偏光、正交光及荧光观测到粉砂颗粒间有烃类显示，方解石溶蚀孔内以及微裂缝网

络中充填油，并且灰质页岩中普遍有纹层状荧光显示，说明页岩孔隙中赋存油。游离油主要赋存在层间缝、构造缝以及较大的基质孔隙内，其分布主要受基质孔隙、裂缝影响，呈层状、线状和点状分布；吸附油主要赋存在有机质及黏土矿物颗粒表面，其分布主要受有机质及黏土矿物颗粒影响，呈分散状、层状和纹层状分布。

1.2 页岩油赋存空间特征

图1 氦测孔隙度与S1关系

1.2.1 基于氦测、压汞及低温N2吸附实验的页岩油赋存空间特征

氦测孔隙度的主要方法是采用合适的气体作为测试探针代替常规物性测试中的液相探针或大分子汞，使气体分子进入特定范围孔径的孔隙空间，通过记录监测气体进入岩样后压力的变化信息，采用适用的理论模型获得物性参数[2-3]。

压汞法又称汞孔隙率法，是测定部分中孔和大孔孔径分布的方法。其基本原理是汞对一般固体不润湿，欲使汞进入孔，需施加外压，外压越大，汞能进入的孔直径越小。测量不同外压下进入孔中汞的量，可知相应的孔大小和孔体积[2-3]。目前所用压汞仪使用压力最大约 200 MPa，可测孔直径范围：0.006 4～950 um。

氦测法及压汞法所测孔隙度为页岩中较大孔径孔隙组成的孔隙体积。用这两种方法测样品，得出的孔隙度均与原油中轻质部分（S1）呈现出正相关的关系，反映了泌阳凹陷页岩油主要赋存在较大的孔隙中（图1、图2）。

图2 压汞孔隙度与S1关系

为了进一步研究页岩微观孔隙结构特征，对样品开展了低温N2吸附实验。低温N2吸附法利用N2在固体表面的吸附原理，对微孔和介孔进行定量表征。对于氦测法及压汞法不能测定的孔隙区域，尤其是纳米级孔隙的测量，采用低温N2吸附法。

泌阳凹陷泥页岩样品的微孔、介孔的孔径分布呈多峰现象（图3），其主峰分布在1 ～5 nm，5 nm以上的孔隙占通过低温N2吸附实验所得总孔体积与S1、氯仿沥青“A”关系（图4），可以看出，其总孔体积与含油量呈弱负相关，说明微孔、介孔发育的储层含油性较差，也反映了泌阳凹陷页岩油主要赋存在较大的孔隙中（宏孔）。

图3 泌阳凹陷页岩样品的氮气吸附孔径分布

1.2.2 基于核磁共振实验分析页岩油赋存空间特征

核磁共振(NMR)实验通过测量岩石孔隙流体的核磁弛豫特性，提供有关岩石孔隙度、渗透率、流体性质及含量等信息，已经成为无损检测岩石物性和含油性特征的重要手段。储层孔隙结构控制孔隙流体的分布状态，而核磁共振能够通过实际测量，得到不同孔隙流体的赋存状态，这是核磁共振T2谱（驰豫时间）评价孔隙结构的基本依据[1-3]。

本次核磁共振实验共分析21块样品，以样品3、14为例，可以看出在不同状态下的T2谱主峰信号明显下降（图 5），其中，曲线①为样品原始T2谱分布；曲线②为饱和MnCl2后T2谱分布，即屏蔽水信号后的 T2谱分布；曲线③为真空加热 180 ℃后T2谱分布；曲线④为样品洗油烘干后T2谱分布。由此可得，曲线①对应的区域为水信号；曲线②对应的区域为可动油信号；曲线③对应的区域为不可动油信号；曲线②+③即为总油信号；曲线④对应的区域为基底信号。本文将②+③（总油信号）与①（水信号）的比值定义为油水比。

为了进一步确定页岩油在孔隙中赋存的位置，利用比表面积及孔径分析仪，通过低温N2吸附与脱附实验来测量样品的比表面积和平均孔径。将样品的油水比与平均孔径、比表面积进行对比（图 6、图7），可以看出，随着平均孔径的增大，所含的油也在增多，而且孔隙中油的增量明显比水要多；随着比表面积的增大，油水比呈明显的减小趋势，比表面积越大，样品中小孔相对越多。由此可知，泌阳凹陷的页岩油主要赋存在较大孔隙中。

图4 总孔体积与S1及氯仿沥青“A”关系

图5 泌阳凹陷页岩样品在不同状态下的弛豫时间

图6 油水比与平均孔径关系

图7 油水比与比表面积关系

2 页岩油可动性影响因素

2.1 页岩油可动性与深度关系

随着深度的增加，生烃潜量出现先增加后减小的趋势（图8），这是由于达到一定深度后，伴随排烃作用的发生，有机质的生烃潜力将出现下降趋势，据此可以判断有机质的排烃门限[4-5]。从图8中可以看出，泌阳凹陷排烃门限在2 000 m左右，该深度也是页岩油具备流动性的起始深度。因此，排烃门限对应的泥页岩最大含油量可看作是页岩油可动的下限值。从泌阳凹陷A/TOC与S1/TOC随深度的变化关系（图9、图10）可以看出，开始大量排烃所对应的值分别为0.2和60 mg/g，可以认为，当A/TOC大于0.2、S1/TOC大于60 mg/g时，所生成的油气是可动的，故将此作为页岩油可动量的下限值。

根据S1/TOC与A/TOC在纵向上的范围，确定页岩的最佳含油深度。从图 9、图 10中可以看出，S1/TOC与A/TOC均随着深度先增加后减少，S1/TOC在2 800 m时为最高值，A/TOC在3 400 m时为最高值，因此，确定泌阳凹陷页岩油的最佳含油深度为2 800～3 400 m。

2.2 页岩油可动性与有机碳关系

研究表明，当TOC值较低时，烃源岩生成的油主要用于满足自身有机质和矿物吸附的需要；当TOC增大到一定值时，生成的油才大量以游离态填充泥页岩基质孔隙并运移排出。随着TOC值的不断增加，油气的可动性是不断上升的（图11）。因此，TOC含量决定页岩生油潜力与含油量，含量越高，生成的页岩油越多，可动性越好。

图8 生烃潜量与深度关系

图9 深度与S1/TOC关系

2.3 页岩油可动性与主要矿物关系

泌阳凹陷页岩储层矿物主要为石英、长石、黏土矿物及碳酸盐岩，页岩油可动性与碳酸盐岩相关性较小，本文不讨论。随着黏土矿物含量的不断增加，S1含量逐渐降低（图12），对于黏土质泥页岩以及云质泥页岩来说尤为明显，这是由于黏土矿物含量越高，其吸附能力就越强，使得页岩油的可动性降低。

图10 深度与氯仿沥青“A”/TOC关系

图11 有机碳含量与S1关系

图12 黏土矿物与可动S1关系

随着石英含量的增加，页岩可动油含量逐渐增加，当石英含量增加到约 35%时，S1含量保持相对稳定（图 13），这是由于脆性矿物含量是影响页岩基质孔隙、微裂缝发育程度、含油气性的重要因素，脆性矿物含量越高，在构造运动中越易形成天然裂缝，使得页岩油可动性越好；随着长石含量的增加，页岩油的可动性逐渐降低，造成这种现象的原因与长石在地质条件下的反应有关，当长石含量较高时，地层伴随油气生成过程中会产生有机酸，有机酸与过量的长石产生反应，转化为高岭石、伊利石等黏土矿物，增强对油气的吸附能力，导致页岩油可动性逐渐降低。

图13 石英含量与可动S1关系

2.4 页岩油可动性与孔隙度关系

孔隙度是影响页岩储油能力及可动性的关键因素，氦测及压汞孔隙度均与S1呈正相关关系。随着页岩储层孔隙度的增加，其储集性能及渗流能力都会得到提升，页岩油可动性自然随之变好。

3 结论

（1）综合岩石学、氦测、压汞及核磁实验分析认为，泌阳凹陷页岩油主要赋存空间为层间缝、构造缝及基质孔隙较大孔径的无机孔隙。

（2）通过页岩油可动性影响因素分析认为，泌阳凹陷页岩油可动性与有机碳含量、孔隙度及石英含量呈一定的正相关关系，与黏土矿物及长石含量呈一定负相关关系。由于页岩储层的压力、有机质成熟度、原油性质等与深度息息相关，因此页岩油可动性与深度有一定关系，页岩油可动性随深度增加先增加后减少，在2 800～3 400 m达到最大。