中马格达雷纳盆地La Luna组页岩油地质特征与勘探开发潜力分析

王 斌，任怀建，卢小新，张达景，孙九江

(1.中国地质大学(北京)，北京 100083；2.中国对外经济贸易信托有限公司，北京 100032；3.中化石油勘探开发有限公司，北京 100032；4.北京易兴元石化科技有限公司，北京 101301;5.中国石油天然气股份有限公司山西煤层气勘探开发分公司，山西 晋城 048000)

0 引 言

中马格达雷纳盆地是哥伦比亚重要的产油气盆地之一[1]，截至2015年12月底，已发现油气田102个，已探明及概算石油(含凝析油)储量为3 271 MMb，已探明及概算天然气储量为4 069 BCF。La Luna组油气储量仅占总量的0.1%，均为常规裂缝性致密油藏，近5年才开始以非常规油藏为目标进行勘探活动，但勘探程度非常低[2]。

随着北美和南美如阿根廷内乌肯盆地Vaca Muerta组页岩油气的发展，哥伦比亚政府制定并推出了优惠政策，鼓励非常规油气勘探开发。2012年，非常规油气区块合同勘探年限为9年，比常规油气长3年，而生产年限为30年，比常规油气长6年。自2012年开始，哥伦比亚政府油气区块招标推出了非常规勘探区块，因此，分析中马格达雷纳盆地页岩油气资源情况是十分必要的。

1 中马格达雷纳盆地沉积构造演化与油气地质特征

中马格达雷纳盆地位于南美洲西北部安第斯俯冲带的中科迪勒拉山与东科迪勒拉山之间(图1)，是太平洋板块向东俯冲至南美板块形成的一个半地堑型山间盆地，盆地内部主构造线走向近于南北[3]，长约550 km，最宽处约100 km，总面积约3.9×104km2，盆地经历了弧后裂谷、后裂谷凹陷(被动陆缘热沉降)和前陆盆地等沉积-构造演化阶段(图2和图3)，发育以白垩系La Luna烃源岩、渐新统为主要储层的含油气系统。

图1 中马格达雷纳盆地位置图Fig.1 Location of the Middle Magdalena Basin

图2 中马格达雷纳盆地东-西向剖面Fig.2 E-W geological profile of the Middle Magdalena Basin

图3 中马格达雷纳盆地地层柱状图Fig.3 Composite stratigraphic column of the Middle Magdalena Basin(资料来源：文献[9])

1.1 沉积构造演化特征

1)三叠-早白垩世：裂谷盆地演化阶段。沿北-北西和北东走向断层的拉伸作用和盆地沉降作用导致三叠纪-侏罗纪厚层沉积，地堑充填作用发育，北-北西走向的断层可能含有走滑的组分，沉积了以冲积扇相为主的砂砾岩。盆地沉积呈现明显的不对称特征，沉积中心位于盆地东部[4-6]。

2)晚白垩世：热沉降沉积演化阶段。Aptian-Albian期间正断层作用停止，晚白垩世热沉降发生海侵，Turonian-Santonian期间达到最大范围，沉积La Luna组烃源岩。白垩纪期间，哥伦比亚原地实质上为被动大西洋型陆缘，在缺少俯冲和火山作用的情况下，热沉降控制地层发育。白垩系自早白垩世Valanginian期开始沉积，一直到晚白垩世Maastrichtian期，除了顶底Valanginian早期与Maastrichtian中晚期沉积一套砂岩地层外，其他的地层为泥岩与灰岩地层交互沉积。自下而上分别为浅滩-三角洲前缘的Umir组、广海陆棚缺氧环境的La Luna组黑色页岩、浅海相Salto Limestone组、浅海相Simiti组黑色钙质页岩、浅海相Tablazo组钙质砂岩与页岩、浅海相Rosa Blanca组泥灰岩与页岩、河流-冲积-浅海环境Tambor组的红色页岩与砂岩。

3)晚白垩世-渐新世：早期前陆盆地发育阶段。晚白垩世中科迪勒拉山脉的隆起，沉积物源主要来自盆地西部，沉积了古新统的Lisama组，岩性为含细-中粒、灰-灰绿色砂岩和少数煤层夹层的杂色页岩。晚古新世-早渐新世期间，盆地东部的东科迪勒拉山脉大部分隆起，成为东部物源区，沉积中心位于盆地东部，沉积了始新统-渐新统Gualanday/Chorro群和Chuspas群粗砾岩以及砂层和红色泥岩的互层。地层加厚导致挠曲沉降及第三纪厚层沉积变形，在远离东部山脉向西、西北方向变薄。

4)早中新世-今：晚期前陆盆地发育阶段。随着安第斯构造活动开始，东科迪勒拉山脉隆起，区域上形成了现今的隆起和盆地分布格局。中马格达雷纳盆地位于两山之间，转入山间前陆盆地发育阶段。南美北部的加勒比板块相对南美板块斜向俯冲，使北部的逆冲断层兼具走滑性质[7]。中央隆起分布在盆地中部，受逆冲挤压作用，地层、断层倾向相反，形成构造会聚区，沉积了中新世Honda/Real群，岩性为火山碎屑物质发育的岩屑流和河道砂岩，以及洪积平原的浅黄色泥岩沉积和上新世-更新世Mesa群，岩性为冲积扇和辫状河复合体地层。

1.2 盆地地油气地质基本特征

1)烃源岩：中马格达雷纳盆地主力烃源岩为上白垩统La Luna组海相页岩[8]，其他次级烃源岩为下白垩统Simiti组和Paja组。La Luna组地层沉积稳定，在盆地范围内大面积沉积。目前，La Luna组地层主要分布于西北区带、中部区带和山前带，由于后期隆升强烈，西南区带遭受剥蚀，烃源岩成熟度总体上西北低东南高，大部分地区Ro达到或超过0.6%，平均0.9%，TOC整体上介于2.0%～4.0%；东部山前带局部深埋区Ro大于2.0%，为高成熟-过成熟，总体上具有晚古新世、晚中新世-上新世的两期油气生排烃过程。位于沉积中心的古科迪勒拉盆地的烃源岩最先排烃，其次为中马格达雷纳盆地东部(古新世-始新世)，而盆地北部和西部的La Luna组成熟度低或遭受剥蚀，基本未发生排烃。

2)储层：中马格达雷纳盆地常规油气产层众多，从白垩系到新近系均有发育，但分布不均衡，超过97%的油气储于古近系的Chorro群和Chuspas群的河流相砂岩，白垩系-古新统Lisama组及其他地层占比很小，盖层主要为泥页岩。

3)圈闭：盆地已发现的95个油气藏中，以构造油气藏为主，如背斜、断块，占盆地已发现油气藏的72%，其次是地层-构造油气藏，而构造油气藏又以始新统-渐新统为主。

2 La Luna组页岩油储层评价

2.1 地层分布

晚白垩世土伦-三冬期，全球海平面上升，形成大面积的浅海碳酸盐岩沉积。La Luna组海相页岩颜色以灰-深灰-棕色-黑色为主，层理发育，属于低能的广海陆棚沉积环境[10]。La Luna组纵向上变化可分为Salada段、Pujamana段和Galembo段(图4)，其中，Galembo段和Salada段为富含生物介壳的泥灰岩，有机质含量高，Pujamana段为灰黑色泥岩，有机质含量偏低[11]。

图4 La Luna组地层对比Fig.4 Stratigraphic correlation of La Luna Formation

勘探证实La Luna组烃源岩是中马格达雷盆地主要的烃源岩，是一套沉积于白垩纪被动边缘海洋环境的富含有机质的海相灰岩和页岩，主要分布于盆地的北部。局部白垩纪岩石有机质丰度及相对海陆干酪根比值在垂向和横向上均有变化，垂向上的变化和海进-海退循环位置有关，横向上的变化与白垩纪盆地靠近近海边缘相关。

2.2 烃源岩地球化学特征

La Luna组烃源岩有机碳含量高，H/C值及O/C值生物标志物分析表明干酪根类型主要为海相II型干酪根，趋向于生油。从F-1井La Luna组烃源岩提取的C15+值为2 500 ppm，表明La Luna组是潜力较好的烃源岩。就La Luna组整体而言，有机质含量高，TOC最高可达12%，平均在3%～4%之间，Galembo段平均氢指数(HI)值为390 mg HC/TOC。生烃潜能S1+S2达29.39 mg HC/g。大部分地区现今Ro达到或超过0.6%，平均为0.9%，Tmax大于435 ℃，处于生油窗内；东部成熟-过成熟区地区Ro大于2.0%，Tmax大于460 ℃(图5)。烃源源岩生排烃史研究表明，盆地La Luna页岩油主要分布于盆地中北部。

图5 La Luna组烃源岩特征Fig.5 Resource characteristic of La Luna Formation

2.3 矿物成分与脆性

La Luna组地层为黑色灰质页岩，纹层或水平层理发育，含大量生物介壳。方解石/白云石含量高，石英/长石含量10%～60%，平均高于40%，黏土含量普遍小于50%，储层脆性中等(图6)。虽然La Luna组方解石含量较高，但方解石成分主要来自生物介壳，钙质胶结较少，储层微孔隙发育，且没有因方解石含量高导致储层致密，与Bakken页岩、Woodford页岩岩石矿物组成相似。由于La Luna组富含方解石/白云石，酸化改造效果好，位于裂缝发育带的La Luna直井生产井，仅经过酸化改造就可以获得日产数百桶的产量。

图6 F-1井La Luna组储层脆性Fig.6 Brittleness of the La Luna Formation

2.4 储层物性及孔隙结构特征

M-1井岩芯(深度2 499.4 m)扫描电镜资料显示，中马格达雷纳盆地La Luna组储层发育大量微孔隙(图7)，孔隙尺寸小于1 μm，以连通孔隙为主。分析样品总孔隙度位10.7%，其中与有机质有关的孔隙度为5.9%，无机孔隙为4.8%，有机质含量为8.6%，渗透率为1 350 nD。测井评价的结果表明，La Luna组储层孔隙度以8%～12%为主。

2.5 裂缝发育特征

中生代晚期，太平洋板块向南美板块俯冲，造成了一系列褶皱，形成了近南北向的安第斯山脉，以东科迪勒拉山、中科迪勒拉山、西科迪勒拉山为代表。新生代中期加勒比板块向南美板块斜向俯冲，对北部构造进行二次改造，北部近南-北向的逆冲断层转换成具有右旋走滑性质的逆断层，断裂走向从近南-北向转换为北东-南西向。受构造挤压作用影响，La Luna组储层发育三组裂缝，以走向平行于断层的北东-南西向为主，近南-北向、近东-西向两组裂缝数量相对较少(图8)。

图8 La Luna组裂缝发育和走向Fig.8 Fracture development and strike of La Luna Formation

从理论上讲，凝析油和轻质油在地下高温高压下纳米级的孔喉中更易于流动和开采，在烃源岩生凝析油气区，单井产量明显比纯生油区的高。Eagle Ford等地区的生产数据表明处于凝析气窗内的井单井EUR(预测最终可采储量)几乎可达到生油窗内井的两倍[12]。预测中马格达雷纳盆地东部山前带凝析油气区单井EUR大于中部区带、西北区带的生油区。

3 La Luna组油藏生产特征

3.1 La Luna组油藏具有致密油生产动态特征

盆地西部区带和中部区带，烃源岩成熟度低，属于重度为21.6～25.3 API的中质原油。油藏条件下原油黏度为14.32 cp，不含硫。盆地山前带受挤压作用影响，地层埋深大、温度高，烃源岩成熟度高，以气为主。La Luna组油藏平均温度梯度为2.6 ℃/100 m，原始油藏压力系数为1.80～2.03 MPa/100 m，属常温超高压油气藏。早期La Luna组生产井位于裂缝发育带，经酸洗后初产可达日产数百桶，投产2～3 a内，产量迅速递减至数十桶，投产中后期，以20桶/d的产量稳定生产。平均单井产量初期表现为快速递减，而后进入较长时间的低递减率生产状态(图9)，具有致密油生产动态的显著特征。

图9 La Luna组油藏3口产油井生产动态归一化曲线图Fig.9 Dynamic normalized graph of reservoir production of three oil producing wells in La Luna Formation

3.2 La Luna组页岩油产量受裂缝发育程度控制

目前，中马格达雷纳盆地以La Luna组为目的层的生产井，多于20世纪50年代投产，以构造高部位、裂缝发育的La Luna组储层为目标，还没有以人工压裂改造方式投产的生产井。根据构造位置不同，将投产井划分为两类，位于构造稳定带的井为A型井，位于断块内的井为B型井(图10)。投产结果表明：由于裂缝的沟通作用，B型井平均初产量高、递减快，沿断层和裂缝发育走向，单井控制范围距离较远，垂直于断层和裂缝走向方向，单井控制范围受断层的封隔作用限制；A型井由于断裂和裂缝较少，不经压裂改造的情况下，初始产量低，但是由于不受断层的限制作用，单井控制范围大。

图10 La Luna组不同构造位置井示意图Fig.10 Wells in different structural positions of La Luna Formation

4 页岩油资源及影响勘探开发的因素

4.1 La Luna组页岩油资源丰富，但开发难度较大

与美国二叠盆地Wolfcamp页岩油地质对比，处于I类页岩油有利区的La Luna组页岩油资源量为101.8 MMBO(表1)，面积丰度1.64 MMBO/km2。IHS通过类比美国的Eagle Ford来估算页岩油气资源量(表2)，La Luna组页岩油气资量为4 528 MMBOE，其中,油气850 MMBO，天然气22 070 BCF，面积丰度为0.567 MMBOE/km2，页岩油气可采资源量占已发现常规油气2P储量的25%和54%。

表1 La Luna组页岩油资源量计算参数结果Table 1 Calculation parameter results of shale oil resources of La Luna Formation

表2 La Luna组页岩油气资源量计算参数Table 2 Calculation parameters of shale oil and gas resources of La Luna Formation

与Bakken组、Wolfcamp组等具有代表性的页岩油气层类似(表3)，中马格达雷纳盆地La Luna组页岩地层厚度大，烃源岩有机质含量高，储层矿物以方解石/白云石、石英为主，黏土含量低，储层孔隙度中等、基质渗透率低，但裂缝对储层渗透性具有明显的改善作用。但与Wolfcamp油藏、Bakken油藏以及Vaca Muerta油藏相比，原油黏度大，气油比低，页岩油开发难度较大。此外，中马格达雷纳盆地La Luna组目前只有少量老井以常规方式进行开采，非常规油气处于勘探初期，人工压裂在La Luna组的实施效果尚无实际生产井证实，距离商业开发仍有很长的距离。

表3 La Luna组与类似盆地非常规油藏参数对比Table 3 Comparison of unconventional reservoir parameters between La Luna Formation and similar basins

4.2 制约中马格达雷纳盆地La Luna组非常规开发的因素

中马格达雷纳盆地La Luna组具有巨大的非常规油气勘探潜力。自2013年以来，哥伦比亚政府制定了针对非常规油气勘探的优惠政策，部分石油公司已在该盆地北部进行了非常规油气勘探，并取得一定的效果。但是，整体上非常规油气在哥伦比亚尚处于初始阶段，行业发展面临成本、权利金、矿权、公众教育以及环境等的使用等瓶颈问题，主要制约因素有：①非常规油气勘探开发及环保政策要求不完善，石油公司投资意愿不强；②当地社区、环保组织担心大型水力压裂对环境的负面影响，抵制非常规油气开发；③哥伦比亚当地钻井、压裂施工能力不足；④作业成本高，原材料供应主要依靠进口，脆弱的供应链和本地劳动力使得钻井、压裂成本短期内难以显著降低；⑤缺少熟悉非常规油气开发的作业人员。

5 结 论

1)中马格达雷纳盆地La Luna组烃源岩平均TOC为3%～4%，大多数地区的Ro大于0.6%，平均为0.9%，部分大于2.0%；La Luna组页岩富含生物格架，方解石/白云石、石英/长石高，黏土含量低，储层脆性中等。储层孔隙度中等，微孔隙发育，酸化效果好，适于酸压改造；La Luna组页岩可采油气资源量4 528 MMBOE，可采资源丰度为0.567 MMBOE/km2，其中，I类页岩油有利区的可采资源丰度为1.640 MMBO/km2，具有一定的油气资源勘探开发潜力。

2)La Luna组以页岩油为主，油藏为高压常温油藏，有利于非常规方式开发。同时，页岩油成熟度中等，原油黏度偏高、溶解气油比偏低为非常规开采的不利因素。与Bakken组、Wolfcamp组等具有代表性的页岩油气层相比，页岩油开发难度较大。

3)哥伦比亚非常规油气勘探、开发面临政策、环保、社区、原材料供应、设备、技术人员等诸多方面的问题，在目前形势下，La Luna组页岩油气商业性大规模开发存在困难。