泌阳凹陷核三段泥页岩储层含油性评价

严 锡

(中国石化河南油田分公司勘探开发研究院,河南南阳 473132)

泌阳凹陷是南襄盆地中的一个富含油气的中新生代次级凹陷,面积约1 000 km2,基底最大埋深达8 000 m以上,由东南至西北逐渐抬升,整个凹陷在平面上呈端部北指的扇形展布,剖面上构成南深北浅的箕状凹陷。核桃园组三段三砂组(Eh3Ⅲ)沉积期为泌阳凹陷的最大湖泛期,泥页岩最为发育。在核三段共识别出3个半深湖-深湖相沉积发育期,半深湖-深湖相沉积背景下,水体相对稳定,发育的泥页岩连续沉积厚度大、平面分布范围广,是页岩油勘探相对有利层系[1-2]。但Eh3Ⅲ泥页岩层系岩性复杂,非均质性强,对泥页岩储层物性、含油性等基础地质认识尚存在不足。本文综合利用岩石学和地球化学相关技术方法对该区的泥页岩储层含油性进行评价,为泌阳凹陷页岩油勘探开发提供新的思路[3-4]。

1 样品和实验方法

本次研究中选取的样品主要分布在泌阳凹陷Eh3Ⅲ页岩层系,采集样品包括BYHF1井、AS1井、YYY1井等页岩油重点井,并对其进行了系统的岩石学和地球化学分析。其中元素地球化学分析仪器为日本电子JXA-8230电子探针及能谱仪,页岩储层综合分析利用SRP法,页岩孔隙度和渗透率由压力脉冲衰减孔渗仪测定,密度由全自动密度仪测定,饱和度由气相色谱仪测定,岩石矿物学及储层含油性分析使用德国莱卡A4M偏光显微镜以及蔡司LSM800型激光共聚焦显微镜来进行精细描述。

2 页岩油储层岩石学特征

泌阳凹陷Eh3Ⅲ页岩层由黏土矿物、碎屑矿物(石英+长石)及碳酸盐矿物组成(方解石+白云石),三者成分相对均匀,多集中在20%～40%,三者均无绝对优势,脆性矿物含量(石英、长石、方解石和白云石含量总和)平均高达66%(图1)。构造上,以纹层状或页理状为主,块状构造在岩心统计中仅占15%;粒度整体以粉砂级以下为主(图2)。

图1 Eh3Ⅲ页岩层矿物组成

图2 Eh3Ⅲ页岩层YYY1井激光共聚焦显微导航与电子探针能谱元素分布特征

氩离子抛光-扫描电镜分析结果表明,泌阳凹陷Eh3Ⅲ中段页岩主要发育粒间孔、晶间孔和溶蚀孔以及构造缝、层理缝和微裂缝,其中层间页理缝和晶间孔、溶蚀孔较发育,可能是页岩油较为有利的储集空间[6]。页岩层理缝发育,平行层理的断面上孔隙发育较差,垂直层面孔隙发育(图3),荧光薄片显示泥质纹层荧光显示较丰富,含油性好;Eh3Ⅲ下段页岩层岩性以长英质泥页岩为主,主要发育粒间孔、溶蚀孔、微裂缝,晶间孔,有机质孔发育较少。

图3 泌阳凹陷Eh3Ⅲ典型泥页岩样品的孔隙类型

根据页岩物性分析SRP法测得研究区BYHF1井页岩孔隙度为1.55%～7.23%,平均为4.63%;压降基质渗透率为0.43×10-3～3.12×10-3μm2,平均为1.56×10-3μm2,为特低孔、超低渗型储层[7-8](表1)。

表1 泌阳凹陷BYHF1井SRP法测页岩储集物性

3 页岩油储层的含油性特征

通过对泌阳凹陷深洼区Eh3Ⅲ页岩层采集的YYY1井样品进行储层含油性的显微荧光分析(图4a～b),发现块状泥岩和粉砂质泥岩中的烃类主要在矿物基质中分散赋存[9-10],层状泥页岩中的烃类主要赋存于顺层发育的微裂缝及碳酸盐岩条带中;采用蔡司LSM800激光共聚焦显微镜对样品进行三维扫描,可将原油组分进行可视化表征,激光共聚焦显微技术是利用激光作为激发光源,在平面上方共聚焦通过对样品逐点或逐线扫描,采集其每帧二维图像。在纵向上轴方向以一定的间距扫描出不同轴位置的平面图像,利用软件进行三维重建,得到目标的二维或三维立体模型,由于岩石孔隙中烃类不同组分的光谱特征不同,故可以通过激光共聚焦扫描激发荧光的方法来观察烃类不同有机质组分的位置和形态(图4c)。其中使用488 nm波长的激光作为激发光源,选择488～520 nm波长的激光作为接收波长,用红色表示,对样品中轻质流体组分进行分析(图4d);选择525～640 nm的波长作为接收波长,用蓝色表示,对样品中的重质流体组分进行分析(图4e)[11-12]。结果表明,条带和基质中的流体轻、重组分分布不均匀(图4f),流体在泥质条带中生成后,沿硅质条带运移,因此推断硅质条带可能是有机质的运移通道之一。

有机质丰度(TOC)反映了泥页岩中有机质富集程度,是油气形成的物质基础[13]。以Eh3Ⅲ取心264 m的YYY1井为例,其取心段覆盖了Eh3Ⅲ中段和Eh3Ⅲ下段,烃源岩有机质丰度大于2%,有机质类型以Ⅰ和Ⅱ1型为主,岩石中游离烃含量为1.07～9.08 mg/g,平均为2.44 mg/g,烃源岩品质较好;镜质体反射率(Ro)由0.7%升高至0.9%,热演化程度与埋深呈正相关;热解峰值温度(Tmax)基本恒定在440～450 ℃左右,但在2 770～2 810 m开始出现Tmax低值现象,对照该井地球化学分析数据来看,Tmax低值点多数是S1含量相对较高的泥页岩或粉砂质泥岩,在该深度段中显示出较好的含油性特征;S1/(S1+S2)由15%升高至64%;氢指数(HI)由顶部2 688.5 m的418 mgHC/gTOC降为2 852.63 m的120 mgHC/gTOC,说明目的层系生烃潜力大;HI自上至下降低了298 mgHC/gTOC,说明有机碳大致转化生烃298 mg/g;而S1/TOC稳定在180 mgHC/gTOC,说明有约180 mg烃类赋存在泥页岩层的储集空间,相差的118 mg烃类则可能赋存在临近的非源岩层系。统计Eh3Ⅲ段不同类型的样品发现,钙质页岩的S1平均为3.02 mg/g,砂岩的S1平均值为1.33 mg/g,层状-纹层状泥页岩的S1平均为2.55 mg/g,块状泥岩的S1约为1.81 mg/g。砂岩类样品的含油饱和度指数(OSI)均在100 mg/gTOC以上,钙质页岩样品的OSI平均为96.42 mg/gTOC,层状-纹层状泥页岩的OSI平均为153.22 mg/gTOC,块状泥岩的OSI平均为114.19 mg/gTOC。综合对Eh3Ⅲ中下段典型样品的储层特征和含油性分析认为泌阳凹陷Eh3Ⅲ中下段泥页岩层系中不同岩性均具有一定的储集性能,除砂岩-粉砂岩夹层外,层状-纹层状泥页岩类的含油性特征较好(图5)。

图5 YYY1井单井热解地球化学剖面

4 结论

1)泌阳凹陷Eh3Ⅲ页岩层泥页岩类样品孔、渗性能相对较差。岩层中发育的粒间孔、晶间孔及微裂缝可能是页岩油气赋存的主要储集空间。

2)综合荧光薄片、激光共聚焦显微镜分析认为,烃类经历了生排烃作用后,部分烃类顺微裂缝赋存,硅质条带中烃类赋存较为明显,表明硅质条带可能是有机质的运移通道之一。

3)泌阳凹陷Eh3Ⅲ泥页岩层系中的层状-纹层状泥页岩的含油饱和度指数普遍分布在73.2～211.8 mg/gTOC之间,平均为153.22 mg/gTOC,表明该层段中的层状-纹层状泥页岩具有较好的含油性特征。