东濮凹陷古近系沙河街组页岩油储层岩石学及微观孔隙结构特征

doi:10.13745/j.esf.sf.2022.10.15

地学前缘 ›› 2023, Vol. 30 ›› Issue (4): 128-141.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.10.15

东濮凹陷古近系沙河街组页岩油储层岩石学及微观孔隙结构特征

彭君¹(), 孙宁亮²^,^*(), 鹿坤³, 徐云龙¹, 陈发亮¹

1.中国石化中原油田分公司勘探开发研究院, 河南濮阳 457001
2.东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室资源与土木工程学院, 辽宁沈阳 110819
3.河南城建学院, 河南平顶山 467041

收稿日期:2022-08-05 修回日期:2022-09-30 出版日期:2023-07-25 发布日期:2023-07-07
通讯作者: *孙宁亮(1987—), 男, 博士,主要从事非常规油气地质研究工作。E⁃mail: sunningliangll@163.com
作者简介:彭君(1970-),男,高级工程师,博士,主要从事油气勘探与开发方面研究工作。E-mail: 157516239@qq.com
基金资助:
国家科技重大专项课题“东濮凹陷油气富集规律与增储领域”(2016ZX05006-004)

Shale oil reservoir of the Palaeogene Shahejie Formation in the Dongpu Sag: Petrology and pore microstructural characteristics

PENG Jun¹(), SUN Ningliang²^,^*(), LU Kun³, XU Yunlong¹, CHEN Faliang¹

1. Exploration and Development Research Institute, Zhongyuan Oilfield Company, SINOPEC, Puyang 457001, China
2. School of Resources and Civil Engineering, Key Laboratory of Ministry of Education on Safe Mining of Deep Metal Mines, Northeastern University, Shenyang 110819, China
3. Henan University of Urban Construction, Pingdingshan 467041, China

Received:2022-08-05 Revised:2022-09-30 Online:2023-07-25 Published:2023-07-07

摘要/Abstract

摘要：

泥页岩的岩石学及微观孔隙结构特征是评价页岩油气储集性能的关键指标。通过岩心观察、薄片鉴定、扫描电镜、压汞-液氮吸附联合测定及微米CT三维重构等实验分析,对东濮凹陷沙河街组页岩油储层的岩石学特征、岩相类型、孔缝类型、孔喉分布及含油性特征等进行研究。实验分析结果表明,东濮页岩油储层矿物组分主要为黏土矿物、碳酸盐矿物,含有少量长英质矿物,主要的岩相类型包括纹层状灰岩相、纹层状黏土岩相、纹层状灰质细粒混合岩相、纹层状黏土质细粒混合岩相、块状黏土岩相和块状白云岩相;储集空间包括晶间孔、粒内溶蚀孔、黏土矿物晶间孔及有机质孔,微裂缝可分为成岩缝和构造缝,纹层状灰岩相和纹层状灰质细粒混合岩相的储集空间类型多样,储集空间相对较大。岩相和层理构造是影响储层孔隙发育及优劣的重要因素,纹层状灰质细粒混合岩、纹层状灰岩相及纹层状黏土质细粒混合相孔隙尺寸大,孔喉连通性较好,裂缝较为发育,同时具有好的含油性及可动性,其中以纹层状灰岩相最优,它们是东濮凹陷页岩油重点勘探对象。

关键词: 页岩油, 细粒沉积岩, 岩石学特征, 微观储层, 东濮凹陷

Abstract:

Shale petrology and pore microstructures are key performance evaluation indicators for shale oil and gas reservoirs. In this study, the petrological and oil compositional characteristics of shale oil reservoir and reservoir lithofacies types, pore/fracture types and pore-throat distribution in the Shahejie Formation in the Dongpu Sag are investigated by core observation, thin section analysis, scanning electron microscopy, mercury injection-liquid nitrogen adsorption and microCT-guided 3D reconstruction methods. Results show that the shale oil reservoir contains mainly clay and carbonate minerals and some felsic minerals. The main lithofacies includes laminated limestone/clay stone/calcareous fine-grained mixed rocks/argillaceous fine-grained mixed rocks, and massive clay stone/dolomite. The reservoir pore space is mainly provided by a combination of intergranular/intragranular dissolution/clay mineral intergranular/organic pores. The microfractures can be divides into diagenetic and tectonic fractures, and the laminated limestone/calcareous fine-grained mixed rocks developed various high porosity pore spaces. Lithofacies and bedding structure are important factors influencing pore development and pore quality. Laminated rocks, except clay stone, possess large pore space and show good pore connectivity, relatively developed microfractures and high oil content and mobility, and laminated limestone is the most favorable lithofacies. These rocks are key shale oil exploration targets in the Dongpu Sag.

Key words: shale oil, fine-grained sedimentary rock, petrological characteristics, microscopic reservoir, Dongpu Sag

中图分类号:

彭君, 孙宁亮, 鹿坤, 徐云龙, 陈发亮. 东濮凹陷古近系沙河街组页岩油储层岩石学及微观孔隙结构特征[J]. 地学前缘, 2023, 30(4): 128-141.

PENG Jun, SUN Ningliang, LU Kun, XU Yunlong, CHEN Faliang. Shale oil reservoir of the Palaeogene Shahejie Formation in the Dongpu Sag: Petrology and pore microstructural characteristics[J]. Earth Science Frontiers, 2023, 30(4): 128-141.

图/表 12

图1 东濮凹陷构造位置及构造单元划分 A-渤海湾盆地位置;B-渤海湾盆地构造简图;C-东濮凹陷构造单元划分及井位分布。

Fig.1 Regional structural map and tectonic units of the Dongpu Sag

图2 古近系沙河街组地层综合柱状图

Fig.2 Schematic stratigraphic column of the Palaeogene Shahejie Formation

图3 东濮凹陷沙四上-沙三下亚段细粒沉积岩岩相类型三角图

Fig.3 Lithofacies classification diagram for fine-grained sedimentary rocks in the upper 3rd and lower 4th members of the Dongpu Sag

图4 东濮凹陷沙河街组细粒沉积岩主要的岩相类型 A-深灰色纹层状灰岩相,V456井,3 839.97 m;B-重结晶碳酸盐纹层、富有机质黏土纹层及隐晶状碳酸盐纹层互层,V456井,3 839.97 m,正交光;C-重结晶方解石呈短柱状,垂直纹层生长,V456井,3 839.97 m,扫描电镜;D-深灰色块状黏土岩,V456井,3 827.20 m;E-块状黏土岩,富含有机质,V456井,3 827.20 m,正交光;F-块状黏土岩,见斑状富有机质黏土及微裂缝,V456井,3 827.20 m,单片光;G-深灰色块状云质细粒混合岩,V456井,3 814.12 m;H-云质细粒混合岩,富含有机质,V456井,3 814.12 m,正交光;I-云质细粒混合岩,见微晶白云岩,V456井,3 814.12 m,单片光。

Fig.4 Main lithofacies types of fine-grained sedimentary rocks of the Shahejie Formation

图5 东濮凹陷V456井沙河街组沙四上亚段岩心综合柱状图

Fig.5 Core-based comprehensive stratigraphic column of lower 4th member of the Shahejie Formation of well V456

图6 东濮凹陷沙河街组不同岩相页岩油储层主要的孔隙类型 A-深灰色纹层状灰岩,碳酸盐矿物重结晶晶间孔及层间缝充满沥青, V456, 3 831.96 m,单偏光;B-深灰色纹层状灰质细粒混合岩,碳酸盐重结晶晶间孔充满沥青,激光拉曼图,V456, 3 840.11 m; C-图B中沥青的激光拉曼图谱,V456, 3 840.11 m;D-深灰色纹层状灰质细粒混合岩,颗粒之间微孔,其中充填少量有机质,V79-8, 3 421.03 m;E-深灰色纹层状黏土岩,颗粒与黏土矿物之间微孔隙,V79-8, 3 430.46 m;F-深灰色纹层状黏土岩,草莓状、斑块状黄铁矿与黏土矿物之间晶间孔,V79-8, 3 430.46 m;G-深灰色层状黏土岩,伊蒙混层晶间孔隙,B5, 3 434.75 m;H-深灰色纹层状灰质细粒混合岩,草莓状黄铁矿粒内晶间孔,V79-8, 3 421.03 m;I-深灰色层状粉砂岩,钾长石内部微裂缝及少量溶蚀孔隙,V311, 3 608.05 m;J-深灰色块状白云岩,石膏层间缝,V311, 3 621.8 m;K-深灰色纹层状灰质细粒混合岩,层内有机质孔,小于2 μm,V79-8, 3 357.7 m;L-深灰色纹层状灰岩,有机质内发育微裂缝及有机质孔,V79-8,3 403.83 m。

Fig.6 Lithofacies-dependent main pore types in shale oil reservoir of the Shahejie Formation

图7 东濮凹陷沙河街组不同岩相页岩油储层微裂缝类型 A-方解石充填垂直缝、斜交缝,深灰色块状白云岩,V456井,3 824.34 m;B-构造微裂缝,被方解石充填,深灰色块状云质细粒混合岩,B5井,3 366.90 m;C-垂直裂缝与层间水平缝,水平缝中充填柱条状石膏,深灰色块状黏土岩,B5井,3 478.7 m;D-层间缝,深灰色纹层状白云岩,V456井,3 841.78 m,单片光;E-柱状方解石纹层与黏土之间层间裂缝,深灰色纹层状灰质细粒混合岩相,V456, 3 825.97 m;F-钙质纹层与黏土纹层之间的层间缝,深灰色纹层状灰质细粒混合岩,V79-8, 3 357.7 m。

Fig.7 Lithofacies-dependent micro-fracture types in the Shahejie shale oil reservoir

图8 东濮凹陷沙河街组不用岩相页岩油储层全孔径分布特征 A、B-深灰色纹层状灰岩相,V79-8井, 3 358.6 m;C、D-深灰色纹层状黏土质细粒混合岩,B5井,3 352.1 m;E、F-深灰色纹层状黏土岩相,V79-8井, 3 430.46 m;G、H-深灰色块状白云岩相,V311井, 3 610.45 m。

Fig.8 Lithofacies-dependent pore diameter distribution characteristics in the Shahejie shale oil reservoir

图9 东濮凹陷沙河街组不同岩相页岩油储层微米CT三维重构图 A、B-深灰色纹层状灰岩相,P153,3 873.75 m; C、D-深灰色块状黏土岩相,P97,3 183.8 m;E、F-深灰色纹层状灰质细粒混合岩,Q5井,3 085.93 m。其中A、C、E为切片照片,B、D、F中不同颜色表示不同孔隙(含有机质)团簇。

Fig.9 Thin sections (A, C, E) and 3D models (by MicroCT-guided 3D reconstruction) (B, D, F) of three shale samples with different lithofacies from the Shahejie shale oil reservoir

图10 东濮凹陷沙河街组不同岩相页岩油储层S1与TOC关系

Fig.10 Relationship between S1 and TOC in shale samples with different lithofacies

图11 东濮凹陷沙河街组不同沉积构造页岩油储层TOC与OSI关系

Fig.11 Relationship between TOC and OSI in shale samples with different lithofacies

图12 东濮凹陷沙河街组页岩油赋存状态 A-纹层状泥质灰岩中方解石晶间孔充填薄膜状游离态原油,V69井,3 555.98 m;B-层状云质泥岩汇总白云石颗粒间的薄膜状原油,V69井,3 557.48 m;C-纹层状灰岩相,裂缝中充填沥青,PS7井,3 560.47 m;D-纹层状灰岩相,有机质与黏土矿物混杂,呈分散状,主要发淡蓝色荧光,少量发橘黄色,部分裂缝中充填有机质,发橘黄色荧光,V79-1井,3 349.0m;E-层状黏土质细粒混合岩,有机质发淡黄色荧光,V79-1井,3 333.77 m;F-块状黏土质细粒混合岩,有机质发淡黄色荧光,V79-1井,3 353.44 m。

Fig.12 Shale oil occurrence types in the Shahejie Formation in the Dongpu Sag

参考文献 37

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Shale oil reservoir of the Palaeogene Shahejie Formation in the Dongpu Sag: Petrology and pore microstructural characteristics

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