鄂尔多斯盆地西北缘海相页岩裂缝孔隙发育特征与页岩气富集模式:以奥陶系乌拉力克组为例

doi:10.13745/j.esf.sf.2023.6.14

地学前缘 ›› 2024, Vol. 31 ›› Issue (5): 46-60.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.6.14

鄂尔多斯盆地西北缘海相页岩裂缝孔隙发育特征与页岩气富集模式:以奥陶系乌拉力克组为例

陈如彪¹(), 王玉满¹^,^*(), 黄正良², 李维岭³, 闫伟², 梁峰¹, 郭玮²

1.中国石油勘探开发研究院, 北京 100083
2.中国石油长庆油田公司勘探开发研究院, 陕西西安 710018
3.中国石油杭州地质研究院, 浙江杭州 310023

收稿日期:2023-11-15 修回日期:2024-03-27 出版日期:2024-09-25 发布日期:2024-10-11
通信作者: * 王玉满(1968—),男,高级工程师,主要从事沉积储层与非常规油气地质研究工作。E-mail: wangyuman@petrochina.com.cn
作者简介:陈如彪(2001—),男,硕士研究生,主要从事页岩气地质勘探与研究工作。E-mail: dbdxzccrb@sina.com
基金资助:
中国石油科技项目“海相页岩气勘探开发技术研究”(2021DJ1904);浙江油田公司勘探项目“大安探区茅一段气藏试采评价与先导试验部署方案”(2023-839);中国石油科技项目“页岩气新层系新类型储层沉积过程与分布规律研究”(2024DJ87)

Fracture pore characteristics and gas accumulation model of marine shales in the northwestern Ordos Basin: A case study of the Ordovician Wulalike Formation

CHEN Rubiao¹(), WANG Yuman¹^,^*(), HUANG Zhengliang², LI Weiling³, YAN Wei², LIANG Feng¹, GUO Wei²

1. Research Institute of Petroleum Exploration and Development, PetroChina, Beijing 100083, China
2. Institute of Exploration and Development, Changqing Oilfield Company, PetroChina, Xi’an 710018, China
3. PetroChina Hangzhou Research Institute of Geology, Hangzhou 310023, China

Received:2023-11-15 Revised:2024-03-27 Online:2024-09-25 Published:2024-10-11

摘要/Abstract

摘要：

鄂尔多斯盆地西北缘奥陶系乌拉力克组是华北板块页岩气勘探的新领域,其成藏条件和富集特征与中国南方海相页岩气田差异较大。本文以钻井岩心、测井和分析测试等地质资料为基础,重点开展乌拉力克组裂缝发育特征研究,探索西北缘海相页岩气聚集模式,并获得4点认识:(1)乌拉力克组受多种沉积微相控制,发育硅质页岩、钙质硅质混合页岩和黏土质硅质混合页岩,局部为碳酸盐岩(主要为角砾灰岩、泥灰岩)和钙质页岩,在不同区块岩相组合差异大,但下段整体富含硅质,脆性与龙马溪组下段相近,在前陆冲断席分布区有利于储层造缝;(2)乌拉力克组发育高角度充填缝和低角度顺层缝等两期裂缝,但以开启状顺层微-小裂缝为主,且南段较北段发育;(3)乌拉力克组下段总孔隙度一般为2.46%~7.08%,与四川盆地龙马溪组基本接近,其中基质孔隙度占比为34.0%~90.0%(平均61.1%),裂缝孔隙度占比为10.0%~66.0%(平均38.9%);(4)乌拉力克组天然气赋存以游离气为主(占比超过64%),在本层无机孔隙和顺层缝系统中存在初次运移和二次运移。综合分析认为,受裂缝发育程度影响,马家滩-上海庙探区主体为受构造控制的裂缝型页岩气聚集区,裂缝发育期与生气高峰期同步,有利于天然气在乌拉力克组内高效聚集成藏;铁克苏庙区块则为混合型页岩气聚集区。

关键词: 鄂尔多斯盆地, 西北缘, 奥陶系, 乌拉力克组, 裂缝孔隙度, 裂缝型页岩气聚集

Abstract:

The Ordovician Wulalike Formation in the northwestern margin of the Ordos Basin is a new prospect for exploring shale gas in the North China plate. Its accumulation conditions and enrichment characteristics are quite different from that of marine shale gas fields in South China. Based on geological data such as drilling cores, logging, laboratory analysis and testing, focusing on the fracture characteristics of the Wulalike Formation, this article explores the accumulation model of marine shale gas in the northwestern margin and obtain four conclusions: (1) The Wulalike Formation, under the control of various sedimentary microfacies, develops siliceous shale, calcareous-siliceous and argillaceous-siliceous mixed shale, localized carbonate rocks (mainly brecciated limestone and marl) and calcareous shale, with large variations in lithofacies combinations in different blocks. However, the lower interval is generally rich in siliceous and exhibits similar brittleness to the lower interval of the Longmaxi Formation, which is beneficial for reservoir fracturing in the foreland thrust belt distribution zone. (2) The Wulalike Formation develops two generations of fractures: high-angle filled fractures and low-angle bedding fractures. Whilst the predominant type is the open bedding microfractures, which is more developed in the southern block compared to the northern block. (3) The lower interval of the Wulalike Formation generally has a total porosity between 2.46%-7.08%, similar to the Longmaxi Formation in the Sichuan basin, with matrix porosity accounting for 34.0%-90.0% (average 61.1%) and fracture porosity 10.0%-66.0% (average 38.9%). (4) Natural gas is mainly stored as free gas (accounting for over 64%), where primary and secondary intralayer migration occurs in inorganic pores and bedding fracture system. According to comprehensive analysis, the Majiatan-Shanghaimiao exploration area is mainly a fractured shale gas accumulation area controlled by structures. The fracture development period is synchronized with the peak gas generation period, which is conducive to the efficient accumulation of natural gas in the Wulalike Formation. The Tiekesumiao Block is a mixed shale gas reservoir.

Key words: Ordos Basin, northwestern margin, Ordovician, Wulalike Formation, fracture porosity, fractured shale gas accumulation

中图分类号:

P618.130.2

陈如彪, 王玉满, 黄正良, 李维岭, 闫伟, 梁峰, 郭玮. 鄂尔多斯盆地西北缘海相页岩裂缝孔隙发育特征与页岩气富集模式:以奥陶系乌拉力克组为例[J]. 地学前缘, 2024, 31(5): 46-60.

CHEN Rubiao, WANG Yuman, HUANG Zhengliang, LI Weiling, YAN Wei, LIANG Feng, GUO Wei. Fracture pore characteristics and gas accumulation model of marine shales in the northwestern Ordos Basin: A case study of the Ordovician Wulalike Formation[J]. Earth Science Frontiers, 2024, 31(5): 46-60.

图/表 17

图1 鄂尔多斯盆地构造单元分布(据文献[1⇓-3]修改)

Fig.1 Distribution of tectonic units in the Ordos Basin. Modified after [1⇓-3].

图2 鄂尔多斯盆地西北缘李105井乌拉力克组综合柱状图(引自文献[12]) 注:三矿物脆性指数即为石英、白云石和黄铁矿占岩石矿物总量的百分比,下同。

Fig.2 Composite colomn diagram for the Wulalike Formation in Well L105 in northwestern Ordos Basin. Adapted from [12]. The tri-mineral brittleness index refers to the percentage of quartz, dolomite, and pyrite in the total mineral content of rock.

图3 马家滩-大水坑区块乌拉力克组岩相划分图(引自文献[13]) a—李105井;b—忠平1。注:依据海相页岩三端员法岩相分类方案:① 硅质页岩;② 黏土质页岩;③ 钙质页岩;④ 黏土质硅质混合页岩;⑤ 黏土质钙质混合页岩;⑥ 钙质硅质混合页岩;⑦ 硅质岩;⑧ 黏土岩;⑨ 石灰(白云)岩。

Fig.3 Lithofacies division of the Wulalike Formation in the Majiatan-Dashuikeng Block. Adapted from [13]. Marine shale lithofacies types: ① siliceous shale; ② argillaceous shale; ③ calcareous shale;④ argillaceous-siliceous mixed shale; ⑤ argillaceous-calcareous mixed shale;⑥ calcareous-siliceous mixed shale; ⑦ chert; ⑧ claystone; ⑨ limestone (dolomite).

图4 马家滩区块忠平1井乌拉力克组岩心与岩石薄片照片 a—4 273.73 m岩心,灰黑色硅质页岩,见水平纹层和顺层缝,TOC含量为0.86%;b—4 273.61 m薄片,硅质页岩,纹层发育,见大量放射虫颗粒(亮色)呈星点状分布;c—4 250.56 m岩心,灰黑色钙质硅质混合页岩,断面见笔石,TOC含量为0.88%;d—4 250.34 m薄片,见放射虫颗粒(亮色)呈星点状分布;e—4 236.36 m岩心,灰黑色钙质硅质混合页岩,见大量水平纹层和钙质条带,TOC含量为0.72%;f—4 236.63 m薄片,纹层发育,见放射虫颗粒(亮色);g—4 221.99 m岩心,灰色黏土质硅质混合页岩,纹层发育,TOC含量为0.09%;h—4 221.99 m薄片,见水平纹层,亮色颗粒为石英、方解石,显次菱角状;i—4 170.07 m岩心,浅灰色黏土质钙质混合页岩,纹层发育,TOC含量为0.42%;j—4 169.97 m薄片,见水平纹层,亮色颗粒为石英、方解石,显次菱角状。

Fig.4 Photos and thin sections of rock samples from the Wulalike Formation in Well Zhongping 1, Majiatan Block

图5 西北缘乌拉力克组TOC与Mo含量关系图版

Fig.5 Relationship between total carbon (TOC) and Mo contents in the study area

图6 鄂尔多斯盆地西北缘乌拉力克组岩心产出状态 a—忠15井4 232~4 236 m,岩心断裂严重,单块厚1~11 cm,显示原位顺层缝较发育;b—棋探12井5 048~5 052 m,岩心较整装,单块厚一般4~24 cm,显示原位顺层裂缝欠发育;c—忠15井4 241.05 m,岩心剖面,见2条高角度充填缝(方解石充填,白色箭头所示)和大量未充填顺层缝(黄色箭头所示);d—忠15井4 241.05 m,岩心裂缝素描;e—棋探12井5 064.10 m 岩心剖面,见少量顺层缝(箭头所示),未充填;f—棋探12井5 064.10 m,岩心裂缝素描。

Fig.6 Core production status of the study area

图7 李105井乌拉力克组下段镜下裂缝发育特征 a—4 247.55 m,顺层缝,宽0.01~0.015 mm,部分被方沸石充填;b—4 256.65 m,顺层缝为主,宽0.02~0.15 mm,大部分未充填;c—4 261.45 mm,见2条顺层缝,单条宽0.01~0.4 mm,部分被方沸石充填;d—4 267.65 m,见顺层缝,宽0.01~0.1 mm,部分被方沸石充填;e—4 274.67 m,顺层缝,宽0.01 mm,部分被方解石充填;f—4 275.82 m,顺层缝为主,宽约0.01 mm,大部分被方沸石充填;g—4 281.63 m,层理、层间缝,宽约0.2 mm,大部分被方沸石充填;h—4 287.3 m,见2条顺层缝,宽约0.01 mm,大部分被方沸石充填。

Fig.7 Microscopic characteristics of fractures in the Lower Wulalike Formation in Well L105

图8 李105井乌拉力克组下段镜下裂缝充填状况统计 a—40个薄片样(35个页岩样,5个灰岩样),共发现134条微裂缝;b—35个页岩薄片样,共发现107条微裂缝,98%以上为未充填、半充填。

Fig.8 Microscopic observation of facture filling status of the Lower Wulalike Formation in Well 105

图9 乌拉力克组深浅电阻率双轨段泥浆侵入模式图

Fig.9 Diagram of intrusion patterns of mud invasion in the dual-track section of deep and shallow resistivity of the Wulalike Formation

图10 李105井乌拉力克组下段孔隙度构成图 a—基质孔隙度(核磁法)与裂缝孔隙度(双轨法);b—基质孔隙度与裂缝孔隙度占比。

Fig.10 Porosity depth profiling of the Lower Wulalike Formation in Well L105

图11 常压型海相页岩含气量与TOC含量关系图版

Fig.11 Relationship between gas content and TOC in normal-pressure marine shale

图12 乌拉力克组页岩气聚集模式

Fig.12 Shale gas accumulation model for the Wulalike Formation

表1 页岩气聚集类型划分标准(据文献[13⇓⇓⇓⇓⇓⇓-20]修改)

Table 1 Classification criteria for shale gas accumulation types. Modified after [13⇓⇓⇓⇓⇓⇓-20].

气藏类型	裂缝孔隙度/%	对应划分方案	实例
基质孔隙型页岩气聚集	<0.2	连续型页岩气聚集^[19-20]	长宁、威远、昭通、泸州、正安[龙马溪组,测试产量(2~4)×10⁴ m³/d]、彭水、Barnett等气田
裂缝型页岩气聚集	>0.5	构造型页岩气聚集^[19-20]	涪陵、Woodford、Marcellus、Haynesville、马家滩-上海庙(O₂w,忠平1井初试产量26.48×10⁴ m³/d)
混合型页岩气聚集	0.2~0.5		铁克苏庙(O₂w,棋探10井初试产量10.19×10⁴ m³/d)

图13 鄂尔多斯盆地西北缘乌拉力克组页岩气聚集模式(据文献[14]修改)

Fig.13 Shale gas accumulation model for the study area. Modified after [14].

图14 马家滩-大水坑地区页岩气藏剖面 a—马家滩区块;b—古峰庄斜坡带。

Fig.14 Profiles of shale gas reservoirs in the Majiatan-Dashuikeng area

图15 忠15井乌拉力克组下段高角度充填缝盐水包裹体 a—方解石晶粒裂纹中的盐水包裹体,呈串珠状;b—盐水包裹体均一温度分布。

Fig.15 Brine inclusions in high-angle filled fractures in the Lower Wulalike Formation in Well Zhong 15

图16 惠平1井区埋藏史图

Fig.16 Burial history diagram for Well Huiping 1

参考文献 21

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鄂尔多斯盆地西北缘海相页岩裂缝孔隙发育特征与页岩气富集模式:以奥陶系乌拉力克组为例

Fracture pore characteristics and gas accumulation model of marine shales in the northwestern Ordos Basin: A case study of the Ordovician Wulalike Formation

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