苏北盆地高邮凹陷阜二段页岩天然裂缝发育特征及其对页岩油富集和保存的影响

doi:10.13745/j.esf.sf.2024.6.17

地学前缘 ›› 2024, Vol. 31 ›› Issue (5): 61-74.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.6.17

苏北盆地高邮凹陷阜二段页岩天然裂缝发育特征及其对页岩油富集和保存的影响

孙雅雄¹^,²(), 梁兵¹, 邱旭明¹, 段宏亮¹, 付茜¹, 周进峰¹, 刘世丽¹, 仇永峰¹, 胡慧婷², 巩磊²^,^*()

1.中国石油化工股份有限公司江苏油田分公司, 江苏扬州 225009
2.东北石油大学地球科学学院, 黑龙江大庆 163318

收稿日期:2023-11-15 修回日期:2024-05-27 出版日期:2024-09-25 发布日期:2024-10-11
通信作者: * 巩磊(1985—),男,教授,博士生导师,主要从事非常规油气储层裂缝表征与评价研究工作。E-mail: kcgonglei@foxmail.com
作者简介:孙雅雄(1993—),男,博士,副研究员,主要从事非常规油气地质理论与评价研究工作。E-mail: sunyaxiong2015@163.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(42072155);中国石油化工股份有限公司科技开发部项目(P21113);中国石油化工股份有限公司科技开发部项目(P23189);中国石油化工股份有限公司科技开发部项目(P24207);中国石化江苏油田分公司科研课题(JD22002);中国石化江苏油田分公司科研课题(JS24038);江苏省卓越博士后计划项目

Characteristics of natural fractures and its influence on shale oil enrichment and preservation in Member 2 of Funing Formation in Gaoyou sag, Subei Basin

SUN Yaxiong¹^,²(), LIANG Bing¹, QIU Xuming¹, DUAN Hongliang¹, FU Qian¹, ZHOU Jinfeng¹, LIU Shili¹, QIU Yongfeng¹, HU Huiting², GONG Lei²^,^*()

1. Sinopec Jiangsu Oilfield Company, Yangzhou 225009, China
2. College of Geosciences, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China

Received:2023-11-15 Revised:2024-05-27 Online:2024-09-25 Published:2024-10-11

摘要/Abstract

摘要：

苏北盆地高邮凹陷古近系阜宁组二段(阜二段)页岩油勘探获得重大突破,是下一步增储上产的重要领域。页岩层系中天然裂缝发育复杂,其对页岩油富集和保存的影响认识不清,制约了下一步勘探部署。综合来自HY1、H101、HY7、S85X等井的岩心、录井、测井和镜下薄片、扫描电镜、大视域扫描电镜拼接(Maps)、微区矿物扫描(Qemscan)、冷冻岩心有机地球化学分析等资料,结合HY1HF、HY3HF等井的生产动态资料,系统分析了阜二段页岩层系中天然裂缝发育特征,进一步揭示了不同类型天然裂缝对页岩油富集和保存的影响。结果表明,阜二段页岩层系主要发育穿层构造裂缝和层控构造裂缝,以及层理缝和收缩缝等非构造裂缝。其中,穿层构造裂缝发育程度与岩性及构造部位密切相关;层控构造裂缝主要发育在白云石条带、砂质/白云质混合条带和顺层方解石脉等脆性层;层理缝主要为异常高压成因,发育集中在阜二段中下部Ⅲ~Ⅴ亚段。层理缝与顺层方解石脉、白云石条带和砂质/白云质混合条带中发育的层控构造-溶蚀缝洞既是页岩油的有利储集空间,也是高效渗流通道,有利于页岩油富集;穿层构造裂缝有效性较好,相对于页岩的基质更为富集页岩油(S₁),但其纵横向连通性较好,因而也是页岩油逸散的高效通道,对阜二段Ⅴ亚段“Ⅴ下”甜点层保存条件不利,对Ⅳ亚段甜点层影响较小,平面上与断层距离越小,断层规模越大,构造裂缝越发育且越不利于页岩油保存。

关键词: 天然裂缝, 页岩油, 富集和保存, 阜二段, 高邮凹陷, 苏北盆地

Abstract:

Significant breakthrough has been made in shale oil exploration in Member 2 of the Funing Formation in Gaoyou sag, Subei Basin, a key area for increasing petroleum reserve and production. The advancement of shale oil exploration in the study area, however, is hindered by a lack of understanding of the complex fracture system and its impact on shale oil enrichment and preservation. In this contribution, we systematically analyze the characteristics of nature fractures using core logging, thin section, scanning electron microscopy, and Maps and Qemscan methods; the impact of fracture types on shale oil enrichment and preservation are further revealed through organogeochemical analysis of frozen cores, combined with well production data. Structural fractures such as layer-perpendicular and layer-controlled fractures are widely developed in shales of Mmember 2 of the Funing Formation, as well as nonstructural fractures such as bedding fractures and compression fractures. The development of layer-perpendicular fractures is controlled by lithology and structural location, while layer-controlled fractures mainly develop in brittle layers such as dolomite bands, sand/dolomite mixed bands, and bedding calcite veins. The bedding fractures are mainly caused by abnormal high pressure and are concentrated in the middle and lower parts of the study area. The bedding factures and the layer-controlled fractures and caves are conducive to shale oil enrichment, as they are not only favorable storage spaces but also efficient flow channels. Layer-perpendicular fractures show higher effectiveness of shale oil (S₁) enrichment compared to shale matrix; however, they can also be efficient oil seepage channels due to vertical and horizontal connectivity. This causes unfavorable preservation condition at the sweet spot “lower Ⅴ” in subsegment Ⅴ, but has less impact on subsegment Ⅳ. In general, the smaller the planar distance from the fault and the larger the fault scale is, the more developed and unfavorable the structural fractures are for shale oil preservation.

Key words: natural fractures, shale oil, enrichment and preservation, Member 2 of Funing Formation, Gaoyou sag, Subei Basin

中图分类号:

孙雅雄, 梁兵, 邱旭明, 段宏亮, 付茜, 周进峰, 刘世丽, 仇永峰, 胡慧婷, 巩磊. 苏北盆地高邮凹陷阜二段页岩天然裂缝发育特征及其对页岩油富集和保存的影响[J]. 地学前缘, 2024, 31(5): 61-74.

SUN Yaxiong, LIANG Bing, QIU Xuming, DUAN Hongliang, FU Qian, ZHOU Jinfeng, LIU Shili, QIU Yongfeng, HU Huiting, GONG Lei. Characteristics of natural fractures and its influence on shale oil enrichment and preservation in Member 2 of Funing Formation in Gaoyou sag, Subei Basin[J]. Earth Science Frontiers, 2024, 31(5): 61-74.

图/表 13

图1 高邮凹陷阜二段页岩厚度、TOC含量和Ro分布特征

Fig.1 Distribution of shale thickness, TOC content and Ro value in Member 2 of Funing Formation in Gaoyou sag

图2 高邮凹陷阜二段综合地层特征

Fig.2 Comprehensive stratigraphic colunm diagram of the study area

图3 高邮凹陷阜二段3口井成像测井解释构造裂缝密度 a—高邮凹陷花庄有利区井位分布图;b—HY1井阜二段各小层成像测井解释裂缝密度;c—H101井阜二段各小层成像测井解释裂缝密度;d—HY7井阜二段各小层成像测井解释裂缝密度。

Fig.3 Image logging interpretation of fracture density in three wells

图4 高邮凹陷阜二段岩心构造裂缝发育特征 a—穿层剪切缝,倾角80°,未充填,HY7井,E1f2,3 974.20 m;b—穿层剪切缝,倾角70°,未充填,S85X井,E1f2,3 651.10 m;c—穿层张性缝,倾角70°,未充填,缝面含油,HY1井,E1f2,3 663.75 m;d—白云石条带、层控构造-溶蚀缝洞,HY1井,E1f2,3 702.60 m;e—数字图像技术,视域为图4d黄色线框;f—砂质/白云质混合条带,层控构造-溶蚀缝洞,HY1井,E1f2,3 585.31 m;g—数字图像技术,视域为图4f黄色线框。

Fig.4 Characteristics of structural fractures in core specimens

图5 高邮凹陷阜二段岩心非构造裂缝发育特征 a—层理缝,HY1井,E1f2,3 483.39 m;b—层理缝、顺层方解石脉含油,HY1井,E1f2,3 683.18 m;c—层理缝含油,图5b箭头部位的横截面;d—顺层方解石脉,HY1井,E1f2,3 683.48 m。

Fig.5 Characteristics of nonstructural fractures in core specimens

图6 高邮凹陷阜二段微观裂缝发育特征 a—层理缝,H101井,E1f2,3 848.52 m;b—层理缝,H101井,E1f2,3 731.15 m;c—层理缝含油,激光共聚焦显微镜,与图4b同视域;d—顺层方解石脉,HY1井,E1f2,3 683.48 m;e—方解石脉体,透射光,HY1井,E1f2,3 683.48 m;f—方解石脉体,荧光,与图4e同视域;g—黏土矿物收缩缝,H101井,E1f2,3 831.11 m;h—有机质收缩缝,H101井,E1f2,3 718.20 m;g—有机质收缩缝,HY1井,E1f2,3 707.80 m。

Fig.6 Characteristics of microfractures

图7 层理缝发育主控因素 a—层理缝发育密度与黏土矿物关系;b—层理缝发育密度与TOC含量关系;c—层理缝发育密度与异常高压关系。

Fig.7 Main controlling factors for the development of bedding fractures

图8 高邮凹陷阜二段构造裂缝特征参数 a—HY1、H101和HY7井成像测井解释的构造裂缝开度数据;b—HY1、H101和HY7井成像测井解释的构造裂缝孔隙度数据;c—HY7井成像测井解释的构造裂缝数据与核磁测井解释的有效孔隙度;d—HY7井阜二段各小层平均裂缝密度与气测全烃含量关系。

Fig.8 Characteristic parameters for structural fractures

图9 高邮凹陷HY3HF井各压裂段产油贡献率

Fig.9 Share of oil production by each fracturing section of well HY3HF

图10 高邮凹陷阜二段顺层方解石脉及其微观结构 a—HY1井阜二段Ⅴ-7小层,3 683 m,顺层方解石脉与黏土质纹层;b—顺层方解石脉与黏土质纹层Maps图像,视域见图10a;c—顺层方解石脉体扫描电镜图像,视域见图10b;d—黏土质纹层扫描电镜图像,视域见图10b;e—顺层方解石脉与黏土质纹层Qemscan图像,视域见图10b。

Fig.10 Bedding-parallel fibrous calcite veins and their microstructures

图11 高邮凹陷阜二段白云石条带及其微观结构 a—H2C井阜二段Ⅳ-5小层,3 849.35 m,白云石条带与黏土质纹层Maps图像;b—黏土质纹层Maps图像,视域见图11a;c—黏土质纹层扫描电镜图像,视域见图11b;d—白云石条带Maps图像,视域见图11a;e—白云石条带扫描电镜图像,视域见图11d;f—H2CHF井第12压裂段(Ⅳ-5小层)含水变化情况。

Fig.11 Dolomite bands and their microstructures

图12 高邮凹陷阜二段天然裂缝与页岩油富集和保存关系 a—HY1井裂缝发育段与非裂缝发育段气测全烃含量差异对比;b—S85X井裂缝发育段与非裂缝发育段气测全烃含量差异对比;c—H101井裂缝发育段与非裂缝发育段气测全烃含量差异对比;d—HY1井裂缝发育段与非裂缝发育段S1含量差异对比;e—S85X井裂缝发育段与非裂缝发育段S1含量差异对比;f—H101井裂缝发育段与非裂缝发育段S1含量差异对比。

Fig.12 Relationship between natural fractures and shale oil enrichment and preservation

图13 高邮凹陷阜二段构造裂缝发育层位与不同甜点层典型差异特征 a—HY1井成像测井识别构造裂缝密度;b—不同甜点层的典型差异特征。

Fig.13 Development of structural fractures and key differences between sweet spots

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Characteristics of natural fractures and its influence on shale oil enrichment and preservation in Member 2 of Funing Formation in Gaoyou sag, Subei Basin

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