趙賢正，周立宏，蒲秀剛，金鳳鳴，時(shí)戰(zhàn)楠，韓文中，姜文亞，韓國(guó)猛，張偉，汪虎，馬建英

（中國(guó)石油大港油田公司，天津 300280）

0 引言

湖相頁(yè)巖滯留烴是頁(yè)巖油的重要類型之一。頁(yè)巖油是賦存于大套富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層系中的石油，可劃分為狹義和廣義兩大類，狹義頁(yè)巖油指滯留于頁(yè)巖層中尚未排出、相對(duì)原位存儲(chǔ)的石油（實(shí)際上也有微小尺度的從有機(jī)質(zhì)紋層到相鄰儲(chǔ)集紋層的滲濾）。一定尺度上可以認(rèn)為頁(yè)巖層本身既是烴源巖又是儲(chǔ)集層，即源儲(chǔ)一體型頁(yè)巖油，其主要特征是烴類相對(duì)原地滯留，這是本文重點(diǎn)討論的對(duì)象——頁(yè)巖滯留烴。所謂的源儲(chǔ)一體，并非絕對(duì)意義上的源就是儲(chǔ)，高分辨率圖像與組分分析揭示：頁(yè)巖層中源和儲(chǔ)頻繁薄互層狀共存，源紋層和儲(chǔ)紋層也是呈薄互層狀各自分開的，只是從壓裂施工的尺度（十幾米到幾十米的較大尺度）來(lái)看，源和儲(chǔ)是一體的，亦稱源儲(chǔ)共存。廣義頁(yè)巖油泛指除了狹義頁(yè)巖油部分外，還包括頁(yè)巖層系內(nèi)致密砂巖、致密碳酸鹽巖中的石油（即互層型頁(yè)巖油和夾層型頁(yè)巖油）[1-3]，烴類存在一定程度的明顯運(yùn)移。

中國(guó)頁(yè)巖油資源十分豐富，是繼頁(yè)巖氣之后被證實(shí)的、具有巨大資源潛力的油氣領(lǐng)域。2010年來(lái)，湖相頁(yè)巖油地質(zhì)特征、甜點(diǎn)富集規(guī)律取得諸多創(chuàng)新認(rèn)識(shí)：①泥頁(yè)巖礦物組成復(fù)雜，石英、長(zhǎng)石、方解石、白云石等脆性礦物含量高，黏土含量平均值為20%～40%，突破了泥頁(yè)巖黏土含量一般大于50%的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)[4-6]；②高分辨率掃描電鏡、納米-微米 CT掃描、高壓壓汞等技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步明確了頁(yè)巖微納米孔隙類型和三維結(jié)構(gòu)特征，認(rèn)識(shí)到有機(jī)孔、無(wú)機(jī)孔、微裂縫、層理縫是泥頁(yè)巖重要的儲(chǔ)集空間[7-8]；③泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度中等偏高、類型多樣、熱演化程度適中，相比北美海相頁(yè)巖油成熟度偏低[9]；④頁(yè)巖含油普遍但非均質(zhì)性較強(qiáng)，油水界限不明顯[1,7]；⑤提出有機(jī)質(zhì)豐度、游離烴含量、孔隙度、層理與裂縫、地層壓力以及頁(yè)巖脆性、水平應(yīng)力差等是頁(yè)巖油富集高產(chǎn)的重要因素[10-12]；⑥提出“優(yōu)勢(shì)源儲(chǔ)組合或優(yōu)勢(shì)巖相+保存條件”的頁(yè)巖油成藏理論，建立了薄互層型和源儲(chǔ)共生型兩類頁(yè)巖油源儲(chǔ)組合配置類型[13]，以及“有機(jī)質(zhì)豐度-巖石沉積構(gòu)造-礦物組成”巖相分類標(biāo)準(zhǔn)，在地質(zhì)特征及單井產(chǎn)量對(duì)比分析基礎(chǔ)上，提出了“高脆性+高孔隙、高有機(jī)質(zhì)豐度+水平裂縫、中等有機(jī)質(zhì)+紋層狀結(jié)構(gòu)+長(zhǎng)英質(zhì)泥頁(yè)巖相”等頁(yè)巖油富集高產(chǎn)模式[14-17]。上述認(rèn)識(shí)對(duì)中國(guó)湖相頁(yè)巖油勘探起到重要的指導(dǎo)作用[3-8,18-21]，渤海灣盆地古近系沙河街組和孔店組二段、南襄盆地泌陽(yáng)凹陷古近系核桃園組、松遼盆地白堊系青山口組及準(zhǔn)噶爾盆地二疊系蘆草溝組等湖相頁(yè)巖地層中多口水平井實(shí)現(xiàn)工業(yè)油流并取得單井年累產(chǎn)超萬(wàn)噸的勘探突破。但與北美海相頁(yè)巖油相比，中國(guó)湖相頁(yè)巖油賦存的構(gòu)造條件復(fù)雜、地層非均質(zhì)性強(qiáng)、熱演化程度偏低，效益開發(fā)難度更大，面臨諸多認(rèn)識(shí)與技術(shù)上的挑戰(zhàn)，其中頁(yè)巖油甜點(diǎn)富集規(guī)律與高產(chǎn)地質(zhì)條件更是頁(yè)巖油效益開發(fā)的基礎(chǔ)難題之一，亟待深化研究。

滄東凹陷屬于中國(guó)東部渤海灣盆地新生代斷陷湖盆，古近系孔店組二段（簡(jiǎn)稱“孔二段”）頁(yè)巖層系是湖相頁(yè)巖滯留烴的典型代表，平面分布范圍廣、縱向地層厚度大、油氣顯示活躍，前期部署的多口直井和水平井均突破工業(yè)油流關(guān)。前期通過(guò)系統(tǒng)地質(zhì)分析，基本明確了孔二段頁(yè)巖油“七性”特征[3-4,6,22-30]，但目前的認(rèn)識(shí)已不能滿足頁(yè)巖油效益勘探開發(fā)的需要，尤其是頁(yè)巖油富集規(guī)律及高產(chǎn)地質(zhì)條件深化認(rèn)識(shí)越發(fā)重要，為此，本文利用前期研究成果及G108-8井、GD12井、GD14井3口井分析化驗(yàn)資料，并結(jié)合30余口新鉆井巖屑TOC、熱解、裂縫及實(shí)際生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)等，進(jìn)一步梳理湖相頁(yè)巖滯留烴富集規(guī)律、模式及高產(chǎn)地質(zhì)條件，以期為本區(qū)和鄰區(qū)水平井的優(yōu)化部署及壓裂段簇的設(shè)計(jì)等提供認(rèn)識(shí)依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

1.1 構(gòu)造及沉積特征

滄東凹陷是渤海灣盆地富油凹陷之一，位于黃驊坳陷的西南部，夾持于西部滄縣隆起、東部徐黑凸起、北部孔店凸起及南部東光凸起之間，是新生代受區(qū)域性拉張而形成的陸相斷陷湖盆[31-33]（見圖 1）。孔二段沉積時(shí)期，滄東凹陷為一個(gè)內(nèi)陸淡水—半咸水的橢圓形坳陷閉塞湖盆[34]，受來(lái)自盆地周緣孔店凸起、滄縣隆起、東光凸起、徐黑凸起 4大物源的碎屑物質(zhì)輸入的影響，沉積相帶從湖盆邊部至中部呈現(xiàn)外、中、內(nèi)三環(huán)分帶性的規(guī)律性變化[35]，外環(huán)是以辮狀河三角洲前緣為主體的常規(guī)砂巖發(fā)育帶，中環(huán)則是以辮狀河三角洲前緣遠(yuǎn)端—前三角洲為主的粉砂質(zhì)泥巖-粉細(xì)砂巖、灰云巖組成的致密巖性發(fā)育帶，內(nèi)環(huán)則是以厚層暗色泥頁(yè)巖夾薄層粉砂巖及白云巖的細(xì)粒沉積發(fā)育帶。前人研究表明，孔二段為一個(gè)完整的三級(jí)層序（SQEk2），根據(jù)縱向上地層疊加樣式的不同及演化規(guī)律的差異，進(jìn)一步可自下而上劃分為 4個(gè)四級(jí)層序（SQEk24—SQEk21），其中 SQEk23—SQEk21為湖擴(kuò)體系域—高位體系域[24]，該時(shí)期湖盆中部發(fā)育了一套由顆粒粒徑小于 0.062 5 mm的細(xì)粒沉積巖為主要組分的頁(yè)巖，為大面積頁(yè)巖油的形成與富集奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖1 滄東凹陷區(qū)域位置及孔二段綜合柱狀圖（XRD—X射線衍射）

1.2 頁(yè)巖層系基本地質(zhì)特征

滄東凹陷孔二段細(xì)粒段具有高頻紋層發(fā)育，有機(jī)質(zhì)類型多樣且有機(jī)質(zhì)豐度高，巖性復(fù)雜且脆性礦物含量高、黏土含量低的特點(diǎn)。G108-8井孔二段338.5 m高豐度頁(yè)巖段顯性紋層密度平均值為 33層/dm，顯微薄片及場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡 AmicScan統(tǒng)計(jì)的隱形紋層發(fā)育密度可達(dá) 1 100層/dm，可觀察到微米-納米級(jí)別的長(zhǎng)石、石英、白云石、黏土等礦物層縱向相互疊置?？锥?41塊樣品巖石熱解、TOC值統(tǒng)計(jì)，揭示孔二段頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅰ型和Ⅱ1型，其中Ⅰ型干酪根樣品數(shù)占比超過(guò)70%，Ⅱ1型干酪根樣品數(shù)占比超過(guò)20%，TOC值最高可達(dá)12.92%，平均值為4.87%，烴源巖品質(zhì)整體為富烴源巖—很好烴源巖[36]。孔二段細(xì)粒段礦物成分復(fù)雜，主要由陸源碎屑、碳酸鹽、黏土及其他礦物（方沸石、黃鐵礦、菱鐵礦等）組成，其中陸源碎屑平均含量為34%，主要是黏土級(jí)的石英、長(zhǎng)石；碳酸鹽平均含量為 34%，主要為黏土級(jí)的方解石、白云石；黏土礦物含量?jī)H為 16%；黃鐵礦、菱鐵礦及方沸石等礦物平均含量 16%。無(wú)優(yōu)勢(shì)礦物成分，總體具有脆性礦物含量高、黏土含量低的特點(diǎn)。根據(jù)礦物成分組成及結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征，孔二段細(xì)粒段巖石類型可識(shí)別出長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖、混合質(zhì)頁(yè)巖和灰云質(zhì)頁(yè)巖3大類[3,22]。

2 頁(yè)巖滯留烴形成富集條件：“適中性”五原則

2.1 適中TOC有利于頁(yè)巖滯留烴形成和頁(yè)巖層高脆性

2.1.1TOC與S1、OSI

2.1.1.1TOC與可動(dòng)烴的關(guān)系

湖相頁(yè)巖滯留烴高產(chǎn)與否主要取決于地層中可動(dòng)烴Sf的含量：

式中，Ka由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取值100 mg/g，在相關(guān)關(guān)系直角坐標(biāo)圖中，任一熱解測(cè)試點(diǎn)P沿平行于Y軸方向到直線（該直線表示可動(dòng)烴下限為100 mg /g）的距離L即為Sf（見圖2a、圖2b）。

通過(guò)對(duì)滄東凹陷GY1-1-1H、GY2-1-1H等33口井、12 468個(gè)巖屑熱解數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)（見圖2a、圖2b），與TOC相關(guān)圖中外包絡(luò)線上的數(shù)據(jù)點(diǎn)（指地質(zhì)條件相對(duì)較好的情況），主要呈現(xiàn)快速上升和穩(wěn)定高值的特征[3,37-41]，拐點(diǎn)的TOC值均為2%～4%（見圖2b），是單井可動(dòng)烴含量的峰值，且在該區(qū)間內(nèi)隨著TOC值的增大可動(dòng)烴峰值也增大，即外包絡(luò)線拐點(diǎn)隨TOC值的增大向右偏移（見圖2b）。由此可見，與TOC相關(guān)關(guān)系外包絡(luò)線拐點(diǎn)附近時(shí)（TOC值為 2%～4%）是可動(dòng)烴最為富集的范圍。

2.1.1.2TOC與OSI的關(guān)系

圖2 有機(jī)碳含量與滯留烴（S1*）及可動(dòng)油指數(shù)（OSI）關(guān)系（以GY1-1-1H等10口井為例）

由TOC與Sf及OSI的關(guān)系可見，適中的TOC值有利于頁(yè)巖層系中可動(dòng)滯留烴的富集及頁(yè)巖油的高產(chǎn)，尤其是當(dāng)TOC值為2%～4%時(shí)，中間值為3%時(shí)，Sf值及OSI值均相對(duì)較高，是最有利于頁(yè)巖油富集的豐度范圍。

2.1.2TOC與頁(yè)巖層脆性

富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)與無(wú)機(jī)礦物主要呈互層狀分布，占據(jù)一定的巖石體積，是影響頁(yè)巖脆性的重要參數(shù)之一。由于不同礦物具有不同的脆度，以石英的脆度為標(biāo)準(zhǔn)，賦予其他礦物不同的系數(shù)[44]，同時(shí)考慮有機(jī)質(zhì)對(duì)巖石脆性的影響，通過(guò)對(duì)取心井1 000余塊次X射線衍射（XRD）礦物組分?jǐn)?shù)據(jù)分析，建立了脆性指數(shù)BI1評(píng)價(jià)方法（2）式，同時(shí)利用力學(xué)參數(shù)法分析了脆性指數(shù)BI2（3）式：

兩種方法計(jì)算的 G108-8井、GD12井、GD14井脆性指數(shù)BI1和BI2相關(guān)性好，相關(guān)系數(shù)超過(guò)0.80，說(shuō)明礦物含量與力學(xué)參數(shù)反映的巖石脆性有著較好的一致性（見圖3a），故應(yīng)用XRD的脆性礦物也可以較為準(zhǔn)確的表征頁(yè)巖脆性，且XRD分析脆性礦物法易于操作。通過(guò)統(tǒng)計(jì) W16井 189塊樣品的脆性指數(shù)BI1與TOC、黏土含量的相關(guān)關(guān)系（見圖 3b、圖 3c），結(jié)果表明：當(dāng)TOC值小于4%或黏土含量小于20%時(shí)，大部分樣品BI1＞50%，為高脆性頁(yè)巖；當(dāng)TOC值大于6%或黏土含量大于 40%時(shí)，多數(shù)樣品BI1＜40%，為低脆性頁(yè)巖。由此可見，TOC值整體與脆性指數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但部分樣品受較高黏土含量影響（TOC值與黏土含量比值小于0.3，即頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)所占的體積與黏土體積的比值小于0.3），并非都是高脆性頁(yè)巖（見圖3b）。

圖3 BI1與BI2、TOC及黏土含量關(guān)系

上述研究表明，隨著TOC值增加，Sf值及OSI值呈現(xiàn)先增大后降低的特征，但脆性逐漸降低，當(dāng)TOC值為2%～4%時(shí)，含油性與脆性達(dá)到最佳匹配，頁(yè)巖既富集油又利于壓裂改造，形成最優(yōu)甜點(diǎn)，TOC值再增大時(shí)（大于6%），脆性逐步降低，甜點(diǎn)工程品質(zhì)反而變差。

2.2 適中的物源波及范圍造就頁(yè)巖油甜點(diǎn)

通過(guò)對(duì)21個(gè)不同沉積時(shí)期（21個(gè)小層單元）湖盆大?。ㄒ约?xì)粒沉積區(qū)的面積表示古湖盆分布范圍）和物源供給強(qiáng)度（以陸源碎屑輸入湖盆的波及范圍表示，本文以短軸方向物源供應(yīng)強(qiáng)度的影響為例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)）配置關(guān)系對(duì)比表明，湖盆大小與物源供給強(qiáng)度配置關(guān)系對(duì)脆性礦物含量、黏土含量及TOC值具有控制作用。

①湖盆大小與物源波及范圍匹配適中。如 2號(hào)小層沉積時(shí)期細(xì)粒沉積區(qū)東西方向距離（短軸）18.5 km（以A表示），東西方向陸源碎屑入湖距離8.6 km，占湖盆寬度的 46%，兩者匹配適中。湖相頁(yè)巖黏土含量平均13.9%，TOC值平均值為3.68%，長(zhǎng)英質(zhì)含量平均28.8%，脆性指數(shù)平均44.6%。其各項(xiàng)指標(biāo)均滿足前述討論的TOC值為2%～4%，黏土含量小于20%頁(yè)巖油優(yōu)質(zhì)甜點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)（見表1）。湖盆大小與物源供給強(qiáng)度的適中匹配，造就頁(yè)巖TOC及脆性礦物含量的最佳匹配，是頁(yè)巖油甜點(diǎn)發(fā)育的內(nèi)在控制因素（見表1）。

②湖盆小而物源供給強(qiáng)度大。如 8號(hào)小層沉積時(shí)期細(xì)粒沉積區(qū)東西方向距離16.2 km，東西方向陸源碎屑入湖距離為10.8 km，占湖盆寬度的67%。湖相頁(yè)巖長(zhǎng)英質(zhì)含量平均值為 36.9%，黏土含量平均僅為10.8%，有機(jī)質(zhì)豐度偏低，TOC平均值僅為1.22%。這種匹配關(guān)系雖利于頁(yè)巖儲(chǔ)集層壓裂改造，但頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度低，導(dǎo)致生烴量不足，頁(yè)巖自身滯留烴難以富集。

表1 物源供給與礦物組成關(guān)系

③湖盆大而物源供給強(qiáng)度小。如17小層沉積期細(xì)粒沉積區(qū)東西方向距離19.2 km，東西方向陸源碎屑入湖距離僅為3.5 km，占湖盆寬度的18%。湖相頁(yè)巖黏土含量平均值為27.8%，TOC值最高可達(dá)12.4%，平均值為6.62%，這種匹配關(guān)系雖有利于頁(yè)巖總生烴量（排出烴量+滯留烴量），但滯留的吸附烴相對(duì)較多、游離可動(dòng)烴量相對(duì)較少，且不利于后期壓裂改造（脆性指數(shù)平均僅為36.2%）（見表1）。

總之，湖盆的大小與物源的輸入距離（以B/A值表示）適中匹配時(shí)才能形成空間上黏土含量、TOC值及脆性礦物的合理配置（見表 1），從而達(dá)到生烴量與可壓性的有利共存狀態(tài)。滄東凹陷孔二段生產(chǎn)實(shí)踐顯示，湖盆的大小與物源的輸入距離之比約為40%～60%時(shí)，生烴量和可壓裂性在空間上配置良好，但不同湖盆因其他地質(zhì)條件的差異可能存在不同。

2.3 適中熱演化程度有利于頁(yè)巖滯留烴的富集

通過(guò)G77井（2 106.8 m，TOC值為5.24%）熱模擬及干酪根溶脹實(shí)驗(yàn)，定量表征了不同熱演化階段的干酪根吸附烴、滯留可動(dòng)烴、排出烴的比例（見表2、圖 4）。其中熱模擬實(shí)驗(yàn)采用逼近地質(zhì)條件的半開放直壓式生排烴模擬儀，實(shí)驗(yàn)溫度從 300～630 ℃，間隔25～30 ℃不等，之后對(duì)殘余巖樣干酪根進(jìn)行Ro值實(shí)測(cè)，獲取不同成熟度條件下的產(chǎn)烴率數(shù)據(jù)；對(duì)熱模擬實(shí)驗(yàn)完成后的殘樣制備成干酪根開展溶脹實(shí)驗(yàn)，采用正十四烷、鄰二甲苯、乙酸、異丙醇、乙醇 5種涵蓋了干酪根及常見油氣組分溶解度范圍的溶劑，形成鐘形溶脹曲線并換算成滯留烴量，結(jié)合熱模擬產(chǎn)烴率數(shù)據(jù)，形成不同熱演化階段的干酪根吸附烴、滯留可動(dòng)烴、排出烴的比例數(shù)據(jù)（見表2、圖4）。當(dāng)Ro值為0.6%～1.2%時(shí)，干酪根生成的烴除滿足其自身吸附溶解外，尚有7.4%～60.0%的烴可動(dòng)，Ro值為0.7%～1.0%時(shí)滯留可動(dòng)烴含量最高，超過(guò)總生烴量的40%。

表2 不同成熟度頁(yè)巖油吸附、滯留及排出烴量

圖4 G77井頁(yè)巖熱模擬生排烴曲線（據(jù)文獻(xiàn)[25, 28]修改）

滄東凹陷15口直井、16口水平井頁(yè)巖油試油日產(chǎn)油量與埋藏深度（垂深）的關(guān)系統(tǒng)計(jì)表明（見圖 5）：2 500～3 900 m深度范圍內(nèi)，無(wú)論是直井還是水平井，日產(chǎn)油量和埋藏深度之間都存在一定的正相關(guān)關(guān)系，即埋藏深度越大，整體試油效果越好，日產(chǎn)油量大于10 t的埋藏深度基本都在3 300 m以深，且埋深大于3 700 m以后會(huì)產(chǎn)生一定量的氣體，提高滯留烴的氣油比，降低滯留烴的黏度和密度，利于烴類的滲流；埋深大于3 900 m以后，日產(chǎn)油量隨埋藏深度增大呈降低趨勢(shì)，排出烴增多、滯留烴減少，與熱模擬生排烴實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。目前部署的GD1701H、GD1702H水平井垂深約3 750 m，壓裂改造后均獲得高產(chǎn)油流，平均日產(chǎn)油量約為直井日產(chǎn)油量的5～6倍以上，目前累計(jì)產(chǎn)油分別為8 404 m3、11 336 m3。

圖5 滄東凹陷孔二段埋藏深度（垂深）與頁(yè)巖油產(chǎn)量關(guān)系

可見，適中的熱成熟度（Ro值為0.7%～1.0%，對(duì)應(yīng)埋深3 200～4 300 m）是頁(yè)巖熱演化生烴與有機(jī)質(zhì)吸附油最佳匹配區(qū)間，此時(shí)頁(yè)巖中滯留可動(dòng)烴量大，試油產(chǎn)量往往較高，是頁(yè)巖油富集的熱演化甜點(diǎn)區(qū)段。

“嗯，一開始肯定不適應(yīng)，不過(guò)我相信，學(xué)習(xí)成績(jī)好的孩子，到哪里都是好的。我也是希望你能帶動(dòng)成績(jī)不好的同學(xué)，給他們一點(diǎn)壓力和動(dòng)力！”周老師說(shuō)起這次“行動(dòng)”還挺高興的。

2.4 適中的成巖演化程度利于頁(yè)巖儲(chǔ)集空間發(fā)育

滄東凹陷孔二段 G108-8、GD12等多口井研究表明，泥頁(yè)巖地層的孔隙度、孔隙體積及比表面積隨著埋藏深度的變化存在3個(gè)典型的演化階段（見圖6），①其中階段一主要處于早成巖B期，以壓實(shí)作用占據(jù)主導(dǎo)，隨深度的增加，孔隙度、孔隙體積及比表面積逐漸降低。②階段二主要處于中成巖 A期，Ro值為0.5%～0.9%、埋深為2 900～3 850 m時(shí)，是泥頁(yè)巖層系孔隙度、孔隙體積及比表面積由早期的逐漸降低轉(zhuǎn)向逐漸升高的階段，主要原因一是此階段有機(jī)質(zhì)向烴類大量轉(zhuǎn)化導(dǎo)致生烴增壓，既可減緩地層的機(jī)械壓實(shí)作用，亦可形成大量有機(jī)孔，TOC值為7%的烴源巖消耗35%的干酪根，最大可增加5%左右的有機(jī)孔[45]；二是富有機(jī)質(zhì)地層生烴過(guò)程中可形成大量的有機(jī)酸及富含 CO2的酸性流體等，總量約占有機(jī)質(zhì)含量的 2%～12%，酸性流體對(duì)碳酸鹽、長(zhǎng)石等礦物具有較強(qiáng)的溶蝕作用，可形成大量溶蝕孔隙，尤其是緊鄰干酪根的易溶礦物，更易于形成板條狀、港灣狀、不規(guī)則狀等礦物邊緣溶蝕孔縫，最大可提高4.5%～10.0%的孔隙度[46]；另外生烴過(guò)程中形成的酸性流體會(huì)促進(jìn)碳酸鹽礦物的重結(jié)晶作用以及蒙脫石、伊蒙混層等向伊利石的轉(zhuǎn)化等，進(jìn)一步提高泥頁(yè)巖層系的儲(chǔ)集空間，孔隙度最高可達(dá)10.25%。③階段三，埋藏深度超過(guò)3 850 m以后，酸性流體減少、黏土礦物轉(zhuǎn)化完成、碳酸鹽重結(jié)晶作用減弱，地層壓實(shí)作用再次占據(jù)主導(dǎo)作用，儲(chǔ)集空間隨深度增大逐漸變差。由此可見，適中的成巖演化階段有利于富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層系形成較多的儲(chǔ)集空間[47]，尤其以中成巖A期（埋深為3 200～4 300 m），可形成大量有機(jī)質(zhì)孔、溶蝕孔、晶間孔等最有利于儲(chǔ)集空間的發(fā)育。

2.5 適中的天然裂縫發(fā)育程度利于頁(yè)巖油的滲流和保存

按照成因，頁(yè)巖層系主要發(fā)育兩大類裂縫，一類是構(gòu)造應(yīng)力作用形成的裂縫，強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)可能形成大型裂隙帶，貫穿上下頂?shù)装迳w層，易破壞頁(yè)巖油富集成藏的蓋層條件；同時(shí)構(gòu)造應(yīng)力作用還會(huì)派生出大量次級(jí)裂隙和微裂縫，僅限于頁(yè)巖層系內(nèi)部延伸，平面呈區(qū)域性分布。另一類為各種物理作用或化學(xué)作用形成的裂縫，主要包括層間裂縫、異常高壓縫、溶蝕裂縫、礦物相變裂縫、脫水收縮裂縫等，這些類型的微裂縫整體分布局限、非均質(zhì)性強(qiáng)、規(guī)模較小。

從滄東凹陷頁(yè)巖油試油產(chǎn)量（均為直井?dāng)?shù)據(jù)）與至斷層距離可以看出（見圖7），隨著試油層段與斷層距離的增大，試油產(chǎn)量整體呈下降的趨勢(shì)，如 G1608井，與斷層距離僅為150 m，且地層具有微幅背斜構(gòu)造背景（易于形成裂縫發(fā)育帶），試油產(chǎn)量高達(dá)47.1 t/d，試采105 d，累產(chǎn)油達(dá)到1 540.68 t。這類斷層派生出的（微）裂縫縱向上僅限于頁(yè)巖層系內(nèi)部延伸，未破壞上覆泥巖蓋層。因此，與斷層距離越小的井位，斷裂構(gòu)造派生出的微裂縫發(fā)育程度越大，試油產(chǎn)量相對(duì)越高。但是與斷層距離為200～300 m的井試油產(chǎn)量存在明顯的差異，如GD13井與斷層距離約為275 m，產(chǎn)油量?jī)H為4.52 t/d，而KN9井與斷層距離同樣約為275 m，但產(chǎn)油量達(dá)到13.27 t/d，也進(jìn)一步證實(shí)了天然裂縫發(fā)育程度只是控制局部層段頁(yè)巖油富集的重要因素之一，但其他因素（如巖性、儲(chǔ)集物性、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等）也同樣影響頁(yè)巖油富集程度。

由于頁(yè)巖層系自身低孔、低滲的特征，所以天然裂縫的發(fā)育既可以起到儲(chǔ)集空間的作用，更重要的是起到溝通基質(zhì)孔隙利于烴類滲流的作用。但裂縫發(fā)育規(guī)模不宜太大，否則可能破壞頁(yè)巖油富集的蓋層條件導(dǎo)致烴類散失，以僅限于頁(yè)巖層系內(nèi)部的天然裂縫發(fā)育段，相對(duì)利于頁(yè)巖滯留烴滲流與保存。

圖7 滄東凹陷孔二段頁(yè)巖油試油產(chǎn)量與至斷層距離的關(guān)系

3 頁(yè)巖滯留烴富集模式

通過(guò)對(duì)滄東凹陷孔二段頁(yè)巖滯留烴富集條件綜合分析，建立了湖相頁(yè)巖滯留烴富集模式（見圖8），其中以古湖盆大小與物源供應(yīng)強(qiáng)度匹配適中的情況下（模式 M2），利于形成中等有機(jī)質(zhì)豐度（TOC值為2%～4%）、較高細(xì)粒長(zhǎng)英質(zhì)及碳酸鹽等脆性礦物（大于 40%）、較低黏土含量（小于 20%）、高頻紋層結(jié)構(gòu)的頁(yè)巖，巖性以長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖、混合質(zhì)頁(yè)巖與灰云質(zhì)頁(yè)巖的頻繁互層為主，當(dāng)頁(yè)巖地層埋深為3 200～4 300 m（中成巖A期）、Ro值為0.6%～1.2%時(shí)，烴源巖生成大量烴類，超越效應(yīng)明顯（OSI值整體較高），同時(shí)儲(chǔ)集空間相對(duì)較大、脆性程度較高，是湖相頁(yè)巖滯留烴富集的最有利條件，是當(dāng)前頁(yè)巖油開發(fā)的首選目標(biāo)。

當(dāng)古湖盆偏小而物源供給強(qiáng)度較大時(shí)（模式M1），易于形成高脆性、低有機(jī)質(zhì)豐度的頁(yè)巖，以長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖、混合質(zhì)頁(yè)巖夾砂屑為主，這類頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度整體偏低，生烴不足，含油性整體偏差，但緊鄰高豐度頁(yè)巖段的砂屑地層，因烴類就近直接充注，多具有良好的含油性（超越效應(yīng)非常明顯），且砂屑層儲(chǔ)集物性較好、脆性程度高，具備高產(chǎn)的有利地質(zhì)條件，是互層型頁(yè)巖油或夾層型頁(yè)巖油開發(fā)的主要目標(biāo)（見圖8）。

當(dāng)古湖盆較大而物源供應(yīng)強(qiáng)度偏小時(shí)（模式M3），易于形成高有機(jī)質(zhì)豐度、低脆性礦物含量的頁(yè)巖，以紋層狀黏土質(zhì)頁(yè)巖夾長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖、混合質(zhì)頁(yè)巖、灰云質(zhì)頁(yè)巖為主，這類頁(yè)巖整體生烴量較大，具有中等—好的超越效應(yīng)特征，當(dāng)滿足自身吸附、儲(chǔ)集后，大量烴類運(yùn)移出去形成常規(guī)油藏，但此類頁(yè)巖滯留吸附烴含量偏高且工程改造效果略差，可作為頁(yè)巖油勘探開發(fā)的后備資源類型，緊鄰優(yōu)質(zhì)高豐度段的灰云質(zhì)頁(yè)巖，因烴類充注且儲(chǔ)集條件好，也可形成良好的頁(yè)巖油富集層（見圖8）。

圖8 滄東凹陷孔店組二段湖相頁(yè)巖滯留烴富集模式與關(guān)鍵指標(biāo)分析圖

4 勘探實(shí)踐

4.1 滄東凹陷孔二段一體型頁(yè)巖油工業(yè)化開發(fā)

4.1.1 甜點(diǎn)綜合評(píng)價(jià)及水平井部署

“適中TOC有利于頁(yè)巖滯留烴形成和頁(yè)巖層高脆性”用于選層，“適中的物源波及范圍造就頁(yè)巖油甜點(diǎn)”用于選區(qū)，“適中熱演化有利于頁(yè)巖滯留烴的富集”+“適中的成巖演化程度利于頁(yè)巖儲(chǔ)集空間發(fā)育”+“適中的天然裂縫發(fā)育程度利于頁(yè)巖油的滲流和保存”用于評(píng)價(jià)富集條件和產(chǎn)能，綜合以上適中性五原則，結(jié)合頁(yè)巖滯留烴富集模式，有效指導(dǎo)了縱向甜點(diǎn)段及平面甜點(diǎn)區(qū)的優(yōu)選，為水平井的勘探部署提供了重要的科學(xué)支撐。以GD14井孔二段Ek2-C1開發(fā)層系為例（見圖9a），該段可劃分為4個(gè)小層，其中1小層以M3模式為主，2小層、3小層及4小層上部以M2模式為主，4小層下部以M3模式為主，進(jìn)一步優(yōu)選出1小層中下部、3小層中上部為最佳甜點(diǎn)段，其次是 2小層及 4小層。

目前，針對(duì)官東地區(qū)，按照方案部署整體化、評(píng)價(jià)建產(chǎn)一體化、地下地面一體化、資源動(dòng)用最大化及效益開發(fā)接替化的頁(yè)巖油水平井部署原則，以斷塊為基本單元整體規(guī)劃設(shè)計(jì)，瞄準(zhǔn)高產(chǎn)區(qū)塊優(yōu)中選優(yōu)，同時(shí)考慮地面供水管線及大型溝渠分布情況，建立水平井立體交叉井網(wǎng)，采用井叢場(chǎng)、層接替、塊接替部署思路，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量有序接替。以官東地區(qū)Ek2-C1開發(fā)層系水平井部署方案為例（見圖9c），水平井井眼軌跡與地層主應(yīng)力方向夾角一般大于45°，入窗點(diǎn)距斷層空間距離150～200 m，水平段長(zhǎng)短結(jié)合，井距平均200 m，共部署水平井井位61口，預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)可動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量3 000×104t。

圖9 滄東凹陷孔二段Ek2-C1段縱向甜點(diǎn)段、平面甜點(diǎn)區(qū)綜合評(píng)價(jià)及井位部署

4.1.2 實(shí)踐效果

4.1.2.1 GD1701H、GD1702H兩口科學(xué)實(shí)驗(yàn)井獲高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)在官東地區(qū)有利勘探區(qū)，針對(duì)Ek2-C1實(shí)施了2口水平井GD1701H及GD1702H，其中GD1701H井最高日產(chǎn)油量達(dá)75.9 m3，同時(shí)產(chǎn)氣5 200 m3，截至2020年3月1日放噴200 d，下泵370 d，累計(jì)產(chǎn)油量8 576 m3（見表3）。GD1702H最高日產(chǎn)油量為61 m3，日產(chǎn)氣5 947 m3，截至2020年3月1日放噴633 d，累產(chǎn)油11 603 m3（見表 3）。

表3 滄東凹陷及歧口凹陷頁(yè)巖油地質(zhì)特征及生產(chǎn)狀況

4.1.2.2 首個(gè)頁(yè)巖油井組實(shí)現(xiàn)工業(yè)性開發(fā)

由GY2-1-1H、GY2-1-2H、GY2-1-3H 這3口頁(yè)巖油水平井組成的井組均以Ek21SQ⑨的C1-2小層（模式M2為主）為主要鉆探靶層，投產(chǎn)見油返排率均小于1%。其中GY2-1-1H井初期日產(chǎn)油24.56 m3，截至2020年3月1日，累產(chǎn)油2 449 m3（見表3）；GY2-1-2H井初期日產(chǎn)油17.83 m3，截至2020年3月1日，累產(chǎn)油2 832 m3（見表3、圖10）；GY2-1-3H井初期日產(chǎn)油量為23.37 m3，截至2020年3月1日，累產(chǎn)油2 108 m3（見表 3）。目前該井組日產(chǎn)油量穩(wěn)產(chǎn) 40～50 m3，累產(chǎn)油已達(dá)7 390 m3。

4.2 技術(shù)推廣應(yīng)用——歧口凹陷沙三段取得重要發(fā)現(xiàn)

4.2.1 甜點(diǎn)綜合評(píng)價(jià)

上述湖相頁(yè)巖滯留烴適中性五原則及富集模式推廣應(yīng)用于歧口凹陷沙三段頁(yè)巖油氣甜點(diǎn)的綜合評(píng)價(jià)，以F38X1井沙三段為例，劃分為C1-C8共8個(gè)開發(fā)層系、18個(gè)小層，整體以模式M2及M3為主，其中1、2、3、4、8、9、10、11、12小層為最有利甜點(diǎn)段，累計(jì)厚度可達(dá)400 m（見圖11）。

基于縱向甜點(diǎn)段的優(yōu)選，綜合利用OSI、脆性指數(shù)、核磁共振測(cè)井孔隙度、Ro、地層厚度以及地震屬性等資料，對(duì)開發(fā)層系C1平面甜點(diǎn)區(qū)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)（見圖12），優(yōu)選出Ⅰ類甜點(diǎn)區(qū)面積48.6 km2，Ⅱ類甜點(diǎn)區(qū)面積53.9 km2，Ⅲ類甜點(diǎn)區(qū)面積175.2 km2。

圖10 官東地區(qū)首個(gè)頁(yè)巖油水平井組生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線（以GY2-1-2H為例）

圖11 歧口凹陷沙三段頁(yè)巖油氣縱向甜點(diǎn)段綜合評(píng)價(jià)

4.2.2 實(shí)踐效果

歧口凹陷沙三段頁(yè)巖油氣勘探獲重要發(fā)現(xiàn)苗頭。該區(qū)域頁(yè)巖油氣研究起步于 2017年，目前 F38X1井沙三1亞段頁(yè)巖油氣海水基壓裂已獲高產(chǎn)，開拓了頁(yè)巖油勘探新局面（見圖 12）。F38X1井最高日產(chǎn)油量為50.1 t、日產(chǎn)氣量為17 240 m3，累計(jì)產(chǎn)油量為762.7 m3。同時(shí)在Ⅰ類甜點(diǎn)區(qū)部署水平井 QY10-1-1H，鉆探目的層系為C1開發(fā)層系，壓裂改造后最高日產(chǎn)油達(dá)102 t（見圖12）。歧口凹陷深湖相區(qū)頁(yè)巖油水平井鉆探取得的成效，證實(shí)了歧口凹陷古近系湖泛期細(xì)粒段也具備良好的頁(yè)巖油氣勘探潛力。

圖12 歧口凹陷沙三段C1開發(fā)層系頁(yè)巖油平面甜點(diǎn)區(qū)綜合評(píng)價(jià)及水平井井位部署

5 結(jié)論與建議

湖相頁(yè)巖滯留可動(dòng)烴富集受頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度（TOC值）、熱成熟度（Ro值）、成巖演化、天然裂縫發(fā)育程度及湖盆的大小與物源的輸入距離之比（B/A值）等 5大因素耦合控制，各因素具有普遍適中的指標(biāo)，即TOC值為2%～4%，Ro值為0.7%～1.0%（埋深為3 200～4 300 m），成巖演化階段處于中成巖A期，天然裂縫發(fā)育但未破壞頁(yè)巖油頂?shù)装迳w層條件，B/A值為40%～60%，各指標(biāo)太高或太低均不利于頁(yè)巖油富集。

頁(yè)巖油富集的適中性原則主要適用于湖相頁(yè)巖滯留烴，而對(duì)于明顯運(yùn)移型的狹義致密油（屬于廣義頁(yè)巖油范疇），TOC值越高、熱成熟度越高越有利于其富集，對(duì)常規(guī)油氣勘探也是有利的。相對(duì)于狹義致密油，湖相頁(yè)巖滯留烴分布面積、資源規(guī)模更大，開發(fā)難度也更大，頁(yè)巖油富集的適中性對(duì)該類頁(yè)巖油開發(fā)更具有指導(dǎo)意義。

通過(guò)技術(shù)上 5大因素耦合匹配評(píng)價(jià)甜點(diǎn)，優(yōu)選水平井靶層和甜點(diǎn)區(qū)，指導(dǎo)井位部署，實(shí)現(xiàn)了滄東凹陷孔二段湖相頁(yè)巖滯留烴的工業(yè)化開發(fā)及歧口凹陷沙三段頁(yè)巖油的重要突破?？锥蝺煽诳茖W(xué)實(shí)驗(yàn)井累產(chǎn)油超2×104m3，首個(gè)頁(yè)巖油井組穩(wěn)產(chǎn)40～50 m3/d?？碧綄?shí)踐結(jié)果表明頁(yè)巖油富集的適中性原則可有效指導(dǎo)湖相頁(yè)巖滯留烴的勘探開發(fā)。

符號(hào)注釋：

BI1——基于XRD礦物組分的脆性指數(shù)，%；BI2——基于力學(xué)參數(shù)的脆性指數(shù)，%；GR——自然伽馬，API；Ka——單位有機(jī)質(zhì)吸附量，mg/g；OSI——可動(dòng)油指數(shù)，mg/g；PRsd——?dú)w一化處理后巖石泊松比，%；RM2R6——609.6 mm（2 ft）縱向分辨率、1 524 mm（60 in）徑向探測(cè)深度陣列感應(yīng)測(cè)井曲線，Ω·m；RM2RX——609.6 mm（2 ft）縱向分辨率、3 048 mm（120 in）徑向探測(cè)深度陣列感應(yīng)測(cè)井曲線，Ω·m；Sf——滯留可動(dòng)烴量，mg/g；SP——自然電位，mV；S1——熱解游離烴含量，mg/g；——熱解滯留烴值，mg/g；TOC——?dú)堄嗫傆袡C(jī)碳含量，%；Δt——補(bǔ)償聲波時(shí)差，μs/m；V*o——有機(jī)質(zhì)所占的體積，%；V*qa，V*fe，V*ca，V*do，V*an，V*cl——考慮有機(jī)質(zhì)校正后的XRD分析的石英、長(zhǎng)石、方解石、白云石、方沸石和黏土含量，%；YMsd——?dú)w一化處理后巖石彈性模量，%；ρ——補(bǔ)償密度，g/cm3。