劉金，王劍，張曉剛，尚玲，王桂君，艾尼·阿不都熱依木

1) 新疆頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆克拉瑪依，834000；2) 中國(guó)石油新疆油田分公司實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院，新疆克拉瑪依，834000

內(nèi)容提要:準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾頁(yè)巖油是中國(guó)典型的陸相頁(yè)巖油。通過(guò)場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、激光共聚焦、納米CT、核磁共振等實(shí)驗(yàn)技術(shù)聯(lián)合對(duì)微納米孔隙中頁(yè)巖油賦存特征進(jìn)行研究，結(jié)果表明甜點(diǎn)儲(chǔ)層具有納米—亞微米—微米全尺度含油特征。在微納米尺度，油、水賦存特征表現(xiàn)為重質(zhì)組分油附著于2～5 μm以上孔隙的孔壁及充填于2～5 μm以下的孔隙中，中質(zhì)組分油賦存于2～5 μm以上孔隙的中央，孔隙水含量較少，呈孤立狀賦存于2～5 μm以上孔隙的中央，并被中質(zhì)組分油包裹。頁(yè)巖油在微納米孔隙中的賦存不僅受生烴超壓充注控制，還受吸附作用及多期次成藏影響?？紫侗砻鏉?rùn)濕性由親水潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)為親油潤(rùn)濕是烴類(lèi)發(fā)生吸附的主要原因，多期次成藏造成微納米孔隙中油質(zhì)差異及高的含油飽和度。早期生烴超壓充注進(jìn)儲(chǔ)層的重質(zhì)組分油在孔隙表面親油潤(rùn)濕下吸附于孔隙表面，隨著吸附層變厚，納米級(jí)孔隙逐漸被充滿，孔隙水被驅(qū)替到較大的孔隙中間；后期成熟的中質(zhì)組分油以此方式進(jìn)一步充注和調(diào)整。研究認(rèn)為埋深較大的凹陷西部是有利勘探方向。微納米孔隙中的重質(zhì)組分油是未來(lái)頁(yè)巖油提高采收率的方向。吉木薩爾頁(yè)巖油微觀賦存特征及成因機(jī)制可能具有普遍性，對(duì)于中國(guó)陸相頁(yè)巖油的深入研究具有借鑒意義。

準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾頁(yè)巖油自2011年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，經(jīng)過(guò)10年持續(xù)攻關(guān)，在甜點(diǎn)優(yōu)選和評(píng)價(jià)、鉆井、壓裂改造方面取得了眾多突破，為頁(yè)巖油的勘探和開(kāi)發(fā)鑒定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)(許冬進(jìn)等，2014；支東明等，2019；王小軍等，2019a；賴錦等，2021)，目前正在建設(shè)首個(gè)國(guó)家級(jí)頁(yè)巖油示范區(qū)。現(xiàn)今頁(yè)巖油處于建設(shè)產(chǎn)能的關(guān)鍵階段，在此階段面臨的一個(gè)重要問(wèn)題是如何提高頁(yè)巖油的流動(dòng)性和采出程度。要想解決這一問(wèn)題，地質(zhì)上需要先解釋清楚頁(yè)巖油在微納米孔隙中的賦存狀態(tài)及成因機(jī)制，才能給提高采收率研究指明清楚的攻關(guān)方向。

中國(guó)陸相頁(yè)巖油研究和開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明頁(yè)巖油在層系內(nèi)(源內(nèi))均會(huì)發(fā)生不同程度短距離的運(yùn)移，形成含油程度很高的“甜點(diǎn)體”(寧方興等，2015；蔣啟貴等，2016；楊智等，2021)，現(xiàn)今規(guī)模開(kāi)發(fā)主體以“甜點(diǎn)”為特點(diǎn)(鄒才能等，2015)。頁(yè)巖油微觀油水分布、成藏機(jī)理和成藏過(guò)程是當(dāng)前油氣地質(zhì)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，也是儲(chǔ)層評(píng)價(jià)、產(chǎn)能預(yù)測(cè)及油藏開(kāi)發(fā)方式深入研究的基礎(chǔ)(王明磊等，2015；吳松濤等，2020)。前人研究認(rèn)為生烴超壓是頁(yè)巖油運(yùn)移、充注的動(dòng)力(鄭民等，2016，2018)。甜點(diǎn)儲(chǔ)層中處于充注下限以上的孔隙為油賦存，充注下限以下的孔隙主要為水賦存，具有“大孔含油，小孔含水”賦存特征。但實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)充注下限以下的納米級(jí)孔隙中依然含油，具有“大孔、小孔均含油”特征。這種現(xiàn)象不能完全用生烴超壓運(yùn)聚機(jī)制解釋清楚。由于頁(yè)巖油儲(chǔ)層孔隙和喉道主體為微納米級(jí)，成藏機(jī)理復(fù)雜，成藏及聚集過(guò)程中吸附作用及表面潤(rùn)濕性的影響不可忽視(王斐等，2010；李俊乾等，2019；黎茂穩(wěn)等，2020)。通過(guò)精細(xì)表征微納米尺度油、水在孔隙中賦存特征，揭示和完善頁(yè)巖油微觀成藏機(jī)理，以期對(duì)頁(yè)巖油甜點(diǎn)的高效開(kāi)發(fā)和提高采收率研究奠定基礎(chǔ)。研究還對(duì)其他陸相湖盆頁(yè)巖油的研究具有普遍參考價(jià)值。

1 地質(zhì)概況

準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷為早二疊世晚期天山海槽閉合形成的中二疊世前陸型箕狀凹陷，南、西、北以向凹陷的逆沖斷裂為邊界(圖1a)。二疊系蘆草溝組形成于陸內(nèi)裂谷背景下的咸化湖盆環(huán)境(彭雪峰等，2014)，受火山噴發(fā)作用及熱液活動(dòng)的綜合影響，發(fā)育一套咸化湖相細(xì)粒混合沉積(任江玲等，2013；張亞奇等，2017；曲長(zhǎng)勝等，2017b；馬克等，2017；李天軍等，2021)(圖1b)。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組頂面構(gòu)造圖(a)和地層綜合柱狀圖(b)Fig.1 Top surface structure map (a) and comprehensive stratigraphic histogram of the Lucaogou Formation (b) in the Jimsar Sag,Junggar Basin

蘆草溝組烴源巖在全凹陷均有分布，具有厚度大、面積廣的特點(diǎn)。生油母質(zhì)類(lèi)型主要為Ⅰ—Ⅱ1型，有機(jī)質(zhì)豐度高，TOC平均為4.59%，生烴潛量(S1+S2)多大于6.0 mg/g，屬于好—最好的生油巖類(lèi)型(曲長(zhǎng)勝等，2017a)。蘆草溝組地層自下而上分為上(P2l2)、下(P2l1)兩段，發(fā)育上、下兩個(gè)“甜點(diǎn)”體，甜點(diǎn)體均獲得工業(yè)油流(王小軍等，2019b)(圖1b)。儲(chǔ)層礦物成分多樣，主要有石英、長(zhǎng)石、碳酸鹽類(lèi)礦物及黏土礦物(表1)，巖性多為過(guò)渡性巖類(lèi)，縱向上巖層厚度薄、變化快，發(fā)育砂屑云巖、長(zhǎng)石巖屑粉細(xì)砂巖、云屑砂巖、云質(zhì)泥巖、云質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及泥巖等(圖1b)。甜點(diǎn)巖性為砂屑云巖、長(zhǎng)石巖屑粉細(xì)砂巖、云屑砂巖和云質(zhì)粉砂巖?？v向上生油巖和儲(chǔ)層呈互層狀，構(gòu)成了復(fù)雜、高效的成藏體系，甜點(diǎn)含油性好。

2 甜點(diǎn)儲(chǔ)層孔隙特征

頁(yè)巖油儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間具有多成因、多尺度孔隙耦合共存的特點(diǎn)(許琳等，2019)。根據(jù)巖石薄片、鑄體薄片與掃描電鏡研究結(jié)果，儲(chǔ)層孔隙以粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔和晶間孔為主(圖2a)，發(fā)生溶蝕的組分主要為堿性長(zhǎng)石和凝灰質(zhì)巖屑。干酪根脫羧作用生成大量有機(jī)酸、碳酸等酸性流體是產(chǎn)生溶蝕的主要原因。蘆草溝組甜點(diǎn)與優(yōu)質(zhì)烴源巖整體呈源生鄰儲(chǔ)型配置，溶蝕效率高，與溶蝕作用相關(guān)的孔隙占總孔隙的80%以上(查明等，2017；閆林等，2017)。研究區(qū)晶間孔為自生礦物結(jié)晶而形成的次生孔隙，類(lèi)型有白云石晶間孔、鈉長(zhǎng)石晶間孔、石英晶間孔和黏土礦物晶間孔(圖2b、d)。

蘆草溝組甜點(diǎn)儲(chǔ)層孔隙度在8.0%～23.1%，滲透率在0.012×10-3～1.830×10-3μm2，溶蝕孔隙含量越高，孔隙發(fā)育越好(表1)。儲(chǔ)層整體為中—低孔、低滲—特低滲類(lèi)型，具有孔—滲相關(guān)性差，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜和非均質(zhì)強(qiáng)特征?？紫冻叨纫晕⒚准?jí)和納米級(jí)為主，毫米級(jí)較少(靳軍等，2018)。從核磁共振分析的孔隙分布上看，儲(chǔ)層整體以微納米孔隙為主，分布尺度較寬。以云質(zhì)粉砂巖為例，孔隙半徑主體集中在1.0～10 μm(圖3)。1.0～10 μm級(jí)孔隙主要為粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔與晶間孔，粒內(nèi)溶孔被充填的蜂巢狀伊/蒙混層礦物和鈉長(zhǎng)石晶體進(jìn)行分割形成晶間孔。納米級(jí)孔隙主要為納米級(jí)晶間孔和晶間縫(王茂楨等，2015)(圖2c)。

3 頁(yè)巖油微觀賦存特征

吉木薩爾頁(yè)巖油甜點(diǎn)儲(chǔ)層含油性好，巖心含油級(jí)別主體在油浸—富含油級(jí)(邱振等，2016b)。含油飽和度70%以上者占比54.6%，其中部分樣品可達(dá)到90%以上(圖3)。含水飽和度在7.9%～43.0%，主體集中在10.0%～20.0%，占比52.4%，含水飽和度整體低。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組甜點(diǎn)儲(chǔ)層孔隙分布與含油飽和度特征Fig.3 Pore distribution and oil saturation characteristics of sweet spot reservoir of the Lucaogou Formation in Jimsar Sag,Junggar Basin

場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、激光共聚焦顯微鏡、納米CT、核磁共振等實(shí)驗(yàn)手段對(duì)于頁(yè)巖油的賦存表征各有優(yōu)勢(shì)，但也存在缺陷，如場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡分析需要抽較高的真空，真空和電子束的轟擊會(huì)造成流體的揮發(fā)和散失，激光共聚焦不能識(shí)別孔隙水，納米CT和核磁共振不能對(duì)油質(zhì)輕重進(jìn)行有效區(qū)分，以上問(wèn)題均會(huì)對(duì)頁(yè)巖油的賦存表征造成影響。通過(guò)發(fā)揮各實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行聯(lián)合表征是目前較為準(zhǔn)確、可靠的頁(yè)巖油賦存研究方法。

通過(guò)氬離子拋光處理，在場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡下觀察，巖石中可觀察到殘留的重質(zhì)組分油，在電子槍轟擊加熱情況下油膜膨脹變厚(靳軍等，2018；許琳等，2019)，重質(zhì)組分油具有納米孔—亞微米孔—微米孔全尺度分布特征。在同一種巖性，同一含油級(jí)別中，2～5 μm以下孔隙中油為充填狀，2～5 μm以上孔隙中油以薄膜狀賦存于孔隙表面或礦物表面(圖2b)。

對(duì)于較大孔隙中散失的流體，采用密閉取芯樣品進(jìn)一步研究。應(yīng)用激光共聚焦顯微鏡，在樣品制備環(huán)節(jié)全程冷凍，采用488 nm固定波長(zhǎng)激發(fā)樣品，2～5 μm以上孔隙的孔壁及2～5 μm以下孔隙中為重質(zhì)組分油，孔隙中間為中質(zhì)組分油(圖4a)。密閉取芯樣品飽和氯化錳溶液前后核磁共振T2譜變化顯示2～5 μm以上孔隙中存在有水(圖5)。核磁共振分析完后的樣品進(jìn)行納米CT分析，顯示2～5 μm以下孔隙中主要為油，2～5 μm以上孔隙的孔壁為油，孔隙中央為水(圖4b)。

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁(yè)巖油儲(chǔ)層中孔隙流體賦存特征Fig.4 Occurrence characteristics of pore fluids in shale oil reservoirs of the Lucaogou Formation in the Junggar Basin(a) 激光共聚焦分析，紫紅色為中質(zhì)組分油，藍(lán)色為重質(zhì)組分油；(b) 納米CT分析，紅色為油，藍(lán)色為孔隙水(a) confocal laser scanning microscope analysis,purplish red is medium component oil and blue is heavy component oil;(b) nano CT analysis,red is oil and blue is pore water

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組流體賦存核磁共振T2譜特征Fig.5 T2 spectrum characteristics of fluid occurrence in the Lucaogou Formation in the Junggar Basin

吉木薩爾蘆草溝組頁(yè)巖油賦存具有以下特征：①重質(zhì)組分油主要附著于2～5 μm以上孔隙的孔壁及充填于2～5 μm以下孔隙中，隨著含油飽和度的升高，重質(zhì)組分油膜厚度變大，充填狀比例提高；②中質(zhì)組分油主要賦存于2～5 μm以上孔隙的中央；③孔隙水含量較少，賦存于2～5 μm以上孔隙中央，并被中質(zhì)組分油包裹，呈孤立狀。

4 甜點(diǎn)儲(chǔ)層頁(yè)巖油微觀成藏機(jī)制

4.1 源儲(chǔ)之間短距離運(yùn)移充注

生烴動(dòng)力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)表明，蘆草溝組烴源巖累計(jì)生油量和排油量較高，排油率高達(dá)69.21%，是吉木薩爾頁(yè)巖油形成且大規(guī)模成藏的主要原因(吉鴻杰等，2016；王嶼濤等，2017a)。烴源巖到甜點(diǎn)短距離運(yùn)移是甜點(diǎn)成藏的主要方式(王嶼濤等，2017b；李二庭等，2020)，運(yùn)移和充注動(dòng)力為生烴增壓導(dǎo)致的源儲(chǔ)壓差(馬洪等，2014；陶士振等，2015；廉歡等，2016)。溶蝕縫(孔)、層理縫、構(gòu)造裂縫與超壓微裂縫形成頁(yè)巖油的有效運(yùn)移通道(黃志龍等，2012；羅群等，2017)。

蘆草溝組儲(chǔ)層在低熟油形成之前已經(jīng)致密，以微納米孔隙為主(鄭民等，2018)(圖6)。根據(jù)蘆草溝組封閉體系生烴模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)Ro在0.6%～0.7%，TOC為6%～7%，烴源巖生成低熟油時(shí)，生烴增壓可達(dá)36 MPa，在源儲(chǔ)界面可突破的孔喉半徑最大為30 nm(邱振等，2016a)。實(shí)際上儲(chǔ)層內(nèi)部受非均質(zhì)性及距離源儲(chǔ)界面遠(yuǎn)近影響，油從源儲(chǔ)界面進(jìn)入儲(chǔ)層內(nèi)部，充注動(dòng)力驟降，注入小孔喉的能力減弱，因此發(fā)生充注的儲(chǔ)層孔喉直徑應(yīng)大于30 nm。例如，鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組源儲(chǔ)界面附近的充注孔喉下限為15.74 nm，儲(chǔ)層內(nèi)部孔喉充注下限為39.45 nm(張洪等，2014)。

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組儲(chǔ)層埋藏史圖Fig.6 Reservoir burial history figure of the Lucaogou Formation in the Junggar Basin

根據(jù)場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡觀察結(jié)果，小于8 nm以下孔隙均可觀察到孔隙中充填的油(圖2c)。甜點(diǎn)儲(chǔ)層長(zhǎng)石巖屑粉細(xì)砂巖、云質(zhì)粉砂巖，有機(jī)質(zhì)含量低，充注下限以下孔隙，不能以生烴增壓方式充注進(jìn)去或由有機(jī)質(zhì)原位生烴轉(zhuǎn)化而來(lái)。在含油飽和度較低的儲(chǔ)層中，油在微米級(jí)孔中主要緊貼孔壁分布，這與油克服毛細(xì)管壓力呈“活塞式”運(yùn)移到儲(chǔ)層，分布于孔隙中間，孔壁為水的特征不符合。因此頁(yè)巖油從烴源巖短距離運(yùn)移到儲(chǔ)層之后，在漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)期，在儲(chǔ)層內(nèi)部經(jīng)歷了微觀油、水分布調(diào)整。

4.2 微納米孔隙表面吸附

4.2.1 儲(chǔ)層潤(rùn)濕性反轉(zhuǎn)

巖石表面潤(rùn)濕性影響油、水在巖石孔隙中分布，研究表明潤(rùn)濕性反轉(zhuǎn)在油氣成藏中較為普遍(公言杰等，2015；包友書(shū)等，2017)。影響儲(chǔ)層潤(rùn)濕性反轉(zhuǎn)的主要因素包括礦物組成、有機(jī)酸和原油中極性分子吸附。

頁(yè)巖礦物組成：蘆草溝組儲(chǔ)層的礦物組成主體為石英、長(zhǎng)石和碳酸鹽類(lèi)礦物，黏土礦物含量較少(表1)。黏土礦物、石英、方解石、白云石和長(zhǎng)石均為親水性礦物，親水性強(qiáng)弱表現(xiàn)為黏土礦物>石英>方解石>鐵白云石>長(zhǎng)石，黏土礦物的親水性最強(qiáng)，碳酸鹽類(lèi)礦物及長(zhǎng)石已具有中性潤(rùn)濕特征(陸現(xiàn)彩等，2003；呂鵬等，2015)。此外金屬硫化物，如黃鐵礦為親油礦物。蘆草溝組形成于咸化還原環(huán)境，后期成巖環(huán)境仍為還原環(huán)境，甜點(diǎn)儲(chǔ)層中鐵白云石發(fā)育，平均含量16.6%，自生鈉長(zhǎng)石及黃鐵礦也相對(duì)發(fā)育，黏土礦物含量均值僅為3.0%(表1)。因此在礦物組成上頁(yè)巖儲(chǔ)層較常規(guī)儲(chǔ)層，親水性相對(duì)弱。此外，隨著埋藏古地溫升高，水分子布朗運(yùn)動(dòng)增大，潤(rùn)濕水膜厚度降低，潤(rùn)濕性易改變(Derjaguin et al.,1974；Hirasaki,1991；Rao,1999)。

有機(jī)酸溶蝕及極性分子吸附：烴源巖生成液態(tài)烴之前，干酪根脫去含氧官能團(tuán)，烴源巖中有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生大量的水溶性有機(jī)酸，是溶蝕作用最強(qiáng)烈的時(shí)期。蘆草溝組儲(chǔ)層溶蝕作用強(qiáng)，規(guī)模大，與之相關(guān)的自生礦物如鈉長(zhǎng)石、石英在孔隙網(wǎng)絡(luò)中大量分布(圖2b)。大規(guī)模溶蝕作用發(fā)生后，形成的羧酸鹽會(huì)取代吸附在碳酸鹽巖表面的陰離子而發(fā)生陰離子交換吸附，羧酸鹽將直接吸附在碳酸鹽巖表面帶正電的基團(tuán)(≡CO3Ca+)上(林梅欽等，2018)。酸性條件下，酸性極性組分可通過(guò)氫鍵吸附在石英表面(陳晨等，2017)。水溶性較強(qiáng)的極性化合物能通過(guò)水膜擴(kuò)散到孔隙表面，使孔隙表面親水性減弱。在有機(jī)酸的強(qiáng)烈改造之下，蘆草溝組孔隙網(wǎng)絡(luò)可認(rèn)為主體是鐵白云石和溶解作用產(chǎn)生的鈉長(zhǎng)石、石英搭建的，孔隙表面平整，整體呈弱水濕或中性潤(rùn)濕特征。

原油中極性分子吸附：具有界面活性的極性物質(zhì)在原油組分，特別是非烴化合物和瀝青質(zhì)組分中廣泛存在。非烴化合物中極性較強(qiáng)的組分有吡啶類(lèi)、亞砜和硫醚類(lèi)、酸和酚類(lèi)化合物(李紅等，2020)。這些極性物質(zhì)一般都含有O、N、S等雜原子。由雜原子組成的極性化合物含有極性基和烴基，極性基通過(guò)庫(kù)侖力或氫鍵吸附于巖石表面，非極性端(烴基)具有親油的特性，因此隨著極性分子在巖石表面吸附積累，巖石逐漸由原來(lái)的親水性轉(zhuǎn)化為中性或親油性。蘆草溝組干酪根熱降解生烴高峰前的低熟階段大規(guī)模生成的含有較多極性組分的重質(zhì)原油(王嶼濤等，2017a)，這些極性分子易于吸附于礦物表面，造成初始潤(rùn)濕性反轉(zhuǎn)。

4.2.2 重質(zhì)組分油吸附

初始潤(rùn)濕性反轉(zhuǎn)應(yīng)發(fā)生在有機(jī)酸溶蝕—低熟重質(zhì)油充注時(shí)期。在潤(rùn)濕性反轉(zhuǎn)情況下，原油中的烴類(lèi)化合物主要依靠范德華力吸附在巖石表面。分子模擬實(shí)驗(yàn)表明，原油隨著碳數(shù)增加及極性化合物含量升高，原油吸附強(qiáng)度增強(qiáng)，重質(zhì)油更易吸附于顆粒表面?？紫侗砻鎲畏肿佑湍さ某掷m(xù)吸附，造成巖石親油潤(rùn)濕性進(jìn)一步增強(qiáng)(李素梅等，1998；洪祥宇等，2021)。隨著吸附作用的進(jìn)行，油膜厚度不斷增厚，納米孔中逐漸被油充滿，水被驅(qū)替進(jìn)較大的孔隙中。根據(jù)場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡下不同含油級(jí)別巖石孔隙中重質(zhì)油膜厚度測(cè)量及含油面積圖像分析，隨著含油級(jí)別的不斷升高，重質(zhì)組分油膜厚度變大，納米級(jí)孔隙到微米級(jí)孔隙逐漸充滿，含油程度越高，孔隙充填越滿(表2)。實(shí)際上潤(rùn)濕性反轉(zhuǎn)及重質(zhì)組分油的吸附在常規(guī)油藏儲(chǔ)層中也常見(jiàn)到，如高嶺石表面吸附的油膜，但頁(yè)巖油儲(chǔ)層以微納米孔隙為主，吸附作用及造成的微觀調(diào)整較常規(guī)儲(chǔ)層非常明顯。

表2 重質(zhì)油膜厚度與含油級(jí)別及賦存狀態(tài)關(guān)系Table 2 Relationship between heavy oil film thickness and oil grade and occurrence state

4.3 多期次成藏

蘆草溝組烴源巖熱解最高峰溫Tmax值分布在428～459℃，平均440℃，Ro在0.66%～1.63%，平均0.78%，烴源巖處于低成熟—成熟演化階段。受火山物質(zhì)及熱液作用影響(向?qū)毩Φ龋?013；王劍等，2020a，b)，蘆草溝組烴源巖在鏡質(zhì)體反射率Ro達(dá)到0.6%左右開(kāi)始生油，自此之后優(yōu)質(zhì)烴源巖中油的生成是多期次或連續(xù)的。漫長(zhǎng)連續(xù)的生烴過(guò)程中有兩期主要成藏期，第一期是中侏羅世—早白堊世，以低熟油生成為主，包裹體均一溫度50～70℃，油質(zhì)偏重、偏稠；第二期是早白堊世晚期—至今，Ro達(dá)到0.7%以上，包裹體均一溫度在120℃左右，生成的油質(zhì)偏中等(鄭民等，2018)(圖6)。由于甜點(diǎn)儲(chǔ)層與優(yōu)質(zhì)烴源巖呈薄互層式配置，在生烴超壓的作用下，烴類(lèi)很容易經(jīng)過(guò)短距離運(yùn)移進(jìn)儲(chǔ)層中。烴源巖的生烴具有多期次性、且不同期次形成的油質(zhì)具有明顯差異，因此甜點(diǎn)儲(chǔ)層中不同階段運(yùn)移進(jìn)孔隙的油對(duì)烴源巖的多期次生、排烴也具有明顯的響應(yīng)?，F(xiàn)今甜點(diǎn)儲(chǔ)層內(nèi)原油主要由早期充注的低熟油和后期持續(xù)充注的成熟油組成(鄭民等，2018)。

4.4 微納米孔隙中頁(yè)巖油充注及調(diào)整過(guò)程

蘆草溝組甜點(diǎn)儲(chǔ)層頁(yè)巖油充注及吸附調(diào)整可分為4個(gè)階段：①有機(jī)酸溶蝕改造階段，此階段有機(jī)酸對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行強(qiáng)烈溶蝕改造，改善儲(chǔ)層物性。隨著有機(jī)酸分子不斷吸附，有效降低了孔隙表面的親水性；②低熟油充注階段及潤(rùn)濕性反轉(zhuǎn)，在前期有機(jī)酸作用下，低熟油初次運(yùn)移所需要克服的毛細(xì)管阻力逐漸降低。低熟油通過(guò)生烴超壓運(yùn)移到甜點(diǎn)儲(chǔ)層，分布于較大的微米級(jí)孔隙中(圖7a)。隨著非烴化合物和瀝青質(zhì)組分中極性分子的吸附，孔隙表面發(fā)生潤(rùn)濕性反轉(zhuǎn)，表現(xiàn)為油潤(rùn)濕；③低熟油的油、水分布調(diào)整階段。隨著重質(zhì)油分子逐漸吸附，油膜厚度不斷加大，直徑較小的納米級(jí)孔隙逐漸被油充填滿，孔隙水進(jìn)一步被排出到較大的孔隙中(圖7b)；④成熟油充注階段及調(diào)整階段。在前期低熟油“小孔充填狀，大孔薄膜狀”的賦存特征下，孔隙網(wǎng)絡(luò)整體表現(xiàn)為強(qiáng)的親油性，成熟的中質(zhì)油充注進(jìn)孔隙，此時(shí)毛細(xì)管力變成烴類(lèi)運(yùn)移的動(dòng)力(包友書(shū)等，2017)，強(qiáng)親油巖石的自滲吸油速率和滲吸流體體積遠(yuǎn)大于自滲吸水情況。隨著表面吸附作用的持續(xù)進(jìn)行，孔隙水進(jìn)一步被驅(qū)替到較大的孔隙中間，呈孤立的游離相，油藏含油飽和度進(jìn)一步提高(圖7c、d)?，F(xiàn)今巖心樣品接觸角測(cè)試實(shí)驗(yàn)表明，蘆草溝組頁(yè)巖儲(chǔ)層多為親油潤(rùn)濕特性(支東明等，2019)。

圖7 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁(yè)巖油甜點(diǎn)油、水微觀賦存與烴類(lèi)充注及油、水關(guān)系調(diào)整過(guò)程Fig.7 Microscopic occurrence of sweet oil and water in shale oil and its adjustment process of oil and water relationship in hydrocarbon charging of the Lucaogou Formation in the Junggar Basin

5 頁(yè)巖油高效開(kāi)發(fā)對(duì)策

如何高效開(kāi)發(fā)頁(yè)巖油藏，提高頁(yè)巖油產(chǎn)量是現(xiàn)階段吉木薩爾頁(yè)巖油攻關(guān)的主要方向。下甜點(diǎn)體中優(yōu)質(zhì)烴源巖與甜點(diǎn)儲(chǔ)層頻繁交互，優(yōu)質(zhì)烴源巖生油量高、排油量高，微米級(jí)以上的孔隙中水被排出的較為徹底，儲(chǔ)層含油性好。云質(zhì)粉砂巖中親水性相對(duì)較弱的鐵白云石改造較為強(qiáng)烈，有機(jī)酸溶蝕強(qiáng)烈，在鐵白云石、黃鐵礦及有機(jī)酸影響下，儲(chǔ)層潤(rùn)濕性反轉(zhuǎn)強(qiáng)，頁(yè)巖油在微納米孔隙中吸附調(diào)整強(qiáng)，也是下甜點(diǎn)儲(chǔ)層含油性好的重要原因。頁(yè)巖油的分布受生油窗和富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖分布控制(鄒才能等，2015)。吉木薩爾頁(yè)巖油藏地層壓力、成熟度從凹陷區(qū)向斜坡區(qū)逐漸降低，原油密度逐漸增大(支東明等，2019)。下甜點(diǎn)地面原油密度由西部凹陷部位的0.9009 g/cm3增大到東部斜坡部位的 0.9231 g/cm3，50℃原油黏度黏度由凹陷中部的94.2 mPa·s 向東部增大至407.08 mPa·s(圖8a)，含蠟量由3.7%到8.6%，凝固點(diǎn)由1.9℃到15.8℃，初餾點(diǎn)90.0℃到153.0℃(霍進(jìn)等，2020)。凹陷西部埋深較大，烴源巖厚度大，熱演化程度高，達(dá)到Ro大于1.2%(圖8a)，有機(jī)質(zhì)達(dá)到成熟演化階段，中質(zhì)組分油生成比例高，在儲(chǔ)層中充注強(qiáng)，可流動(dòng)性好。因此加大凹陷西部下甜點(diǎn)體的評(píng)價(jià)是必要的(圖8b)。

圖8 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組下甜點(diǎn)頁(yè)巖油黏度分布圖(a)與有利區(qū)預(yù)測(cè)圖(b)Fig.8 Viscosity distribution diagram (a) and favorable area prediction diagram (b) of the Lower Sweet spot shale oil in the Lucaogou Formation,the Junggar Basin

微觀上，甜點(diǎn)儲(chǔ)層具有納米—亞微米—微米全尺度含油特征，且納米孔中為飽含油，油質(zhì)偏重。因此在甜點(diǎn)層段采取水平井體積壓裂、燜井等方式自噴和抽汲開(kāi)采后，地層中剩余的頁(yè)巖油主要附著于2～5 μm以上孔隙的孔壁和2～5 μm以下孔隙中，殘余油飽和度高，初步估算在60.0%～75.0%，是未來(lái)提高采收率研究很好的方向(圖2b)。有學(xué)者在掃描電鏡下利用電子束給這部分殘余油加熱，在真空負(fù)壓條件下，隨著時(shí)間的累積和溫度的升高，以充填狀賦存的油由于受熱撕裂金膜層，橫截面產(chǎn)生“龜裂”現(xiàn)象，以薄膜狀賦存的油由于受熱膨脹及孔隙內(nèi)部油受熱外溢(靳軍等，2018；許琳等，2019)。這一現(xiàn)象說(shuō)明這部分油雖然組分偏重，但在改造下依然可以流動(dòng)。下一步還需攻關(guān)影響納米孔中油流動(dòng)的溫度、壓力等量化因素，同時(shí)加大納米表活劑、納米流體驅(qū)油研究(丁彬等，2020)，經(jīng)濟(jì)條件成熟時(shí)可采取地層升溫(趙文智等，2018；胡素云等，2020)、加納米表活劑方式進(jìn)行試驗(yàn)開(kāi)發(fā)。

6 結(jié)論

(1)準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾頁(yè)巖油微納米尺度油、水賦存特征為：①重質(zhì)組分油主要附著于2～5 μm以上孔隙的孔壁及充填于2～5 μm以下的孔隙中；②中質(zhì)組分油賦存于2～5 μm以上孔隙的孔隙中央；③孔隙水含量較少，賦存于孔隙中央，被中質(zhì)組分油包裹，呈孤立狀。

(2)頁(yè)巖油在微納米孔隙中的賦存受生烴超壓充注、吸附作用及多期次成藏共同影響。生烴超壓充注是甜點(diǎn)成藏的主要?jiǎng)恿?，吸附作用使得油、水在微納米孔隙中進(jìn)一步調(diào)整，多期次成藏造成微納米孔隙中油質(zhì)差異及高的含油飽和度。

(3)吉木薩爾凹陷西部下甜點(diǎn)體埋深較大，烴源巖熱演化程度高，中質(zhì)組分油充注強(qiáng)，可流動(dòng)性好，是頁(yè)巖油勘探和評(píng)價(jià)的重要方向。微納米孔隙中2～5 μm以上孔隙的孔壁和2～5 μm以下孔隙中的重質(zhì)組分油是未來(lái)提高頁(yè)巖油采收率的方向。

致謝：感謝審稿專(zhuān)家和編輯提出的寶貴修改建議，在此深表謝意！