陆相页岩油储层孔隙结构特征及其控制因素

陆相页岩油储层孔隙结构特征及其控制因素

李林泽

中国石化胜利油田勘探开发研究院，山东东营 257000

摘  要： 页岩孔隙结构是页岩油富集机理的重要研究内容。本文将中国不同盆地内陆相页岩油储层的孔隙结构特征进行对比，以期明确岩矿组分、裂缝构造等对孔隙结构的影响及作用机制。原生孔隙、次生孔隙、微裂缝是陆相页岩的主要储集空间。中低演化程度条件下，有机质含量与中孔孔体积、孔比表面积呈负相关关系。层理缝、构造缝为宏孔提供了更多的孔体积。

关键词：陆相页岩油；矿物组构；孔隙结构；孔径分布

引言

页岩油作为重要的非常规能源战略接替阵地，勘探开发浪潮正在快速兴起[1]。页岩储层具有复杂的油层物理特征，岩性、矿物组成、裂缝系统等对流体物性有重要影响，储层的孔隙结构表征与流体赋存动用密切相关，也是实现页岩油开发实践突破中的重要研究内容。本文综合对比对比我国不同盆地、不同层系的陆相页岩油储层特征，旨在厘清孔隙结构的主控因素和作用机制，以期为后续开发效果提升提供借鉴。

1地质概况

吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组全段含油，局部富集，为典型陆相页岩油储层[2]。芦草沟组为陆相咸化湖盆沉积，具有碎屑岩-碳酸盐岩-火山岩-膏盐混积、源储一体、频繁互层的特点，可分为上下两个甜点段，平均厚度分别为25m和38m，层段埋深3000-4000m。岩性组合以陆源碎屑岩、碳酸盐岩、火山岩碎屑岩混积为主，烃源岩有机质丰度高，成熟度介于0.8%-0.95%。松辽盆地青山口组富有机质页岩形成于白垩纪晚期，分布在中央坳陷区和东南斜坡带，自下而上分为三段，青一段为深湖相泥页岩，青二段和青三段为半深湖-滨浅湖泥岩夹粉砂岩，TOC介于1.6%-3.84%，Ro介于0.8%-1.24%[3]。济阳坳陷沙三段为还原性湖相沉积，发育深灰色泥岩夹粉砂岩、细砂岩，碳酸盐岩等细碎屑沉积，泥页岩厚度100-300m，有机质类型为I型和II1型，TOC介于2%-4%，Ro介于0.7%-1.0%，生油潜力良好。

2储层孔隙结构

2.1储集空间类型

  吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油藏储集空间复杂，主要储集类型包括原生孔隙、成岩阶段形成的次生孔隙以及局部发育的微裂缝。原生孔隙为云岩经压实作用后形成的剩余粒间孔隙，颗粒轮廓边缘清晰，溶蚀和次生加大现象不明显。次生孔隙包括白云质砂屑和白云质粉砂岩中形成的晶间溶孔，有机酸或大气淡水溶蚀过程中碎屑颗粒和晶粒内部形成的粒内溶孔。裂缝型孔隙主要形成于泥质砂岩，多为有机酸溶蚀形成的流体运移通道，孔径一般较大，导流能力强但发育程度低。原生孔隙较大，直径可达几十微米，有效储集空间大，但数量较少对储层孔隙度贡献相对较小。次生孔隙为芦草沟组储层主要储集空间。

松辽盆地青山口组页岩储集孔隙类型包括原生孔隙（粒间孔、晶间孔）、次生孔隙（粒内孔、有机质孔）、黏土矿物收缩缝、有机质收缩缝。此外，页理缝作为一种重要储集类型，不仅能改善储集空间，同时构成了页岩储层孔缝网络中页岩油的运移和存储通道。利用场发射扫描电镜和图像分析软件定量分析表明：粒间孔、有机质孔和黏土矿物收缩缝是最为主要的储集空间。

济阳坳陷沾化凹陷沙三下亚段页岩储层发育孔隙（粒间孔、晶间孔、溶蚀孔、有机质孔）和微裂缝（层理缝、构造缝）2大类储集空间。粒间孔多为狭缝型或楔形，平均孔径为数百纳米，少量达到微米级；晶间孔为黏土矿物晶间孔和黄铁矿晶间孔，形状为不规则多边形，平均孔径数十纳米，少数为微米级；溶蚀孔与有机质孔的形成与生烃过程相关，溶蚀孔以碳酸盐岩溶蚀孔为主，孔径多小于50nm，有机质孔发育极少，多呈不规则多边形或椭圆形，平均孔径可达数十纳米。沙三段下亚段泥页岩构造缝较平直，宽度可达微米级，层理缝宽度为数微米，部分被方解石胶结物充填。

2.2孔径及孔体积分布

芦草沟组致密储层孔隙结构复杂、非均质性强，具有超低渗透率、低孔隙度的特点。微米尺度下孔隙直径介于10-70μm，占总孔98%，大于70μm孔隙仅占2%，平均孔隙直径介于0.18-0.21μm。青山口组页岩平均进贡孔隙度为5.2%,平均孔喉直径介于6.7-13.5nm，页岩孔体积在0.016-0.037 cm3/g之间，平均0.025 cm3/g，平均孔径介于9.9-22.7nm，平均14.4nm。页岩孔隙主要集中在2-10nm范围，微孔相对不发育，孔径分布呈单峰或双峰形态。沙三下亚段页岩以50nm和2μm为界，核磁共振孔径分布曲线呈明显三段式[4]，总孔体积平均17.95 μL/g,直径50nm以下的孔隙（体积贡献率达到58.5%）是主要的储集空间。

3孔隙结构影响因素探讨

页岩的孔隙结构极为复杂，影响因素众多，其中沉积作用和成岩作用是两个关键影响因素。青山口组页岩样品黏土含量较高，但其与孔隙结构参数间相关性不明显，这可能与黏土矿物含量变化不大或成岩后期改造有关。石英、长石含量与孔体积存在一定正相关关系，它们与粒间孔的形成密切相关。碳酸盐矿物含量与孔体积呈较明显负相关关系，孔隙或裂缝中胶结或交代的碳酸盐破坏了原生孔隙，降低总孔体积。TOC与孔体积相关性不明显，但对于小于10nm的孔隙TOC与其有较明显负相关关系。游离烃S1与比表面积为负相关关系，这与有机质沥青充填效应的影响有关。

沙三段下亚段中低成熟页岩中0-50nm孔隙孔体积与TOC含量相关性不明显，而与方解石含量呈正相关，方解石溶蚀孔提供了主要的孔体积。对于50nm-2μm的大孔，无机矿物粒间孔做出了主要贡献。孔径大于2μm的孔隙，层理缝和构造缝为其提供主要的孔体积。

4结论

（1）陆相页岩油储集空间复杂多样，主要的储集空间类型包括原生孔隙、次生孔隙、有机质相关孔缝、层理缝和构造缝。芦草沟组页岩储集空间主要由次生孔隙和裂缝型孔隙提供；青山口组页岩中原生孔和页理缝是储层物性的关键影响因素；济阳页岩主要以碳酸盐岩次生溶孔和层理缝作为主要的储集空间。

（2）芦草沟组页岩直径介于10-70μm的孔隙占总孔98%，平均孔隙半径介于0.18-0.21μm；青山口组页岩平均孔径14.4nm，孔隙主要集中在2-10nm范围；沙三下亚段页岩总孔体积平均17.95μL/g,直径50nm以下的孔隙是主要的储集空间。

（3）沉积作用和成岩作用是孔隙结构两个关键影响因素；TOC含量对中低成熟的页岩的孔隙结构会产生负面影响，方解石、石英、长石等矿物组分在不同条件下可对储层改造产生正面作用；层理缝、构造缝的发育有利于页岩孔隙的连通，增强流体流动性。

参考文献

[1]焦方正, 邹才能, 杨智. 陆相源内石油聚集地质理论认识及勘探 开发实践[J]. 石油勘探与开发, 2020, 47(6): 1067-1078.

[2]靳军，杨召，依力哈木·尔西丁，等 . 准噶尔盆地吉木萨尔 凹陷致密油储层纳米孔隙特征及其含油性 ［J］ . 地球科学， 2018，43 ( 5) : 1594-1601.

[3]曾维主, 宋之光, 曹新星. 松辽盆地北部青山口组烃源岩 含油性分析[J]. 地球化学, 2018, 47(4): 345–353.

苏思远，姜振学，宁传祥，等．沾化凹陷页岩油富集可采主控因素研究[J]. 石油科学通报，2017，2 ( 2) : 187-198.