程海生，刘世丽，段宏亮

(中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院，江苏 扬州 225009)

苏北盆地阜宁组泥页岩储层特征

程海生，刘世丽，段宏亮

(中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院，江苏 扬州 225009)

苏北盆地古近系发育阜二段、阜四段两套富有机质泥页岩，油气显示丰富，是目前非常规油气勘探的重要方向。基于岩矿特征、储集空间类型及分布、储集物性等研究，综合评价了阜宁组泥页岩储层，总结了泥页岩裂缝的测井响应及地震响应特征，探索了泥页岩储层甜点识别和预测的技术方法，并在盐城凹陷阜二段和高邮凹陷阜四段开展了预测工作，取得了良好的效果。

页岩 储层 裂缝 甜点 阜宁组 苏北盆地

苏北盆地阜宁组(E1f)泥页岩层系(E1f2、E1f4)沉积期属盆地拗陷演化阶段，总体环境为湖相沉积。除在金湖凹陷局部地区E1f2下部为砂岩外，整体表现为富含有机质的暗色泥页岩，并具有厚度大，分布广的特点。两套泥页岩层系不仅作为主力生烃层系，为常规油气勘探做出了重大贡献，而且作为非常规油气勘探，也表现出较大的勘探潜力[1]。目前，已有近200口井在泥页岩中见不同级别的油气显示，并有多口井已获得工业油流。其中，YC1井E1f2试获日产油36.83 m3，XuX38井日产油2 m3；H20井E1f4累计捞获原油1 820 t，L38-1井压裂后抽汲日产油3 t。

根据岩电特征可识别，苏北盆地E1f2发育5个页岩段，E1f4发育4个页岩段。通过开展E1f2和E1f4页岩段岩石学特征、储集空间类型及分布、储集物性的描述，综合生油条件、储集条件和压裂改造条件进行评价，最终开展了有利页岩储层的预测。

1 岩石学特征

1.1矿物组分

分析化验表明，苏北盆地E1f2、E1f4页岩的矿物组成基本相似。以高邮凹陷为例(表1)，各页岩段矿物组分均以粘土矿物、石英和碳酸盐岩(包括方解石、白云石和铁白云石)为主，平均依次为35.2%、26%和25.5%；其次为长石类矿物，平均8.1%，其中斜长石含量居多(平均6.9%)，钾长石较少(平均1.2%)；另外，还含有菱铁矿、黄铁矿、石膏和方沸石等其它矿物(合计平均5.9%)。 其中，方沸石含量在纵向上变化较大，E1f2下部页3、页4、页5段含量较多；其它矿物含量在纵向上则相对稳定。

表1 高邮凹陷E1f2、E1f4各小层全岩矿物组分

横向上，不同凹陷的页岩段矿物组成总体相似，略有差异(图1)。除粘土矿物之外，石英含量较高。其次为方解石、铁白云石、白云石、斜长石、方沸石，其中铁白云石和白云石含量表现出此消彼长的特征。例如海安凹陷E1f2白云石发育，铁白云石含量较少。而盐城凹陷E1f2铁白云石含量相对较高，白云石不发育。另外，各凹陷还均含有少量钾长石、菱铁矿、黄铁矿、石膏等矿物。

图1 苏北盆地不同凹陷E1f2各小层全岩矿物组分柱状对比

与国内外典型页岩对比，将研究区苏北盆地E1f2和E1f4页岩与Barnett、Bakken页岩以及泌阳凹陷核三段上部页岩进行分析，发现这三者之间具有相似的矿物组成(图2)。

图2 苏北盆地页岩矿物组分及与其它地区页岩对比

1.2脆性矿物含量

脆性矿物含量既是地层中原始裂缝发育的重要控制因素，也是后期压裂造缝的重要条件之一。苏北盆地E1f脆性矿物主要包括石英、长石、方解石和白云石，各页岩段脆性矿物含量均较高。其中，高邮凹陷E1f4各页岩段脆性矿物含量大于60%，粘土矿物含量整体小于35%，有利于岩石的压裂改造。而金湖凹陷E1f4脆性矿物含量相对较低，整体约50%。整体上，高邮凹陷及金湖凹陷E1f2各页岩段脆性矿物含量平均大于50%，粘土矿物含量大部分小于30%，压裂改造条件均有利。

1.3粘土矿物成分

已有研究认为[2]，不同粘土矿物膨胀能力大小顺序：蒙脱石>伊蒙混层>伊利石>高岭石。Barnett等页岩层中粘土矿物主要为微含蒙脱石的伊利石[3]。四川盆地及邻区筇竹寺组和龙马溪组页岩储层粘土矿物组成主要是伊利石，其次为绿泥石，不含蒙脱石[4]，压裂造缝条件好。分析测试表明(图3)，苏北盆地页岩粘土矿物主要是伊—蒙混层和伊利石，另有少量高岭石和绿泥石。其中蒙脱石含量较高，页岩遇水易膨胀，不利于后期压裂造缝。因此，后期压裂造缝将对压裂液的配制提出较高的要求。

a.高邮凹陷E1f4各段粘土成分分析 b.高邮凹陷E1f2各段粘土成分分析

图3 高邮凹陷E1f4、E1f2页岩段粘土矿物组分对比

2 储集空间

2.1微孔隙

页岩孔隙以微孔隙为主，由扫描电镜可见，E1f页岩中微孔隙广泛发育，类型丰富，常见的有片理孔、溶蚀孔、晶间孔、粒间孔和有机质微孔等类型(图4)。大致可以分为原生孔隙和次生孔隙2类，原生孔隙主要包括晶间孔、粒间孔和有机质微孔；次生孔隙则是包括了各种类型的溶蚀孔隙，如基质溶孔、晶间溶孔、晶内溶孔、粒间溶孔、粒内溶孔等。

图4 苏北盆地E1f页岩孔隙类型

目前，理论和实验均已经说明了页岩微孔隙的储油能力。国内学者研究认为[5]，同时考虑烃类分子的直径和束缚水膜的影响，油储层的临界孔喉半径为54 nm。据此标准，苏北盆地E1f2和E1f4页岩中微孔隙均为有效页岩油的储集空间。另外，国外学者Rogerm.Slatt等人在2011年的实验表明，油可以在微米级别的缝洞中流动。他们通过扫描电镜记录下不同时间页岩中油滴的形成和变化，反映了原油在页岩的微孔隙中流动的过程。目前，胜利油田沙三下页岩中各类晶间微孔隙中已发现原油，证实陆相沉积页岩微孔隙具备储集油气的能力，是有效孔隙。

2.2裂缝

油气显示表明，苏北盆地页岩油储集空间类型主要为裂缝(图5)。岩心、薄片及扫描电镜等方法可以对裂缝进行直观有效的识别。裂缝通常呈枝状蜿蜒，或呈雁列式平行分布。部分裂缝有矿物充填，部分裂缝尚处于开启状态。岩心常见裂缝含油、油斑、油迹、荧光等现象，滴水呈圆珠状不渗。

图5 苏北盆地E1f页岩裂缝特征

2.2.1 裂缝类型

根据裂缝形成的应力场作用及裂缝产状，页岩裂缝类型可分为构造缝和层理缝2大类。

构造缝主要在构造应力的作用下形成，常见含油现象(图5a)。进一步可分为平移式剪裂缝(直立缝)、正向剪裂缝(陡倾缝)和逆向剪裂缝(缓倾缝)。平移式剪裂缝(直立缝)常见有两类：一类倾角80°～90°，与井轴近于平行，平面上为共轭式。该类型裂缝多见无充填或方解石充填，见油迹；一类与层面近于直交，但与井轴斜交，多以平行密集的形式出现，裂缝面发育水平擦痕，并可见丝带效应以及小型花状构造。同样可见无充填或方解石充填，见油迹显示。正向剪裂缝(陡倾缝)断面倾角60°左右，发育倾(正)向滑动擦痕。见无充填、方解石充填和油迹显示。逆向剪裂缝(缓倾缝)断面倾角30°左右，发育倾向擦痕，少见充填。镜下，构造缝往往表现为树枝状弯曲延伸，成组出现(图5b)。

层理缝是在成岩和构造共同作用下，沿层理面发育的裂缝，以水平镜面和阶步等发育为特征，有时分叉，常见方解石充填或无充填，同时多见层理缝含油现象。如H158井水平剥离层理缝表面上，可见褐色油迹，滴水不渗(图5c)。W1井镜下可见水平层理缝被纵向缝沟通，增加了孔隙连通性(图5d)。

2.2.2 裂缝分布

裂缝分布主要通过裂缝线密度、面密度和体密度进行表征。由于页岩段岩心破碎，仅能统计线密度或面密度。H158井揭示，纵向上，E1f4页2和E1f4页4裂缝相对较发育，其中E1f4页2(3 210.98～3 216.98 m)井段裂缝线密度达4.17 条/m，E1f4页4(3 368.6 m～3 371.6 m)井段也达3.67条/m；相比之下，E1f4页1和E1f4页3裂缝发育程度相对较低，其线密度分别为1.04条/m和介于0.38～1条/m。高邮凹陷和金湖凹陷的统计结果表明(图6)，E1f2页岩中E1f2页1、E1f2页2、E1f2页3和E1f2页4裂缝发育程度整体差别不大，其中E1f2页5裂缝发育程度相对较低，裂缝面密度介于0.1～0.2(m/m2)。

a 高邮凹陷 b 金湖凹陷

图6 高邮、金湖凹陷E1f2页岩裂缝面密度统计分布

3 储集物性

由于页岩本身的易碎性，E1f页岩获取的样品数较少，但是实测数据仍然反映了其物性相对较好(表2)。其中，E1f2实测孔隙度平均5.4%，渗透率平均0.21×10-3μm2。E1f4实测孔隙度平均6.6%，渗透率平均4.5×10-3μm2。对H158井全直径岩心常规分析可见，E1f4页岩孔隙度平均4.89%，垂直渗透率平均0.414×10-3μm2(表3)。泌阳凹陷核三段上部页岩基质孔隙度4%～6%，渗透率(0.000 1～0.000 9)×10-3μm2，对比可知，苏北盆地E1f页岩储集性能相对较好。

表2 苏北盆地页岩物性统计

注：最小—最大/平均(样品数)

表3 H158井全直径岩心常规分析

图7 H158井E1f4页岩孔隙度和可动流体分布

核磁共振解释成果表明(图7)，H158井E1f4页2孔隙度中等，可动流体含量最高；E1f4页1孔隙度和可动流体均较低；E1f4页3、E1f4页4孔隙度中等，可动流体含量低。

4 储层评价

综合生油条件、储集条件和压裂改造条件可见(表4)。

钙质页岩、钙质泥岩为最有利岩石相类型，其次为泥页岩、含钙页岩和层—块状含钙泥岩，薄层状含钙泥岩生烃条件差、层—块状泥岩压裂改造条件差。

综合评价认为(表5)，Ef页岩中，E1f4页2、E1f2页1、E1f2页2最有利，E1f2页3次之。

表4 苏北盆地E1f不同岩石相类型泥、页岩参数对比

表5 苏北盆地E1f页岩综合评价

5 页岩裂缝的地球物理预测

测井资料通常对页岩裂缝表现出明显的响应特征，例如L38-1井，其裂缝发育段AC高值、剧烈尖峰状，Rt较高值，差值大，可通过AC-Rt交会对含油裂缝进行较好的识别；另外，SP曲线表现为较大幅度负异常，CAL井径扩径；气测异常明显，全烃值高。

地震剖面上，页岩裂缝通常具有强振幅、低频率的响应特征，而在局部地区表现特征有所不同。以高邮凹陷H20井为例，通过正演和时频技术对裂缝发育段分析可知，页岩裂缝对高频吸收明显，具有“强振、低频、高频吸收”的地震响应特征。而盐城凹陷E1f2不同页岩小层中裂缝的地震响应特征有所变化：E1f2页2和E1f2页3裂缝地震响应主要表现为反射波能量的变化，E1f2页4和E1f2页5裂缝地震响应主要表现为地震波波形的变化(图8)。

图8 盐城凹陷E1f2裂缝地震响应特征

据此，综合测井及地震资料，应用模型正演、分频技术、属性融合、迭前及迭后分层反演等技术，在盐城凹陷E1f2和高邮凹陷E1f4进行泥页岩裂缝预测，均取得了良好的效果。在高邮黄珏地区不同页岩段预测出6个甜点区(图9)，盐城南洋次凹预测出7个甜点区(图10)。

图9 高邮黄珏地区E1f4页岩油甜点区预测

图10 盐城地区E1f2页3和E1f2页4页岩油甜点区预测

6 结论

(1)苏北盆地E1f页岩矿物成分主要为粘土、石英、碳酸盐矿物等；页岩段脆性矿物含量均较高，对于天然缝的形成及后期压裂造缝均具备良好的条件。粘土矿物中蒙脱石含量较高，页岩遇水易膨胀，后期压裂造缝将对压裂液的配置提出较高的要求。

(2)页岩储集空间包括微孔隙和裂缝，岩心观察裂缝中油气显示较多，包括构造缝和层理缝两类。纵向上，E1f4页岩中E1f4页2和E1f4页4裂缝相对较发育；E1f2页岩中E1f2页1、E1f2页2、E1f2页3和E1f2页4裂缝发育程度差别不大，E1f2页5裂缝发育程度相对较低。

(3)苏北盆地页岩具备较好的储集物性条件，对比泌阳凹陷核三段上部页岩，储集性能相对较好。

(4)钙质页岩、钙质泥岩为最有利岩石相类型，其次为泥页岩、含钙页岩和层—块状含钙泥岩。综合评价认为，苏北盆地E1f页岩中，E1f4页2、E1f2页1、E1f2页2最有利，E1f2页3次之。

(5)含油裂缝测井响应特征为：AC高值、剧烈尖峰状，Rt较高，SP曲线表现为较大幅度负异常，CAL井径扩径，气测异常明显，全烃值高。高邮凹陷页岩裂缝发育段地震响应特征为“强振、低频、高频吸收”；盐城凹陷E1f2页2和E1f2页3裂缝的地震响应主要表现为反射波能量的变化，E1f2页4和E1f2页5裂缝的地震响应主要表现为地震波波形的变化。综合测井及地震资料，通过模型正演、分频技术、属性融合、迭前及迭后分层反演等技术，可以对含油裂缝较好的进行识别和预测。

[1] 刘世丽，段宏亮，章亚，等.苏北盆地阜二段陆相页岩油气勘探潜力分析[J].海洋石油，2014，34(3)：27-33.

[2] 魏星，邹一锋，傅春梅．压裂对储层伤害机理及评价方法研究[J].内蒙古石油化工，2009，21(7)：138-140．

[3] Bowker K A.Recent development of the Barnett Shale play，Fort Worth Basin[J].West texas Geological Society Bulletin，2003，42(6)：4-11.

[4] 蒋裕强，董大忠，漆麟，等.页岩气储层的基本特征及其评价[J].天然气工业，2010，30(10)：7-12.

[5] 邹才能，朱如凯，白斌，等.中国油气储层中纳米孔首次发现及其科学价值[J].岩石学报，2011，27(06)：1857-1864.

(编辑 曹征远)

Shale reservoir characteristics of Funing Formation in Subei Basin

Cheng Haisheng，Liu Shili，Duan Hongliang

(ExplorationandDevelopmentResearchInstituteofJiangsuOilfieldCompany，SINOPEC，Yangzhou225009，China)

The second and fourth members of Funing Formation are two sets of rich organic matter mud-shale in the Subei Basin，which show rich oil and gas and are the important direction of unconventional oil and gas exploration.Based on the study of rock characteristics，reservoir space type and distribution，and reservoir physical property，the article comprehensively evaluated the shale reservoirs of Funing Formation，summarized characteristics of logging and seismic response to the shale fractures，and explored recognition and prediction methods for the sweet spots of shale reservoir.The forecasting on shale reservoir sweet spots of the second member of Funing formation in Yancheng Sag and the fourth member of Funing formation in Gaoyou Sag has obtained good effects.

Funing Formation;shale;reservoir;fracture，sweet spot;Subei Basin

TE122.2

A

2015-02-24；改回日期2015-05-11。

程海生(1980—)，工程师，从事油气勘探工作。电话：0514-87761365，E-mail：chenghs.jsyt@sinopec.com。

攻关项目：江苏油田分公司(JS 12039)。

10.16181/j.cnki.fzyqc.2015.03.003