层理缝是致密油富集的最重要因素20161020-罗群中国石油大学

中国石油大学（北京）非常规天然气研究院2016年10月22日准噶尔盆地吉木萨尔凹陷致密油储层层理缝发育特征

----层理缝是致密油富集最重要控制因素

汇报人罗群目录一、研究背景二、问题的提出三、证据四、成因解释五、机理模式六、认识与结论一、研究背景

致密油是致密储层油的简称，是一种非常重要的、也是最现实的非常规油气资源。全球致密油资源丰富，资源量达4495×108吨。我国致密油勘探已经在鄂尔多斯、准噶尔、四川、松辽、渤海湾、柴达木等盆地取得突破，初步评价致密油资源量超过100×108吨。全球致密油资源分布（据张君峰，2015）已进行资源量评估的盆地/地区未进行资源量评估的盆地/地区中国主要盆地致密油分布（曹喆）1、致密油资源极为丰富2、致密油富集在哪里？致密油富集在致密储层的甜点空间中，但具体富集在什么样的储层空间中？目前普遍认为致密油主要富集在致密储层的孔隙孔喉和构造裂缝的甜点空间中，真的是这样吗？岩性（粒度）---目前认为相对大孔隙粗孔喉是控制致密储层的含油性因素之一新疆吉木萨尔凹陷吉174井,3284.44m极细砂岩粉砂岩泥质粉砂岩粉砂质泥岩云质泥岩油迹油斑油浸饱含油饱含油（1）致密油富集在致密储层中物性相对好的物性甜点区裂缝---目前认为裂缝是控制致密储层的含油性因素之一天然裂缝主要类型到底哪种（几种）裂缝对富集致密油最重要？（2）致密油富集在致密储层中裂缝相对发育的裂缝甜点区2、致密油富集在哪里？天然裂缝中，目前认为构造裂缝是控制致密储层的含油性因素之一新疆吉木萨尔凹陷典型井致密储层构造裂缝含油照片（2）致密油富集在致密储层中裂缝相对发育的裂缝甜点区延长探区典型井致密储层构造裂缝含油照片中原油田典型井致密储层构造裂缝含油照片2、致密油富集在哪里？延长探区安沟长6致密储层油苗、油砂（全景图)孔隙含油野外也证实似乎油储层孔隙与构造缝是油主要集成集空间构造裂缝含油新疆吉木萨尔凹陷典型岩心层理缝含油照片鄂尔多斯盆地延长探区典型岩心层理缝含油照片（3）我们发现层理缝含油性似乎更明显和更普遍（4）调研发现，致密油区层理缝丰富且含油好具有普遍意义

层理缝发育的储层渗透率常常是层理缝不发育储层的3~18倍甚至更高(宋晓威，齐亚东，2015;王秀娟.2004;王瑞飞,孙卫.,2009)。四川大邑构造须家河组致密油气藏的层理缝占裂缝总数的45%左右，是各类裂缝中最为发育的一类裂缝（陈迎宾.郑冰，2013）.川东北元坝地区须家河组四段致密砂岩层理缝占总裂缝的70%(王景,凌升阶,2003).

鄂尔多斯盆地榆林一神木地区西组山2段中下部层致密储层理缝发育而构造缝不发育。这些层理缝富集了比构造缝更丰富的致密油资源(李红南,毛新军,2014;张君峰，兰朝利.2006)。美国鹰滩（EagleFord）致密油区位于Texas州南部GulfCoast盆地，鹰滩组产油气能力极高，至2012年，年产量为29.3×106t，岩心显示鹰滩致密储层发育大量顺层理微裂缝，偶见垂向和压力释放型构造裂缝(赵俊龙，张君峰，2015)（4）调研发现，致密油区层理缝丰富且含油好具有普遍意义

参加国家973项目“陆相致密油高效开发基础研究”课题一“陆相致密油甜点成因机制及精细表征”专题二“致密油储层裂缝成因机理及分布规律”研究。以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷致密油为解剖对象。商业致密油富集于甜点之中。倒底富集于什么样的甜点之中—孔隙、构造裂缝还是层理裂缝？二、问题的提出

与研究背景1、问题的提出2、研究背景研究区吉木萨尔凹陷构造上处于准噶尔盆地东部，二叠系芦草沟组为致密油储层，目的层为上、下甜点层。目前认为构造缝不发育，致密油主要富集于致密储层的孔隙甜点中准噶尔盆地构造单元划分及工区位置图上甜点下甜点据中国石油新疆油田资料芦一段一层组芦一段一层组芦一段一层组过吉33-吉31井芦草沟组地层对比剖面下甜点体含油面积图吉251吉174吉32发育5种岩性：云质粉砂岩、泥质粉砂岩、砂屑云岩、泥晶云岩、泥岩岩石相泥岩（含云质、粉砂质、灰质）云质粉砂岩（含灰质、凝灰质）泥质粉砂岩（含灰泥质）砂屑云岩（含砂质、粒屑、生屑）泥晶云岩（含粉晶、微晶、灰质）泥岩类粉细砂岩类云岩类3、研究区地质特征与对致密油富集的认识（1）前人对裂缝的认识以往认为研究区目的层裂缝不发育，以构造缝为主。致密油主要赋存于致密储层的孔隙之中。半充填微缝3164.93m陆屑泥晶粉屑云岩前人认为，储层天然裂缝总体欠发育，主要是构造缝，缝高小于1m岩心观察及镜下分析：吉174井岩屑长石粉细砂岩段9m岩心，局部发育高角度裂缝3条，缝宽1-2mm，缝高0.2-0.83m，断面较平整，未充填。吉174井岩心照片（第6筒）溶蚀缝3121.38m泥晶云岩溶蚀缝3134.79m泥晶云岩龟裂纹3121.38m泥晶云岩1.25×成像测井解释直井裂缝密度0.05~0.91条/m。吉174井岩心与FMI对比特征图井号测量段厚度（m）裂缝条数(条)裂缝密度(条/m)吉25136.9260.1625吉17438.260.1571吉17237.8260.1586吉3742.5840.0939吉3350.18140.2790吉3236.5220.0548吉3439.8140.1005吉3633300.9091吉3141.640.0962成像测井识别芦草沟组裂缝发育情况统计表储层天然裂缝总体欠发育，主要是构造缝，缝高小于1m

在研究中发现层理缝十分发育，致密油富集与层理缝的关系很密切，提出了层理缝是制约致密油富集的最主要的地质因素的认识。缝合线（压容缝），沿缝含油程度增高缝合线（压容缝），沿缝含油程度增高岩性细，裂缝不发育，含油性差新疆吉木萨尔凹陷吉251井,3597m层理缝与构造缝隙是控制致密储层的含油性重要因素，尤其是层理缝新疆吉木萨尔凹陷吉1743292.25m沿纹层面（层理缝）含油性明显变好层理缝层理缝沿缝发育的孔油浸油斑油迹层理缝构造缝沿缝发育的孔近直立构造缝近直立构造缝层理缝层理缝不含油泄水缝吉174，3308.82m往往层理缝含性最好、其次是构造缝，泄水缝几乎完全被充填，不含油（2）我们发现大量的层理缝，与含油关系很密切1、层理缝发育的证据

从野外调研、岩心观察、成像测井、薄片描述、扫描电镜、统计分析等，证实研究区目的层发育多种类型裂缝，尤其是层理缝最为发育。（1）野外：野外露头显示主要天然裂缝类型为层理缝与构造缝；屋理缝密度明显大于构造缝。大龙口露头10cm层面缝层面缝层理缝大龙口露头小龙口露头主要野外剖面和露头位置图大龙口露头三、层理缝发育与富油的证据层理缝层理缝层理缝层理缝大龙口露头层理缝层理缝吉251井，3966.60m吉251井,3596.10m吉251井，3594.73m吉251井,3597.20米构造缝层理缝泄水缝压溶缝（2）岩心岩心裂缝识别结果表明，芦草沟致密油有构造缝、层理缝、压溶缝、溶蚀缝和泄水缝等不同成因类型裂缝。层理缝尤其发育。岩心观察表明，层理缝远比构造缝发育。吉174，3305.82m层理缝层理缝构造缝岩心（3）测录井成像显示主要天然裂缝类型为层理缝与构造缝；屋理缝密度明显大于构造缝。吉174井岩芯与FMI对比特征图构造缝发育层理缝发育层理裂缝电成像图吉31井成像测井图吉22井成像测井图（4）岩石薄片薄片下显示的发育的纹理（层）缝，构造缝少见。J251-8，3784.11云质粉砂岩J251-5，3741，云质粉砂岩J37-4，2853.9，泥岩J251-6，3754.2云质粉砂岩沿纹层面溶蚀的层理缝构造缝构造缝纹层缝纹层缝纹层缝纹层缝纹层缝纹层缝J32-1，3571.3，云质砂岩纹层缝纹层缝J32-1，3571.3，云质砂岩纹层缝纹层缝构造缝构造缝构造缝上甜点裂缝密度分布柱状图下甜点裂缝密度分布柱状图岩心统计表明，层理缝远比构造缝发育，是构造缝的3-7倍。（5）岩心层理缝与构造缝统计结果2、层理缝富含油的证据吉木萨尔凹陷芦草沟组含油裂缝主要是构造裂缝和层理缝，而层理缝含油性最好层理缝层理缝沿缝发育的孔油浸油斑油迹层理缝构造缝沿层理缝发育的孔近直立构造缝近直立构造缝层理缝层理缝不含油泄水缝吉174，3308.82m往往层理缝含性最好、其次是构造缝，泄水缝几乎完全被充填，不含油吉174井，3305.82层理缝网层理缝--构造缝网油浸油斑油迹层理缝十分发育，多被石油浸染，高-中-低角度构造缝与纹层缝构成裂缝网络。构造缝含油性不如层理缝；裂缝不发育区含油性较差。含油性好的地方往往是层理缝密集的地方。（1）岩心构造缝吉36井裂缝较发育，初期日产28.7t层理缝层理缝发育段，油浸段层理缝不发育段，有构造缝，油斑油迹段层理缝发育段，有构造缝，富含油段吉36井岩心照片吉木萨尔凹陷芦草沟组含油裂缝主要是构造裂缝和层理缝，而层理缝最富油层理缝含油性明显好于构造缝含油性好的地方往往是层理缝密集的地方。层理缝含油性明显好于构造缝（1）岩心层理缝含油性明显好于构造缝含油性好的地方往往是层理缝密集的地方。含油（沥青）的层理缝含油（沥青）的层理缝J32-13571.3，云质砂岩（2）岩石薄片层理缝含油（沥青）构造缝不含油构造缝不含油层理缝含油（沥青）J251-6，3754.2云质粉砂岩吉木萨尔凹陷芦草沟组含油裂缝主要是构造裂缝和层理缝，而层理缝最富油构造缝不含油（3）统计分析也表明吉木萨尔凹陷芦草沟组含油裂缝主要是构造裂缝和层理缝，而层理缝最富油。吉31,32,35,36，174,251等井芦草沟组岩心裂缝与石油显示级别统计图无论是油浸还是油斑，裂缝含油比例远大于无裂缝（基质）含油，裂缝含油是基质（孔隙）含油的2倍-6倍，表明裂缝是含油的第一主控因素。裂缝中，层理缝和构造缝是主要的含油裂缝，其中层理缝含油性也好于构造缝，对于油浸级别的含油性看，层理缝是构造缝的2.5倍，对于油斑级别的含油性看，层理缝是构造缝的1.4倍。其它类型的裂缝（包括泄水缝）含油性很差。层理缝是第一主控因素，其次是构造缝或孔隙。（孔隙）（孔隙）（4）致密油区层理缝丰富且含油好具有普遍意义

调研结果表明：吉木萨尔凹陷芦草沟组致密油区层理缝发育而且富油不是个例，其它地区典型致密油产层层理缝也非常发育新1井，长4+5，1887米，沿粉细灰岩层理缝分布的沥青①砂岩裂缝含油新1井，长2，灰色细粉砂岩，沥青沿层理缝隙完全充填资源10-9井，长6，粉细粒砂与有机泥互层--韵律层，油迹。永1501井，长61，青灰色粉细砂岩，沥青充填构造裂缝。周14井，长63灰色油斑细砂岩，沿层理缝含量油程度明显增加。吴起，吴139井，长6，灰白色石英岩，油斑。层理缝发育，含油。吴起，长6，灰色油斑粉细砂岩，构造裂缝中沥青充填灰白色细砂岩，层面较厚的沥青，6-8cm，发育小裂缝，均被沥青完全充填。层理缝为主，含油性好。构造缝相对少，充填沥青。鄂尔多斯盆地南部三叠纪延长组（4）致密油区层理缝丰富且含油好具有普遍意义鄂尔多斯盆地南部三叠纪延长组薛68井，长6，黑色粉砂质泥岩、泥岩，沿层理面存在沥青和植物碎片②泥质岩裂缝含油层理缝（面）含沥青吴起，铁29井，长4+5，灰黑色、黑色泥页岩，层理缝发育，油迹。层理缝（面）含油永341井，长62暗色泥、页岩（烃源岩）中层理缝中的沥青。层理缝充填沥青正511井，长10，黑色泥、页岩层面的沥青层理缝（面）含沥青岩心含油包括基质孔隙含油和裂缝含两大类。裂缝含油相对普遍，孔隙含油程度与岩性（粒度）有关。含油产状包括油浸、油斑、油迹、沥青。裂缝含油以层理缝含油为主，包括砂岩裂缝含油与泥页岩裂缝含油，泥页岩裂缝主要以沥青充填为主，均为层理缝充填沥青。细、粉砂岩中可见构造缝充填沥青，其层理缝中既有沥青充填，也有不同级别的含油显示。层理缝为主，含油产状主要为沥青充填总结1、层理缝发育与富油的成因解释层理缝的前身--层理在致密油形成的沉积背景下广泛发育，薄弱性特征导致地质演化过程中因构造运动、成岩溶蚀、异常高压而极易破裂形成层理缝。（1）层理缝的前身--层理在致密油形成的沉积背景下广泛发育

致密油赋存于富含有机质的低能细粒沉积背景中（深湖-半深湖、三角洲前缘-浅湖等），沉积韵律发育，沉积纹理丰富，为低角度沉积层理的形成奠定了良好的沉积地质条件（水平层理、低角度斜层理、透镜状屋理、波状层理等）。研究区储层主要为一套咸化湖盆准同生期白云岩与碎屑岩过渡的沉积，平面与碎屑岩呈互补关系，大面积分布于湖盆中心区与斜坡带，岩性复杂、类型多，纵向上岩性变化界面、纹理、层理十分发育。岩石薄片--吉25井3411.05m机质微层与富云质粉砂质微层互层层理沉积背景模型野外层理露头致密油储层形成的沉积背景（候加根，2015）四、致密储层中层理缝发育与富油的成因解释下甜点体下甜点体总厚度62.9m，共划分41个岩性段。岩性段间多为层理面。下甜点体主要为中-厚层凝灰质/云质/泥质/灰质粉砂岩与薄-中层粉砂质/泥质泥晶云岩互层；互层间、互层内、互层组均极易形成不同类型的水平层理、低角度斜层理。吉174井吉176井频繁的薄互层韵律为丰富的各类低角度层理的形成奠定了沉积基础吉木萨尔凹陷下甜点典型井段岩性柱状图（候加根，2015）层理水平挤压应力垂直引张应力剪切应力构造运动时期层理缝现今层理缝原始沉积时期构造运动时期现今时期（2）层理面是薄弱面，在构造应力作用下极易破裂，形成层理缝

构造运动中产生的水平挤压应力，一方面导致垂向的引张应力，有利于低角度层理面的张开，同时水平挤压的不均衡而导致层理面上下地层差异滑动，形成平行层理面的剪切应力，从而促进层理面的剪切破裂，形成层理缝。层理缝形成机制模式示意图研究区在侏罗纪末、白垩纪末、古近纪末、新近纪末曾遭受多次大规模构造挤压，为层理缝的形成与开启提供了多次强大的动力。准噶尔盆地及周边区域构造演化图（4）生烃增压、欠压实、成岩作用产生异常高峰压有利于层理裂开形成层理缝

由于生烃增压、欠压实等产生异常高压，当封闭体内压力梯度升高的值大于薄弱面(层理面)破裂成缝的值时,自然流体压裂作用很可能沿致密砂岩中的层理面发生,形成“层理裂缝系统”（吴志均，2003)。（3）层理面是岩性薄弱面，在有机酸溶蚀作用下也容易形成层理缝

层理面不能常常是岩性软弱面，在早期烃类运移过程中成为烃类选择性运移通道。早期烃源岩排出的有机酸性水或烃类沿层理面运移时溶蚀形成层理缝（张君峰等，2006)。

研究区位于生排烃中心及其附近，有机酸溶蚀现象普遍，在岩心、薄片中常常见到沿层理面的溶蚀现象。吉172井，上甜点层J251，3784.11云质粉砂岩延长张家滩剖面有机质生烃增压缝溶蚀缝溶蚀缝溶蚀缝（5）致密油形成的构造背景相对稳定，地层塑性较强，构造裂缝往往不发育。

致密油均赋于构造背景相对稳定的沉积中心和沉降中心（盆地的中心或斜坡）附近，构造应力分散，地层厚度大，细粒沉积物为主，塑性强，不易产生构造裂缝。吉木萨尔凹陷致密油也具有这个特征。构造缝不发育，层理缝发育并富油是致密油储层的一个必然特征吉木萨尔凹陷地层-沉积模式（候加根，2016）致密油储层分布区（1）发育层理缝的致密储层多位于烃源岩中心（如三角洲前缘）或临近烃源中心（前三角洲），油源供给充分，源缝一体或源缝紧临，源缝空间匹配好。2、层理缝富油的成因解释层理缝与生油岩时空匹配好，石油充注充分，聚焦石油成藏富集极为有利生油中心陆相湖盆层理缝发育的致密油储层分布与烃源岩空间匹配模式优质生油岩一般生油岩前缘致密储层浊积致密储层（2）包裹层理缝的优质生油岩或紧临层理缝的优质生油岩在演化过程产生欠压实、生烃增压等使得石油向层理缝充注压力大。层理缝与其它缝孔构成复杂畅通的输导体系。裂缝作为优势运移通道向基质推进的运移模式（陶士振等，2015）构造缝层理缝层理缝微裂缝高压低压低压低压层理缝与生油岩时空匹配好，石油充注充分，聚焦石油成藏富集极为有利（3）层理缝的形成与启闭变化与生排油史匹配好，石油充注成藏期与层理缝形成与开启时期一致。新近纪古近纪白垩纪侏罗纪三叠纪二叠纪挤压运动挤压运动挤压运动挤压运动现今生排油窗层理缝形成层理缝开启层理缝开启层理缝开启生排油量裂缝启闭时代吉木萨尔凹陷芦草沟组层理缝形成启闭与生排油时间匹配示意图五、建立了层理缝聚油成藏机制与模式层理缝聚油成藏机制与模式（1）致密油主要富集于致密储层的孔隙、构造缝和层理缝中，吉木萨尔凹陷芦草沟组致密油主要富集在层理缝中。（2）由于致密油储层特殊的地质背景，使得层理缝成为致密储层最重要的储集空间和富油空间。（3）三角洲前缘与前三角洲（深湖-半深湖）细粒沉积物层理最为丰富，是致密油储层层理缝发育的基本因素，构造挤压、有机酸溶蚀、异常高压（生烃增压、欠压实等）是层理转化为层理缝的主要原因。（4）有利的源缝时空匹配关系（