俄罗斯西西伯利亚盆地Bazhenov 页岩地层(上侏罗统)中的粘土质-粉质硅质岩的 矿物学特征:成岩作用研究及作为非常规油气藏开发的可能性 ·

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1、简介

西西伯利亚盆地的Bazhenov 页岩地层(BSF)被视为一个很有前景的非常规油气储层,该套地层可作为烃源岩,并储存和密封其中所含油气。Bazhenov 页岩地层中的有机质含量较高,介于2%到20(平均
为8-12%)之间,且形成于平均水深2220 到2500 米的海洋环境中,属强还原环境。沉积发生在上侏罗统期间,历时8 到10 Ma(百万年)。本研究报导了从西西伯利亚盆地东南部的六口井中采取的Bazhenov
页岩地层(BSF)中粘土质-粉砂质硅质岩的83 件岩芯样品的矿物学特征。

2、地质背景

西西伯利亚盆地是中生代-新生代形成的一个巨大的陆内沉积中心。其基底由褶皱和变质岩组成,形成于二叠纪。西西伯利亚盆地组成盘古超大陆的一部分。该区主要地层如图1 所示。 BSF 可划分为侏罗纪和白垩纪的含油地层和含气地层。BSF 地层在地层层序上所处的位置指示了可将它作为一个区域性地质标志,进而为全球与区域地质演化特征的关系研究提供基础,同时能够利用其进行地质构造和盆地建模。此外,BSF 地层亦可以作为上覆在Vasyugan 组储层油气上的区域性封闭层。最近,Bazhenov 地层被逐渐认为可能是俄罗斯联邦内一个非常规的油气藏的储层。事实上,BSF 内的油气藏很早以前就被发现,且在某些地方,工业油气的采收已经持续了几十年。图1 也示出Togur地层的层序位置,该组地层也被视为潜在的非常规油气储层,但与BSF 相比在区内仅零星的出现。

3、行文思路

首先介绍了样品,研究所选的六口井分别为C-4、D-6、G-1、M-3、T-2 和V-5,其地理位置上涵盖了整个托木斯克地区。研究井的选择是根据之前托木斯克石油协会地球化学实验室所报导的数据选择的(根据不同的成岩作用/退化作用阶段选取)(表1)。井G-1 和T-2 中的Bazhenov 页岩所处温度为135-140°C,代表了该地区最大油窗位置(通常在大于2800-2900 米深度处)。井V-5 和D-6 中的Bazhenov 页岩温度为90-95°C 以下,代表了最低程度的成岩作用/退化作用水平,而井M-3 和C-4 则位于二者之间。表1 和图3 示出了通过岩石热解分析估算的干酪根的成岩作用/退化作用程度、Corg 含量和热衰退温度的一些特征。

其次介绍了方法。包括光学显微镜法,X 射线衍射,扫描电子显微镜能量色散谱(EDS)检查,透射电子显微镜法等。

4、结果

从岩心观察,薄片观察,XRD,TEM 观察等不同方面,讨论后得出:

BSF 的主要矿物由陆源和自生矿物混合物组成,岩相学特征研究表明其为富含有机物的粘土质-粉砂质高硅质细粒沉积岩。碎屑矿物包括石英、长石和白云母,而成岩矿物则包括石英、钠长石、伊利石、I/S 混层、高岭石、黄铁矿及碳酸盐矿物-方解石和白云石。在根据干酪根热衰退温度所提供的代表成岩作用不同阶段的井样间检测到的矿物学存在些许差别。自生石英是通过放射虫骨骼中的氧化硅结晶而来,可能通过蛋白石相形成。钠长石被认为具有成岩成因,因为其通常是唯一可检测到的长石相,这是仅通过碎屑输入不可能出现的特征。有人认为,钠长石是以与砂岩中同样的方式,即通过钾长石转化形成的,因此释放出的钾离子充当自生伊利石结晶的钾源,伊利石相通常被认为属I/S 混层,但在本次研究中认为其为薄伊利石层。TEM 观察显示,碎屑云母和自形高岭石边缘有许多非常小的含钾晶体粒子,其可能充当了形成伊利石必需的Si、Al 及其它离子源。分别通过TEM 和SEM 观察到的高岭石的六边形形态和书状聚合物也表明了成岩成因,且毫无疑问黄铁矿和碳酸盐矿物是在沉积物沉降后形成的。尽管这些矿物反应应
是在一个基本封闭的高度还原环境中发生的,但产生的许多次生矿物(相)与在砂岩中发现的情况类似。事实上,在常规油气储层砂岩中常常都可发现以附晶形式生长的次生石英和成岩钠长石、高岭石及伊利石。最后,BSF 的伊利石粘土矿物特征需在其渗透性下考虑,因为其与其各向异性结构和孔隙水化学特征有关。BSF 的硅质特征表明,尽管伊利石粘土矿物可能对基质渗透率有不利影响,但其仍可能通过水力压裂来提高渗透性。

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