中国陆相页岩油储层水平渗透率与垂直渗透率特征

doi:10.11743/ogg20220211

石油与天然气地质 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (2): 378-389.doi: 10.11743/ogg20220211

中国陆相页岩油储层水平渗透率与垂直渗透率特征

沈云琦^1,²(), 金之钧^1,^2,³(), 苏建政^1,^2,³, 李志明^1,^2,³, 牛骏^1,²

^1.中国石化石油勘探开发研究院, 北京 100083
^2.中国国家能源页岩油研发中心, 北京 100083
^3.中国页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室, 北京 100083

收稿日期:2020-11-12 修回日期:2022-01-18 出版日期:2022-04-01 发布日期:2022-03-11
通讯作者: 金之钧 E-mail:shenyq.syky@sinopec.com;jinzj.syky@sinopec.com
作者简介:沈云琦（1987—），男，博士，石油地质。E?mail： shenyq.syky@sinopec.com。
基金资助:
国家科技重大专项(2017ZX05049)

Characteristics of horizontal and vertical permeability of continental shale oil reservoirs in China： A case from Jiyang Depression in Bohai Bay Basin and Qianjiang Sag in Jianghan Baisn

Yunqi Shen^1,²(), Zhijun Jin^1,^2,³(), Jianzheng Su^1,^2,³, Zhiming Li^1,^2,³, Jun Niu^1,²

^1.Petroleum Exploration and Production Research Institute，SINOPEC，Beijing 100083，China
^2.State Energy Center for Shale Oil Research and Development，Beijing 100083，China
^3.State Key Laboratory of Shale Oil and Gas Enrichment Mechanisms and Effective Development，Beijing 100083，China

Received:2020-11-12 Revised:2022-01-18 Online:2022-04-01 Published:2022-03-11
Contact: Zhijun Jin E-mail:shenyq.syky@sinopec.com;jinzj.syky@sinopec.com

摘要/Abstract

摘要：

目前，页岩油在北美地区已经实现了商业开发，中国页岩油的勘探开发也有了重大突破。在生产实践中发现水平纹层/层理发育层段产量高于其他层段，推测水平渗透率大于垂直渗透率。针对中国陆相典型页岩油储层渗透率，应用压力脉冲衰减法，对水平渗透率与垂直渗透的变化规律进行定量研究，结果表明：①常压条件下，当层理缝发育时，水平渗透率高于垂直渗透率可达5个数量级；当层理缝不发育时，水平渗透率比垂直渗透率高20～50倍左右；当储层发育切穿层理的构造微裂缝时，水平渗透率与垂直渗透率相差倍数小于1；②围压条件下，与海相页岩油储层相比，陆相页岩油储层的水平渗透率和垂直渗透率变化更为复杂，其中水平渗透率对围压的敏感性更明显；③就水平渗透率与垂直渗透率之比而言，纹层状灰质页岩/纹层状砂质页岩、层状页岩和块状页岩的变化范围分别为1.5～90.0，1.4～46.0和1.3～40.0；④潜江凹陷页岩油储层孔喉半径小，矿物组分复杂，发育硬石膏等特殊矿物，阻塞孔隙，使得江汉油田潜江凹陷页岩油储层渗透率比胜利油田济阳坳陷页岩油储层渗透率低10～100倍。

关键词: 水平渗透率, 垂直渗透率, 渗透率各向异性, 陆相页岩油, 潜江凹陷, 济阳坳陷, 渤海湾盆地, 汉江盆地

Abstract:

At present， commercial development of shale oil has been achieved in North America， and a major breakthrough has been made in the exploration and development of shale oil in China. In practice， it has been found that segments with horizontal beddings contribute more in petroleum production compared with those without beddings， probably indicating a larger horizontal permeability compared with the vertical permeability. The study focuses on quantitative analysis of horizontal and vertical permeability variation pattern in typical continental shale oil reservoirs in China by using pressure-pulse decay method. The results indicate that：（1） under atmospheric pressure， the horizontal permeability is 5 orders of magnitude higher than the vertical permeability in shale oil reservoirs with bedding?parallel fractures， while it is about 20 to 50 times higher than the vertical permeability in those without bedding-parallel fractures. When vertical structural micro-fractures cutting through bedding exist， the ratio of horizontal permeability to vertical permeability is less than 1. （2） Under confining pressure， the variation of horizontal and vertical permeability in continental shale oil reservoirs is more complicated in comparison with marine shale reservoirs， and the horizontal permeability is the more sensitive to the confining pressure. （3） The ratios of horizontal permeability to vertical permeability in laminated calcareous shale/laminated arenaceous shale facies， lamellar shale facies， and massive shale facies， vary from 1.5 to 90.0， from 1.4 to 46.0 and from 1.3 to 40.0， respectively. （4） In comparison， the permeability of shale oil reservoirs in Qianjiang Sag in Jianghan oilfield is 10-100 times lower than that in Jiyang Depression in Shengli oilfield due to smaller pore throat， complex mineral composition and the existence of pore-filling anhydrite.

Key words: horizontal permeability, vertical permeability, permeability anisotropy, continental shale oil, Qianjiang Sag, Jiyang Depression, Bohai Bay Basin, Jianghan Basin

中图分类号:

TE122.2

沈云琦,金之钧,苏建政,等. 中国陆相页岩油储层水平渗透率与垂直渗透率特征[J]. 石油与天然气地质, 2022, 43(2): 378-389. doi: 10.11743/ogg20220211 Yunqi Shen,Zhijun Jin,Jianzheng Su,et al. Characteristics of horizontal and vertical permeability of continental shale oil reservoirs in China： A case from Jiyang Depression in Bohai Bay Basin and Qianjiang Sag in Jianghan Baisn[J]. Oil & Gas Geology, 2022, 43(2): 378-389. doi: 10.11743/ogg20220211

图/表 3

参考文献 42

1	EIA. Weekly petroleum status report［EB/OL］.（2019-01）.
2	傅成玉.非常规油气资源勘探开发［M］北京：中国石化出版社，2015.
	Fu Chengyu. Exploration and development of unconventional petroleum resources［M］. Beijing： China Petrochemical Press， 2015.
3	金之钧，白振瑞，高波，等.中国迎来页岩油气革命了吗？［J］.石油与天然气地质，2019，40（3）：451-458.
	Jin Zhijun， Bai Zhenrui， Gao Bo， et al. Has China ushered in the shale oil and gas revolution？［J］. Oil & Gas Geology， 2019，40（3）：451-458.
4	刘惠民，张顺，包书友，等.东营凹陷页岩油储集地质特征与有效性［J］.石油与天然气地质，2019，40（3）：512-523.
	Liu Huimin， Zhang Shun， Bao Youshu， et al. Geological characteristics and effectiveness of the shale oil reservoir in Dongying Sag［J］. Oil & Gas Geology， 2019，40（3）：512-523.
5	邹才能，朱如凯，白斌，等.致密油与页岩油内涵、特征、潜力及挑战［J］.矿物岩石地球化学通报，2015，34（1）：3-16.
	Zou Caineng， Zhu Rukai， Bai Bin， et al. Significance， geologic characteristics， resource potential and future challenges of tight oil and shale oil［J］. Bulletin of Mineralogy， Petrology and Geochemi⁃stry， 2015，34（1）：3-16.
6	黎茂稳，马晓潇，蒋启贵，等.北美海相页岩油形成条件、富集特征与启示［J］.油气地质与采收率，2019，26（1）：13-28.
	Li Maowen， Ma Xiaoxiao， Jiang Qigui， et al. Enlightenment from formation conditions and enrichment characteristics of marine shale oil in North America［J］. Petroleum Geology and Recovery Efficiency， 2019，26（1）：13-28.
7	宋国奇，徐兴友，李政，等.济阳坳陷古近系陆相页岩油产量的影响因素［J］.石油与天然气地质，2015，36（3）：463-471.
	Song Guoqi， Xu Xingyou， Li Zheng， et al. Factors controlling oil production from Paleogene shale in Jiyang Depression［J］. Oil & Gas Geology， 2015，36（3）：463-471.
8	龙玉梅，陈曼菲，陈凤玲，等.潜江凹陷潜江组盐间页岩油储层发育特征及影响因素［J］.油气地质与采收率，2019，26（1）：59-64.
	Long Yumei， Chen Manfei， Chen Fengling， et al. Characteristics and influencing factors of inter‑salt shale oil reservoirs in Qianjia⁃ng Formation， Qianjiang Sag［J］.Petroleum Geology and Recove⁃ry Efficiency， 2019，26（1）：59-64.
9	Burton D， Wood L J. Geologically‑based permeability anisotropy estimates for tidally‑influenced reservoirs using quantitative shale data［J］. Petroleum Geoscience， 2013， 48： 3-20．
10	Gale J， Holder J. Natural fractures in some U.S. shales and their importance for gas production［C］//Petroleum Geology Conference， London：GSL，2010：1131-1140.
11	Vernik L， Nur A. Ultrasonic velocity and anisotropy of hydrocarbon source rocks［J］. Geophysics， 1992， 57（5）： 727-735.
12	陈天宇，冯夏庭，张希巍，等.黑色页岩力学特性及各向异性特性试验研究［J］.岩石力学与工程学报，2014，33（9）：1773-1779.
	Chen Tianyu， Feng Xiating， Zhang Xiwei， et al. Experimental study on mechanical and anisotropic properties of black shale［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2014，33（9）：1773-1779.
13	杨峰，宁正福，胡昌蓬，等.页岩储层微观孔隙结构特征［J］.石油学报，2013，34（2）：301-311.
	Yang Feng， Ning Zhengfu， Hu Changpeng， et al. Characterization of microscopic pore structures in shale reservoirs［J］. Acta Petrolei Sinica， 2013，34（2）：301-311.
14	Athma R， Bhandari， Peter B. Anisotropy and stress dependence of permeability in the Barnett Shale［J］. Transport in Porous Media，2015， 108（2）： 393-411．
15	Ghanizadeh A， Amann‑Hildenbrand A， Gasparik M，et al. Experimental study of fluid transport processes in the matrix system of the European organic‑rich shales：Ⅱ.Posidonia Shale （Lower Toarcian， northern Germany）［J］. International Journal of Coal Geolo⁃gy， 2014， 123： 20-33.
16	Soeder D J. Porosity and permeability of Eastern Devonian gas shale［J］. SPE Formation Evaluation， 1988， 3（1）： 116-124.
17	Chalmers G R L， Ross D J K， Bustin R M. Geological controls on matrix permeability of Devonian gas shales in the Horn River and Liard Basins， northeastern British Columbia， Canada［J］. International Journal of Coal Geology， 2012， 103， 120-131.
18	Pathi V S M. Factors affecting the permeability of gas shales［D］. Vancouver： University of British Columbia，2008.
19	Mehdi M， Adel A A， Azra N. Stress‑dependent permeability ani⁃sotropy and wettability of shale resources［C］//SPE/AAPG/SEG Unconventional Resources Technology Conference. Denver： SPE/AAPG/SEG，2013： 2713-2728.
20	Roychaudhuri B， Tsotsis T T， Jessen K， An experimental investigation of spontaneous imbibition in gas shales［J］. Journal of Petroleum Science and Engineering， 2013， 111， 87-97.
21	Metwally Y M， Sondergeld C H. Measuring low permeability of gas‑sands and shales using a pressure transmission technique［J］. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences， 2011， 48（7）： 1135-1144．
22	Tinni A， Fathi E， Agarwal R， et al. Shale permeability measurements on plugs and crushed samples［C］//SPE Canadian Unconventional Resources Conference. Calgary： SPE，2012： 162235.
23	Luffel D L， Hopkins C W， Schettler J P D. Matrix permeability measurement of gas productive shales［C］// SPE Annual Technical Conference and Exhibition. Houston： SPE，1993： 26633.
24	Cui X， Bustin R M. A new method to simultaneously measure in⁃situ permeability and porosity under reservoir conditions： Implications for characterization of unconventional gas reservoir［C］//Canadian Unconventional Resources and International Petroleum Con⁃ference. Calgary： SPE，2010： l38148.
25	Luffel D L， Guidry F K， Curtis J B， et a1. Evaluation of devonian shale with new core and log analysis methods［J］. Journal of Petroleum Technology， 1992， 44（11）： 1192-l197.
26	Sinha S， Braun E M， Passey Q R， et a1. Advances in measurement standards and flow properties measurements for tight rocks su⁃ch as shales［C］//SPE/EAGE European Unconventional Resources Conference and Exhibition. Vienna： SPE/EAGE， 2012： 152257.
27	Bryant W R， Hottman W， Trabant P. Permeability of unconsolidated sand and consolidated marine sediments， Gulf of Mexico［J］. Marine Geotechnology， 1975， 1（1）： 1-14.
28	ChristopherM P， Deborah D S， Charles A D. Permeability estimation in tight gas sands and shales using NMR： A new interpretive methodology［C］//AAPG International Conference and Exihibifion. Rio de Janeiro： AAPG， 2009.
29	Brace W F， Walsh J B， Frangos W T. Permeability of granite under high pressure［J］. Journal of Geophysical Research， 1968， 73（6）： 2225-2236.
30	冯有良，周海民，任建业，等.渤海湾盆地东部古近系层序地层及其对构造活动的响应［J］.中国科学：地球科学，2010（10）：1356-1376.
	Feng Youliang， Zhou Haimin， Ren Jianye， et al. Paleogene sequence stratigraphy in the east of the Bohai Bay Basin and its response to structural movement （in Chinese）［J］. Scientia sinica（Terrae）， 2010， 40： 1356–1376
31	杨田，操应长，王艳忠，等.深水重力流类型、沉积特征及成因机制——以济阳坳陷沙河街组三段中亚段为例［J］.石油学报， 2015， 36（9）：1048-1059.
	Yang Tian， Cao Yingchang， Wang Yanzhong， et al. Types， sedimentary characteristics and genetic mechanisms of deep-water gravity flows： A case study of the middle submember in Member 3 of Shahejie Formation in Jiyang Depression［J］. Acta Petrolei Sinica， 2015， 36（9）：1048-1059.
32	方旭庆，蒋有录，罗霞，等.济阳坳陷断裂演化与油气富集规律［J］.中国石油大学学报（自然科学版），2013，37（2）：21-27.
	Fang Xuqing， Jiang Youlu， Luo Xia， et al. Relationship between faults evolution and hydrocarbon enrichment in Jiyang Depression［J］. Journal of China University of Petroleum（Edition of Natural Science）， 2013，37（2）：21-27.
33	王勇，王学军，宋国奇，等.渤海湾盆地济阳坳陷泥页岩岩相与页岩油富集关系［J］.石油勘探与开发，2016，43（5）：696-704.
	Wang Yong， Wang Xuejun， Song Guoqi， et al. Genetic connection between mud shale lithofacies and shale oil enrichment in Jiyang Depression， Bohai Bay Basin［J］. Petroleum Exploration and Development， 2016，43（5）：696-704.
34	刘宇琦，李建明，刘云生，等.潜江凹陷潜江组高分辨率层序地层的研究［J］.石油天然气学报. 2009， 31（2）：219-222.
	Liu Yuqi， Li Jianming， Liu Yunsheng， et al. High‑resolution sequence stratigraphy of the Qianjiang Formation in Qianjiang Depression［J］. Journal of Oil and Gas Technogoly， 2009， 31（2）：219-222.
35	刘刚，周东升.微量元素分析在判别沉积环境中的应用——以江汉盆地潜江组为例［J］.石油实验地质，2007，29（3）：307-310.
	Liu Gang， Zhou Dongsheng. Application of microelements analysis in identifying sedimentary environment： Taking Qianjiang Formation in the Jianghan Basin as an example［J］. Petroleum Geolo⁃gy & Experiment， 2007，29（3）：307-310.
36	李春荣，陈开远.潜江凹陷潜江组元素演化特征及其古气候意义［J］.石油地质与工程，2007，21（6）：18-21.
	Li Chunrong， Chen Kaiyuan. Evolutional characteristics and their paleoclimate significance of elements in the Qianjiang Formation，Qianjiang Depression［J］. Petroleum Geology and Engineering， 2007，21（6）：18-21.
37	贾颖，李培军，付鑫，等.潜江凹陷潜江组膏盐层特征及其对地层压力的影响［J］.地质科技情报，2011，30（4）：50-54.
	Jia Ying， Li Peijun， Fu Xin， et al. Characteristics of gypsolyte⁃salt rock and its influence on formation pressure of Qianjiang Formation in Qianjiang Depression［J］. Geological Science and Technology Information， 2011，30（4）：50-54.
38	漆智先，舒向伟，桑利，等.潜江凹陷潜江组盐间泥质白云岩形成模式分析［J］.长江大学学报：自然版，2012，9（7）：19-23.
	Qi Zhixian， Shu Xiangwei， Sang Li， et al. The forming pattern of intersalt argillaceous dolomite in Qianjiang Formation of Qianjiang Depression［J］. Journal of Yangtze University（Natural Science Edition）， 2012，9（7）：19-23.
39	Li M W， Chen Z H， Ma X X， et al. Shale oil resource potential and oil mobility characteristics of the Eocene-Oligocene Shahejie Formation， Jiyang Super‑Depression， Bohai Bay Basin of China［J］. Journal of Coal Geology， 2019， 204， 130-143.
40	宋明水.济阳坳陷页岩油勘探实践与现状［J］.油气地质与采收率［J］.2019，26（1）：1-12.
	Song Mingshui. Practice and current status of shale oil exploration in Jiyang Depression［J］. Petroleum Geology and Recovery Efficiency， 2019，26（1）：1-12.
41	Pan Z J， Ma Y， Danesh N N. Measurement of shale anisotropic permeability and its impact on shale gas production［C］//SPE Asia Pacific Unconventional Resources Conference and Exhibition.Bri⁃sbane： SPE， 2015.
42	Zhang W， Wang Q. Permeability anisotropy and gas slippage of shales from the Sichuan Basin in South China ［J］. International Journal of Coal Geology， 2018， 194， 22-32.

[1]	王永诗, 李政, 王民, 包友书, 朱日房, 刘军, 吴连波, 于利民. 渤海湾盆地济阳坳陷陆相页岩油吸附控制因素[J]. 石油与天然气地质, 2022, 43(3): 489-498.
[2]	宋明水, 王永诗, 王学军, 郝雪峰, 李友强, 陈冬霞, 王福伟, 王翘楚, 石学斌, 邹易. 成熟探区“勘探层单元”研究及其在渤海湾盆地东营凹陷的应用[J]. 石油与天然气地质, 2022, 43(3): 499-513.
[3]	朱世发, 贾业, 马立驰, 崔殿, 景安语, 佟欢. 渤海湾盆地济阳坳陷中生界复杂岩性风化壳储层特征、质量控因与甜点模型[J]. 石油与天然气地质, 2022, 43(3): 514-527.
[4]	吕传炳, 庞雄奇, 马奎友, 庞宏, 火勋港, 付亮亮, 张心罡, 梁星如, 吴松. 渤海湾盆地束鹿凹陷“牙刷状”油藏成藏特征与模式[J]. 石油与天然气地质, 2022, 43(3): 566-581.
[5]	刘惠民, 杨怀宇, 张鹏飞, 韩同欣, 刘鑫金. 古湖泊水介质条件对混积岩相组合沉积的控制作用[J]. 石油与天然气地质, 2022, 43(2): 297-306.
[6]	陈扬, 胡钦红, 赵建华, 蒙冕模, 尹娜, 张晓贝, 许格非, 刘惠民. 渤海湾盆地东营凹陷湖相富有机质页岩纹层特征和储集性能[J]. 石油与天然气地质, 2022, 43(2): 307-324.
[7]	黎茂稳, 马晓潇, 金之钧, 李志明, 蒋启贵, 吴世强, 李政, 徐祖新. 中国海、陆相页岩层系岩相组合多样性与非常规油气勘探意义[J]. 石油与天然气地质, 2022, 43(1): 1-25.
[8]	宋明水, 王永诗, 郝雪峰, 安天下. 渤海湾盆地东营凹陷古近系深层油气成藏系统及勘探潜力[J]. 石油与天然气地质, 2021, 42(6): 1243-1254.
[9]	蒋有录, 苏圣民, 刘华, 赵鸿皓. 渤海湾盆地油气成藏期差异性及其主控因素[J]. 石油与天然气地质, 2021, 42(6): 1255-1264.
[10]	沈均均, 陶国亮, 陈孔全, 李君军, 王鹏万, 李志明, 蒋启贵, 孟江辉. 江汉盆地潜江凹陷古近系盐间页岩层系湖相白云岩储层发育特征及形成机理[J]. 石油与天然气地质, 2021, 42(6): 1401-1413.
[11]	韩品龙, 肖敦清, 王居峰. 渤海湾盆地大港探区加里东期不整合面特征再认识[J]. 石油与天然气地质, 2021, 42(2): 430-442.
[12]	周立宏, 韩国猛, 杨飞, 马建英, 牟连刚, 周可佳, 王昌丽, 孟立娜. 渤海湾盆地歧口凹陷沙河街组三段一亚段地质特征与页岩油勘探实践[J]. 石油与天然气地质, 2021, 42(2): 443-455.
[13]	孙莎莎, 董大忠, 李育聪, 王红岩, 施振生, 黄世伟, 昌燕, 拜文华. 四川盆地侏罗系自流井组大安寨段陆相页岩油气地质特征及成藏控制因素[J]. 石油与天然气地质, 2021, 42(1): 124-135.
[14]	薛永安, 王奇, 牛成民, 苗全芸, 刘梦醒, 殷杰. 渤海海域渤中凹陷渤中19-6深层潜山凝析气藏的充注成藏过程[J]. 石油与天然气地质, 2020, 41(5): 891-902.
[15]	胡安文, 王德英, 于海波, 江涛, 孙哲. 渤海湾盆地渤中19-6凝析气田天然气成因及油气成因关系判识[J]. 石油与天然气地质, 2020, 41(5): 903-912, 984.

中国陆相页岩油储层水平渗透率与垂直渗透率特征

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