非常规油气藏的形成及其分布特征*

非常规油气领域是目前油气勘探和开发的热点领域, 也是石油工业的发展趋向, 非常规油气的成藏研究对非常规油气勘探具有重要指导意义。非常规油气与常规油气成藏的最本质区别在于非常规油气是非浮力驱动聚集, 这主要是由于致密储集层中微纳米级孔隙发育导致毛细管阻力较大, 同时缺乏提供强大浮力的有利条件。根据烃源岩演化与非常规油气成藏的关系, 将非常规油气资源分为油页岩、页岩油、致密油、页岩气、致密气和煤层气6种类型。油页岩、页岩油、煤层气和页岩气的源储组合特征都是“源储一体”, 而致密油气源储组合有2种类型：一种是源储叠置的临源型致密油气, 另一种是与常规油气藏类似的源储不相临、但距离不远的近源型致密油气。成藏动力学上的差异使非常规油气藏在地质上表现为大面积分布、局部富集、油气赋存具有明显的“滞留”或短距运移特征、没有明显的圈闭边界和无统一的油水界面等特点。     

哈密坳陷四道沟油气藏特征及成藏分析

四道沟低产油气藏是目前在哈密坳陷内钻探众多构造圈闭后所发现的唯一油气藏，通过对油藏构造、储层特征和油气成藏分析表明，四道沟构造存在二期油气运移与聚集，第一期形成类似哈2井三叠系和侏罗系砂岩储层中的沥青，它来自三堡凹陷源岩生成的油气；第二期为四道沟构造上哈2、哈3井储层近源捕获的油气。三堡凹陷源岩在中侏罗统西山窑组沉积以后曾有较大规模的测量 气生成与运移，油气运移路线主要是向东或东北方向。储层物性差、裂缝不发育，早期油藏被破坏，后期油气源供给不足是四道沟构造上哈2、哈3井油气低产的主要原因，该地区下一步油气勘探应围绕三堡生油凹陷，以寻找未遭破坏的早期油气藏为勘探方向，以三叠系与侏罗系不整合附近的构造圈闭、地层圈闭、岩性罪状闭和三叠纪古构造圈闭及裂缝发育带为主要勘探目标。     

深盆气藏勘探开发现状及发展趋势

深盆气藏是发育在构造下倾方向或下部层位、气源岩与致密储层邻接的天然气聚集。其成藏机理表现为天然气从构造下倾部位或致密储层底部对储层中原始地层水的活塞式推进,而常规圈闭气藏则表现为天然气与地层水的置换式运移,两者在成藏机理上形成了鲜明对比。在调研大量国内外深盆气藏勘探开发实践的基础上,对深盆气藏的地质条件、成藏主控因素以及勘探开发现状进行了系统研究,结合四川盆地川西坳陷的石油地质特点进行类比,认为川西坳陷可能存在深盆气藏。     

连续型致密砂岩气近源累计聚集的特征及成因机制

致密砂岩气是非常规油气资源的重要组成部分,是当前技术条件下可动用程度最高的部分.致密砂岩气可分为连续型致密砂岩气和圈闭型致密砂岩气.通过系统地对比圈闭型和连续型致密砂岩气在运聚、分布上的地质、地化特征差异,并使用物理模拟实验揭示了连续型致密砂岩气呈近源累计聚集的动力学成因机制.研究表明:圈闭型致密砂岩气是天然气远距离运聚的结果,在天然气组分和碳同位素上都有很明显的分馏效应,具有良好的输导体系,形成了“常规圈闭汇聚、具有边底水、优质盖层封盖”的特征;连续型致密砂岩气是近源累计聚集的结果,天然气组分和碳同位素基本不产生分馏效应,同一地区碳同位素呈现离散性,表现出“连续分布、近源汇聚、气-水分布复杂或倒置”的特征.连续型致密砂岩气近源累计聚集是致密砂岩储层中近纳米级孔喉背景下天然气运移动阻力变化及平衡的结果.在天然气运移至气-水临界界面之前,气-水界面将天然气与地层水分为两个系统,天然气运移的动力是气体异常压力,浮力作用产生的基本条件不满足,运移阻力是上覆地层水压力和毛细管压力.连续型致密砂岩气圈闭可认为是非常规动力圈闭,其核心可概括为“(近)纳米级孔喉、气体活塞式推进、浮力基本不起作用、动阻力平衡决定气-水界面”.      

鄂尔多斯盆地东部上古生界煤系页岩气藏特征及勘探方向

煤系页岩气是未来非常规天然气的勘探方向。以鄂尔多斯盆地东部为例,对区内上古生界煤系太原组和山西组页岩气成藏的构造条件、储层特征和资源潜力进行了分析。研究认为,区内构造简单,泥页岩储层埋藏浅,厚度大,泥页岩有机质演化程度较高,有机碳含量较高,页岩气含量较高,页岩气成藏条件较优越,页岩气勘探开发的有利区位于府谷-神木-临县一带。鄂尔多斯盆地东部上古生界煤层发育,煤层气含量较高,局部层段存在砂岩气,页岩气可与煤层气、煤系砂岩气等综合勘查、共同开发。      

深盆气成藏关键地质问题

深盆气藏是与源岩紧密相连的气水倒置气藏，具有气水倒置、储层致密、源储相连、无水动力驱动、地层普遍含气、含气面积大、地质储量大、通常出现于盆地的构造较深部位且以含煤地层为主要的气源岩等特征。地层内部天然气能量的最初来源是油气生成过程中由干酪根热化学反应所产生的化学能转换，生气作用过程的持续发生赋予了天然气离开气源岩并进入地层孔隙的基本能量，生烃膨胀力作用导致了气水活塞式的排驱过程和特征，形成了宏观上的气水倒置现象。在地层条件下，气水倒置关系的产生只有两种可能：当天然气最初从源岩排入常规储层时，气水倒置现象产生但具有较小的气柱高度(与浮力作用有关)；在深盆气成藏条件达到满足时(如均质性较强、大面积发育且紧邻气源岩的致密储集层发育等)，浮力作用失去效力，产生较大气柱高度的气水倒置。与受浮力作用影响(与气柱高度有关)的典型常规气藏相比，典型深盆气成藏与埋藏深度有关。常规气藏表现为原生的高异常地层压力，但深盆气藏具有较大的异常压力变化幅度，两者均可在成藏动力条件达到平衡时具有相对静止的稳态保存特征。     

准噶尔和吐哈盆地株罗系煤层气储集特征

西北侏罗纪陆相盆地低煤级煤层气藏勘探开发近年来受到越来越多的关注,煤层气成藏机制是该区煤层气勘探开发的重要基础工作,而煤层气储集是煤层气成藏的关键地质过程。研究表明:准噶尔、土哈两个侏罗纪陆相盆地低煤级煤储层具有高孔容、高孔比表面积、高游离气储集潜力和低原位吸附气体能力的特征,深部煤储层储集气量显著高于浅部煤储层;浅部煤储层中基本上为吸附气,深部煤储层中吸附气、游离气、溶解气共存,游离气的重要性随埋深增加而增大;构造高点和构造圈闭对深部煤层气成藏具有重大影响,煤层气与常规气兼探与共采在理论上可行,深部煤层气藏可能较浅部煤层气藏更具开发价值。     

川西坳陷孝泉—丰谷构造带须家河组气藏成藏机制研究

据彭县须家河组地表剖面、岩芯观察和常规物性、压汞参数、铸体薄片等测试资料，统计约2000多个数据及油气显示资料，确认该区天然气属非常规致密储层气藏领域。针对成藏条件较为复杂和气藏特征零乱的特点，对储集、圈闭条件在油气生成、运移、聚集和保存等过程中相互配置的独特成藏机制进行了初步研究。须家河组气藏属于高压一超高压气藏；气藏发育在油气主要生成期时运移条件良好的储集体中；须下组合为一具活跃地层水的似层状气藏，局部显示不规则特征；须上组合则表现为区域上不太规则的非层状储集体，局部仍属含水似层状气藏。总体看，气藏强烈依赖于裂缝的存在；气藏形态不受现今构造形态的严格控制；地腹储集体含气规模与砂体发育规模有正相关性。     

准噶尔和吐哈盆地侏罗系煤层气储集特征

西北侏罗纪陆相盆地低煤级煤层气藏勘探开发近年来受到越来越多的关注,煤层气成藏机制是该区煤层气勘探开发的重要基础工作,而煤层气储集是煤层气成藏的关键地质过程。研究表明：准噶尔、土哈两个侏罗纪陆相盆地低煤级煤储层具有高孔容、高孔比表面积、高游离气储集潜力和低原位吸附气体能力的特征,深部煤储层储集气量显著高于浅部煤储层;浅部煤储层中基本上为吸附气,深部煤储层中吸附气、游离气、溶解气共存,游离气的重要性随埋深增加而增大;构造高点和构造圈闭对深部煤层气成藏具有重大影响,煤层气与常规气兼探与共采在理论上可行。深部煤层气藏可能较浅部煤层气藏更具开发价值。     

深盆气藏成因机理与模式及有利区预测方法

深盆气藏是一种特殊机理形成的非常规天然气藏,致密储层束缚天然气在盆地或向斜低凹区富集成藏,表现出“气水倒置”、“负压”、“连片分布”、“储量巨大”等异常特征。深盆气藏形成需要满足4个条件,气源持续充足、储层致密连片、盖层底封严密、构造稳定平缓。它是含油气盆地演化至中晚期后的地质产物。致密储层内天然气膨胀力小于毛管力和静水压力之和的区域有利于深盆气富集成藏,两种力所圈定的范围与深盆气圈闭范围对应一致;深盆气圈闭范围内,进入气量与溢散气量的平衡关系决定着深盆气含气范围的大小。在含气范围内,高孔渗富气区块的富气量在当前技术条件下具有开采价值,它们与深盆气藏的现实资源量对应一致,约占10％～20％。本文依据对深盆气成藏条件和力平衡原理、物质平衡方程及高孔渗发育区带的研究对鄂尔多斯盆地上古生界盒8段深盆气藏有利发育区(圈闭范围)、含气范围和可能存在的富气区块进行了初步预测。     

A unified model for the formation and distribution of both conventional and unconventional hydrocarbon reservoirs

The discovery and large-scale exploration of unconventional oil/gas resources since 1980s have been considered as the most important advancement in the history of petroleum geology;that has not only changed the balance of supply and demand in the global energy market,but also improved our understanding of the formation mechanisms and distribution characteristics of oil/gas reservoirs.However,what is the difference of conventional and unconventional resources and why they always related to each other in petroliferous basins is not clear.As the differences and correlations between unconventional and conventional resources are complex challenging issues and very critical for resources assessment and hydrocarbon exploration,this paper focused on studying the relationship of formations and distributions among different oil/gas reservoirs.Drilling results of 12,237 exploratory wells in 6 representative petroliferous basins of China and distribution characteristics for 52,926 oil/gas accumulations over the world were applied to clarify the formation conditions and genetic relations of different oil/gas reservoirs in a petroliferous basin,and then to establish a unified model to address the differences and correlations of conventional and unconventional reservoirs.In this model,conventional reservoirs formed in free hydrocarbon dynamic field with high porosity and permeability located above the boundary of hydrocarbon buoyancy-driven accumulation depth limit.Unconventional tight reservoirs formed in confined hydrocarbon dynamic field with low porosity and permeability located between hydrocarbon buoyancy-driven accumulation depth limit and hydrocarbon accumulation depth limit.Shale oil/gas reservoirs formed in the bound hydrocarbon dynamic field with low porosity and ultra-low permeability within the source rock layers.More than 75%of proved reserves around the world are discovered in the free hydrocarbon dynamic field,which is estimated to contain only 10%of originally generated hydrocarbons.Most of undiscovered resources distributed in the confined hydrocarbon dynamic field and the bound hydrocarbon dynamic field,which contains 90%of original generated hydrocarbons,implying a reasonable and promising area for future hydrocarbon explorations.The buried depths of hydrocarbon dynamic fields become shallow with the increase of heat flow,and the remaining oil/gas resources mainly exist in the deep area of“cold basin”with low geothermal gradient.Lithology changing in the hydrocarbon dynamic field causes local anomalies in the oil/gas dynamic mechanism,leading to the local formation of unconventional hydrocarbon reservoirs in the free hydrocarbon dynamic field or the occurrence of oil/gas enrichment sweet points with high porosity and permeability in the confined hydrocarbon dynamic field.The tectonic movements destroy the medium conditions and oil/gas components,which leads to the transformation of conventional oil/gas reservoirs formed in free hydrocarbon dynamic field to unconventional ones or unconventional ones formed in confined and bound hydrocarbon dynamic fields to conventional ones.     

从源控论到源储共生系统 ——论源岩层系油气地质理论认识及实践

中国非常规油气正实现整体战略发展,源岩层系油气已成为非常规油气增储上产的主要组成部分。基于中国源岩层系油气地质条件和工业实践历程,本文主要取得4项研究认识:(1)源岩层系油气包括源岩油气和致密油气两种类型,纵向分布新生界、白垩系、侏罗系—三叠系、上古生界、下古生界等5个油气聚集域;(2)源岩层系油气地质是研究陆上源岩层系油气资源类型、赋存机理、富集规律、分布特征、产出机制、评价方法、关键技术及发展战略的一门新兴油气地质学科,核心是研究和评价源岩层系油气"甜点区(段)""烃源性、储集性、含油性、流动性、成缝性和经济性""六性关系";(3) 10余年来,中国源岩层系油气研究和生产取得重要进展,致密砂岩气规模发展,致密油稳步发展,页岩气快速发展,页岩油加快探索,煤层气及油页岩油持续发展,2020年中国源岩层系油气产量已占总产量的18%;(4)未来主要攻关方向,建议聚焦解决制约中低压致密油、含水致密砂岩气、中低阶煤层气、陆相及过渡相页岩气、中低熟页岩油等中国陆上源岩层系油气资源规模动用和开发的瓶颈问题,探索创造页岩原位转化和煤炭地下气化两大地下"人工油气藏"颠覆性工程。源岩层系油气将成为"稳油增气"最具潜力的现实资源,预计2030年页岩层系天然气有望超天然气总产量的50%,页岩层系石油约占原油总产量的10%-15%。     

亚太地区油气成藏条件及资源潜力

亚太地区是全球重要的油气产区和最大的油气消费市场。亚太地区155个主要沉积盆地中,已有90多个盆地内发现了油气田或有油气发现,共发现油气田约6 900个。根据地理位置及构造特征等,亚太地区可进一步分为东亚分区、东南亚分区、澳新分区和南亚分区,约有131个主要的含油气系统。本文对亚太地区不同分区的油气成藏条件(包括烃源岩、储集层、盖层、含油气系统等)进行了总体分析与高度概括。在此基础上,以成藏组合为基本评价单元,不同勘探程度盆地采用与之相适应的评价方法,对本地区各盆地的油气资源潜力进行了评价。评价结果表明:亚太地区常规总油气可采资源量为673.7×10⁸ t油当量,占全球的6.1%,非常规油气资源类型以重油、页岩油、油页岩、页岩气、煤层气为主,非常规油气技术总可采资源量390.4×10⁸ t当量,占全球非常规油气技术总可采资源量的6.1%。根据待发现资源结果及盆地勘探程度,近海和深海勘探是将来的勘探热点:主要勘探领域为深海和成熟盆地新层系及岩性-地层圈闭等;海相三角洲体系是寻找天然气田的重要领域;东南亚弧后盆地群新生界湖相是页岩油的有利勘探领域;澳大利亚中部克拉通盆地群泥盆系-石炭系为页岩气的有利勘探领域。     

中国非常规油气勘探与研究新进展

全球油气勘探目标的转移和石油地质学的发展,具有从毫-微米孔喉的圈闭油气,逐渐向纳米孔喉的连续型油气聚集发展的趋势。近十年非常规油气资源在全球能源格局中的地位愈发重要,致密气、煤层气、重油、沥青砂等已成为勘探开发的重点领域,致密油成为亮点领域,页岩气成为热点领域。中国致密气、页岩气、致密油、煤层气等非常规油气资源勘探开发取得重要突破,油页岩、天然气水合物、油砂矿等有重要进展。中国非常规油气研究也取得重大进展,陆相敞流湖盆大型浅水三角洲砂体、湖盆中心砂质碎屑流沉积和湖相碳酸盐岩等,提供了湖盆中心储集体形成和分布的理论依据;创新发展了连续型油气聚集理念,明晰了连续型油气聚集的10个基本地质特征和2项关键标志,为大面积非常规油气规模勘探开发奠定了理论基础;系统表征了致密油气储层的纳米级微观孔喉结构,首次发现了纳米孔喉中油气的赋存,推动了纳米孔喉中油气流动机制和分布规律的研究。随着全球石油工业和纳米等技术的快速发展,提出了"纳米油气"概念,并指出这是未来石油工业的发展方向,需要发展纳米油气透视观测镜、纳米油气驱替剂、纳米油气开采机器人等换代技术,油气智能化时代即将到来。     

A Review on Shale Reservoirs as an Unconventional Play – The History, Technology Revolution, Importance to Oil and Gas Industry, and the Development Future

As a milestone of the entire energy industry, unconventional resources have inevitably swept the world in the last decade, and will certainly dominate the global oil and gas industry in the near future. Eventually, the “unconventional” will become “conventional”. Along with the rapid development, however, some issues have emerged, which are closely related to the viability of unconventional resources development. Under the current circumstances of low crude oil and gas price, coupled with the prominent environmental concerns, the arguments about the development and production of unconventional resources have been recently heated up. This work introduced the full-blown aspects of unconventional resources especially shale reservoirs, by discussing their concepts and definitions, reviewing the shale gas and shale oil development history and necessity, analyzing the shale plays’ geology and petroleum systems with respects to key hydrocarbon accumulation elements and mechanisms, and summarizing the technology resolution. This study also discussed the relevant key issues, including significant estimation uncertainty of technically recoverable resources, the equivocal understanding of complex geology preventing the production and technologies implementation optimization, the difficulties of experiences and technologies global expanding, and the corresponding risks and uncertainties. In addition, based on the latest production and exploration data, the future perspective of the unconventional resources was depicted from global unconventional resources assessments, technology development, and limitations constraining the development.     

中国非常规油气沉积学新进展

经过近20年不断探索,中国陆上非常规油气勘探开发取得了重大进展。2019年全国非常规油气产量占油气总产量的23%,2020年非常规油气产量接近7 000万吨油当量,标志着中国进入非常规油气革命发展新阶段。非常规油气沉积学作为非常规油气地质学理论体系的重要组成部分之一,受到越来越多的关注和重视,形成了“陆相深水砂质碎屑流等重力流沉积模式”、“海陆相富有机质页岩沉积模式”、“细粒沉积岩发育微纳米级孔喉系统”、“多地质事件沉积耦合形成非常规油气甜点区（段）”等重要认识。专辑主要是由从事非常规油气相关的沉积学专家对中国近几年非常规油气层系沉积研究新进展的系统性和及时性总结,内容涵盖了鄂尔多斯、四川、松辽、渤海湾、准噶尔等近50个大中型及中小型含油气盆地,地层时代跨度自元古代至新生代,涉及致密油/页岩油、页岩气、致密气、煤层气、油页岩油等非常规油气层系（段）近30个。这些研究成果为我国非常规油气资源勘探开发提供了重要理论基础与技术支撑。提出未来非常规油气沉积学需以非常规油气工业开发的“甜点箱体”和“甜点群”为重点研究方向,指导非常规油气资源高效勘探开发。     

Characteristics of Triassic Petroleum Systems in the Longmenshan Foreland Basin, Sichuan Province, China

The Triassic in the Longmengshan foreland basin is rich in oil and gas resources. Its reservoirs feature low-porosity, low-permeability, small pore throat, high water saturation, and strong heterogeneity. The existence of abnormally high pressure and various reservoir-cap combinations developed at different times provide favorable conditions for trapping oil and gas. Taking the theory of petroleum systems as a guide, and beginning with research on tectonics, sedimentary history, distribution and evolution of source rocks, reservoir evolution, hydraulic force distribution, and hydrocarbon migration, analysis and study of static factors like source rocks, reservoirs and cap rocks, and dynamic factors such as hydrocarbon generation, migration, and accumulation revealed the characteristics of the Upper Triassic petroleum system in western Sichuan province. The deepbasin gas in the central hydrocarbon kitchen of the Upper Triassic, structural-lithological combination traps on the surrounding slopes, and the structural traps of the Indo-Chinese-Yangshan paleohighs, are potential plays. The relatively well- developed fault zones in the southern segment of the Longmengshan foothill belt are favorable Jurassic gas plays. Pengshan-Xinjin, Qiongxi, and Dayi are recent exploration targets for Jurassic oil/gas reservoirs.     

中国非常规油气的战略思考

本文基于非常规油气的内涵,分析了致密砂岩油气和泥页岩油气的成藏地质条件,论述了非常规油气资源潜力巨大,指明中国非常规油气资源战略发展方向。研究表明,中国非常规油气藏是富集在近源储集体或烃源岩的低孔、低渗的微米级纳米级的储集空间中连续油气聚集,淡化了圈闭、油气藏边界的概念。依据成藏地质条件和油气资源潜力的差异,非常规油气藏主要指致密砂岩油气和泥页岩油气藏。致密砂岩油气藏多位于斜坡、坳陷区,具有广覆式有效烃源岩;源、储关联密切,多呈互层式;油气运移距离短,以非达西渗流为主;储集体渗透率、孔隙度极低。泥页岩油气藏圈闭概念淡化,典型的储源一体;多形成于盆地坳陷或斜坡区,泥页岩大面积连续分布;有机质丰度大,热演化成熟度高;多发育纹层结构,纳米级孔隙、裂缝储集系统;储集层脆性系数大,地层压力高。烃源岩呈现多时代、多层系、多沉积环境特征,从震旦系到第三系均有富含有机质的烃源岩发育,沉积环境囊括陆相海、陆交互相海相,非常规油气资源潜力巨大。常规与非常规油气在时、空域的紧密伴生和规律聚集,使得常规非常规油气在平面上和纵向上形成“有序聚集”体系。对“有序聚集”的不同类油气藏进行“整一化勘探、整一化部署、整一化开采”,实现常规非常规油气整一化科学有序开发,避免整体油气资源的破坏和遗漏;从而丰富油气地质理论,促进油气勘探由“点带面”向综合有序三维空间迈进。     

未来能源的选择

对人类目前面临的能源现状进行了客观分析,提出人类在经历了生物质（以木材为主）、煤和石油三代能源之后,天然气将是人类第四代能源的最佳候选对象。在天然气资源中,除常规天然气以外,非常规天然气将会在人类未来的能源构成中扮演越来越重要的角色,其中非生物成因天然气、深成油气、天然气水合物及煤层甲烷将是未来能源勘探和开发的重要研究领域和发展方向。基于对未来能源的选择和对中国能源现状的分析,提出了我国未来能源发展的若干建议,即：近期开展西北油气地质基础理论研究;中期开展天然气,特别是非生物成因天然气研究;远期开展月球³ He同位素资源（核聚变原料）开发技术预研究。