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。     

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%。     

致密气藏压后关井压裂液静态渗吸实验研究——以大庆油田徐家围子区块为例

影响致密储层渗吸的因素较多,但系统的因素划分和敏感性分析依然具有很大挑战。为了高效开采致密气藏,为致密气藏压后焖井时间即开井制度优化提供依据,选取大庆油田徐家围子区块致密砂岩天然岩心,结合压汞、电镜扫描和X射线衍射等实验,在室内开展了静态渗吸实验,研究了致密储层静态渗吸的规律及其影响因素,包括渗吸时间、致密储层的渗透率、孔隙类型、润湿性和压裂液的离子浓度。实验结果表明:致密砂岩岩心静态渗吸气水置换主要作用在静态渗吸过程的早期阶段;在致密气藏的储层渗透率范围内,静态渗吸采出程度随渗透率增大而增大;原生孔为储气空间,与原生粒间孔相连的次生溶蚀孔、粒间溶蚀缝和颗粒边缘溶蚀缝为渗吸提供了畅通的通道;静态渗吸速度和最终采出程度随岩心亲水性的增强而增加;压裂时所用的压裂液浓度越低,储层的渗吸效果越好。研究结果可为致密气井压裂后排采制度设计提供基础。     

特约主编致读者

<正>全球非常规油气资源极为丰富,可采资源总量为5 834×108 t,约占油气资源总量的80%。全球非常规油气资源类型包括重油、油砂、致密油、页岩油、油页岩油、致密气、煤层气、页岩气、天然气水合物等,其中致密储层所蕴含的资源量(致密油气)正成为油气勘探的重点和科学研究的热点领域。     

烃源岩油气藏的圈层效应特征、差异成藏机制与有序分布模式

近源找油、进源勘探是未来油气勘探的方向。目前近源找油、进源勘探还面临很大的风险,主要原因是对烃源岩附近,尤其是烃源岩内的油气成藏条件、成藏机理、分布规律认识不到位。重新定义了烃源岩系统和烃源岩油气藏的概念,认为一个烃源岩系统就是一个独立的油气成藏单元,而烃源岩油气藏为赋存于烃源岩系统内的油气聚集。划分出常规油气藏与非常规油气藏两大类,泥岩裂缝油气藏等6种烃源岩油气藏,受构造控制,造就了它们独有的形成机制和特定的分布规律,形成了横向并列成圈、纵向有序成串、上下分层过渡、常规与非常规差异机理成藏和有序共生的圈层结构特征：即从内圈的深湖相页岩油气藏、浊积砂岩性油气藏,到中圈的半深湖相的致密油气藏,再到外圈的浅湖-半深湖过渡相的岩性尖灭油气藏分布序列。成藏机制上,也形成了内圈的页岩油气藏以原地连续性“滞留”与微运移“停留”,中圈的致密油气藏以大面积初次运移“停留”、外圈的岩性尖灭油气藏以浮力二次运移“截流”为特征的有序成藏机理序列。明确了页岩油气藏甜点区位于深盆区内圈前三角洲相带的具有“优势组构-滞留烃超越效应”的区域;致密油气藏甜点区位于深盆区中圈三角洲前缘相带的具有“优势孔缝耦合”的区域;...     

浅析煤系地层“三气合采”可行性

正煤层气、页岩气、致密砂岩气称为煤系地层"三气",是煤系地层中非常规天然气的主要组成部分。我国煤层气、页岩气、致密砂岩气资源分布广泛,储量丰富。目前,对煤系地层"三气"的认识还比较薄弱,勘探开发程度较低。将煤层气、页岩气、致密砂岩气视为一个整体,利用单井同时对煤层气、页岩气、致密砂岩气进行综合勘探开采不仅可以降低非常规天然气勘探开发成本,还可以提高气井使用效率、单井利润和开采寿命。煤层气、致密砂岩气合采开发在美国已经获得     

考虑应力敏感性的煤层气井排采特征

与裂缝性砂岩气藏相比,煤层气藏是一种具有阶段性应力敏感特征的特殊裂缝性气藏。在煤层气排采初期, 有效水平应力起主导作用, 随着有效应力的增大,渗透率逐渐减小;当割理内部流体压力降低到解吸压力之后, 由于基质收缩,渗透率可得到一定程度恢复。所以,提高煤层气排采效果的重要举措,是尽可能提高煤层气压降-解吸的面积。在煤层气开采初期,不合理的高排采速率将引起近井地带渗透率降低,影响压降漏斗的传播,造成增排不增产的后果。通过岩心应力敏感实验,得到了岩心渗透率随有效应力的变化规律。以煤层气开采井为例,利用ECLIPSE E300三维双重孔隙介质多组份模拟器,证明了初期排采量并非越大越好,而是存在一个合理值。该结论可用于指导煤层气井的开采。      

煤系叠合型气藏及其勘探开发技术模式

煤系叠合型气藏是含煤地层煤系气特有的关键成藏类型,煤系叠合型气藏的发现、勘探开发实践与研究探索为我国煤系非常规天然气勘探开发提供了新领域和新思路。提出并阐述煤系叠合型气藏的概念、主要类型、发育特征和赋存分布,探讨煤系叠合型气藏的形成条件、成藏过程、成藏模式,揭示其形成机理,重点讨论2种主要类型煤系叠合型气藏的地质适配性勘探开发技术模式,分析前瞻了煤系叠合型气藏在煤系气勘探开发中的应用。研究表明:我国发育(分流)河道砂体与煤层接触型(华北型)、煤层?砂岩–泥岩互层型(华南型)、煤层–砂岩–泥岩互层夹砂砾岩型(东北型)3类煤系叠合型气藏,分布赋存分别以华北地区山西组、华南地区龙潭组和东北地区城子河组为代表;沉积作用是煤系叠合型气藏的关键主控地质因素,三角洲沉积体系的泥炭沼泽、分流河道、支流间湾的沉积微相组合为煤系叠合型气藏的有利沉积相序组合;煤层为主的叠置复合储层结构和岩性圈闭是煤系叠合型气藏的重要特征,统一的含气系统和压力梯度一致是其本质特征;含煤段煤层/砂岩/页岩不同类型储层间发生能量物质传递和平衡、煤层气/致密砂岩气/页岩气间运移和相态转化是煤系叠合型气藏形成的主要机理,喜马拉雅期是华北地区山西组煤系叠合型气藏成藏关键期;高分辨率地震岩相解释识别气藏与虚拟产气层合层开发是华北型煤系叠合型气藏勘探开发技术模式的关键特征,“层段优选、小层射孔、分段压裂、投球分压、合层排采”构成华南型煤系叠合型气藏勘探开发技术模式的核心内涵。这些技术模式已得到应用并将为我国煤系气共探共采和深层煤层气高效开发提供重要支持。      

不同成因类型致密砂岩气成藏过程及机理研究进展

根据前人大量的研究成果,总结了致密砂岩气成藏过程和机理的研究进展。根据成因将其分为致密常规、致密深盆和致密复合砂岩气藏。致密深盆气和常规致密气成藏过程分别为:储层致密化→气体充注→聚集成藏、烃源岩生排烃→运聚成藏→储层致密化→构造改善。而致密常规和深盆砂岩气在构造叠合作用下则形成致密复合砂岩气藏。常规油气藏的背斜、断层、水动力等封闭机理适用于常规致密砂岩气藏。致密深盆砂岩气成藏机理包括水体封闭、上浮受阻、侧向断层-垂向页岩封闭、地层-成岩作用复合封闭、动态平衡圈闭和驱动压差等成藏封闭机理。其中,学者们较为公认的是动态平衡封闭机理。这种机理实质上为力学平衡与物质平衡共同作用下的动态圈闭系统,但仍存在某些方面的不确定性。所以为了更清晰地认识与研究不同地区致密砂岩气成藏机制,结合实际地质演化的特殊性进行综合判断将为其勘探开发提供一定的理论依据与指导。     

致密油藏储层微观孔隙特征与可动用性评价

致密油储层主要包括致密灰岩和致密砂岩,两者微观特征差异明显.但目前针对致密灰岩和致密砂岩的对比研究相对较少,因此开展致密油藏不同岩性微观孔隙结构特征及可动用性研究具有十分重要的意义.利用低温氮吸附比表面、核磁共振、压汞等方法,从纳米级、亚微米级、微米级孔隙等不同尺度表征了致密灰岩和致密砂岩孔隙结构差异,分析了不同孔隙对渗透率的贡献和对流体赋存的影响,研究了启动压力梯度的差异和喉道对启动压力梯度的影响.以川中灰岩和长庆砂岩为例,结果表明渗透率大于0.01 mD储层具备开发潜力,致密灰岩中的亚微米和微米级孔隙是重要的储集和流动空间,致密砂岩中微米级孔隙是重要的储集和流动空间.基于微观实验分析和低渗透油藏评价方法,提出了致密油藏分级评价参数,并给出了分级评价界限,对确定致密油藏攻关目标和优选区块新建产能意义重大.      

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。     

中国致密砂岩储层流体可动性及其影响因素

致密砂岩储层流体可动性对油气开发、预测和评价具有重要意义。查阅国内近十年相关成果，对致密储层流体可动性的相关参数、测试方法、分布特征及其影响因素进行了分析。发现致密砂岩储层的弛豫时间T₂谱截止值为0.540~41.600 ms，可动流体孔隙度为0.12%~14.35%，可动流体饱和度为2.16%~90.30%，Ⅲ—Ⅳ类储层是致密砂岩储层的主要类型，致密储层可动流体的孔喉半径下限为0.013~0.110 μm，高压压汞、核磁共振、恒速压汞识别的孔喉半径下限分别为0.037 5、0.070 0~0.200 0、0.120 0 μm，水膜厚度为0.05~1.00 μm。统计分析显示，核磁共振、恒速压汞测得致密储层可动流体饱和度偏低；水膜厚度是影响致密砂岩储层流体渗流的主要因素；低煤阶煤层可动流体饱和度最高，致密砂岩储层次之，页岩储层最低；致密砂岩储层约是页岩储层、低煤阶煤层可动流体孔隙度的10倍；砂岩储层可动流体赋存于孔隙和喉道中，受孔隙和喉道共同控制；致密砂岩具有喉道分布集中，有效孔隙发育差，孔隙大部分为喉道半径小于1.000 μm的微细孔；喉道半径越集中、孔喉半径比越小、有效喉道半径越大，越有利于储层流体的渗流；砂岩渗透率（<2×10^-3 μm²）越低，可动流体参数衰减越快；渗透率（>2×10^-3 μm²）越高，可动流体参数升高越缓慢；喉道半径是控制致密砂岩储层流体可动性的主要因素。     

核磁共振技术在苏里格致密气层识别中的应用

鄂尔多斯盆地苏里格气田储集层为一致密砂岩储层.低阻气层与高阻气层共存,气水关系复杂,气层评价是现场工作面临的主要问题.为快速准确储层评价,将核磁共振录井技术方法应用于现场分析,通过综合分析与参数优选组合,建立研究区含气、含水评价参数及解释模版,有效量化了储集空间流体,现场气藏评价应用效果较好.此技术的成功应用,为致密天然气储层识别与评价提供了新的思路和技术手段.     

全球油气勘探研究进展及对沉积储层研究的需求

近年来,全球油气勘探的重大发现和突破主要集中在被动大陆边缘深水区、岩性地层、海相碳酸盐岩、前陆盆地冲断带、成熟勘探地区、新勘探地区以及非常规油气等领域。勘探对象既包括常规构造、岩性地层、构造一岩性复合油气藏,也包括致密砂岩、页岩等非常规油气;勘探部位既包括被动大陆边缘、克拉通、前陆冲断带、前陆斜坡等常规油气藏分布区,又...     

中国油气储层中纳米孔首次发现及其科学价值

油气储层孔隙可分为毫米级孔、微米级孔、纳米级孔3种类型,常规储层孔隙直径一般大于1μm。北美地区页岩气储层纳米级孔径范围为5~160nm,主体为80~100nm。在对中国非常规油气储层研究中,应用场发射扫锚电子显微镜与纳米CT重构技术,首次发现了小于1μm的油气纳米孔。其中,致密砂岩油气储层中纳米级孔隙以颗粒内孔、自生矿物晶间孔及微裂缝为主,喉道呈席状、弯曲片状,孔隙直径范围10~1000nm,主体为300~900nm;页岩气储层纳米级孔隙以有机质内孔、颗粒内孔及自生矿物晶间孔为主,孔隙直径范围5~300nm,主体为80~200nm。纳米级孔是致密储层连通性储集空间的主体。纳米级孔隙系统的发现,改变了微米级孔隙是油气储层唯一微观孔隙的传统认识,为认识常规油气局部富集,非常规油气连续聚集的地质特征、研究连续型油气聚集机理、增加资源潜力具有重要的科学意义。     

非常规源岩层系油气形成分布与前景展望

经过十余年理论技术持续攻关,中国陆上实现了致密砂岩气规模发展、页岩气快速发展、煤层气持续发展、致密油稳步发展和页岩油加快探索,源岩层系油气已成为中国非常规油气增储上产的主要组成部分.源岩层系油气包括源岩油气和致密油气2种资源类型,普遍具备有效配置的烃源岩、储集层和聚集保存3个方面基础地质形成条件,展现出源内或近源大面积连续分布标志特征,海相页岩气主要分布于深水陆棚区,致密砂岩气和煤层气一般分布于主要聚煤期煤系,页岩层系石油一般主要发育于长期持续沉降的富油湖盆.源岩层系油气开发追求“平面甜点区”“纵向甜点段”较好经济资源条件,页岩气需含气量高、孔隙度高、TOC含量高、热演化程度适中、气层埋藏适中、保存条件好、储层可压性好、储量规模大,致密砂岩气需全天候气源、中粗粒砂岩、含气层系多、大面积聚集、稳定斜坡区、中浅层埋藏,致密油甜点区段一般具有烃源性、储集性、含油性、流动性、成缝性和经济性“六特性”经济资源条件.中国非常规源岩层系油气资源丰富,源岩层系天然气是天然气上产的“主力”,源岩层系石油是石油稳产的“砝码”,实现地下原位“煤岩燃烧气化、页岩熟化气化”“2个革命性领域”突破是推进源岩层系油气领域“跨越式”发展的关键路径.      

Progress in China's Unconventional Oil & Gas Exploration and Development and Theoretical Technologies

The new century has witnessed a strategic breakthrough in unconventional oil gas.Hydrocarbon accumulated in micro-/nano-scale pore throat shale systems has become an important domain that could replace current oil gas resources.Unconventional oil gas plays an increasingly important role in our energy demand.Tight gas,CBM,heavy oil and asphaltic sand have served as a key domain of exploration development,with tight oil becoming a 'bright spot' domain and shale gas becoming a 'hotspot' domain.China has made great breakthroughs in unconventional oil gas resources,such as tight gas,shale gas,tight oil and CBM,and great progress in oil shale,gas hydrate,heavy oil and oil sand.China has an estimated(223-263)×10~8t of unconventional oil resources and(890-1260)×l0~(12)m~3 of gas resources.China has made a breakthrough for progress in unconventional oil gas study.New progress achieved in fine-grained sedimentary studies related to continental open lacustrine basin large-scale shallow-water delta sand bodies,lacustrine basin central sandy clastic flow sediments and marine-continental fine-grained sediments provide a theoretical basis for the formation and distribution of basin central reservoir bodies.Great breakthroughs have been made in unconventional reservoir geology in respect of research methodology technology,multi-scale data merging and physical simulation of formation conditions.Overall characterization of unconventional reservoirs via multi-method and multi-scale becomes increasingly popular and facilitates the rapid development of unconventional oil gas geological theory,method and technology.The formation of innovative,continuous hydrocarbon accumulation theory,the establishment of the framework of the unconventional oil gas geological theory system,and the determination of the implications,geological feature,formation mechanism,distribution rule and core technology of unconventional oil gas geological study lays a theoretical foundation for extensive unconventional oil gas exploration and development.Theories and technologies of unconventional oil gas exploration and development developed rapidly,including some key evaluation techniques such as 'sweet spot zone' integrated evaluation and a six-property evaluation technique that uses hydrocarbon source,lithology,physical property,brittleness,hydrocarbon potential and stress anisotropy,and some key development engineering technologies including micro-seismic monitoring,horizontal drilling completion and "factory-like" operation pattern, "man-made reservoir" development,which have facilitated the innovative development of unconventional oil gas.These breakthroughs define a new understanding in four aspects:①theoretical innovation;② key technologies;③ complete market mechanism and national policy support;and ④ well-developed ground infrastructure,which are significant for prolonging the life cycle of petroleum industry,accelerating the upgrade and development of theories and technologies and altering the global traditional energy structure.     

中国能源沉积学研究进展与发展战略思考

沉积学发展与石油、天然气、煤炭、砂岩型铀矿等矿产资源工业化开采紧密相关,能源沉积学作为沉积学的一个重要应用分支学科,在资源勘探发现中的地位越来越重要,已经成为有效发现资源、降低成本的重要途径。近年来,能源沉积学在技术方法上建立了遥感、雷达、地震、纳米CT等六个级别尺度研究方法,为沉积储层学科发展提供支撑。在理论认识上取得了五方面重要进展:1）建立了克拉通台地沉积储层新模式,为古老含油气系统提供理论指导;2）建立海陆相细粒沉积成因模式,揭示富有机质页岩分布规律,为烃源岩评价与非常规油气勘探开发提供重要理论依据;3）发现非常规致密储集层微纳米级孔喉系统,指导致密油气和页岩油气储层评价;4）研究含煤沉积体系和聚煤作用,指导煤炭资源评价;5）揭示砂岩型铀矿富集机理,指导铀矿资源评价与开采。展望能源沉积学发展,源-渠-汇沉积体系、海陆相细粒沉积学、古老小克拉通碳酸盐岩沉积学等将成为能源沉积学的重要内容;储层非均质性、非常规储层全面表征与深部储层极限将是储层沉积学发展的热点,砂岩型铀矿、煤系等沉积系统是固体矿产沉积研究的重点领域;气、液、固不同能源矿藏空间有序沉积与共生规律研究是资源勘探重点方向;大数据与沉积学方法创新将为能源沉积学发展提供新机遇。