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%。     

页岩层系油气资源有序共生及其勘探意义——以鄂尔多斯盆地延长组长7页岩层系为例

页岩层系内的非常规油气已成为全球油气勘探开发的热点,这些资源的形成与富有机质页岩密切相关,形成演化有序、空间分布上共生。目前的研究通常按非常规油气类型单独进行,尚未从页岩层系整体角度考虑各类油气资源的分布规律。在大量调研国内外页岩层系油气资源分布规律的基础上,提出页岩层系油气资源有序共生,并以鄂尔多斯盆地长7页岩系为例进行解剖,按照成熟度阶段、埋藏深度和有机质丰度,将长7页岩层系油气资源分成露头-浅埋藏油页岩区、中等成熟-中等埋深压裂页岩油区、中等成熟-中等埋深原位改质页岩油区、高成熟度-深埋页岩气区和紧邻-夹层致密砂岩油五大区域。基于页岩系统油气资源有序共生关系,提出页岩层系油气资源立体勘探开发的观点,以期对页岩层系非常规油气资源有效利用提供新思路。     

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。     

陆相页岩层系石油富集区带优选、甜点区段评价与关键技术应用

陆相页岩层系石油包括致密油和页岩油,是国内陆上"进(近)源找油"的主要对象,目前已进入战略突破期.以"十三五"国家油气重大专项课题联合攻关研究成果为基础,本文系统阐述了近5年我国陆相页岩层系石油聚集条件、富集区带、甜点区段、关键技术等方面的研究进展:①陆相湖盆主要发育陆源、内碎屑和混积岩-沉凝灰岩3种类型富液态烃页岩层系,提出有利储集相带、近源或源内、构造背景3个共性富集要素,评选出页岩层系石油富集区带33个,资源规模约110×108 t;②储层甜点评价是页岩层系石油甜点区段评价的核心内容,发现砂岩、混积岩-沉凝灰岩集中发育段是主要有利储层甜点段,形成以储层甜点为核心的测井甜点段评价、地震甜点区预测方法,预测优选出55个甜点区,资源规模约32×108 t;③以"甜点+水平井+密切割"为核心,集成配套地质评价、甜点预测、优快钻井、复杂缝网、效益开发等关键技术系列,支撑了 5个亿吨级页岩层系油区快速发展.页岩层系石油预计待识别甜点区面积约17000 km2,待探明资源约130×108 t,有望成为"十四五"乃至今后一个时期中国石油工业增储上产的重要现实领域.     

致密油与页岩油内涵、特征、潜力及挑战

致密油是当前全球非常规石油发展的亮点领域,页岩油是未来非常规石油发展的潜在资源。基于国内外页岩层系液态烃地质特征系统研究,提出致密油与页岩油的"甜点区"分布,应着眼烃源性、岩性、物性、脆性、含油气性与应力各向异性"六特性"匹配评价;并指出中国有利页岩层系的特点是液态烃TOC2%(S12mg/g),纹层状页岩或致密砂岩、致密碳酸盐岩,孔隙度较高(致密油储集层孔隙度大于10%,页岩油储集层孔隙度大于3%),脆性矿物含量大于40%,含油饱和度60%~90%,较低原油黏度或较高地层压力,天然裂缝发育;对比北美有利页岩层系地质特征表明,北美有利页岩层系液态烃TOC大于4%,呈纹层状页岩或泥灰岩,孔隙度大于7%,脆性矿物含量大于50%,含油饱和度50%~80%,API40°及压力系数大于1.30,天然裂缝发育。围绕中国陆相致密油与页岩油沉积储集层,初步提出陆相细粒沉积分布模式、陆源碎屑与湖相碳酸盐岩混合成因的储集层岩石分类方案,初步预测技术可采资源量致密油约(20~25)×108t,页岩油约(30~60)×108t。陆相湖盆细粒沉积成因与分布、致密储集层微-纳米级储集空间结构、页岩层系液态烃充注及流动机制、页岩层系液态烃地球物理响应模型、资源潜力及"甜点区"评价预测等,将成为新时期非常规油气地质面临主要挑战与创新重点。     

非常规油气地质学理论技术及实践

形成非常规油气地质学理论技术,引领油气工业从常规到非常规,进源找油,是世界油气勘探开发形势发展和科学研究持续推进的必然趋势.研究团队紧密结合中国特殊地质背景和油气工业条件,经过10余年不懈攻关,构建了非常规细粒沉积学、非常规油气储层地质学、非常规油气成藏地质学、非常规油气开发地质学和常规-非常规油气有序“共生富集”发展战略等学科内容,集成了非常规油气关键实验技术、勘探评价技术、开发工程技术和常规-非常规油气勘探开发关键技术,基本形成了非常规油气地质学理论技术体系框架.从常规油气的“源控论”到非常规油气的“源储共生系统”,深刻认识到源岩层系及与其大面积紧密接触的致密储集层系中可以聚集巨量工业油气资源.非常规油气地质学理论技术,引领推动了非常规油气地质学科发展、关键技术研发、国家标准制定、国家实验室建设和专业人才培养,有效推进了我国致密油和气、页岩油和气等非常规油气资源的工业勘探开发,截至2022年底,中国非常规油气产量超过1×108 t油当量,约占油气总产量28%,其中非常规气约占天然气总量的41%,非常规油约占石油总量的17%.油气不可再生,但非常规油气革命可延长油气工业的生命,持续强...     

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。     

陆相致密油与页岩油藏特征差异性及勘探实践意义: 以渤海湾盆地黄骅坳陷为例

陆相致密油和页岩油同属低孔低渗油气藏,二者具有很大相似性,常具有共生关系,然而其成藏特征存在较大的差异,不加区分极易误导油气勘探.利用系统取心、测井、录井和各类测试化验分析资料,综合分析渤海湾盆地黄骅坳陷孔店组、沙河街组,梳理致密油和页岩油的成藏条件及其富集规律差异性,进一步探讨致密油与页岩油勘探选区评价方法.研究结果表明,从岩性上看,致密油储层岩石类型多样,包括致密砂岩、致密碳酸盐岩、致密火成岩等;页岩油气以细粒沉积为主,其矿物成分多样,岩性可细分为碳酸质页岩、长英质页岩、粘土质页岩、混合质页岩等.从物性上看,二者均为低孔低渗型储层,致密储层分先天致密和后天致密两类,主要发育粒间孔、晶间孔、溶蚀孔隙、裂缝等,多以微米级孔隙为主;页岩储层以先天致密为主,发育有机孔、粒间孔、页理缝、裂缝等,多以纳米级孔隙为主.从生烃运移过程来看,二者油气来源均与优质烃源岩密切相关,致密油岩层本身不生烃,原油依靠临近富有机质泥页岩干酪根生烃增压造成的源储压差,经历短距离运移与充注,源储压差高则充注程度高;页岩油本身即为生油岩,系已生成、尚未排出而滞留在页岩孔隙或裂缝之中的石油.从可压裂性上看,致密储层本身具有较好脆性,脆性条件不是致密油甜点的决定性因素,而页岩脆性因成分不同存在较大差异,是页岩油甜点评价的关键因素.从勘探选区来看,致密油优势储集相带、优质烃源岩及二者之间的匹配关系控制有利致密油富集区,"三明治"式最有利,源上源下次之;页岩油受成熟富有机质页岩及脆性岩相控制,强调在富含滞留烃中寻找具有较高脆性的页岩.      

下扬子地区“三气一油”钻探发现及成藏地质条件——以皖南港地1井钻探发现为例

下扬子地区经历了多期构造运动,地质条件复杂,对油气保存条件产生了重要影响。页岩油气具有自生自储的特性,与常规油气相比,对保存条件的要求较低,在下扬子地区具备形成页岩油气藏的潜力。通过港地1井钻探,在下扬子地区二叠系大隆组和龙潭组获得了页岩油、页岩气、煤层气和致密砂岩气"三气一油"的发现,与常规油气"上气下油"不同,港地1井油气呈现"上油下气"式非常规油气储集方式。大隆组富有机质页岩厚度约70m,地层倾角10°～20°,现场解吸获取的页岩气样品甲烷含量达80%,有机质丰度为1.9%～2.3%,平均值约2.0%,有机质成熟度(Ro)为1%～1.25%,平均值约1.2%,具备生成页岩油气的良好基础。基于港地1井的钻探发现,认为下扬子地区构造运动影响弱、盆地规模小、保存条件好的"小而整"的坳陷或盆地具备形成页岩油气藏的地质条件。     

全球页岩油形成分布潜力及中国陆相页岩油理论技术进展

全球非常规页岩层系油气资源丰富,富有机质页岩主要沉积在劳亚构造域和特提斯构造域的上侏罗统、渐新统—中新统、白垩系和上泥盆统4套页岩层系内。交汇分析北美典型页岩油区块产量与R_o数据关系,提出R_o为0.7%作为低熟页岩油和中高熟页岩油的界限,系统评价了全球116个盆地157套页岩层系中高熟页岩油、低熟页岩油技术可采资源量约2 512亿t,主要分布在北美洲、南美洲、北非和俄罗斯,以前陆盆地中新界、克拉通盆地古生界、裂谷盆地和被动大陆边缘盆地的中生界为主。海相页岩油受显生宙以来的海侵影响,富集在稳定克拉通和前陆等类型盆地中,具大面积稳定分布、成熟度适中等特征;陆相页岩油受暖室期气候影响,主要在坳陷、断陷等类型盆地中发育,以微纳米级无机孔隙和微页理裂缝为主要储渗空间通道,具有沉积相横向变化大、“甜点区段”局部富集等特征。中国石油工业正经历从“陆相页岩生油”向“陆相页岩产油”转变,初步形成源岩油气“进源找油”地质理论、陆相页岩油高效勘探及低成本开发技术体系,推动中国陆相页岩油取得重要突破。着力加强应用基础理论研究与关键技术攻关,构建地质-工程一体化模式,...     

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。     

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。      

黔西北可乐向斜中段煤层气与致密砂岩气共探潜力评价

针对黔西北（贵州毕节）可乐向斜中段晚二叠世含煤地层具有含煤层数多、主力煤层埋藏较深的特点,结合该区探井钻遇致密砂岩气层的实际情况,从沉积环境、储层厚度、源储配置及含气性等方面评价了该区煤层气与致密砂岩气"两气"共探的勘探潜力。研究表明:可乐向斜下煤组和中煤组分别沉积于龙潭早期和晚期,这两个时期地层主要处于曲流河、河控三角洲平原等沉积相带,有利于煤岩与致密砂岩储层的形成;龙潭组中煤组煤层和致密砂岩层分布较稳定,累积厚度分别在16 m和20 m以上;煤系中煤岩、泥岩、砂岩互层叠置出现,具备良好的源储配置关系,可形成多套"生储盖组合";根据X1井气测录井和测井结果,在煤层和致密砂岩层均显示全烃值异常,煤层段异常值最大可达78.35%,钻遇的两层致密砂岩层含气饱和度分别为39.97%和12.79%,说明煤系中有"两气"共存的情况。      

造缝产烃还是改质造烃？——论含油气源岩层系的储集层属性和烃源岩属性

源岩层系油气已成为世界油气工业体系中举足轻重的重点领域，未来发展潜力很大。本文通过深入解读含油气源岩层系的地质形成条件，发现储集层属性和烃源岩属性在根本上决定了源岩层系油气成功开发的技术路径。储集层属性是指储集层储存和渗滤油气的物理性质及其相互关系，地史时期微—纳米级孔- 喉- 缝系统充注和聚集了大面积连续型油气资源，人工压裂形成缝网系统突破了致密储层的连通属性短板，成功开发了规模油气资源，突破流动属性短板可能是另一个发展方向。烃源岩属性是指烃源岩滞留、转化和排出油气的物理化学性质及其相互关系，包括已转化的滞留油气和未转化的残留有机质，滞留及潜在烃类资源规模巨大，地下人工加热等方式理论上可突破烃源岩的有机质数量和成熟度属性短板，可能是实现成功开发的有效路径。储集层属性和烃源岩属性是实现源岩层系油气规模发展的内在潜质基础，公共属性参数是外部环境基础。造缝产烃还是改质造烃？前提是准确研判优选何种内在属性参数，基础是系统整合优化所有外在属性参数，推动实现源岩层系油气商业化可持续发展，未来中低熟富有机质页岩及油页岩、中高熟富气态烃页岩层系、低变质程度富油煤岩、深层可气化煤炭等是值得期待的战略发展领域。     

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。     

核磁共振技术在非常规油气藏的应用基础

核磁共振技术在非常规油气藏应用解释中有较多争议.结合渗流流体的概念,提出了针对核磁共振图谱解释流体动用性质的新方法,并应用于非常规油气藏.研究表明:致密油和致密砂岩气藏岩心的核磁共振图谱左峰和右峰是连续而不是截然分开的,说明难动用流体与易动用流体的性质是连续渐变的,不是独立分开的;而页岩和煤层气藏岩心核磁共振图谱则反之.在非常规油气藏岩心中,难动用流体占主导地位,致密油和致密砂岩气藏岩心的易动用流体多于页岩和煤层气藏岩心.致密油和致密砂岩气藏的采出程度提高取决于易动用流体的采出;而页岩和煤层气藏的采出程度提高则取决于难动用流体的采出.      

窑街矿区浅层煤系气储层特征及勘探开发关键技术

煤系气勘探开发不仅可以减少资源浪费,而且可以缓解我国能源危机,降低煤矿瓦斯事故,保护大气环境,为实现碳达峰、碳中和目标做出贡献。依托窑街矿区海石湾井田三采区浅层煤系气开发示范工程,分析窑街矿区煤系气储层特征,探讨煤系气勘探开发关键技术。研究表明:井田煤系气主要赋存于侏罗系中统窑街群煤系第四岩组(J₂yj4)的油页岩、油砂岩和第二岩组(J₂yj2)的油A层、煤二层等特厚产层中;油A层、煤二层气含量随着埋深的增加而增大;CO₂浓度较高,且随着埋深增加而减小;煤二层吸附能力较强,油A层更容易解吸;各层渗透率为油砂岩 > 油A层 > 煤二层 > 油页岩;抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比和脆性指数显示各产层改造难易程度由小到大依次为油砂岩、油A层、油页岩、煤二层。油页岩有机质丰度4.06%,干酪根类型Ⅱ₂–Ⅲ型;油A层有机质丰度43.27%,变质程度呈两极分化,腐泥煤镜质体反射率0.48%~0.53%,腐植煤镜质体反射率0.89%~0.97%;煤二层有机质丰度92.87%,其中镜质组体积分数67.90%,惰质组29.10%,壳质组3.50%,变质程度以肥煤为主,含少量气肥煤。与我国大部分欠压地层相比,各产层储层压力正常,产气潜力大;煤系气开发应优选煤二层、油A层和油页岩;多段分簇、限流法射孔工艺和细砂防滤失、投球暂堵、两高一低(高排量、高砂量、低砂比)的压裂工艺适合于该区致密特厚储层改造,挂泵位置低于煤二层射孔段和重力式螺旋气锚排采工艺可减少CO₂的影响,提高排采效率。这些关键技术的应用显著提高了井田示范工程产气效果,单井日产气量超过2 000 m3。      

鄂尔多斯盆地延长探区低渗致密油气成藏理论进展及勘探实践

延长石油集团在鄂尔多斯盆地大力推动石油、天然气、页岩气勘探开发理论研究和技术攻关,多类型资源协同发展,取得显著效果。在石油勘探方面,提出延长组特低渗石油“交替式”成藏理论认识,建立盆地中生界多期差异性成藏新模式,近10年特低渗石油年均探明地质储量超1×10⁸ t。建立细粒沉积风暴、地震等控砂理论,以及甜点预测方法,致密油累计探明地质储量2.1×10⁸ t。针对致密气田砂体成因机理不明、天然气运聚成藏规律不清等主要难题,揭示了“浅水环境岸线频繁迁移控砂”机制,建立了致密砂岩气优质储层成储模式,明确纯石英砂岩和富石英低塑性颗粒岩屑砂岩是致密气分布的“甜点”,形成了基于多要素、全过程天然气运聚模拟的目标优选技术。经勘探实践,发现了延安气田,累计探明天然气地质储量7 635×10⁸ m³。页岩气方面,提出陆相页岩气“三元”成藏富集地质理论的创新认识,认为湖相优质页岩是陆相页岩气富集高产的物质基础,多类型、跨尺度的复杂孔隙网络决定页岩气赋存条件,厚层页岩自封闭能力及高压是保存的关键,实现陆相页岩气产量突破。未...