非常规油气地质学建立及实践

非常规油气地质学理论是世界石油工业从常规油气向非常规油气跨越的一次理论飞跃。紧密结合中国特殊地质背景和油气工业条件,经过10年不懈攻关,通过构建细粒沉积学、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、常规—非常规油气"共生盆地"发展战略等学科内容,基本形成非常规油气地质学理论体系框架。非常规油气地质学理论,是世界页岩油和气、致密油和气等典型非常规油气工业发展的理论基础,引领推动了石油地质学科发展、行业标准制定、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。非常规油气地质学科在未来油气资源综合利用、能源结构科学预判、复杂问题创新解决等方面,仍有发展空间。     

中国非常规油气勘探开发与理论技术进展

新世纪非常规油气获战略突破,微纳米孔喉页岩系统油气成为油气资源接替的重要新领域,非常规油气资源在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。中国在致密气、页岩气、致密油、煤层气等非常规油气资源勘探开发获重要突破,油页岩、天然气水合物、重油、油砂矿等获重要进展,初步评价中国非常规石油资源量(223~263)×10~8t,天然气资源量(890~1260)×10~(12)m~3。中国非常规油气研究取得重大进展,细粒沉积学在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、海陆相细粒沉积等研究新进展,提供了盆地中心储集体形成和分布的理论依据;非常规储层地质学在研究方法技术、多尺度数据融合、地层条件物理模拟等方面取得重大进展,多方法多尺度整体表征非常规储层已成为研究热点,推动了非常规油气地质学地质理论和方法技术快速发展;创新发展了连续型油气聚集理论,构建了非常规油气地质学理论体系框架,明确了非常规油气地质研究的内涵、地质特征、形成机理、分布规律和核心技术,为大面积非常规油气规模勘探开发奠定了理论基础;非常规油气勘探开发技术方法快速发展,涌现了烃源性、岩性、物性、脆性、含油气性与应力各向异性评价等"六特性"、"甜点区"地质一工程综合评价等核心评价方法,微地震监测、水平井钻完井、"工厂化"生产、"人工油气藏"等开发工程核心理念和技术,推动非常规油气"革命性发展"。非常规油气的突破,带来了坚持理论创新、坚持核心技术进步等4点重要启示,对延长石油工业生命周期、推动理论技术升级换代、改变能源格局具有深远意义。     

论常规—非常规油气有序“共生富集”——兼论常规—非常规油气地质学理论技术

石油工业发展呈现进军深层深水非常规、突出天然气发展、重视地质工程一体化的新局面，地质学科研究呈现常规和非常规油气地质并行协同发展、〖JP2〗超级盆地常规和非常规油气一体化整体研究的新趋势。未来石油和天然气仍是能源消费和安全的关键需求，常规和非常规油气地质融合创新将是学科发展的主要挑战。常规—非常规油气地质学的产生，主要缘于重新构建油气地质理论框架、重新认识超级盆地资源体系、重新研发适用配套关键技术、重新塑造能源转型战略角色、重新记录勘探开发示范模板等需求。常规—非常规油气地质学是研究常规—非常规油气“共生富集”盆地中大油气区形成机理、有序共生、差异富集、采出规律、发展战略的地质学科，如鄂尔多斯、四川等盆地，同步关注常规油气和非常规油气两种资源，围绕主力烃源层系，重点评价“烃源性、储集性、含油性、流动性、可采性与经济性”六特性及其匹配关系，创新研发源控论及源储共生系统评价、常规—非常规油气共生盆地物理及数值模拟、地质工程一体化评价、平台式“工厂化”生产模式等核心技术，研究重点是“常规油气和非常规油气的整体研究、同步发现、极限开采和协同发展”。常规油气和非常规油气有序“共生富集”，“共生”是客观自然规律，“富集”是主观人为认知，客观规律可以主观认知，有序协调客观和主观的统一性，超前创新研发理论技术，可以更好发掘剩余油气资源的潜力和价值。从常规圈闭型油气藏与目的层到非常规连续型甜点区与甜点段油气，再到常规—非常规有序“共生富集”油气，理论认识和核心技术的创新发展，将引领和支撑油气资源不断实现高效发现和利用。     

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。     

非常规油气地质理论与技术进展

当前对油气的开发从常规油气扩展到开采难度较大、开采成本较高的非常规油气。在不远的将来,将实现常规和非常规油气并举的局面。根据成因,可将非常规油气分为三大类:第一类为重油和油砂,为正常原油经过生物降解和水洗作用形成,分布广、潜力大,已被大量开采利用;第二类为致密油气、页岩油气和煤层气,主要特征是储集于孔渗条件极差储层中,属于连续型-大规模聚集油气藏,目前发展迅速,也是产量增长最快的领域;第三类为油页岩,是未成熟的干酪根与黏土和细粒无机矿物的混合物,有机质丰度高,要经过人工加热生成石油,油页岩发现很早,分布广泛,美国比例最高。由于对非常规油气的评价和勘探开发,带动了石油地质理论和勘探开发技术的不断创新。同时非常规储量规模巨大,相当于常规油气资源的2~3倍,勘探开发技术日趋完善,大大延长了石油工业的生命周期,引领石油工业跨越式发展。     

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。     

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。     

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...     

鄂尔多斯盆地南部三叠系延长组湖相重力流沉积细粒岩及其油气地质意义

随着页岩油气勘探开发和相关领域研究的不断深入,细粒沉积物的搬运和沉积已成为当前沉积学研究的热点问题之一,但中国中生代湖泊环境中的泥质重力流沉积尚未引起应有的关注。通过岩心观察、薄片鉴定等手段及综合研究,分析了鄂尔多斯盆地晚三叠世湖相泥质重力流沉积特征,探讨了其形成机制与成因分类。鄂尔多斯盆地三叠系延长组湖相泥页岩结构类型多样,发育泥质块体流沉积、泥质碎屑流沉积、泥质浊流沉积和泥质异重流沉积等多种重力流沉积类型。按照泥质含量将重力流划分为砂质重力流、泥质重力流和混合重力流3种亚类,并根据成因将重力流划分为滑塌体、碎屑流、浊流及异重流等4种亚类;结合成因和泥质含量,将重力流沉积共划分为12种类型。滑塌岩、碎屑岩分布于三角洲前缘斜坡脚附近;浊积岩、异重岩广泛分布于三角洲斜坡至沉积中心。认为泥质沉积物可以在强水动力条件下搬运-沉积;重力流沉积细粒物质在湖相沉积中占据很大的比例;泥质重力流对泥页岩中的碎屑物质、黏土矿物及有机质的搬运和沉积起到重要作用,因而对于页岩油气的生烃、储集性能和压裂工艺研究具有重要意义。     

泥质重力流沉积研究进展及其页岩油气地质意义--以东营凹陷古近系沙河街组三段为例

页岩油气的勘探开发推动了泥页岩沉积机理研究的快速发展,使得细粒物质的搬运和沉积成为当今沉积学界和油气工业界共同关注的焦点。尽管海洋环境下的泥质重力流沉积研究成果频见报道,但有关我国新生代湖泊环境中的泥质重力流沉积尚未引起沉积学界的关注。故本文在国内外相关文献调研基础上,以岩芯观察和薄片鉴定为重点,分析了渤海湾盆地东营凹陷古近系沙河街组三段湖相泥质重力流沉积特征;探讨了湖相泥质重力流沉积的形成机制;以期为湖泊沉积学研究和陆相页岩油气开发提供参考。研究发现,东营凹陷古近系沙河街组三段发育泥质块体流、泥质碎屑流、泥质浊流及泥质异重流等多种重力流沉积类型;泥质滑塌岩、泥质碎屑岩、泥质浊积岩和泥质异重岩在时空上可以共生共存。认为泥质沉积物可以在动荡水体和较强水动力条件下沉淀;泥质重力流沉积在深水沉积区占有重要地位;泥质重力流对于泥页岩中的粗粒碎屑物质、有机质的搬运和沉积以及有机质的埋藏起到重要作用,因而具有重要的非常规油气地质意义。     

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。