非常规油气勘探开发.

非常规油气勘探开发人们习惯上把石油、天然气区分为常规的（conventional）和非常规的（unconventional）两种不同类型。所谓非常规的石油、天然气是指该其储层、流体特征以及成藏机理与一般常规油气系统不同，并且采用常规的勘探和开发方法很难予以发现或有效地加以开采的一类天然气系统。常规、非常规是相对的，具有一定时效性的。基础石油地质学—常规本专题主要介绍—非常规的非常规天然气包括致密砂岩气(深盆气)、煤层气、浅层生物气、水溶气、页岩气、无机成因气、天然气水合物等。非常规石油主要包括：油砂、重油（稠油）、油页岩（低温干馏获得页岩油）我国目前能够进行经济开发的有深盆气、煤层气、浅层生物气等。天然气石油常规气藏气气顶气油藏（溶解）气常规油藏油非常规致密砂岩气(深盆气)、煤层气、浅层生物气、水溶气、页岩气、天然气水合物非常规油砂、重油（稠油）、油页岩（页岩油）非常规油气资源量•据估计，全球致密砂岩气资源量约为400万亿方;煤层气资源量可能超过260万亿方;页岩气资源量为40万亿方;天然气水合物中甲烷资源量为6000多万亿方;水溶气资源量33837万亿方，比常规气高2个数量级。油砂油的可采资源量为1035.1亿吨(仅次于常规石油可采资源量,1514亿吨）;重油资源量约为690亿吨;油页岩折算成页岩油的数量可达4000多亿吨.(从油页岩还可获得可燃气)致密油：美国35万吨/日，年产1.2亿多吨。1致密砂岩气(深盆气)深盆气是在高勘探程度下对油气藏赋存规律的新认识，它以气水关系倒置为特征，其内部的“甜点”是有经济开发价值的目标区。粗略估计，中国深盆气资源量将超过100万亿方（资源量与常规天然气有部分重合），依据当前的勘探和开发技术，我国深盆气现实可采资源量超过11.54～13.81万亿方。我国2015年气产量1300多亿方，进口600多亿方。美国页岩气产量2800多亿方，占气总产量35%。深盆气藏的概念：深盆气藏最早于1920年发现于美国圣胡安盆地，但深盆气藏的概念首先在上世纪70年代末由加拿大亨特勘探公司总裁J.A.Masters和R.M.Gies提出来的。Rf:MstersJA.DeepBasinTraps,WesternCanada.AAPGBulletin,1979;63(2)Masters（1979)将发育于构造下倾部位或中央向斜部位砂岩中的气藏称为深盆气蒇(Deepbasingastrap)。此外，盆地中心气藏（BasinCenteredGasAccumulation，P.R.Rose等，1984）、致密砂岩气藏（Tightsandsgas；R.C.Surdam等，1995）、深层致密砂岩气藏、气水倒置气藏、水封气藏、满盆气藏、动态气藏等。尽管叫法不同，但无论如何,有关深盆气藏的定义都基于“位于构造下倾部位或盆地中央,而且气藏上倾部位含水—气水倒置”这样的内涵之上。20多年来，深盆气理论有效指导了北美落基山前系列前陆盆地和负向构造的天然气勘探。已经在10余个盆地发现了储量规模巨大的深盆气藏。近年来，我国开始重视深盆气的勘探。12345671—气源岩（如煤层等）；2—深盆气藏内部甜点（sweetspot）;3—深盆气的饱含气带；4—深盆气藏气水过渡带；5—饱含水带（区域含水储层）；6-岩性气藏；7—背斜气藏深盆气成藏基本条件--1）气源岩发育、气源充足：北美落基山地区的致密砂岩气藏的气源岩主要是白垩系的煤系地层和富含有机质的泥岩、页岩，其次是侏罗系和第三系的暗色泥岩。尤以煤层和含煤地层最为重要。煤成气是其主要的气源之一；其次是热成熟气和生物气。源岩的有机炭含量大于2％，有机质类型主要为腐殖型的III类干酪根，适合生气。成熟度较高，Ro一般大于0.8。煤层厚度巨大（一般3-9米），烃源岩厚度大于100米，分布较广。具有巨大的生气潜力。深盆气成藏基本条件—2）储层致密、但内部存在甜点深盆气藏的砂岩致密，物性和孔喉结构较差。北美落基山地区的致密砂岩特点是：①主要沉积相类型为河流相。砂体呈透镜状，连续性差；②低孔（3-12％）、低渗（0.5-0.0005×10-3μm2）；③孔隙喉道半径小，一般小于0.5μ、毛细管压力高；④孔隙类型主要有残余粒间孔隙、但多数是次生孔隙（以溶蚀孔和微孔隙为主）；⑤成岩作用强烈、次生孔隙发育、自生矿物含量高；⑥致密砂岩储层对应力敏感性强；⑦在钻井和增产措施中易受伤害（五敏、压敏和水锁等）深盆气藏甜点分类图1.致密含气带;2.局部孔隙发育带;3.局部裂缝发育带深盆气藏的“甜点”问题深盆气藏的储层物性普遍较差，但在低孔渗成片的砂层发育区内，常常发育有相对高孔渗的砂岩体，它一般具有较高的天然气工业产能，国外称之为“甜点”（Sweetspot），也可以称之为“天然气高产区块”。“甜点”是致密砂岩气藏的核心问题，因为只有“甜点”才是具有开发经济价值的致密砂岩气藏。因此，国内外在研究深盆气藏的特点、成因机制、控制因素和分布规律之外，还广泛地探讨了致密砂岩储层的“甜点”的控制因素。深盆气藏的“甜点”问题总体来看有如下认识：①有利的储集相带是发育“甜点”的主要控制因素。在加拿大Washakie盆地中的白垩纪Almond砂岩中，由于“甜点”与沉积相有关，因此根据沉积相带的预测结果，在坝砂和砾石滩砂相中发现了著名的Hoadley大气田。②次生孔隙是物性“甜点”发育的另一个控制因素。③裂缝的发育有利于形成“甜点”；④深盆气藏含气性较好的地方是盆地构造相对较低的部位。⑤超压有利于油气的保存。北美地区的统计表明深盆气藏的分布，80％是在异常压力带顶界之下几百米的范围之内；而这种压力边界是可以用声波测井给予描述（RonaldC.Surdam，1997）。流体特点（1）深盆气的天然气组分特征完全与常规气藏中的天然气相同，主要成分为甲烷CH4、重烃气、CO2、N2等。可燃烃气的含量一般在95％以上，绝大多数为甲烷CH4。干燥系数较大；（2）含水饱和度高。一般可达30-70％。通常以40％作为估算致密砂岩储层的下限含气饱和度值。随着含水饱和度的增高，流动气相渗透率急剧下降。当含水饱和度达到60-80％时，气相渗透率就基本降为零；（3）气水倒置，无明显的气水界面；深盆气藏的成藏机制关于深盆气藏的成藏机制，国内外均进行了详细的讨论。有多种不同的认识，目前没有取得统一：①Master（1979）提出气水相对渗透率的变化可对这类气藏进行遮挡。据研究，当储层中的含水饱和度为40％时，气的相渗透率只有水的十分之一，而当水的饱和度达到60％时，气的相渗透率为零，储层对气几乎不渗透；深盆气藏的特征深盆气圈闭和深盆气藏的地质概念模型与要素关系深盆气藏的成藏机制②Gies（1984）通过对气田储层压力研究得出了天然气的聚集是一种不断有天然气沿上倾方向运移的动态平衡的观点。Welte（1984）年通过对加拿大艾尔姆华士气田的地球化学研究表明，该气田致密砂岩储层中没有重烃的重新分配，而轻烃却发生大规模运移，整个气田处于动态平衡状态，天然气在深盆地中心不断地被生成，同时又不断地运移到地表和孔隙度发育的边缘而散失。因此，天然气的聚集是一种“动态圈闭”。③C.A.Brown通过对皮申思盆地南部的致密砂岩中的天然气聚集的研究认为存在“毛细管压力圈闭”的可能模式。深盆气藏的成藏机制④D.J.Cant(1983)通过对阿尔伯达盆地斯皮里特河组致密砂岩的成岩作用研究，提出了致密砂岩还存在“成岩圈闭”。他认为砂岩层的各个部分在其埋藏期间可经受不同的成岩作用，因而可导致物性上的差异，即成岩作用既可以形成储层也可以造就盖层，在适当的组合下可产生“成岩圈闭”。深盆气藏的成藏机制⑤王涛（2002）提出深盆气藏的圈闭机理在于可以进一步理解为两种平衡，即：物质平衡和力平衡。当源岩不断地生气、生气量大于散失量，深盆气藏能得以保存。当烃源岩向储层中供排气，由于底部盖层作用，不能在浮力作用下向上运移，在气体膨胀力的作用下，向上整体驱替孔隙水。天然气向上倾孔喉变好的储层中运移时，浮力起作用。但由于浮力＋气体扩散力小于毛细管力，因此，天然气被可动水包围，出现自由水，气体处于静态聚集状态，如果打开储层，不但可产气，还可产出少量的地层水，深盆气藏处于气水过渡带。当向上倾方向储层孔喉进一步变好，浮力＋气体的扩散力大于毛细管力，天然气将在浮力的作用下，向上倾方向运移。这时储层中只有自由水，天然气将不能保存，除非遇到各种常规圈闭，形成常规天然气藏。由此可见，只有当向上和向下的浮力、天然气的扩散力和毛细管力、静水柱压力和达到平衡时，深盆气藏的分布才能趋于稳定。深盆气藏的成藏机制深盆气藏的特征中国具备深盆气形成的基本地质条件根据国外的研究和勘探总结，深盆气形成的基本地质条件有3个：充足的气源、连片的致密砂岩储集层、稳定的负向构造。中国有些盆地和凹陷具备形成深盆气的地质条件。气源岩：中国是世界上煤系最为发育的国家之一，在中国不同含油气盆地中，发育与深盆气相关的煤系有3套：C-P海陆过渡相煤系气源岩，主要分布于华北地台上的克拉通盆地，煤系大面积连片分布，生气量巨大。如鄂尔多斯盆地煤成气。T3-J陆相湖沼相煤系气源岩，分布于中西部众多的前陆盆地和沉积湖盆内部；新生代裂谷盆地，在第三系中也发育湖沼相煤系，如东海盆地西湖凹陷，渐新世—中新世坳陷期沉积了巨厚的含煤层系。储集条件：盆地中对应3套煤系地层，发育3套大面积连片分布的低孔、低渗砂岩储层。C-P发育一套海陆过渡相和大型河流-三角洲相致密砂岩储层；中西部众多的T3-J前陆盆地和沉积湖盆内部发育有一套河流-三角洲相致密砂岩储层。对应第三系新生代裂谷盆地湖沼煤系，也发育一套河流三角洲—深湖相碎屑岩储层，物性一般较好，不利于形成深盆气，但是在一些凹陷中央部位，埋藏较深，储层压实作用较强，形成致密砂岩也有可能形成深盆气。构造条件：深盆气藏主要发育于继承性向斜盆地且构造稳定。这个条件更容易满足。中国深盆气资源量：将超过100万亿方，可采资源量超过11.54～13.81万亿方。中国深盆气资源分布：鄂尔多斯上古生界深盆气分布于下石盒子组和山西组，深盆气资源量为50万亿方左右，潜在可探明储量2万亿方。川西深盆气藏主要分布于三叠系地层中，最有利的勘探区为前陆深凹陷部位，深盆气资源量达3.6万亿方。库车前陆盆地深盆气分布于三叠系-侏罗系，拜城凹陷和阳霞凹陷为有利勘探区，目前已探明天然气储量近6000亿方，远景资源量至少为10万亿方。准噶尔南缘深盆气分布于侏罗系和白垩系，远景资源量至少有3万亿方，估计其资源量应在22.68～28.35万亿方左右。吐哈盆地深盆气主要分布于中下侏罗统，预测资源量达2.63～3.06万亿方。除了上述盆地以外，在塔西南前陆盆地、东濮凹陷、松辽盆地、楚雄盆地等地区，也有可能发现深盆气。2.煤层气、1)传统认为,煤层气是自生自储于煤层中的非常规天然气。近年来研究表明，煤层气来源既有泥炭到低阶煤的原始生物成因和中高阶煤的正常热成因,还有后期次生生物成因和煤型气-油型气混合成因。总之,煤层气包括煤层自生的和其他气源岩中运移到煤层中的天然气,是一种混合天然气。2)对于煤层气赋存形式,过去认为主要以吸附状态，少量以溶解和游离状态存在煤的裂隙中。最近有人指出,煤层气以游离、水溶、吸附和固溶态4种形式存在。3)因此,定义煤层气(coalbedgas－－CBG)是赋存于煤层中的天然气。可见,煤层气仅是一个描述天然气产状的词语,不具有成因意义。煤层气主要组分是煤层甲烷(coalbedmethane--CBM).第八节非常规天然气资源根据国际能源署（IEA）的统计资料，全球煤层气资源量90%分布在12个主要产煤国，其中俄罗斯、加拿大、中国、美国和澳大利亚的煤层气资源量均超过10×1012m3（表）。2.煤层气美国－2005年，CBM产量491亿方；2015年，CBM产量2800亿方。加拿大－2005年，CBM产量15.33亿方。印度－CBM资源量1万亿方，可回收5000亿方。我国－－2005年，CBM产量0.20亿方。美国煤层气产量直线上升，1989年为26亿方