纳米油气与源储共生型油气聚集

在对比非常规油气与常规油气类型、地质特征及勘探技术的基础上,提出"纳米油气"的概念,指出"纳米油气"是未来石油工业的发展方向。纳米油气是指用纳米技术研究和开采聚集在纳米级孔喉储集系统中的油气,纳米油气主要分布在烃源岩层及与其大面积紧密接触的近源致密储集层系中,涵盖了页岩油、页岩气、煤层气、致密砂岩油、致密砂岩气、致密灰岩油等,储集层孔喉直径一般为纳米级;油气水在纳米孔喉中渗流能力差,相态分异难,主要依靠超压驱动,油气被滞留吸附,在源储共生致密层系中大面积连续分布。中国含油气盆地发育源储共生型致密层系、碳酸盐岩缝洞层系、火山岩缝洞层系、变质岩裂缝层系等多种类型油气聚集层系,其中源储共生层系油气聚集位于盆地中心或斜坡部位,源内或近源层状大面积聚集,是资源分布的主体和未来发展重点领域。以鄂尔多斯盆地和四川盆地源储共生型油气聚集为典型实例,提出连续型油气"两线一区"(即源储共生层系油气聚集顶底界线、油气连续聚集边界线、"甜点"分布核心区)评价方法。图10表9参32     

玛湖凹陷二叠系风城组全油气系统成藏机理

准噶尔盆地西部玛湖凹陷风城组勘探揭示了常规—非常规油气有序共生特征。通过精细解剖玛湖凹陷风城组油藏特征,结合储集层宏微观分析及生产资料,剖析全类型油藏成藏机制。结果表明,全油气系统中常规油、致密油和页岩油有序成藏,核心为“源储耦合”以及储集层孔喉结构对油气的“动态封闭”成藏。致密储集层和页岩储集层在成岩早期为中—大孔喉的常规储集层,烃类浮力成藏;成岩中—后期演化为微米—纳米孔喉,浮力作用减弱,毛细管力增强,与烃源岩“相邻或一体”的储集层烃类持续发生初次或微运移,直至生排烃形成的源储压差与微米—纳米孔喉形成的毛细管力达到动态平衡,形成“自封闭”的连续型非常规油气聚集。常规储集层孔喉结构对烃类产生的毛细管力远小于浮力作用,需外部条件“他封闭”,形成圈闭中的油气聚集。总体表现为储集层孔喉结构的时空演化与油气生—排—运—聚的动态耦合。     

鄂尔多斯盆地致密油、页岩油特征及资源潜力

长庆油田对渗透率为0.3～1mD的超低渗透油藏已实现了规模有效开发。考虑到鄂尔多斯盆地石油勘探开发实际,将储集层地面空气渗透率小于0.3mD,赋存于油页岩及其互层共生的致密砂岩储层中,石油未经过大规模长距离运移的油藏称为致密油,包括致密砂岩油和页岩油2大类。延长组致密油主要发育于半深湖-深湖相区,以延长组7段（简称长7）油层组油页岩、致密砂岩和湖盆中部的延长组6段（简称长6）油层组致密砂岩最为典型。致密油具有分布范围广,烃源岩条件优越,砂岩储层致密,孔喉结构复杂,物性差,含油饱和度高,原油性质好,油藏压力系数低的特点。纳米级孔喉系统广泛发育是致密油储集体连续油气聚集的根本特征,延长组致密砂岩储层中大多数连通的孔喉直径大于临界孔喉直径,满足油气在致密储层中运移的条件。根据致密油层与生油岩层的接触关系,确定了3种致密油储集层类型：①致密块状砂岩储层;②砂岩-泥岩互层型储层;③油页岩型致密储层。鄂尔多斯盆地长6和长7油层组致密油分布广泛,初步预测致密油总资源量约30×10⁸t,其中长7油层组页岩油资源量超过10×10⁸t,长7油层组致密砂岩油资源量约9×10⁸t,长6油层组致密砂岩油资源量约11×10⁸t。致密油资源是长庆油田实现年产油气当量5000×10⁴t并长期稳产较为现实的石油接替资源。     

陆相湖盆致密砂岩油气储层储集性能表征与成储机制——以松辽盆地南部下白垩统泉头组四段为例

在致密砂岩油气储层相关研究成果的基础上,结合对松辽盆地南部下白垩统泉头组四段致密砂岩油气储层的研究,认为储集空间类型与特征、孔喉大小与分布、孔喉连通性及不同尺度孔喉物性贡献等是致密砂岩油气储层储集性能表征的核心内容。将铸体薄片观察、扫描电镜分析及微米CT扫描等手段相结合实现了储层储集空间与孔喉结构类型、形貌、分布及连通性等的定性表征;恒速压汞与高压压汞的有机结合实现了致密砂岩储层孔喉大小、分布、连通性及不同尺度孔喉物性贡献等特征的定量表征。致密砂岩油气成储机制研究主要涉及储层成岩演化与致密化机理、致密砂岩油气藏成因类型及致密砂岩油气充注与聚集等方面的内容。以成岩演化为约束,恢复地质历史时期储层物性演化过程,结合关键成岩作用对储层物性的贡献量,明确储层致密化时间与决定因素,是砂岩储层致密化机理研究的重点;以此为基础,将油气充注史与致密化史相结合,可以确定致密砂岩油气藏成因类型。对于"先致密,后成藏"型致密砂岩油气藏,孔喉结构及其配置关系控制油气能否进入致密砂岩储层,而储层润湿性的改变则影响油气在其中如何聚集。     

“连续型”油气藏及其在全球的重要性：成藏、分布与评价

分析国内外各种油气藏勘探和研究现状,基于油气分布共性本质特征的认识,阐述"连续型"非常规圈闭油气藏内涵与成藏特征."连续型"油气藏指在大范围非常规储集体系中油气连续分布的非常规圈闭油气藏,其地质特征是:在盆地中心、斜坡等大面积"连续"分布,且局部富集;以大规模非常规储集层为主,非常规圈闭,储集空间大,圈闭边界模糊;自生自储为主;多为一次运移;主要靠扩散方式聚集,浮力作用受限;非达西渗流为主;流体分异差,饱和度差异较大,油、气、水与干层易共存,无统一油气水界面与压力系统;资源丰度较低,储量主要按井控区块计算;开采工艺特殊,需针对性技术.论述了湖盆中心砂质碎屑流成因及其"连续型"油藏、大型浅水三角洲低--特低孔渗及致密砂岩油气藏、煤层气以及泥页岩裂缝型油气藏等典型实例.图8表5参33     

页岩气成藏与纳米油气基本理论问题

为了深入认识页岩气形成过程及纳米油气资源,通过对页岩气藏成藏机理及水力压裂的理论研究,提出了无形圈闭的概念.页岩气最有利的聚集部位是无形圈闭,它的形成与构造应力、区域构造背景及岩石性质密切相关.在构造应力的作用下,页岩层及低渗透砂岩层未发生明显形变,仅在岩层内部产生破裂,形成构造裂缝,其中张开度在微米级以上且相互连通的裂缝和孔隙可作为储集空间形成油气藏.页岩气藏是浮力在微米级以上孔隙中作用的结果,纳米孔隙不连通,不能聚集成藏,并且无法压裂改造.非常规油气藏的聚集原理与常规油气藏相同,油气在储层孔隙中聚集的动力都是流体密度差产生的浮力.     

页岩油形成机制、地质特征及发展对策

页岩油是储存于富有机质、纳米级孔径为主页岩地层中的成熟石油,是常规-非常规"有序聚集"体系的重要类型之一,对中国陆相页岩油形成的沉积环境、储集空间、地球化学特征和聚集机制等基本石油地质问题进行了分析总结。富有机质页岩主要发育在半深湖—深湖环境,不同岩性组合共生沉积;发育纹层结构,微米—纳米级孔喉和微裂缝是主要储集空间;有利页岩以Ⅰ型和ⅡA型干酪根为主、Ro值为0.7%～2.0%、TOC值大于2.0%、有效厚度大于10 m;揭示了页岩孔隙演化和页岩油滞留聚集模式,储集空间、脆性指数、黏度、压力、滞留量等是页岩油"核心区"评价的关键。中国陆相页岩油在湖盆中心连续聚集,初步预测可采页岩油资源量约30×108～60×108t,水平井体积压裂、改造"天然裂缝"、注粗颗粒"人造储集层"等可能是页岩油工业化发展的核心技术,提出加快页岩油"分布区"研究、加强"核心区"评选、加大"试验区"建设的"三步走"发展思路。借鉴北美海相页岩气突破成功经验,陆相页岩油工业化有望在中国首先突破。     

川东下侏罗统自流井组页岩储层特征及勘探潜力评价

通过对侏罗系自流井组页岩层系的岩心和野外露头观察、薄片鉴定、氩离子抛光、扫描电镜、压汞和气体吸附等手段,研究了页岩层系的岩石类型及储层微观类型和特征。页岩层系的岩石类型以黑色页岩为主,黑色页岩储层以矿物质粒间残留孔为主,微裂缝和有机质孔发育较少,孔隙度分布在1.4%～4.9%,孔隙结构以直径小于100 nm的孔隙为主,占85%以上。与研究区海相页岩相比,陆相侏罗系页岩微观储层有机质气孔较少、孔隙度较小且孔喉直径也较小。在勘探上,考虑到侏罗系大面积和全层系油气显示以及页岩油气在个别地区的突破,建议在侏罗系页岩（烃源岩）厚度较大和成熟度较高的区域开展研究.这些地区具有较好的页岩油气形成物质基础和储集条件,在紧邻页岩的致密砂岩或灰岩也可能具有致密油气或常规圈闭油气成藏的良好条件。     

鄂尔多斯盆地延长组长7油层组页岩-致密砂岩储层孔缝特征

鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7油层组是富有机质页岩和致密砂岩共生发育的富油层位,富有机质页岩既是生油层又是储层,并为致密砂岩提供油源。揭示页岩储层和致密砂岩储层之间的孔缝特征,对认识页岩油和致密油赋存空间和运移机理具有重要意义。综合岩心描述、场发射扫描电镜、激光共聚焦显微镜、核磁共振实验、高压压汞和低温吸附实验等手段,定性描述和定量表征相结合,刻画了富有机质泥页岩和致密砂岩储层中的孔隙类型和孔径大小。富有机质泥页岩孔隙类型包括粒间孔、粒内孔、有机质孔,页岩中孔隙的孔径范围总体分布在50 nm以下。页岩中的裂缝包括水平缝、低角度缝、高角度缝和近直立缝。致密砂岩储层孔隙类型包括剩余原生粒间孔、晶间孔和次生孔,且次生孔是主要的孔隙类型。致密砂岩孔隙直径多在2 μm以上,孔喉半径多集中在73.5 nm以下,但对渗透率起贡献作用的孔喉半径区间为73.5~735 nm,致密砂岩中同样发育微裂缝和高角度裂缝。页岩和致密砂岩孔隙的形成和演化均受沉积作用和成岩作用的影响,成岩作用流体和烃类流体的运移和充注将页岩和致密砂岩构成了有机整体。延长组长7油层组页岩-致密砂岩系统中存在3类孔缝网络和石油运移路径：①页岩内纳米-微米级孔隙-裂缝网络,形成页岩油的存储空间和石油源内运移的路径;②致密砂岩内纳米级喉道和微米级孔隙的孔隙网络系统,形成致密油的存储空间;③页岩和致密砂岩间差异孔喉结构-微裂缝-裂缝孔喉网络系统,构成源内石油向源外运移的路径。     

非常规油气致密储层微观孔喉结构表征新技术及意义

非常规油气致密储集体以纳米、微米孔喉为主,微观孔喉结构特征是决定其低孔低渗的主要因素,也是建立非常规油气储层评价标准,揭示油气形成因素、富集规律等基本地质特征的基础。目前,非常规油气致密储层微观孔喉表征技术主要利用了纳米材料科学、物理化学以及分析化学等学科研究方法,通过二维场发射扫描电镜等图像直接观测、气体吸附等间接数值测定以及X-CT三维数值重构模拟孔隙结构三类技术方法,在孔喉大小、形态、分布、三维连通性等方面取得了初步进展,提高了纳米级微观孔喉结构的表征精度。但孔喉结构特征表征技术仍在测试原理、多类型数据融合、多技术手段联合与实验前处理、多尺度特征表征等方面值得进一步探索,该研究也将为准确评价有利致密储层发育区、致密油气等非常规油气甜点区提供依据。     

非常规油气有关概念、分类及资源潜力

尽管非常规油气的勘探开发已引起广泛重视,但对其概念的理解目前还存在一定差异,对其分类也未见有系统讨论。根据对非常规油气地质及开采特征的分析,将非常规油气定义为在油气藏特征与成藏机理方面有别于常规油气藏、采用传统开采技术通常不能获得经济产量的油气矿藏。非常规油气的内涵比连续油气聚集的含义广,后者是非常规油气资源中重要的组成部分,但不是全部。系统的分类研究表明,非常规油气可按其赋存相态分为气、液、固3类;按储层类型分为致密油气、页岩油气和煤层气;按油气分布特点或圈闭特征分为连续型、准连续型和不连续型;按源-储关系分为源内型和源外型;按成因分为原生型和次生型。初步分析认为,我国非常规石油原地资源量估计在720×10⁸t左右,可采资源量约为210×10⁸t（不包括致密油和页岩油）,与常规石油资源量大体相当;非常规天然气原地资源量可能在320×10¹²m³左右,其中仅致密气、煤层气和页岩气3种主要非常规天然气的原地资源量可能高达175×10¹²m³左右,可采资源量估计在70×10¹²m³左右,相当于常规天然气可采资源量的3~4倍。另外,根据油气资源形成条件与成藏特征,提出了新的资源三角图的概念,将油气资源分为不连续的常规油气、准连续的致密油气和连续型聚集的源内油气3级,据此预测在致密储层发育的含油气盆地,致密油气的资源量虽可能小于页岩油气和煤层气等烃源岩层内聚集的油气资源数量,但可能大于常规油气的资源量。由于致密油气资源潜力大,储层条件相对好于其他非常规油气,因此建议我国非常规油气的勘探开发首先应以致密油气为主攻目标,其次应加强煤层气的勘探开发,同时积极开展页岩气资源潜力评价与先导试验研究。     

陆相断陷盆地特殊岩性致密油藏地质特征与勘探实践——以束鹿凹陷沙河街组致密油藏为例

随着非常规油气勘探进入快速发展阶段,中国致密油气勘探取得了丰硕成果。基于多年非常规油气勘探实践,结合陆相断陷盆地致密油藏特征,初步将中国陆相盆地致密油藏分为致密砂岩油藏和特殊岩性致密油藏。特殊岩性致密油藏包括泥灰岩型致密油藏、碳酸盐砾岩型致密油藏、凝灰岩型致密油藏等。与常规致密砂岩油藏相比,特殊岩性致密油藏储层成因特殊,储集空间类型多样,常规地球物理方法预测困难。通过对冀中坳陷束鹿凹陷沙河街组三段下亚段泥灰岩-砾岩致密油藏的解剖,建立了束鹿地区特殊岩性致密油藏的成藏模式。对于特殊岩性致密油藏的勘探,需要多因素综合分析,总结致密油成藏控制因素,建立适合探区的油气成藏模式,以此指导后续勘探开发。     

中国非常规致密岩油气藏特征

致密岩油气是非常规油气资源的一种,在全球广泛分布,在中国分布也十分广泛,具有广阔的开发潜力,但目前我国对其的勘探程度还比较低。为此,研究并总结了中国致密岩(砂质岩、泥质岩、泥质灰岩等)油气的主要特征:具有特低的孔隙度、渗透率条件,致密岩与烃源岩多呈互层状,多时代、多层段叠置并大面积成藏,该类油气藏组合类型多样、以自生自储组合为主,具有多层、多点、全方位排烃和充注的特点,油、气、水关系复杂,常与泥页岩油气及煤层气共存。结论认为,在中国非常规油气资源类型中,致密岩油气资源潜力最大,而且致密岩油气比暗色泥页岩油气或煤层气开采技术难度相对要小,是我国当前和今后油气勘探开发最重要和现实的接替领域之一。     

全油气系统定量评价:方法原理与实际应用

人类对油气的勘探开发和利用已超过150年,油气勘探进展大致划分为油气苗找油气、圈闭找油气、油气系统理论找油气和非常规油气藏勘探4个阶段。非常规油气勘探是对常规油气勘探的重大突破,在经典油气地质理论认为不可能形成油气藏的禁区发现了大量连续分布的非常规油气藏。非常规油气藏虽然需要采取特殊措施才能获得有效产能,但具有广泛连续的分布特征且资源潜力巨大,与常规油气藏的最大差异在于其运聚成藏不受浮力主导和圈闭控制。当前,非常规油气勘探在实践中遇到了一系列重大挑战,包括非常规与常规油气藏的差异性表征困难、无统一分类方案、分布边界不清、无量化判别标准、关联性不明、尚未建立起联合成因模式等。全油气系统概念的提出为复杂地质条件下常规和非常规油气资源的勘探开发提供了全新思路和新的理论指导,其研究内容涉及油气成藏全要素、形成演化全过程、资源分布全系列、预测评价全方位。基于全油气系统的学术思想,在国家重点基础研究发展计划("973"计划)等项目课题的资助下,以油气门限控藏研究为切入点,重点剖析了中国6个代表性盆地(塔里木盆地、准噶尔盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地和松辽盆地)12 237口探井中80 762个常规和非常规油气藏的钻探结果,并与北美地区已发现的常规和非常规油气藏进行对比,结合全球1 186个盆地已探明的52 926个油气藏的差异性统计分析,在全油气系统定量评价研究中取得了4方面成果:1发现全油气系统内普遍存在3类10种油气门限,揭示其成因机制和控油气特征,提出了研究方法和判别标准;2建立了油气运聚门限联合控油气资源形成分布模式,提出了有效资源量预测评价新方法;3建立了动力场控油气藏分布模式,提出了有利成藏领域和成藏区带预测评价新技术;4建立了分布门限组合控藏模式,研发了有利成藏区带和钻探目标优选新技术。全油气系统定量评价方法在常规和非常规油气藏成因分类、剩余资源预测、全球天然气水合物资源潜力评价等方面的应用成效展示了未来全油气系统研究的发展方向。     

关于致密油气和页岩油气的讨论

在全球范围内,非常规油气勘探开发都正在从幕后步入前台,为了厘清有关概念、明确勘探思路、指导勘探决策,对致密油气和页岩油气等的勘探开发历程和发展前景进行了讨论。结果认为：①目前工业开采中广义的致密储层油气主要包括致密砂岩油气、页岩油气、煤层气,其有效开采依赖于共同的主体技术--水平井和压裂;②美国的非常规油气开发从致密砂岩油气起步向煤层气、页岩气延伸,因气价下跌而促进了页岩油的开采;③近年来页岩气、页岩油成为美国油气产量增速最快的类型,从而使其成为天然气、石油产量增速最快的国家;④据最新资源评价结果测算,页岩油、页岩气分别占世界油、气资源总量的10％、32％;⑤近年世界流行的致密油（ tight liquids）概念,其主体是页岩油,包括天然气液（NGLs,Natural Gas Liquids）和轻质黑油（Light Oil）,生产实践表明,目前仅能开发致密储层油中的相对轻质者,因而可称其为轻质致密油（LTO,Light Tight Oil）。     

鄂尔多斯盆地延长探区油气勘探理论与实践进展

陕西延长石油（集团）有限责任公司在鄂尔多斯盆地坚持深化精细勘探常规油气藏,积极探索非常规油气,揭示了低渗混合润湿孔隙介质通道中石油推进式运移的动力学条件与机理,创建了特低渗交替式石油成藏理论,厘清了油藏控制因素及富集规律,指明了老油区勘探方向。在天然气勘探方面,揭示了上古生界砂体及裂缝输导、多期充注、原地或垂向运聚的成藏机理,其具有“广覆式”生烃、“大面积”成藏、储集砂体垂向叠置横向连片、近距离运移多层段聚集的特点;下古生界古地貌环境、储层岩溶及成岩作用、运移动力、铝土岩不整合输导体等因素控制了奥陶系马家沟组天然气聚集成藏。形成了对页岩气成因类型、赋存空间、赋存顺序的多项认识,并通过配套使用针对低渗-特低渗油藏及页岩气、致密油等非常规油气领域的多项勘探工程技术,有力指导了油气勘探实践。     

论致密大油气田成藏模式

根据对国内外致密油气聚集成藏特征的分析,提出致密大油气田存在3种成藏模式,即连续型(深盆气型)、准连续型和不连续型(常规圈闭型)。与连续型油气藏相似,准连续型油气聚集也表现为:油气分布面积较大,无明确边界,也无边底水;源、储邻近,广覆式分布;油气运移主要为非浮力驱动,运移动力主要为异常压力、扩散作用力和毛细管压力,浮力作用受限;运移的方式主要为非达西流,以涌流和扩散流为主。所不同的是:准连续型油气聚集由多个彼此相邻的中小型油气藏组成,油气呈准连续分布;油、气、水分布比较复杂,无显著油、气、水倒置;油气充注以大面积弥漫式垂向排驱为主,初次运移直接成藏或短距离二次运移成藏;储层先致密后成藏或边致密边成藏,且非均质性较强;圈闭对油气聚集成藏具有一定控制作用。研究认为,以深盆气或盆地中心气为代表的连续型油气藏与典型的不连续型常规圈闭油气藏,分别代表了复杂地质环境中致密油气藏形成序列中的两种端元类型,二者之间应存在不同的过渡类型。准连续型油气藏就是这样一种过渡类型的致密油气聚集,并且可能是致密储层中大油气田形成的主要方式。事实上,典型的连续型油气聚集应是那些形成于烃源岩内的油气聚集(如页岩气和煤层气),典型的不连续型油气聚集则是那些形成于烃源岩外近源-远源的常规储层中、受常规圈闭严格控制并且具有边底水的油气聚集;而形成于烃源岩外并且近源的致密油气藏则主要为准连续型油气聚集,其次为非典型的不连续型(常规圈闭型)油气聚集,而像盆地中心气或深盆气那样的连续型聚集则较为少见。     

毛细管力在非常规油气藏开发中的作用及应用

相对于常规油气藏而言，非常规油气藏储层岩石孔喉尺度小、毛细管力作用突出，极大地影响油气勘探与开发。对于常规油气藏的研究，通常忽略毛细管力效应，但是对于页岩油气与煤层气等自生自储的非常规储层，其纳米孔隙发育，润湿性、毛细管力及其相渗特征的研究还存在难点。通过结合地质成藏理论和开发过程渗流理论，以致密油、煤层气和页岩油气为例，阐明了毛细管力在非常规油气成藏及开发中的作用及应用。同时，进一步刻画了油藏原始条件下油水多种分布关系及对应的流体压力分布特征，借此可以分析评价注水（气）过程润湿相与非润湿相流体渗流机理及非润湿相的卡断尺度，为二次采油、三次采油参数设计提供理论依据；通过评价高有机质含量（TOC）的煤层气储层，发现其多呈现水湿特征，强极性的水分子与孔隙介质少数极性官能团的结合力要比甲烷与孔隙有机质结合力高几倍到几十倍，而润湿角测量与毛细管力测量均体现了极性与非极性吸引力的作用，因此尽管煤层气储层有机质含量远高于无机质，但是其分子间作用力较弱导致润湿性更倾向于水湿；区别于煤层气，页岩气储层无机质体积分数远大于有机质体积分数，由于无机质孔隙原始条件多为水湿，因此该类储层多为水湿；页岩油岩石组成尽管与页岩气类似，但是由于油相具有复杂的组成，其中的表面活性物质将会影响储层的润湿性，据此影响储层的毛细管力；由于页岩油要比页岩气流动困难，渗流阻力大，但是页岩油的油水毛细管力又小于页岩气的气水毛细管力，因此需要对二者量化计算评价。