中国陆相页岩油研究进展与关键科学问题

中国陆相盆地页岩油资源丰富,是中国油气增储上产的重要战略接替领域。限于陆相盆地特殊复杂的地质条件,陆相页岩油的富集规律与主控因素不够明确,中国陆相页岩油勘探所面临的关键科学问题仍然有待进一步研究。通过充分调研国内外以细粒沉积、烃类赋存以及流体运移为重点研究页岩油的最新进展,结合中国陆相页岩油勘探进展,对比总结了陆相和海相页岩油的基础地质特征及其差异,提出了目前中国陆相页岩油勘探面临的关键科学问题。研究结果表明：中国陆相盆地发育多套页岩油,陆相泥页岩层系具有沉积相变快、沉积厚度大、成熟度较低、黏土矿物含量高的特点;与海相地层相比,沉积构造背景较不稳定,沉积年代较新、非均质性更强,地层能量和地温梯度较低、烃类流体黏度和密度较大。细粒组分形成及地质事件的成因机制不仅是沉积地质学关注的"成源"与地球系统演化的事件信息,也是页岩"成储"及源-储耦合机制研究的关键内容。页岩油的赋存机制与其可动性密切相关,明确赋存机制是优选甜点的关键。微运移机制是页岩油藏开发的基础,随着微流体流动理论、计算机分子模拟与实验技术的发展,其运移机理将会得到进一步揭示。3个关键科学问题为：①细粒沉积岩的形成机理;②陆相页岩油的赋存机制;③陆相页岩油的微运移机制。建议以这3个科学问题为导向,加大地质-工程一体化研究与技术攻关,使其成为中国陆相页岩油革命成功的保障。     

陆相页岩含油性的化学动力学定量评价方法

细粒岩石中含油性和烃类可动性评价是页岩油气勘探选区和目标评价的重要依据。实验室开放热解技术是常规烃源岩品质和油气资源量评价的主要手段。页岩油勘探开发重点为页岩储层中的可动资源,常规Rock-Eval热解法获得的主要参数不能直接用于页岩油气资源评价。通过常规热解法的改进和数据处理流程的优化,提出了一系列页岩含油性和可动性评价新方法,包括利用单一升温速率热解数据获取非均质页岩系统生烃化学动力学参数,利用热解数据判识和定量扣除富有机质页岩中运移烃,页岩总含油量的单步热解法及其与两步热解法的比较分析,以及利用常规热解曲线信息确定游离烃组分。将这些方法应用于济阳坳陷和潜江凹陷页岩含油性分析和运移烃识别等方面,大大地提高了页岩含油性定量评价结果的针对性,有利于准确圈定页岩油原地资源量和伴生的常规圈闭资源量。     

大民屯泥页岩非均质性及对页岩油分布的控制

大民屯凹陷勘探实践证实沙四段存在着丰富的页岩油资源,从泥页岩的有机非均质性入手,借助实验测试及改进模型测井方法,开展泥页岩的有机非均质性评价,从而识别出页岩中有机质富集段。结果表明：有机质富集段的泥页岩ＴＯＣ 高,生烃潜力大,含油性较好,是页岩油发育和聚集的有利层段,也是非常规资源勘探的现实目标。该项研究结果为深入认识页岩油的分布规律和下一步的勘探部署提供依据。     

页岩油可动性表征方法研究进展

页岩油的可动性及其表征是页岩油研究的一项核心内容,但页岩油可动性表征难度很大,需要考虑的因素很多。为加深对页岩油可动性表征的理解,评述了页岩油可动性表征领域研究进展,提出了页岩油可动性表征未来可能的发展方向。页岩油主要以吸附态和游离态2种方式赋存,游离态是主要产能贡献者,游离油的表征及其可动性是核心,当前研究方法可分为直接表征法和间接计算法2大类。直接表征法可分为热解法和抽提法,实验和分析过程都比较繁琐。间接计算法也可分为2种,即基于页岩孔隙含油饱和度的计算法和基于页岩总含油量与页岩吸附油量的差减法,前者误差较大且计算值偏高,运用页岩总含油量与页岩吸附油量的差减法得到的是最大理论可动油量,其精度主要取决于页岩吸附油量的确定,而页岩吸附主要发生于有机质(干酪根),但干酪根对页岩油的吸附机理目前研究较少。因此,查明干酪根对石油液态烃的吸附能力及其产物组成的变化规律,进而揭示干酪根对页岩油的吸附机理,是当前页岩油可动性表征研究领域值得探索的新方向。     

泥页岩有机非均质性评价及其在页岩油资源评价中的应用——以松辽盆地南部青山口组为例

泥页岩存在较强的有机非均质性,实测地化数据受到样品数量的限制,难以精确描述油气在泥页岩体系中的分布特征。基于改进的ΔlgR模型评价泥页岩有机质丰度和残留烃含量,参照页岩油资源评价分级标准,可清楚地刻画页岩油富集、低效、无效资源的空间分布。根据热解色谱分析参数校正实验和组分生烃热模拟实验,确定S₁的重烃、轻烃补偿系数,采用体积法定量评价不同级别页岩油资源量,指明有利的勘探区块。研究结果表明,改进的ΔlgR模型较好地改善了测井资料评价地化参数的精度,可操作性强。应用结果显示,松辽盆地南部青山口组页岩油资源主要富集在青山口组一段中、下部,区域上分布于扶新隆起、红岗阶地和长岭凹陷北部,富集资源量48.08×10⁸ t,约占总资源量的1/3。通过有机非均质性刻画来评价页岩油气资源的分布特征,不仅阐明了页岩油的空间分布特征,而且还节约分析化验的成本,为页岩油下一步勘探开发提供实质性的指导。     

页岩油可动性表征方法研究进展

页岩油的可动性及其表征是页岩油研究的一项核心内容,但页岩油可动性表征难度很大,需要考虑的因素很多。为加深对页岩油可动性表征的理解,评述了页岩油可动性表征领域研究进展,提出了页岩油可动性表征未来可能的发展方向。页岩油主要以吸附态和游离态2种方式赋存,游离态是主要产能贡献者,游离油的表征及其可动性是核心,当前研究方法可分为直接表征法和间接计算法2大类。直接表征法可分为热解法和抽提法,实验和分析过程都比较繁琐。间接计算法也可分为2种,即基于页岩孔隙含油饱和度的计算法和基于页岩总含油量与页岩吸附油量的差减法,前者误差较大且计算值偏高,运用页岩总含油量与页岩吸附油量的差减法得到的是最大理论可动油量,其精度主要取决于页岩吸附油量的确定,而页岩吸附主要发生于有机质（干酪根）,但干酪根对页岩油的吸附机理目前研究较少。因此,查明干酪根对石油液态烃的吸附能力及其产物组成的变化规律,进而揭示干酪根对页岩油的吸附机理,是当前页岩油可动性表征研究领域值得探索的新方向。     

岩相角度的五峰组页岩小尺度沉积构造系统分类与解析——兼论对深层页岩精细评价的影响

深层页岩储层勘探开发高度依赖对页岩储层精细特征的认知,对小尺度沉积构造的精细解析可以为深层页岩储层勘探开发提供重要数据支撑。该研究以川南渝西地区大足区块五峰组页岩代表性钻孔的深层储层样本为例,通过手标本研究、岩石薄片观察、显微成像分析及地球化学测井数据分析等方法,对页岩储层小尺度沉积构造开展了系统分类研究和精细解析。结果表明,研究区内五峰组宏观非均质性相对较弱,但微观非均质性极强,可以从岩相角度将常见小尺度沉积构造划分为10个类型,其中包含4类粉砂质泥质纹层沉积构造、3类富硅质沉积构造以及3类组合类型沉积构造;五峰组页岩可以划分出多个精细小层,具有不同的石英等矿物来源以及沉积构造特征,反映了沉积条件的差异。在实际应用方面,对小尺度沉积构造的精细解析与认知可以为深层页岩优选提供一项关键指标。以上成果认识,对深层页岩精细选层具有一定的指导作用。     

页岩油微观渗流机理研究进展

页岩油已成为全球非常规油气资源勘探开发的重点,但其开发面临诸多挑战。针对页岩油赋存孔隙空间复杂、渗流机理尚不明确和研究方法亟需探索的关键问题,从孔隙尺度和岩心尺度,系统阐述了页岩油微观渗流机理在实验方法和计算模拟方面的研究现状,探讨了目前存在的问题和未来研究的发展趋势。结果显示,目前多种实验方法结合能较好表征页岩孔隙结构,但对微尺度与岩心尺度流动的表征尚存在不足;孔隙尺度流动机理研究以格子玻尔兹曼方法为代表的直接法和以孔隙网络模拟为代表的间接法为主,但对微尺度效应的考虑有待完善;岩心尺度流动机理研究主要为基于毛管束模型和分形理论,建立考虑边界层效应的渗流模型。指出充分考虑页岩油微纳米孔隙中流动边界吸附/滑移、密度/黏度非均质性、应力敏感、启动压力梯度等因素,耦合不同尺度渗流机理,构建能够准确表征页岩油多相多尺度流动特征的数学模型是未来的主要研究方向。     

深层海相页岩储层精准评价与开发选层的评价体系问题评述

深层页岩是我国页岩气资源进一步发展的潜力目标,勘探开发潜力巨大.深层页岩储层埋深大,地层环境相对极端,高温高压和储层特征的差异导致了压裂开发效果受限,成本显著增加,容错率低,深层页岩的精细评价与精准选层的重要性日益突出.深层页岩宏观均质性增强,但小尺度微观非均质性增强.储层物质组分、孔隙特征、物性和岩石结构等与中浅层页...     

鄂尔多斯盆地延长组7段页岩油储层储集性特征

目前学术界对页岩油的概念和分类还存在争议,其根源就是对其有效储层的岩性存在分歧,有人认为储层是纯泥页岩,有人则认为是泥页岩系内的砂岩—粉砂岩夹层。存在争论的原因是对泥页岩储层的储集性和可动性存在质疑,因为传统上认为这些细粒岩性不具有储集空间,或即使有少量储集空间流体也不可动用。因此,弄清楚页岩油有效储层的岩性、对其储集空间深刻认识和精细刻画、研究页岩油储层的油气可动性及其下限都是目前业内亟待解决的重要问题。在鄂尔多斯盆地耿295井的长7段获得工业油流以后,为开展这方面研究提供了一个实际案例。利用低温吸附、高压压汞、CT扫描以及核磁共振等较为先进的研究手段,对鄂尔多斯盆地7段储层样品的岩性、物性、孔隙结构与形貌以及流体可动性进行了系统的研究,明确了该区长7段属于含有少量砂岩的页岩层系;尽管泥页岩的孔隙度和孔径都非常微小,但也具备一定的储集性和流体可动性;其流体可动性主要依赖于孔隙结构,而孔隙度对其影响较小。这为深入认识页岩油储层提供了依据,并对鄂尔多斯盆地页岩油资源的勘探开发打下了理论基础。     

陆相页岩油储层评价关键参数及方法

勘探开发证实,陆相湖盆发育类型多样、分布广泛的页岩油,展现出巨量的资源前景。通过梳理中国陆相页岩油的主要勘探进展和地质认识,结合不同类型页岩油地质特征,重点研究了页岩油表征的关键参数及方法。研究结果表明：①页岩油实验项目主要包括有机地球化学、岩矿组分、储集性能、流体性质和岩石力学5个方面,可以优选出页岩TOC、总孔隙度、含油量、游离油量和有效厚度5个关键表征参数;②TOC是页岩中的总有机碳含量,燃烧氧化-非分散红外吸收法是其主要实验方法;③总孔隙度是页岩储集空间占岩石总体积的比例,可采用以物性与饱和度测试方法为核心的综合表征实验方法获得;④含油量是赋存于页岩储集空间内的烃类总量,包括自然条件的赋存烃量和人工干预的潜在烃量,中—高成熟度页岩采用密闭取心方法,中—低成熟度页岩采用含油率方法;⑤游离油量是页岩层系中可动的油气量,包括地层和开发条件下理论与实际的可动油量,采用密闭取心、核磁共振等实验和实际生产资料确定等方法获得;⑥有效厚度是指采用水平井开发时,单井控制的具有商业油气价值产出的页岩层段厚度,其存在上限和下限厚度值,采用测井"七性"评价方法获得。通过针对性优选出适用页岩油表征的关键参数及方法,对支撑中国陆相页岩油储量评价和产能建设具有重要意义。     

页岩气勘探开发技术进展

通过对全球页岩气的资源量、分布状况、勘探开发技术研究现状的分析,指出页岩气的资源评价、储层评价、裂缝预测、储层改造、水平井钻采工艺等是当前国际页岩气勘探开发技术研究的热点。当前和未来国际页岩气研究将主要关注:页岩气成因机理研究、成藏机制探讨、有效页岩气层识别、页岩气产层压裂改造、水平井和多分支井等技术。我国页岩气研发总体还处在起步阶段,当前主要任务是进行资源量评价和有利目标区域优选,以及开展关键技术的试验先导性研究。我国今后需要进一步加强页岩气成藏机理和模式研究、加大对页岩气勘     

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油“甜点体”储集特征及成因机理

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油层系岩性复杂，非均质性强，“甜点体”形成规律是制约地质理论研究和勘探开发的一个关键难题。通过岩心观察、薄片鉴定和含油性分析，针对“甜点体”地质特征进行了表征，分析了影响产能的地质因素，确定了可动油孔隙的形成机理。吉木萨尔凹陷芦草沟组“甜点体”的岩性主要为岩屑长石粉细砂岩、云屑砂岩和砂屑云岩，孔隙度为5.75%～11.9%，渗透率为（0.02～1.26）×10-3 μm2，其中岩屑长石粉细砂岩的孔喉贡献率最大，“甜点体”的储集空间为溶蚀粒间（内）孔、裂缝；页岩油产能的大小受控于可动油孔隙的分布以及岩石组分中泥质、石英质和白云质的含量，可动油孔隙是在同生—准同生淋滤作用和酸性流体埋藏溶蚀联合作用下形成的，层理缝沟通溶孔是控制渗透率大小的关键因素。储层成岩过程中储集空间耦合生排烃作用最终形成“甜点体”，其形成的沉积环境为受波浪作用较强的云坪、混合坪、滨湖滩砂和碳酸盐岩浅滩沉积。该发现可对同成因类型页岩油的勘探和开发提供指导。      

博格达山山前带芦草沟组不同岩相储集特征及含油性

为了提高页岩油“甜点”储集层钻遇率,实现页岩油高效动用开发,亟需开展页岩油储集层储集空间、孔隙结构和含油性研究。以准噶尔盆地东南缘博格达山山前带中二叠统芦草沟组为研究对象,综合运用岩石薄片、X射线衍射全岩矿物分析和场发射环境扫描电镜等储集层表征技术,结合有机地球化学测试分析,分析了不同岩相的储集空间类型及其页岩油赋存特征。结果表明,芦草沟组岩石类型复杂,表现为混合沉积特点,可划分出泥页岩相、砂岩相和碳酸盐岩相3类岩相;不同岩相的储集空间和孔隙结构控制了含油性,游离态页岩油主要赋存在孔径大于30 nm的孔隙中,基质型泥页岩相储集层储集空间包括黏土矿物晶间孔、碳酸盐矿物晶间孔、有机质孔、层理缝、构造裂缝、超压缝等,其中,无机矿物和干酪根表面以吸附态页岩油为主,粒间孔、有机质孔和层理缝中以游离态页岩油为主;夹层型砂岩相和碳酸盐岩相储集层储集空间以粒（晶）间孔、粒（晶）间溶孔、粒（晶）内溶孔等为主,页岩油以游离态为主赋存于各类微米级孔隙中;基质型岩相富含有机质,随着有机质丰度增加,干酪根吸附态烃量增加,有机碳含量与可动烃含量呈幂函数关系,夹层型岩相有机碳含量相对较低,以外来烃充注为主,有机碳含量与可动烃含量呈线性关系。奇台庄地区和柴窝堡凹陷中北部地区为页岩油有利储集层发育区,芦三段夹层型岩相页岩油可动烃含量高,易于开发动用,为重要的勘探目标。     

吉木萨尔凹陷芦草沟组混积型页岩油可动性实验

为确定吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油藏储集层孔喉结构及其原油可动性,利用薄片、扫描电镜、高压压汞等划分储集层;通过驱替与核磁共振联测实验,开展页岩油可动性评价,揭示可动油占比、孔径变化规律及其控制因素,建立页岩油可动性定量评价模型。芦草沟组发育粒间孔型、粒间-溶蚀-晶间孔型、溶蚀孔型、溶蚀-晶间孔型和晶间孔型5类储集空间。粒间孔型发育在粉—细砂岩相和砂质白云岩相中,可动性最好;溶蚀孔型主要发育在白云质粉砂岩相中,可动性中等;其他类型主要发育在泥岩相、泥质白云岩相和石灰质砂岩相中,可动性稍差。厘定页岩油可动孔喉下限为20 nm,可动性明显提高的孔喉界限为60 nm和150 nm,试油产能与之对应较好。页岩油赋存特征和孔喉结构共同影响页岩油可动性,粉—细砂岩相和白云质粉砂岩相的孔喉及页岩油赋存均最佳,为芦草沟组页岩油最有利开发岩相。     

非常规天然气成藏特征

随着油气资源的日趋紧缺和对于能源安全的考虑,世界各国都在加强对非常规油气藏的研究。本文从成藏要素、成藏机理方面介绍了页岩气、煤层气及深盆气藏的基本特征和研究现状。页岩气和煤层气属于自生自储的天然气藏,而深盆气藏是近源岩型天然气藏,与常规气藏相比三者都具有低孔、低渗、压力异常、勘探开发难度较大的特点。对页岩气、煤层气及深盆气藏的成藏要素和成藏机理的深入研究,旨在为我国非常规气藏的勘探开发提供理论依据。     

页岩油地质评价实验方法现状、挑战与发展方向

中国陆相页岩油资源丰富,已成为国家战略性资源。作为源内油气资源的典型代表,页岩油具有“原生源储”的富集特征,在微米—纳米级孔-缝系统内油气赋存与产出机理复杂。基于实验室的装置创新与技术革命是推动陆相页岩油理论创新、规模勘探与有效动用的重要助力。通过系统梳理细粒沉积与有机质富集、岩石结构与矿物组成、微米—纳米级孔-缝系统、流体赋存与可动流体、可压性与裂缝扩展等涉及页岩油地质评价热点领域的研究进展和主要认识,提出页岩油地质评价的实验方法要实现从烃源岩向储层、从生烃能力向储烃能力、从排烃能力向产烃能力的转变。当前,页岩油地质评价实验技术的发展面临3方面挑战：(1)细粒沉积矿物成分复杂,不同尺度储层准确表征难度大;(2)页岩储层在有机-无机复合作用控制下的孔隙演化和烃类赋存机理复杂,油气可动性评价难度大;(3)实验室难以完全复制地下真实的地质条件,实验评价的准确性有待提高。页岩油地质评价实验方法的下一步研发重点包括加强原位、精细化、跨尺度实验装置与评价方法的研发,加强页岩关键属性动态演化评价方法以及现场实验室建设与地质工程一体化技术的研发,以提高实验室表征精度、预测精度与现场应用力度。相关研究...     

松辽盆地古龙页岩油原位成藏理论认识及勘探开发实践

松辽盆地古龙地区青山口组一段—青山口组二段页岩油资源丰富,实现了具有战略意义的勘探突破,开发先导试验取得初步成果,展现了广阔的页岩油勘探开发前景。古龙页岩油为典型的原生源储原位油藏,其源储关系、运移特征、聚集动力、边界条件等成藏特征和流体相态相变机理、微米—纳米级缝孔体系梯次输运机制等渗流特征与致密油、夹层型、混积型页岩油具有明显区别,为实现高效开发,形成了以"箱式开发"为核心的关键技术系列,并初见成效。页岩中与黏土矿物共生的层状藻类体生烃后,形成以有机孔为主的孔缝体系,受毛细管力、黏滞力等作用的综合影响,油气分子未发生运移而原地超压保存,形成规模分布、相对独立、具有不同压力系统及流体性质的微米—纳米级含油孔隙集合体,构成原生源储原位油藏。增加人工裂缝复杂程度,使不同压力系统的含油孔隙逐步达到流体启动压力、孔隙内赋存的原油梯次流向裂缝网络,是实现古龙页岩原位油藏开发、油井保持长期稳产的核心。勘探开发实践推动形成了以"有机相+应力级差"为核心的箱体划分技术、以"可动油含量"为核心的黄金靶体优化技术和箱体内"一次布井、多靶叠置、立体交错、整体动用"一体优化技术,应用成效明显。古龙页岩油原位成藏理论认识丰富了传统石油地质理论,必将引领世界原位型页岩油理论发展,将页岩油革命推向新的高度。古龙页岩油的规模效益开发,对保障国家能源战略安全、促进区域经济社会发展具有重要战略意义。     

松辽盆地古龙页岩油原位成藏理论认识及勘探开发实践

松辽盆地古龙地区青山口组一段—青山口组二段页岩油资源丰富,实现了具有战略意义的勘探突破,开发先导试验取得初步成果,展现了广阔的页岩油勘探开发前景。古龙页岩油为典型的原生源储原位油藏,其源储关系、运移特征、聚集动力、边界条件等成藏特征和流体相态相变机理、微米—纳米级缝孔体系梯次输运机制等渗流特征与致密油、夹层型、混积型页岩油具有明显区别,为实现高效开发,形成了以"箱式开发"为核心的关键技术系列,并初见成效。页岩中与黏土矿物共生的层状藻类体生烃后,形成以有机孔为主的孔缝体系,受毛细管力、黏滞力等作用的综合影响,油气分子未发生运移而原地超压保存,形成规模分布、相对独立、具有不同压力系统及流体性质的微米—纳米级含油孔隙集合体,构成原生源储原位油藏。增加人工裂缝复杂程度,使不同压力系统的含油孔隙逐步达到流体启动压力、孔隙内赋存的原油梯次流向裂缝网络,是实现古龙页岩原位油藏开发、油井保持长期稳产的核心。勘探开发实践推动形成了以"有机相+应力级差"为核心的箱体划分技术、以"可动油含量"为核心的黄金靶体优化技术和箱体内"一次布井、多靶叠置、立体交错、整体动用"一体优化技术,应用成效明显。古龙页岩油原位成藏理论认识丰富了传统石油地质理论,必将引领世界原位型页岩油理论发展,将页岩油革命推向新的高度。古龙页岩油的规模效益开发,对保障国家能源战略安全、促进区域经济社会发展具有重要战略意义。