中国含油气盆地富氦天然气藏氦气富集模式

氦气由于其化学惰性、分子量小、低沸点、强渗透性、高导热性等特点,广泛用于航空航天、低温超导、医疗以及高科技领域,是一种不可替代的战略性稀缺资源。但关于氦气如何在天然气藏中富集的研究较为薄弱。为此,在探讨富氦气藏划分标准的基础上,系统剖析了典型富氦气藏氦气成因、来源及富集过程,重点突出了主力氦源对富氦气藏的贡献,并提出了中国含油气盆地富氦气藏氦气富集模式。研究结果表明：(1)针对中国不同含油气盆地建立了壳源富氦和壳幔混合富氦2大类,6种氦气富集模式;(2)富氦气藏具有供氦多元、富集模式多样的特征;无论哪种氦气富集模式,都离不开主氦源对气藏的贡献;(3)中西部盆地富氦气藏中的氦气以壳源氦为主,富集模式包括古老地层水沿断层上移释氦、天然气沿古老储集层运移过程中富氦、页岩气富氦模式。(4)东部盆地富氦气藏中氦气为壳幔混合成因,富集模式包括以烃类气为主的气藏富氦模式、以二氧化碳为主的气藏富氦模式、以氮气为主的气藏富氦模式。结论认为,中国含油气盆地富氦气藏氦气富集模式的建立,可为氦气富集规律和富集主控因素的研究提供参考和借鉴,同时,该认识对氦气有利勘探区带评价具有重要意义。     

壳源富氦天然气藏成藏模式及关键条件

近年来,氦气资源勘探与研究工作在中国得到了高度重视,但有关壳源富氦天然气藏的成藏条件与成藏机理的研究仍较薄弱。氦气特殊的物理化学性质以及氦源条件等决定了其从生成、释放、运移、聚集到保存均具有显著的独特性。壳源氦气主要是由岩石中铀、钍元素的放射性衰变而生成的,从生氦矿物中释放后,大部分溶解到地下流体中,进而以水溶态或气溶态进行运移。根据氦气的运聚过程以及载体的特征,氦气的聚集模式主要可归纳为3种：(1)地下水脱氦聚集模式;(2)独立气相“抽吸”聚集模式;(3)混合流体脱气聚集模式。通过分析和总结国内外代表性富氦天然气藏的地质特征,提出了连续成藏和幕式成藏2种壳源氦气的成藏模式。其中,美国潘汉德—胡果顿气田中的氦气具有连续成藏的特征,氦气充注时间长,主要通过地下水脱氦聚集到早先形成的烃类气藏中;坦桑尼亚Rukwa盆地、中国四川盆地威远气田以及塔里木盆地和田河气田则表现出幕式成藏特征,富氦天然气藏的形成主要受控于构造活动,且氦气与载气可能为同时成藏。基于系统总结提出了壳源富氦天然气藏的3个成藏关键条件：(1)稳定古老的基底,充足的氦源;(2)促进释放的热作用与构造活动,推动运聚的流体介质与构...     

中国氦气资源成藏规律与开发前景

氦气是一种关系国民经济和高新技术产业发展的全球性稀缺资源,中国工业用氦主要依赖进口,因此急需明确氦气成藏富集规律、寻找富氦气田,落实中国氦气资源家底和开发潜力。系统梳理了全球氦气资源分布及开发现状,开展国内氦气资源普查与分布研究,剖析了国内典型富氦气田气藏特征及成藏条件,明确了中国主要富氦气田氦气成因来源和富集成藏主控因素,认为中国天然气中氦气主要以壳源为主,指出相对浅埋的富铀钍古老花岗岩基底或侵入体、早期形成的大型稳定古隆起或古潜山、良好的上覆巨厚膏盐岩或泥岩盖层、沟通基底和储层的运移通道是氦气成藏富集的主控因素,建立了富氦常规气、富氦页岩气、富氦非烃气和富氦水溶气4种不同类型富氦气藏的成藏模式并预测富氦有利勘探区。在此基础上分析了中国氦气资源开发前景,提出了寻找富氦气田,加强中、低丰度氦气资源综合开发利用是未来提高中国国内氦气产量的重要方式。     

中国中西部富氦气藏氦气富集机理——古老地层水脱氦富集

氦气是天然气中的伴生资源,是重要的稀缺战略物资,但对其富集机理研究却比较薄弱。针对富氦气藏中的氦气如何富集这一备受关注的难点问题,采用地球化学研究方法,在分析中国主要富氦气藏中氦气富集的基础上,认为氦气之所以在少数气藏中富集,是因为气藏额外捕获了古老地层水中释放出的氦气。古老地层水溶解的氦气释放到气藏,是富氦气藏中氦气富集的主要机理。首次提出富氦气藏的形成经历过“多源供氦、主源富氦”的观点,氦源来自烃源岩、储集层中U和Th的放射性衰变,以及地层水中溶解的来自其他岩石U和Th的衰变,主源是古老地层水中溶解的氦气,来自古老地层中U和Th经长时间的衰变积累的水溶氦。当溶有氦气的古老地层水与游离气或气藏相遇,由于水中氦气的分压远高于游离气或气藏中氦气的分压,根据亨利定律,水中的氦气几乎完全可以释放到气藏中,形成富氦气藏。     

中国氦气资源及区带分类体系、控藏要素有效性与富集模式

基于氦气来源、赋存载体、地质背景及典型富氦气田解剖,分析梳理了氦气资源及区带分类体系、控藏要素有效性及主要富集模式。基于氦气自身特殊性及依附于天然气聚集成藏相关性分析,从氦气来源多样性、赋存载体类型、载体气技术经济性、载体气成因、载体气主要组分、氦气源储组合、原型盆地构造背景及氦气含量等9个方面,首先分析梳理了中国氦气资源类型划分方案与分类体系,为后续分门别类针对性细化研究和评价奠定基础。其次,分析指出了中国东中西部氦气资源类型纵横向分布变化特征、发育的构造动力学背景、地质地球化学特征与成藏关键条件。第三,从氦气“生—运—聚”系统与富氦气藏形成控制要素及有效性角度,剖析了氦气聚集控藏要素有效性及地质评价值得重视的相关问题,指出了氦气成藏和勘探评价中的认识误区。最后,从盆地构造背景、控氦富集机制及勘探思路和方向角度,提出了中国氦气赋存的“原盆—构造—岩性—载气”4层次要素组合区带的勘探选区评价思路及分类方案,据此梳理了中国4类盆地8类富氦区带,分析并建立了中国克拉通古隆起型、克拉通边缘断褶变异型、坳陷盆地断隆型、前陆盆地斜坡/隆起型、断陷盆地断凸型及富铀钍基岩型等8种典型区带富氦气田富集...     

塔里木盆地氦气地球化学特征及有利勘探区

基于对塔里木盆地多个构造单元天然气中氦气相对含量及同位素组成特征,结合地质背景与典型富氦气藏分析该盆地氦气地球化学特征及有利勘探区。研究表明：塔里木盆地富氦天然气显示良好,总体上台盆区富氦天然气显示优于前陆区;塔里木盆地氦气以壳源成因为主;该盆地天然气中氦气相对含量与氮气相对含量具有一定的正相关关系,氮气相对含量高的气藏中氦气相对含量一般较高。塔里木盆地氦气勘探普查可以重点关注氮气相对含量高的气藏。氦在地质体中可能主要以水溶形式发生运移,富集成藏与地层水关系密切。受到不同物质在水中分压差异影响,结合亨利定律分析,地层水在富氦天然气聚集过程中可以起到“提氦泵”的作用。良好的输导体系以及优质的氦源是富氦气藏形成的基础;塔里木盆地多个区块具有良好的富氦天然气显示,尤其是在沙雅隆起、卡塔克隆起、麦盖提斜坡、巴楚隆起等构造单元,该系列构造单元具有良好的氦源以及天然气成藏条件,有利于富氦天然气聚集,该系列构造单元是塔里木盆地氦气勘探的优先考虑区块。大顺北地区天然气勘探前景好,并且该构造单元是“十四五”海相天然气勘探重点区块,也应该加强对该区的氦气勘探普查工作。     

哈萨克斯坦苏克气田富氦天然气藏地质特征及成藏主控因素

根据13口新井岩心、物性、测井、试气、气组分和氦气分布等资料,结合区域构造演化、沉积背景和典型气藏剖面,分析并总结富氦天然气藏地质特征及成藏主控因素。研究结果表明：自下而上发育基底花岗岩和变质岩裂缝型气藏、上泥盆统致密砂岩构造气藏和下石炭统大面积分布的连续型碳酸盐岩气藏;构造高点裂缝发育形成高产,构造低点普遍含气;干气天然气中富含氦气,氦气含量自下向上逐渐减少;广覆式分布的前泥盆系花岗岩和变质岩基底为氦气主要来源,上泥盆统和下石炭统百米厚度高伽马砂岩作为次要氦源;断层形成双向输导,一方面将下石炭统烃源岩生成的烃类气体向下运移至上泥盆统和基底圈闭;另一方面将下部生成的氦气向上运移至下石炭统气藏中;下石炭统顶部发育厚层、互层状硬石膏和致密灰岩作为区域盖层对富氦天然气藏起到保存作用。     

氦气资源的分类、特征及富集主控因素分析

我国氦气供应量不足,根本原因是氦气资源相对贫乏。加强对富氦天然气的分类研究,明确不同类型氦气藏的特征及富集主控因素,对促进我国氦气勘探开发研究和保障我国用氦安全都具有重要意义。通过研究氦气的成因,同时考虑氦气资源丰度禀赋,铀、钍放射性元素所处空间层位,载体气藏类型,以及成藏主控因素的差别,对含氦气藏进行了细致划分。氦气藏总体分为两类：壳幔混合型和壳源型,壳源型又可细分为壳源远源型(包括烃类伴生型和水溶气型)和壳源近源型(页岩气型),不同类型氦气资源特征大相径庭。从国内目前发现的氦气藏来看,只有与烃类气藏共同成藏的壳源氦才具有工业利用价值,尽管其资源品位相对较低,但资源潜力较大。壳源远源型和壳源近源型氦气藏富集主控因素大致相同,但在氦源岩和运移通道上存在差异。     

氦气在天然气藏中主要富集模式

<正>氦气是重要的稀有战略资源，主要来自天然气，其中，富氦天然气是目前提氦最主要的原料气。氦气富集和天然气成藏有很大区别，对于氦气富集模式方面的研究，国内外开展得都较少，对氦气的富集模式认识比较局限。中国含油气盆地类型较多，不同类型盆地形成的富氦气藏地质背景不同，氦气富集模式多样，根据多年研究，可划分出两大类共6种富集模式。     

天然气中氦资源研究现状及我国氦资源前景

氦气具有强化学惰性和低沸点等独有特征,在高新技术产业和科研实验中具有不可替代的作用。氦在地球上以微量组分广泛分布,但从含氦、富氦天然气藏中提取氦气仍是工业制氦的唯一途径。目前全球已发现的氦储量主要分布在美国、卡塔尔、阿尔及利亚、俄罗斯和加拿大等国,上述五国氦储量占全球总储量的92%。天然气藏中的氦气有3个主要来源：大气源、壳源和幔源。目前主要根据³He/⁴He值来确定氦的来源,通常大气源的³He/⁴He值为1.4×10^-6、壳源的³He/⁴He值为2×10^-8和幔源的³He/⁴He值为1.1×10^-5。富氦天然气的成藏条件和成藏特征与常规天然气藏既有共性又有明显的差异,一些有利于形成大型油气藏的高生烃强度地区,反而不利于富氦、高氦气藏的形成。而生烃强度相对低的隆起区则有利于富氦、高氦气藏的形成。全球已发现的氦气资源主要分布于晚元古代—古生代地台背景下的沉积盆地,此外在中—新生代构造—岩浆活动强烈且具有古老花岗岩的基底区也是富氦气藏发育的有利区带。现有资料表明,中国四川盆地、塔里木盆地、柴达木盆地、鄂尔多斯盆地和东部中新生界含油气盆地中已发现一些富氦气藏。同时非常规天然气领域亦展现出良好的氦资源勘探前景,如渭河盆地水溶气和四川盆地页岩气。中国富氦天然气具有点多、类型多、资源前景较好的特征,但氦气资源整体研究程度很低。     

松辽盆地富氦气藏差异性富集规律及有利区预测

氦气是稀缺战略资源,在国家安全和高新技术等领域发挥着重要的作用。松辽盆地作为中国大型陆相含油气盆地之一,具有良好的氦气资源显示,但对氦气来源尚无统一的认识,尤其对其富集规律缺少系统总结。基于此,对松辽盆地氦气来源、分布等特征进行了归纳,结合构造演化和岩浆作用等对其运移及富集规律做出初步分析,并预测了富氦气藏勘探有利区。结果表明：松辽盆地主要为幔源氦及壳源氦的混合气,幔源氦贡献在南北呈现一定的差异;盆地基底及周缘花岗岩、深大断裂和有利的盖层,是氦气富集的最重要影响因素;盆地中南部为幔源氦聚集的有利区带,东南部是壳源氦的有利富集区带,中央坳陷及东南隆起带是壳幔混源氦气聚集的有利区域。研究结果对松辽盆地氦气的高效勘探开发具有指导意义。     

塔里木盆地中央隆起带奥陶系碳酸盐岩台缘带油气富集特征

在塔里木盆地塔中地区发现了中国最大的奥陶系生物礁型碳酸盐岩油气藏,油气沿塔中隆起北部上奥陶统碳酸盐岩台缘相带展布,为无明显边底水、油气水分布复杂的非常规油气藏。对油气成藏条件与油气富集规律研究表明,塔中上奥陶统良里塔格组发育大型镶边台地边缘礁滩相沉积系统;礁滩体储层纵向叠置、横向连片,沿塔中Ⅰ号构造带台地边缘广泛分布,并以次生溶蚀孔洞形成的低孔隙、低渗透储层为主;三期油气充注与成藏形成了巨大的资源潜力,沿台缘带形成大面积、低丰度准层状礁滩型岩性油气藏。大型台缘相带控制了塔中Ⅰ号构造带的油气运聚成藏,储层是油气富集的主控因素,多期油气成藏与储层非均质性造成了油气赋存的差异性。     

四川盆地常规天然气地质条件、资源潜力及勘探方向

四川盆地纵向上从震旦系—侏罗系共发现了包括常规天然气、致密气、页岩气、致密油4种类型的工业油气流,其中常规气主要发育于中三叠统雷口坡组及其以下的海相碳酸盐岩地层中,为了预测四川盆地常规天然气未来勘探方向,在系统总结四川盆地常规天然气地质条件、成藏富集规律的基础上,评价盆地常规天然气资源潜力,明确剩余资源空间分布。结果表明：①四川盆地具有构造分区明显、4套广覆式烃源层、多套大面积孔隙型储层发育的常规天然气地质条件;②常规天然气富集主要受优质烃源岩、台缘和台内高能滩相、古构造和成藏组合等因素的控制,具有大气田近源分布、相带控储、古侵蚀面改善储渗条件、继承性古隆起控制油气富集和运移、优越的成藏组合有利于形成大中型气藏等特点;③基于盆地常规天然气地质条件,立足于“层”,运用成因法、统计法及特尔菲综合法,预测四川盆地常规天然气地质资源量为12.5×10¹²m³。结合剩余资源空间分布特征,指出了四川盆地未来的总体勘探方向是：层系上主攻灯影组、龙王庙组及中二叠统勘探领域;区块上发展川中、川东地区,挖潜川南地区,开拓川西、川北地区。     

塔里木盆地顺北超深断溶体油藏特征与启示

近年来,塔里木盆地顺托果勒低隆起发现了10亿吨级的新类型油藏——顺北超深断溶体油藏。通过深化顺北地区油气成藏地质条件认识,突破了构造低部位岩溶储层欠发育的限制,提出走滑断裂带构造破裂作用为主的叠加后期埋藏流体改造也可形成规模储层。走滑断裂带多期活动对储层改造、圈闭形成和油气运聚具有重要的控制作用,建立了顺北超深断溶体油气藏“寒武纪多期供烃、深埋断溶成储、原地垂向输导、晚期成藏为主、走滑断裂控富”成藏模式,初步提出了顺北断溶体油藏富集的主控因素。顺北超深断溶体油藏作为一种新类型油藏,丰富了海相碳酸盐岩油气成藏理论,展现了超深层海相碳酸盐岩巨大的勘探潜力,是盆地未来油气增储的重点领域。     

孔雀河地区致密气藏有利构造带研究

孔雀河地区位于塔里木盆地东北缘,在库鲁克塔格断隆和多期构造运动控制下,构造较为复杂,经历了5个构造沉积演化阶段:被动陆缘盆地阶段、挤压反转古鼻凸形成阶段、克拉通内凹陷阶段、克拉通内坳陷盆地发展阶段和类前陆盆地发展阶段,发育有寒武系、奥陶系等烃源岩储层,具备较好的油气成藏条件。通过石油地质条件、油气成藏条件研究,结合周边已钻探井资料认为,大西海构造带、维马克构造带是寻找志留系背斜构造圈闭有利区带;开屏构造带是寻找奥陶系背斜构造圈闭有利区带。     

中国海相超深层油气地质条件、成藏演化及有利勘探方向

通过对中国海相超深层油气区域构造背景、石油地质条件分析及典型地区(古)油气藏解剖,研究海相超深层油气成藏演化过程及富集主控因素。中国海相超深层油气主要分布在四川、塔里木和鄂尔多斯3大克拉通盆地,界定其埋藏深度大于6000 m,赋存层系为前寒武系及下古生界为主的古老海相层系。中国海相超深层烃源岩发育受全球超大陆聚、散旋回为背景的克拉通裂陷及克拉通坳陷控制,在四川盆地发育层系最多、塔里木盆地其次、鄂尔多斯盆发育规模有待进一步证实;储集层以碳酸盐岩为主,储集性能受早期高能滩体、后期叠加溶蚀及断裂作用共同控制;区域盖层包括膏盐岩、泥页岩与致密碳酸盐岩3大类。中国海相超深层普遍经历了两期油藏、古油藏裂解成气(或部分裂解)、裂解气(或高过成熟油气)晚期定型等演化阶段,油气富集受静态和动态地质要素耦合控制,主力生烃中心、高能相带叠加岩溶规模储集层、巨厚膏盐岩或泥页岩盖层、稳定保持圈闭条件是超深层油气富集关键因素。海相超深层具有克拉通内裂陷周缘、克拉通内坳陷周缘和克拉通边缘3个有利勘探方向。     

基岩型富氦气藏形成条件

氦气是一种广泛应用于军工、航天、医疗等高新技术产业的稀缺战略资源,但其在世界分布极其不均,中国是贫氦国家面临着严峻的氦气供给安全问题。在系统总结前人研究成果基础上,结合本次实验分析对比了世界上最成熟的氦气生产气田（美国潘汉德—胡果顿气田）与中国氦气生产潜力较大的东坪气田,探讨两者的成藏要素及富氦机理。结果发现：两者均是以天然气作为载体气的基岩型富氦气藏,储层物性好,均发育以膏岩为主的低渗致密的良好盖层。两者的差异性在于,前者花岗岩形成年代更为古老,尤其是碳酸盐岩地层中富含的花岗岩碎屑,其年龄集中在元古宙,平均比东坪气田花岗岩的形成年代早400 Ma;前者氦气运移模式偏向于单一的饱和地下水脱溶释放,而后者存在“过路”古老花岗岩储层的天然气“萃取”释放。两者对比之下,提出形成年代久远的高U、Th氦源岩、充足的载体气、良好的基岩风化壳储层与致密的盖层,和充足的地下水（边底水）作为媒介参与氦气运移,是形成基岩型富氦气藏的必要条件。