中國非常規油氣勘探開發與理論技術進展（二）

進入21世紀，以美國非常規油氣、加拿大油砂、委內瑞拉重油為代表，全球非常規油氣勘探開發取得了一系列突破性進展，已成為全球油氣生產的重要組成部分。借鑒國外經驗，大力發展中國非常規油氣成為必然的戰略選擇和必由之路。中國進入了常規與非常規油氣并重的勘探開發新時代，地質開發理論進入了非常規油氣創新的“黃金期”。隨著研究與勘探開發實踐的快速推進，非常規油氣將逐步成為中國油氣生產的重要組成部分，為國民經濟的發展提供重要保障。

2中國非常規油氣研究進展

非常規油氣在是否受圈閉控制、是否連續分布、單井是否有自然工業產量等3方面，與常規油氣有本質區別。非常規油氣研究的靈魂是儲層，目標是回答儲集有多少油氣；而常規油氣研究的靈魂是成藏，目標是回答圈閉是否有油氣。近十幾年來，針對非常規油氣不同于常規油氣的地質特征和形成分布規律，我國地質工作者開展了大量的研究工作，在非常規油氣地質理論研究取得重要進展。本文從學科角度，重點介紹細粒沉積學、非常規儲層地質學、非常規油氣地質學、非常規油氣勘探開發技術的研究進展。

2.1主要非常規油氣類型基本地質特征

2.1.1頁巖氣

頁巖氣是以游離態、吸附態為主，賦存于富有機質頁巖層段中的天然氣，主體上為自生自儲的、大面積連續型天然氣聚集。在地層條件下，頁巖基質滲透率一般小于等于0.001×10^-3μm²，單井一般無自然產能，需要通過一定技術措施才能獲得工業氣流。頁巖層段以富有機質頁巖為主，可含極少量粉砂巖、碳酸鹽巖等的薄夾層。

頁巖氣具有獨特的地質特征和開發特點。①源儲一體，形成早，持續聚集。頁巖在有機質演化整個過程中持續接受天然氣的聚集，在頁巖儲層自身飽和后再向外溢散或運移。因此，頁巖氣是“原位、滯留聚集”，為典型的源儲一體、形成早、持續充注、連續聚集的天然氣。②無明顯圈閉界限，富集仍需要良好封閉。頁巖氣的形成、聚集都在頁巖中，源儲一體，含氣范圍與有效氣源巖相當，沒有明顯圈閉界限，無統→氣水界線，不存在傳統意義上的圈閉。頁巖儲層致密，大面積連續含氣，較易保存。③儲層致密，以納米級孔隙為主。頁巖儲層孔隙以微孔（孔隙直徑注0.75μm）和納米孔（孔隙直徑＜0.75μm）兩種尺度的孔隙為主，平均孔隙直徑為100nm。④以游離態與吸附態兩種主要方式賦存。頁巖氣組成以甲皖為主，乙饒、丙燒含量較少，賦存方式以吸附態、游離氣兩種方式為主。⑤頁巖氣大面積連續分布，資源規模大。頁巖氣分布范圍為進入有效生氣窗的烴源巖與良好保存條件所固定區域，往往大面積連續分布于盆地塌陷或構造背景斜坡區。⑥需大型壓裂開采，形成“人造滲透率”產出機理。頁巖氣開采需要大規模儲層壓裂改造，形成“人造”裂縫系統，提高滲透率。頁巖氣的產出以非達西流為主，存在解吸、擴散、滲流等相態與流動機制的轉化。⑦采收率變化較大，一般10%~25%。⑧頁巖氣單井初產高，低產生產周期長。

2.1.2致密氣

致密砂巖氣是指覆壓基質揍透率≤0.1×10^-3μm²的砂巖氣層，單井一般無自然產能，或自然產能低于工業氣流下限，但在一定經濟條件和技術措施下，可以獲得工業天然氣產量。通常情況下，這些措施包括壓裂、水平井、多分支井等。

致密砂巖氣主要具有以下地質特征：①烴源巖多樣，有進人正常熱演化程度的含煤巖系和湖相、海相炬源巖，主要為煤系氣源巖。②油氣分布不受構造帶控制，斜坡帶、坳陷區均可以成為有利區，分布范圍廣，局部富集。如蘇里格、榆林、大牛地等氣田，均分布在陜北斜坡，構造平緩（坡度1°~3°，斷層不發育。③儲集層多為低孔滲?特低孔滲-致密砂巖儲層，非均質性強，含水飽和度較高，儲層大規模分布?？紫额愋鸵钥紫缎?、孔隙-裂縫型為主。如鄂爾多斯盆地蘇里格氣田，砂巖孔隙度主要集中在5%12%之間，滲透率為（0.1~0.82）×10^-3μm²，但儲集層物性明顯受巖性影響，粗砂巖的孔隙度大于10%，滲透率大于0.82×10^-3μm²，而細粒砂巖孔隙度一般小于5%，滲透率小于0.03×10^-3μm²。④以自生自儲為主，源儲緊密接觸。如四川盆地上三疊統須家河組致密砂巖氣，須二、須四、須六段儲層與下伏須一、須三、須五段烴源層直接接觸，下伏生成的天然氣可通過垂向運移向上注入到須二、須四或須六段儲層中。⑤油氣運移以一次運移或短距離二次運移為主，油氣聚集主要靠擴散方式，浮力作用受限；油氣滲流以非達西流為主；也可依靠連通下部烴源層的斷裂及其裂縫，作為烴類垂向運移的主要途徑。⑥油氣具有多期充注聚集特點。如川中—川南過渡帶須家河組油氣存在三次運聚期。第一期為燕山早中期的晚保羅世，對應須家河組烴源巖生油氣初期階段；第二期為燕山中晚期的白堊紀-早第三紀，須家河組各段烴源巖進入生油氣高峰期，總體上以天然氣注入為主；第三期為喜山運動以來的晚第三紀至今，已經形成的天然氣由于構造活動的影響，重新調整。⑦流體分異差，無統一流體界面與壓力系統，飽和度差異大，油、氣、水易共存。⑧資源豐度較低，平面上能形成油氣區，但一般無自然產量或產量極低，需采用適宜的技術措施才能形成工業產量，穩產時間較長。

2.1.3煤層氣

煤層氣是一種生成并儲存于煤層中，以甲燒為主要成分、以吸附狀態為主的烴類氣體。在煤礦開采中俗稱為“瓦斯”。

煤層氣主要具有以下地質特征：①煤層氣組分以甲燒為主，井口排采氣甲烷含量可以達到98%以上。②煤儲層具有雙重孔隙結構，甲烷主要吸附在具有較大比表面積的煤層微孔表面，含氣量受到煤成熟度、成分、溫度、壓力、保存條件等因素的影響。③煤層氣解吸后滲流主要通過割理和裂隙進行，由于煤層的可壓縮性，受地應力影響，煤層滲透率隨埋探增加快速下降。④目前，煤層氣開發主要限于1500m以淺，資源評價一般限于2000m以淺。⑤煤層氣主要是煤化作用過程晚期的生氣產物，由于埋藏較淺或者受到晚期抬升作用的影響，次生生物氣的混入較普遍。⑥受賦存狀態控制，盆地內煤層氣具有向斜分布特征；受煤層發育地質時代和沉積環境控制，煤層氣主要分布于石炭紀以來的沉積地層，主要包括石炭系—二疊系、三疊系—保羅系、白垂系古近系；受煤層區域分布和埋深控制，目前發現的煤層氣主要分布于美國的圣胡安、粉河和黑勇士盆地，加拿大的西加拿大前陸盆地，澳大利亞的悉尼、鮑恩和蘇拉特盆地，中國的沁水和鄂爾多斯盆地等。

2.1.4?致密油

致密泊是儲集在覆壓基質滲透率小于或等于0.1×10^-3μm²（空氣滲透率小于1×10^-3μm²的致密砂巖、致密碳酸鹽巖等儲集層中的石油；單井一般無自然產能或自然產能低于工業油流下限，但在一定經濟條件和技術措施下可獲得工業石油產量。通常情況下，這些措施包括酸化壓裂、多級壓裂、水平井、多分枝井等。致密油多表現為以下特征：①源儲共生，圈閉界限不明顯，優質生油巖區致密油大面積分布。②主要發育致密湖相碳酸鹽巖、致密砂巖兩類儲層。儲層物性質差，基質滲透率低，一般空氣滲透率≤1mD，孔隙度≤12%；有利沉積相帶控制儲層發育，由于沉積物成熟度低，顆粒細，分選差，膠結物含量高，后生成巖作用強烈，使儲層變得十分致密。③持續充注，非浮力聚集，油氣以短距離運移為主；油層壓力系數高、油質輕；生油巖成熟區（0.6%≤R₀≤1.3%）氣油比高，易高產。④按成因分為原生致密油和次生致密油。原生致密油主要是受沉積作用的影響，一般沉積物粒度細，泥質含量高，分選差，以原生孔為主，儲層大多埋深較淺，未經歷強烈的成巖作用改造，巖石脆性低，裂縫不發育，孔隙度較高，而滲透率較低，多數為中高孔低滲型。次生致密油主要是各種成巖作用改造的結果，這類儲層原是常規儲層，但由于壓實作用、膠結作用等，大大降低了孔隙度和滲透率，原生孔隙殘留較少，形成致密層。⑤孔喉半徑小，納米級孔喉系統發育，主體直徑40～900nm；毛細管壓力高，原始含水飽和度較高，一般含水飽和度30%~40%，個別高達60%，原油比重多數小于0.85，地層粘度多數小于3MPa·s?？紫督Y構復雜，喉道小，泥質含量高，水敏、酸敏、速敏嚴重，導致開采過程中易受傷害，損失產量可達30%~50%。⑥油層砂泥交互，非均質性嚴重，由于沉積環境不穩定，砂層的厚薄變化大，層間滲透率變化大，有的砂巖泥質含量高，地層水電阻率低，給油水層劃分帶來很大困難。⑦天然裂縫相對發育，巖性堅硬致密，存在不同程度的天然裂縫系統，一般受區域性地應力的控制，具有一定的方向性，對油田開發的效果影響較大，裂縫是油氣滲透的通道，也是注水竄流的條件，且人工裂縫多與天然裂縫方向一致。⑧油層受巖性控制，水動力聯系差，邊底水驅動不明顯，自然能量補給差，產量遞減快、生產周期長，穩產靠井間接替，多數靠彈性和溶解氣驅采油，油層產能遞減快，一次采收率低，只能達到8%~12%，采用注水保持能量后，二次采收率可提高到25%～30%。

2.1.5頁巖油

頁巖泊是指已生成的、現今仍滯留于泥頁巖微一納米級儲集空間中的石油。富有機質泥頁巖既是石油的生油巖，又是石油的儲集巖。

頁巖油基本地質特征。①游、儲一體，滯留聚集。頁巖油也是典型的驚儲一體、滯留聚集、連續分布的石油聚集。富有機質頁巖既是生油巖，也是儲集巖。與頁巖氣不同，頁巖油主要形成在有機質演化的液態炬生成階段。在富有機質泥頁巖持續生油階段，石油在泥頁巖儲層中滯留聚集，只有在泥頁巖儲層自身飽和后才向外溢散或運移。因此，處在液態烴生成階段的富有機質泥頁巖均可能聚集頁巖油。②較高成熟度富有機質頁巖，含油性較好。富有機質泥頁巖主要發育在半深湖-深湖相沉積環境，常分布于最大湖泛面附近的高位體系域下部和湖侵體系域。富含有機質是泥頁巖富含油氣的基礎，當有機質開始大量生油后，才會富集有規模的頁巖泊。高產富集頁巖抽一般TOC大于2%，有利頁巖油成熟度R0介于0.7%~2.0%，形成輕質油和凝析油，有利于開采。③發育納米級孔、裂縫系統，利于頁巖油聚集。頁巖油儲層中廣泛發育的納米級孔喉系統，一般50~300nm是最主要的儲集空間，局部發育微米級孔隙。④儲層脆性指數較高，宜于壓裂改造。頁巖中高嶺石、蒙脫石、水云母等茹土礦物含量越低，石英、長石、方解石等脆性礦物含量越高，巖石脆性越強，在外力作用下越易形成天然裂縫和誘導裂縫，利于頁巖油開采。⑤地層壓力高、油質輕，易于流動和開采。頁巖油富集區位于已大規模生油的成熟富有機質頁巖地層中，一般地層能量較高，壓力系數可達1.2~2.0。⑥大面積連續分布，資源潛力大。頁巖油分布不受構造控制，無明顯圈閉界限，含油范圍受生油窗富有機質頁巖分布控制，大面積連續分布于盆地坳陷或斜坡區。頁巖生成的石油較多地滯留于頁巖中，一般占總生油量的20%~50%，資源潛力大。

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