非常規(guī)油氣富集規(guī)律及勘探開(kāi)發(fā)特點(diǎn)

非常規(guī)油氣富集規(guī)律及勘探開(kāi)發(fā)特點(diǎn)

盡管全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率有所放緩，但2012年傳統(tǒng)能源燃料的消耗量和生產(chǎn)仍達(dá)到歷史上最高水平。石油和天然氣仍在能源消耗結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著主導(dǎo)作用。石油占世界能源消耗的33.1%，天然氣占23.9%。非常規(guī)油氣產(chǎn)量的增長(zhǎng)為穩(wěn)定油氣價(jià)格發(fā)揮了重要作用,油氣價(jià)格保持相對(duì)穩(wěn)定,并沒(méi)有伴隨消費(fèi)量的增長(zhǎng)而持續(xù)增長(zhǎng)。2012年3月,隨著伊朗原油出口的下降,國(guó)際油價(jià)達(dá)到高峰,之后由于美國(guó)非常規(guī)石油和天然氣產(chǎn)量大幅上升,使美國(guó)創(chuàng)造了油氣產(chǎn)量最高年增長(zhǎng)記錄。2012年美國(guó)石油產(chǎn)量3.95×108t,北美油氣產(chǎn)量激增推動(dòng)非歐佩克國(guó)家的產(chǎn)量增長(zhǎng)1.4%。伴隨美國(guó)、利比亞和其他歐佩克產(chǎn)油國(guó)產(chǎn)量上升,原油價(jià)格出現(xiàn)回落并保持了相對(duì)穩(wěn)定。全球天然氣價(jià)格的區(qū)域性差異非常明顯,美國(guó)頁(yè)巖氣、致密氣、煤層氣等產(chǎn)量上升導(dǎo)致天然氣價(jià)格由約8美元下降到約4美元,而歐洲與美國(guó)相反,天然氣價(jià)格較高。非常規(guī)油氣產(chǎn)量的增長(zhǎng)有效抑制了油氣價(jià)格的快速上升,同時(shí)也對(duì)全球能源供需格局產(chǎn)生了重大影響。2004—2007年間,美國(guó)石油凈進(jìn)口量為1200萬(wàn)桶/d,2012年減少為750萬(wàn)桶/d,2013年將會(huì)再減少150萬(wàn)桶/d,美國(guó)石油凈進(jìn)口量的減少有2/3來(lái)自其國(guó)內(nèi)非常規(guī)油氣產(chǎn)量增加的貢獻(xiàn),這一現(xiàn)象使得一些國(guó)際機(jī)構(gòu)對(duì)未來(lái)油氣供需情況的預(yù)期偏于樂(lè)觀。對(duì)于非常規(guī)油氣的現(xiàn)實(shí)意義及其對(duì)未來(lái)油氣供應(yīng)的能力存在諸多質(zhì)疑之聲。投資者報(bào)刊文稱(chēng)“國(guó)際能源機(jī)構(gòu)(IEA)《世界能源展望》報(bào)告會(huì)讓人覺(jué)得我們簡(jiǎn)直就是在石油中游泳”,由于非常規(guī)油氣的開(kāi)發(fā),“‘石油峰值’理論不過(guò)是一個(gè)不相干的文化理念”,沒(méi)有實(shí)際價(jià)值?！都~約時(shí)報(bào)》2011年的一項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性調(diào)查發(fā)現(xiàn),“盡管美國(guó)石油工業(yè)在公開(kāi)場(chǎng)合采取了極為樂(lè)觀的立場(chǎng),但在私下里卻對(duì)頁(yè)巖氣持懷疑態(tài)度”,質(zhì)疑之聲并非無(wú)稽之談,“連續(xù)型分布”的非常規(guī)油氣勘探成功率并不如人意,而開(kāi)發(fā)階段產(chǎn)量遞減快速也是不爭(zhēng)的事實(shí),如頁(yè)巖氣井在投產(chǎn)的第一年其產(chǎn)量將下降60%至90%之多。然而對(duì)于能源行業(yè)而言,其挑戰(zhàn)是如何應(yīng)對(duì)各個(gè)階段大的轉(zhuǎn)變,如非常規(guī)能源的轉(zhuǎn)變,通過(guò)探索非常規(guī)油氣地質(zhì)理論與勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)使之變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。為了更有效地勘探開(kāi)發(fā)非常規(guī)油氣資源,避免投資失利,必須認(rèn)真分析非常規(guī)油氣的生、排、運(yùn)、聚規(guī)律,優(yōu)選合適的非常規(guī)油氣資源評(píng)價(jià)方法,客觀地評(píng)價(jià)非常規(guī)油氣資源潛力。本文以此為出發(fā)點(diǎn),著重分析了全球油氣勘探形勢(shì),提出了關(guān)系到非常規(guī)油氣發(fā)展的4項(xiàng)重要理論問(wèn)題;①“含油氣系統(tǒng)”理論的深化再認(rèn)識(shí);②細(xì)粒沉積體系與致密相帶沉積學(xué);③頁(yè)巖與致密儲(chǔ)層中微—納米孔隙系統(tǒng)和流體相態(tài);④非常規(guī)油氣富集規(guī)律與資源評(píng)價(jià)。1世界油氣勘探形勢(shì)1.1原油儲(chǔ)量、產(chǎn)量和供應(yīng)1.1.1油氣運(yùn)移基本情況2000—2010年,全球石油探明剩余可采儲(chǔ)量由1778×108t增加到2284×108t,年均增長(zhǎng)2.6%;2011年石油探明剩余可采儲(chǔ)量為2337×108t,年增長(zhǎng)2.3%;2012年為2358×108t,年增長(zhǎng)僅0.9%,增速放緩。2000—2010年,全球天然氣探明剩余可采儲(chǔ)量由139.7×1012m3增加到177.3×1012m3,年均增長(zhǎng)2.5%;2011年天然氣探明剩余可采儲(chǔ)量為187.8×1012m3,年增長(zhǎng)5.9%;2012年僅為187.3×1012m3,下降了0.3%,出現(xiàn)了負(fù)增長(zhǎng)。由于致密油氣與頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā),美國(guó)油氣產(chǎn)量相對(duì)于全球產(chǎn)量而言處于高速增長(zhǎng)狀態(tài)。2012年全球石油產(chǎn)量為41.19×108t,相比2011年增長(zhǎng)了1.0×108t。美國(guó)2011年石油產(chǎn)量3.46×108t,2012年產(chǎn)量3.95×108t,年增幅13.9%。2012年全球天然氣產(chǎn)量3.36×1012m3,相比2011年增長(zhǎng)了0.07×1012m3。美國(guó)天然氣產(chǎn)量大幅增長(zhǎng),2010年美國(guó)天然氣產(chǎn)量為0.60×1012m3,2011年天然氣產(chǎn)量達(dá)到0.65×1012m3,2012年達(dá)到0.68×1012m3,年增幅6.3%。1.1.2治理天然氣新增治理項(xiàng)目明/濕地互通自1955年以來(lái),中國(guó)石油天然氣探明儲(chǔ)量處于持續(xù)增長(zhǎng)狀態(tài),就目前來(lái)講,石油探明儲(chǔ)量處于穩(wěn)定增長(zhǎng)狀態(tài),天然氣探明儲(chǔ)量處于快速發(fā)展?fàn)顟B(tài)。截至2012年底,全國(guó)累計(jì)石油探明地質(zhì)儲(chǔ)量341×108t,2012年石油新增探明地質(zhì)儲(chǔ)量15.18×108t,同比增長(zhǎng)14.9%;全國(guó)累計(jì)天然氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量10.8×1012m3,2012年天然氣新增探明地質(zhì)儲(chǔ)量9610.23×108m3,同比增長(zhǎng)33.0%。2012年中國(guó)國(guó)內(nèi)石油產(chǎn)量2.05×108t,天然氣產(chǎn)量1077×108m3。國(guó)外油氣勘探開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)發(fā)展迅速,作業(yè)范圍涉及4大洲43個(gè)國(guó)家,共140個(gè)項(xiàng)目,2012年權(quán)益油氣產(chǎn)量約8500×104t,約占中國(guó)國(guó)外原油供應(yīng)量的32%。1.1.3油氣消費(fèi)與對(duì)外依存度2012年世界石油消費(fèi)總量為41.31×108t,比2011年的40.591×108t,增加了0.719×108t,2012年石油消費(fèi)量較石油產(chǎn)量多了0.12×108t,出現(xiàn)了供需缺口。全球天然氣消費(fèi)量由2011年的3.22×1012m3上升至2012年的3.31×1012m3,相比2012年產(chǎn)量3.36×1012m3而言,基本保持平衡。伴隨中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,中國(guó)國(guó)內(nèi)對(duì)于石油天然氣的需求不斷增加。石油與天然氣年消費(fèi)量分別由2000年的2.24×108t及245×108m3激增至2010年的4.29×108t及1090×108m3。2012年,中國(guó)石油消費(fèi)量為4.84×108t,較前一年增長(zhǎng)5%,消費(fèi)量?jī)H次于美國(guó),成為全球第二;天然氣消費(fèi)量為1438×108m3,較前一年增加9.9%,為全球第三;石油對(duì)外依存度達(dá)到57.2%,天然氣對(duì)外依存度達(dá)25.5%。非常規(guī)油氣的快速發(fā)展適時(shí)地彌補(bǔ)了供需缺口。在過(guò)去五年間,全球油氣產(chǎn)量增長(zhǎng)的主要貢獻(xiàn)并不是來(lái)自石油輸出國(guó)組織(OPEC)國(guó)家,而是來(lái)自美國(guó)和加拿大,確切地講油氣增量源自美國(guó)的致密油及頁(yè)巖氣、深海油氣和加拿大的油砂。BP《2030世界能源展望》認(rèn)為,在下個(gè)十年里,全球能源供應(yīng)的增長(zhǎng)將主要來(lái)自致密油、頁(yè)巖氣和油砂,2030年,這3種資源類(lèi)型的凈增長(zhǎng)將占到全球能源供應(yīng)的75%。1.2近年來(lái)，全球油氣勘探活動(dòng)1.2.1油氣勘探開(kāi)發(fā)前景廣闊2000—2012年,全球陸上常規(guī)油氣累計(jì)新發(fā)現(xiàn)油氣田4900個(gè)(圖1),新增原油探明儲(chǔ)量78×108t、天然氣探明儲(chǔ)量194×108t油當(dāng)量,其中天然氣占油氣總探明儲(chǔ)量的71%,累計(jì)發(fā)現(xiàn)大型油氣田42個(gè),占陸上總油氣探明儲(chǔ)量的64.5%。全球油氣勘探展現(xiàn)出良好的發(fā)展前景,大油氣田不斷被發(fā)現(xiàn),具有戰(zhàn)略性與開(kāi)拓性的重大活動(dòng)有以下5項(xiàng):①巴西被動(dòng)陸緣深水盆地鹽下發(fā)現(xiàn)大油氣田,2000—2009年發(fā)現(xiàn)大型油田17個(gè)、大型氣田4個(gè),探明可采儲(chǔ)量34×108t油當(dāng)量;②美國(guó)非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā),特別是頁(yè)巖氣、致密氣取得快速發(fā)展,2009年美國(guó)天然氣總產(chǎn)量達(dá)到6000×108m3,非常規(guī)天然氣產(chǎn)量占全美總產(chǎn)量50%以上,勢(shì)必對(duì)全球資源供應(yīng)和油氣工業(yè)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響;③中國(guó)石油在乍得、尼日爾境內(nèi)的中非裂谷系發(fā)現(xiàn)大油氣田,2010年戰(zhàn)略性風(fēng)險(xiǎn)勘探在尼日爾Agadem區(qū)塊新增探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量0.83×108t,乍得Bongor盆地新增探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量1.27×108t、天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量178×108m3;④墨西哥灣深部古近系油氣藏進(jìn)入勘探開(kāi)發(fā);⑤北極地區(qū)油氣勘探逐漸升溫,據(jù)USGS評(píng)價(jià)其可采石油地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)123×108t、可采天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)47×1012m3、可采天然氣液地質(zhì)儲(chǔ)量60×108t?？碧嚼砟钆c開(kāi)發(fā)技術(shù)的突破使非常規(guī)油氣產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)。從目前能夠進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)來(lái)看,2011年世界非常規(guī)油產(chǎn)量6.98×108t,占世界原油總產(chǎn)量的17%,其中重油和油砂油產(chǎn)量6.72×108t、致密油0.25×108t、油頁(yè)巖油0.0146×108t;世界非常規(guī)氣產(chǎn)量7805×108m3,占世界天然氣總產(chǎn)量的24%,其中頁(yè)巖氣產(chǎn)量1920×108m3、煤層氣565×108m3、致密氣5320×108m3(圖2)。1.2.2加大油氣勘探開(kāi)發(fā)力度全球油氣勘探朝著新領(lǐng)域、新地區(qū)發(fā)展,勘探難度變大、儲(chǔ)量品質(zhì)變差、非常規(guī)油氣比重增長(zhǎng)。一方面以前沒(méi)有涉足或者涉足較少的地區(qū),如海洋深水、北極地區(qū)的勘探力度不斷加大并有重要發(fā)現(xiàn);另一方面,非常規(guī)油氣領(lǐng)域,如美國(guó)的致密油氣和加拿大的油砂資源勘探開(kāi)發(fā)力度不斷加大。主要表現(xiàn)在3個(gè)方面:①海域成為常規(guī)油氣新增儲(chǔ)量重要的新領(lǐng)域,常規(guī)油氣新增儲(chǔ)量中海域油氣占55%,2012年達(dá)90%;②天然氣是常規(guī)油氣新增儲(chǔ)量的主體,常規(guī)油氣新增儲(chǔ)量中天然氣占61%,2012年占70%;③非常規(guī)油氣成為發(fā)展熱點(diǎn),美國(guó)頁(yè)巖油氣、加拿大油砂和委內(nèi)瑞拉重油將改變世界油氣供需格局。2石油和天然氣的快速發(fā)展和發(fā)展限制因素2.1全球油氣勘探表明，常規(guī)石油和天然氣勘探具有很大的潛力2.1.1油氣資源潛力全球非常規(guī)油氣資源極為豐富,勘探開(kāi)發(fā)潛力巨大。IEA預(yù)測(cè)非常規(guī)石油資源合計(jì)4495×108t,與常規(guī)石油資源基本相當(dāng);非常規(guī)天然氣資源合計(jì)3921×1012m3(不包括天然氣水合物),是常規(guī)天然氣資源的8.3倍。翟光明等根據(jù)地質(zhì)成藏理論預(yù)測(cè)全球非常規(guī)油氣資源是常規(guī)油氣資源的5～8倍,鄒才能根據(jù)世界范圍內(nèi)公布的資源量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出常規(guī)與非常規(guī)油氣資源量之比為2:8。就中國(guó)來(lái)講,非常規(guī)石油資源約為240×108t,非常規(guī)天然氣資源約為100×1012m3,發(fā)展?jié)摿薮?。致密油氣、?yè)巖氣、煤層氣等都已獲得工業(yè)化開(kāi)發(fā),成為常規(guī)油氣的重要補(bǔ)充,在未來(lái)油氣供應(yīng)方面所起的貢獻(xiàn)將越來(lái)越大,其勘探開(kāi)發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。10年前,加拿大油砂與南美重油使全球石油儲(chǔ)量增加1400×108t,形成了全球油氣資源的第一次擴(kuò)展。致密油氣、頁(yè)巖氣、煤層氣等非常規(guī)油氣資源在現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下已有很大發(fā)展,并展示出巨大的資源潛力,使全球油氣資源面臨第二次擴(kuò)展。以美國(guó)非常規(guī)天然氣的發(fā)展為例,頁(yè)巖氣與致密氣的發(fā)展使美國(guó)天然氣探明儲(chǔ)量從2002年的5.0121×1012m3增加到2008年的6.9376×1012m3,增幅超過(guò)了38%,儲(chǔ)量增長(zhǎng)使資源潛力大幅拓展。中國(guó)非常規(guī)天然氣資源豐富,全國(guó)非常規(guī)天然氣地質(zhì)資源量(140～230)×1012m3、可采儲(chǔ)量(35～48)×1012m3,約占天然氣總資源量的75%,資源總量大幅拓展。2.1.2美國(guó)天然氣供應(yīng)結(jié)構(gòu)隨著開(kāi)發(fā)技術(shù)的發(fā)展,尤其是水平井技術(shù)、水力壓裂技術(shù)等的應(yīng)用,非常規(guī)油氣資源產(chǎn)量連年增加,在油氣總產(chǎn)量中所占比例不斷增大。非常規(guī)油氣產(chǎn)量占油氣總產(chǎn)量比例已經(jīng)接近10%,是全球油氣產(chǎn)量的重要組成部分,在未來(lái)油氣供應(yīng)結(jié)構(gòu)中所占比例將越來(lái)越大。美國(guó)1949年至2009年的天然氣產(chǎn)量變化最直接地反映了油氣資源產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的這一變化趨勢(shì)。美國(guó)天然氣產(chǎn)量在1973年達(dá)到峰值6400×108m3,隨后逐年下降,至2009年后產(chǎn)量再次達(dá)到6000×108m3。從1990年開(kāi)始,盡管常規(guī)天然氣產(chǎn)量逐年下降,但是天然氣總產(chǎn)量穩(wěn)中有升,非常規(guī)天然氣的貢獻(xiàn)功不可沒(méi)。2009年非常規(guī)天然氣產(chǎn)量超過(guò)了天然氣總產(chǎn)量的50%,其中的致密氣、煤層氣、頁(yè)巖氣產(chǎn)量的相對(duì)比例分別約為53%、22%、25%。2.2加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)研究非常規(guī)油氣的勘探開(kāi)發(fā)在美國(guó)獲得了極大的成功,但在其他國(guó)家和地區(qū)卻沒(méi)能復(fù)制美國(guó)模式。非常規(guī)油氣具備復(fù)雜的油氣地質(zhì)條件與勘探開(kāi)發(fā)環(huán)境,必須加強(qiáng)非常規(guī)油氣地質(zhì)理論與資源評(píng)價(jià)等核心技術(shù)的研究。應(yīng)深入研究微—納米級(jí)孔隙的結(jié)構(gòu)、流體相態(tài)與流動(dòng)規(guī)律,系統(tǒng)研究區(qū)域成藏與分布規(guī)律。除扎實(shí)的基礎(chǔ)地質(zhì)研究工作外,更要關(guān)注影響非常規(guī)油氣發(fā)育的重要基礎(chǔ)理論問(wèn)題,當(dāng)前關(guān)鍵地質(zhì)理論問(wèn)題主要有以下4個(gè)方面:①重新認(rèn)識(shí)“含油氣系統(tǒng)”;②細(xì)粒沉積體系與致密相帶沉積學(xué);③頁(yè)巖與致密儲(chǔ)層中微—納米孔隙系統(tǒng)和流體相態(tài);④非常規(guī)油氣富集規(guī)律與資源評(píng)價(jià)。3指導(dǎo)方向理論石油最先存在于石油勘探家的頭腦中,作為油氣資源勘探的新領(lǐng)域,非常規(guī)油氣需要新的油氣聚集理論作為指導(dǎo)。非常規(guī)油氣的發(fā)展,使人們尋找油氣的思路和目光從“圈閉”重新回到了“烴源”,從含油氣系統(tǒng)的研究思路出發(fā),發(fā)展與完善涵蓋非常規(guī)油氣的“全含油氣系統(tǒng)”,研究細(xì)粒沉積體系和致密相帶,識(shí)別微—納米孔隙及流體相態(tài),進(jìn)而分析非常規(guī)油氣的分布富集規(guī)律及其資源潛力。3.1重大成果，立地條件自1972年Dow提出OilSystem(石油系統(tǒng))概念以來(lái),油氣勘探在該理論指導(dǎo)下取得了一系列重大成果。隨著常規(guī)油氣資源勘探難度越來(lái)越大,非常規(guī)油氣資源逐漸成為未來(lái)油氣資源勘探開(kāi)發(fā)的突破點(diǎn),其發(fā)育條件和勘探特點(diǎn)賦予了含油氣系統(tǒng)新的內(nèi)涵,一方面通過(guò)全過(guò)程成藏研究重新認(rèn)識(shí)烴源巖的油氣儲(chǔ)集能力,另一方面分析研究烴源巖生、排烴及滯留烴潛力,并且要評(píng)價(jià)源內(nèi)或近源油氣成藏的機(jī)理。3.1.1油氣成藏模式含油氣系統(tǒng)是由生烴灶及其所生油氣的運(yùn)移和聚集過(guò)程涉及的三維單元構(gòu)成,油氣的賦存依賴(lài)于不同級(jí)次的地質(zhì)空間及其內(nèi)在因素,而油氣藏的形成與分布是含油氣系統(tǒng)或復(fù)合(復(fù)雜)含油氣系統(tǒng)研究的核心問(wèn)題?！叭蜌庀到y(tǒng)”除強(qiáng)調(diào)經(jīng)過(guò)生成、排出、運(yùn)移、聚集、保存過(guò)程后聚集成藏的油氣資源,同時(shí)還強(qiáng)調(diào)滯留于源巖內(nèi)和充注于近源致密層中的油氣。隨著非常規(guī)油氣勘探和油氣基礎(chǔ)地質(zhì)理論研究的深入,油氣資源從烴源巖到富集成藏展現(xiàn)出全含油氣系統(tǒng)的“全過(guò)程成藏”特征,頁(yè)巖油氣、致密油氣、油頁(yè)巖油、油砂等非常規(guī)油氣擴(kuò)大了傳統(tǒng)的含油氣系統(tǒng)概念,將可以獲取和利用的油氣資源的儲(chǔ)集結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到了未熟和低熟烴源巖系、成熟期及高成熟期烴源巖系、近源的致密砂巖及灰?guī)r巖系、捕獲散失原油的近地表巖系等。根據(jù)烴源巖不同的演化階段可形成不同的油氣資源類(lèi)型。未熟或低熟的烴源巖以油頁(yè)巖固體礦產(chǎn)形式開(kāi)采并低溫干餾后可獲取油頁(yè)巖油,油氣排出后滯留在源巖中的烴類(lèi)形成了頁(yè)巖油氣,油氣初次運(yùn)移后近源充注于致密砂巖或灰?guī)r中形成了致密油氣,有利圈閉高效聚集后形成了常規(guī)油氣,油氣藏氧化破壞后形成油砂資源。因此,對(duì)于“含油氣系統(tǒng)”要進(jìn)行重新認(rèn)識(shí),從烴類(lèi)演化的整個(gè)過(guò)程出發(fā),按照“全油氣系統(tǒng)成藏模式”開(kāi)展研究。3.1.2健康地質(zhì)條件下生-排-運(yùn)-聚定量化評(píng)價(jià)傳統(tǒng)油氣資源潛力評(píng)價(jià)從烴源巖出發(fā),運(yùn)用生烴量與油氣運(yùn)聚系數(shù)獲得末端油氣藏的資源潛力,強(qiáng)調(diào)了生-排-運(yùn)-聚過(guò)程末端油氣藏的資源聚集,而忽視了生、排、運(yùn)、聚、改造等各階段的定量化研究,使得資源潛力沒(méi)有得到科學(xué)合理地評(píng)價(jià)。更合理的做法應(yīng)該從生烴模型出發(fā),細(xì)化烴類(lèi)演化過(guò)程,明確不同演化階段烴類(lèi)的生-排-運(yùn)-聚的定量化研究,開(kāi)展烴類(lèi)生-排-運(yùn)-聚全過(guò)程的定量化研究,使得資源評(píng)價(jià)更加科學(xué)合理。油氣基礎(chǔ)地質(zhì)理論與測(cè)試技術(shù)手段的進(jìn)步為實(shí)現(xiàn)全過(guò)程有機(jī)質(zhì)烴類(lèi)生-排-運(yùn)-聚定量化研究提供了條件,通過(guò)模擬地質(zhì)條件下(溫壓、孔滲、潤(rùn)濕性、應(yīng)力場(chǎng)等作用下)生、排烴模型,開(kāi)展從未熟到高—過(guò)成熟、從殘留烴類(lèi)到運(yùn)聚烴類(lèi)和散失烴類(lèi)的全過(guò)程研究(圖3),其中涉及4個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題:①初次裂解、二次裂解和高溫裂解3個(gè)階段的生烴潛力;②高—過(guò)成熟有機(jī)質(zhì)生烴潛力恢復(fù)與生、排烴過(guò)程定量化評(píng)價(jià);③分散可溶有機(jī)質(zhì)生氣潛力評(píng)價(jià),以及灰質(zhì)生油巖生烴潛力;④烴源巖滯留烴量的定量評(píng)價(jià)。運(yùn)用地質(zhì)條件下全過(guò)程的有機(jī)質(zhì)烴類(lèi)生-排-運(yùn)-聚模型指導(dǎo)油氣資源評(píng)價(jià),提高資源評(píng)價(jià)的客觀程度。3.1.3儲(chǔ)層精細(xì)結(jié)構(gòu)為儲(chǔ)層油氣富集提供了重要支撐非常規(guī)油氣從排烴階段來(lái)講可以分為源內(nèi)滯留頁(yè)巖油氣、近源充注致密油氣、或二次運(yùn)移到常規(guī)儲(chǔ)層致密相帶中的致密油氣,非常規(guī)油氣資源直接賦存于烴源巖層內(nèi)或與其互層緊鄰的致密砂巖/灰?guī)r層內(nèi)。致密儲(chǔ)層(包括泥頁(yè)巖致密層和砂巖、灰?guī)r致密層)以獨(dú)特的方式提供油氣儲(chǔ)集空間,在原有觀念認(rèn)為不具備油氣儲(chǔ)集能力的致密層段內(nèi)“封鎖”和“束縛”了大量的非常規(guī)油氣。在高演化階段烴源層內(nèi)有機(jī)孔的發(fā)育彌補(bǔ)了無(wú)機(jī)孔的損失,深部致密儲(chǔ)層受生烴過(guò)程產(chǎn)生的有機(jī)酸溶蝕而產(chǎn)生增孔作用,彌補(bǔ)了成巖壓實(shí)的減孔效應(yīng),提高了非常規(guī)儲(chǔ)層的油氣儲(chǔ)集能力。泥頁(yè)巖孔隙主要由粒間孔、有機(jī)質(zhì)納米孔和溶蝕孔3部分構(gòu)成,泥頁(yè)巖烴源巖正是由于有機(jī)孔的發(fā)育而在成熟與高成熟階段為頁(yè)巖油氣的富集成藏提供了機(jī)遇(圖4),統(tǒng)計(jì)結(jié)果揭示有機(jī)質(zhì)納米孔平均占泥頁(yè)巖總孔隙的31.74%,平均占巖石體積的1.8%。在高演化階段烴源層內(nèi)有機(jī)孔彌補(bǔ)了無(wú)機(jī)孔的損失。致密砂巖在埋藏過(guò)程中孔隙度的變化不僅與埋深有關(guān),還受到諸如沉積物組分、粒度、分選、早期膠結(jié)物的存在與否、地溫梯度和異常高壓帶等因素的影響,而溶蝕作用是砂巖孔隙的關(guān)鍵影響因素。早期溶蝕作用產(chǎn)生的粒間孔、粒內(nèi)溶孔為主的次生孔隙,以及晚期生烴高峰期有機(jī)酸對(duì)膠結(jié)物進(jìn)行溶蝕形成的大量粒間溶孔等,對(duì)致密砂巖而言起到了增孔作用,彌補(bǔ)了成巖壓實(shí)的減孔效應(yīng)。3.2細(xì)粒沉積物管理系統(tǒng)與致密相帶沉積物3.2.1浮游生物繁組織的半保鮮層細(xì)粒沉積巖是指粒級(jí)小于0).1mm的顆粒含量大于50%的沉積巖,主要由黏土和粉砂級(jí)陸源碎屑顆粒組成,也包含少量的盆地內(nèi)生碳酸鹽、生物硅質(zhì)、磷酸鹽等顆粒,可以分為海相細(xì)粒沉積體系和湖相細(xì)粒沉積體系。Dimberline認(rèn)為半遠(yuǎn)洋沉積是一種層狀的、以粉砂級(jí)顆粒為主的細(xì)粒沉積物,可以?shī)A砂級(jí)或泥級(jí)的濁流沉積(風(fēng)暴影響),也可以形成獨(dú)立的沉積相,提出半遠(yuǎn)洋細(xì)粒層是浮游生物繁盛與粉砂充注交替進(jìn)行的結(jié)果,這種交替作用一年一次或一季一次(圖5)。DavidR.Lemons對(duì)湖盆細(xì)粒沉積進(jìn)行了研究,認(rèn)為湖平面變化、構(gòu)造作用、沉積物源、盆地底形會(huì)影響湖盆細(xì)粒沉積相的分布,其中盆地底形是最為關(guān)鍵的因素。3.2.2儲(chǔ)集層次分類(lèi)隨著全球頁(yè)巖油氣、致密油氣的勘探開(kāi)發(fā),細(xì)粒沉積已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的前沿領(lǐng)域。從非常規(guī)油氣勘探的角度來(lái)講,細(xì)粒沉積研究應(yīng)關(guān)注以下3個(gè)結(jié)合點(diǎn):①建立細(xì)粒沉積體系分類(lèi)方案,從沉積結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造、沉積環(huán)境、礦物組分、化學(xué)成分等方面開(kāi)展致密沉積相帶研究;②從非常規(guī)油氣有利儲(chǔ)集條件角度研究細(xì)粒沉積體系的源-儲(chǔ)配置關(guān)系,分析單獨(dú)聚油氣模式和混合聚油氣模式,如海相或湖相泥頁(yè)巖沉積的源內(nèi)型(頁(yè)巖油氣)、前三角洲細(xì)粒砂巖沉積的近源致密型(致密油氣)與源-儲(chǔ)互層型(致密油氣和頁(yè)巖油氣),通過(guò)加強(qiáng)細(xì)粒沉積與致密沉積相帶研究,識(shí)別具有非常規(guī)油氣資源潛力的細(xì)粒沉積巖系;③研究細(xì)粒沉積體系與常規(guī)油氣儲(chǔ)集體系的組合關(guān)系,對(duì)非常規(guī)油氣與常規(guī)油氣是否進(jìn)行整體研究和聯(lián)合勘探開(kāi)發(fā)作出準(zhǔn)確判斷。致密油的發(fā)育條件是細(xì)粒沉積體系的典型代表,既需要細(xì)粒泥頁(yè)巖烴源巖,也需要致密砂巖或灰?guī)r作為儲(chǔ)集層系。從湖盆類(lèi)型和沉積環(huán)境來(lái)看,中國(guó)與主力生油巖構(gòu)成緊密接觸關(guān)系的致密儲(chǔ)層主要包括3種成因類(lèi)型:①與湖泊咸化作用相關(guān)的咸化湖泊碳酸鹽沉積環(huán)境,該類(lèi)環(huán)境優(yōu)質(zhì)烴源巖與碳酸鹽富集層或膏鹽層呈互層分布,咸化湖泊碳酸鹽巖夾持在半深湖—深湖相暗色泥頁(yè)巖中,致密油成藏條件優(yōu)越;②深湖水下前三角洲沉積環(huán)境,該類(lèi)環(huán)境在滿(mǎn)足優(yōu)質(zhì)泥質(zhì)烴源巖沉積的同時(shí),接受三角洲前緣輸送的薄層粉細(xì)砂巖沉積,從而形成優(yōu)質(zhì)烴源巖與薄層粉細(xì)砂巖互層或緊鄰、源-儲(chǔ)緊密接觸的致密層段;③深湖凹陷或斜坡部位受擾動(dòng)而出現(xiàn)的重力流沉積環(huán)境,該類(lèi)環(huán)境本身處于生烴凹陷中心部位,重力流沉積體與烴源巖直接接觸。陸相細(xì)粒沉積體系的基礎(chǔ)研究仍十分薄弱,富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖成因與分布模式尚沒(méi)有統(tǒng)一認(rèn)識(shí),進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)基礎(chǔ)理論的探索,揭示沉積環(huán)境與有機(jī)質(zhì)之間的關(guān)系,對(duì)于頁(yè)巖油氣和致密油氣的預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)將大有裨益。3.3巖屑系統(tǒng)與致密儲(chǔ)層中的微納孔系統(tǒng)及水流相態(tài)3.3.1儲(chǔ)集空間與可動(dòng)性非常規(guī)油氣儲(chǔ)層以納米級(jí)孔吼系統(tǒng)為主,局部發(fā)育毫米級(jí)—微米級(jí)孔隙。微—納米孔隙的識(shí)別不是非常規(guī)儲(chǔ)層研究的目的,而是要通過(guò)微—納米孔隙與流體相態(tài)的研究確定油氣儲(chǔ)集空間和油氣可動(dòng)性,其研究重點(diǎn)有以下5個(gè)方面:①頁(yè)巖和致密儲(chǔ)層中微—納米孔隙的發(fā)育狀況和分布規(guī)律;②頁(yè)巖和致密儲(chǔ)層對(duì)油氣的束縛作用和吸附特性;③頁(yè)巖和致密砂巖微—納米孔隙中流體的相態(tài);④微—納米孔隙油氣充注與排驅(qū)的機(jī)理;⑤微—納米孔隙連通性與流體相態(tài)的研究來(lái)確定可動(dòng)油潛量。3.3.2儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型微—納米級(jí)孔吼系統(tǒng)的主體孔徑為20～500nm,其中頁(yè)巖氣儲(chǔ)層孔徑為5～200nm,頁(yè)巖油儲(chǔ)層孔徑為30～400nm,致密灰?guī)r油儲(chǔ)層孔徑為40～500nm,致密砂巖油儲(chǔ)層孔徑為50～900nm,致密砂巖氣儲(chǔ)層孔徑為40～700nm。實(shí)驗(yàn)分析表明,直徑小于1μm的納米級(jí)孔吼占儲(chǔ)集空間比例達(dá)80%以上,微米級(jí)孔隙占5%～20%。非常規(guī)油氣儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型包括原生粒間孔、晶間孔、粒間溶蝕孔、粒內(nèi)孔及有機(jī)孔。環(huán)境掃描電鏡研究表明,粒間溶蝕孔與原生粒間孔是致密砂巖、致密灰?guī)r等非常規(guī)儲(chǔ)層中石油賦存的重要空間。作為頁(yè)巖氣賦存與滲流的重要通道,有機(jī)質(zhì)孔是決定頁(yè)巖儲(chǔ)層中含氣量的關(guān)鍵參數(shù),有機(jī)質(zhì)孔是否發(fā)育在很大程度上決定了頁(yè)巖氣工業(yè)化評(píng)價(jià)的結(jié)果。頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型包括顆粒間溶孔、黏土片層間微孔、顆粒溶孔、溶蝕雜基內(nèi)孔、粒內(nèi)溶蝕孔、有機(jī)質(zhì)孔等?？紫洞笮∫话阍谖⒚准?jí),有機(jī)質(zhì)孔喉一般為100～200nm,比表面積大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜。低—中成熟期以無(wú)機(jī)質(zhì)粒間、粒內(nèi)孔為主,高成熟期以有機(jī)質(zhì)納米孔為主,高演化階段增加的有機(jī)孔,一定程度上彌補(bǔ)了成熟過(guò)程中無(wú)機(jī)孔的損失(圖6)。中國(guó)四川盆地威遠(yuǎn)和長(zhǎng)寧地區(qū)泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)納米孔統(tǒng)計(jì)結(jié)果揭示,有機(jī)質(zhì)納米孔平均占泥頁(yè)巖總孔隙的31.74%,平均占巖石體積的1.8%。3.3.3儲(chǔ)層精細(xì)表面活性劑微—納米孔隙決定了油氣聚集方式和流體相態(tài)。毫米級(jí)(孔喉直徑大于1mm)及以上孔隙中流體可自由流動(dòng),形成“管流”,油氣多以游離狀態(tài)賦存于連通的孔隙和裂縫中,服從靜水力學(xué)規(guī)律。在微米級(jí)(孔喉直徑為1mm—1μm)孔隙中毛細(xì)管阻力限制流體自由流動(dòng),形成“滲流”,服從達(dá)西滲流規(guī)律。在納米級(jí)(孔喉直徑小于1μm)孔喉中流體與周?chē)橘|(zhì)之間,存在較強(qiáng)的黏滯力和分子作用力,油氣以吸附狀態(tài)吸附于礦物和干酪根表面,或以擴(kuò)散狀態(tài)吸附于固體有機(jī)質(zhì)內(nèi)部。天然氣有效的運(yùn)移相態(tài)可以是水溶相、油溶相、游離相和擴(kuò)散相,作為最主要的3種類(lèi)型非常規(guī)天然氣,致密氣、頁(yè)巖氣、煤層氣在儲(chǔ)層中的賦存相態(tài)存在差異,造成這種差異最主要的原因是有機(jī)質(zhì)含量的差異。致密砂巖中,有機(jī)質(zhì)含量少,氣體以自由相態(tài)儲(chǔ)存在孔隙之中。頁(yè)巖層系中,有機(jī)質(zhì)含量增多,氣體賦存狀態(tài)也更為復(fù)雜,20%～85%的氣體吸附在干酪根或者泥質(zhì)顆粒之上,25%～30%的氣體呈自由狀態(tài)充填在裂縫或者粒間孔隙中,剩下極少部分溶解在干酪根、瀝青和水中。煤層中有機(jī)質(zhì)含量最高,煤層氣主要以吸附態(tài)充填在微孔隙中。頁(yè)巖儲(chǔ)集層中水的存在影響頁(yè)巖的儲(chǔ)集能力,因?yàn)樗肿幽さ男纬蓵?huì)大大降低黏土礦物的吸附能力。在納米級(jí)孔隙中,流體與周?chē)橘|(zhì)之間存在巨大的黏滯力和分子作用力,流體在一般狀態(tài)下很難自由流動(dòng)從而形成滯留,在溫壓條件改變的情況下也只是發(fā)生分子或者是分子團(tuán)狀態(tài)的擴(kuò)散,致密油氣和頁(yè)巖油氣納米孔隙中發(fā)生的就是這種狀態(tài)的“運(yùn)移”。3.4原油長(zhǎng)距離開(kāi)采規(guī)律及資源評(píng)價(jià)3.4.1區(qū)域非均質(zhì)性油氣勘探開(kāi)發(fā)的必要性非常規(guī)油氣在早期又稱(chēng)為連續(xù)型油氣,這一表述形象地說(shuō)明了非常規(guī)油氣的大致賦存狀態(tài),同時(shí)也給人以“在油氣中游泳”的感覺(jué)。從蜀南地區(qū)龍馬溪組頁(yè)巖氣、鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組7段致密油、準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾坳陷蘆草溝組致密油、松遼盆地青山口組致密油、鄂爾多斯盆地蘇里格致密氣等非常規(guī)油氣的勘探實(shí)踐來(lái)看,非常規(guī)油氣或者存在底水、頂水、邊水,或者油-水分異、油-水混層,或受斜坡控制連續(xù)分布,或受構(gòu)造控制局部富集,狹義上并不具有連續(xù)性。總體來(lái)看,非常規(guī)油氣的富集受以下4個(gè)方面因素控制:(1)原型盆地的沉積構(gòu)造形態(tài):原型盆地的構(gòu)造沉積特征影響了烴源巖和儲(chǔ)集層的發(fā)育及分布,對(duì)烴源巖的生、排烴過(guò)程、有利疏導(dǎo)體系的形成、孔隙與裂縫系統(tǒng)的發(fā)育等具有絕對(duì)的控制作用,只有在原型盆地特征充分把握的基礎(chǔ)之上才能高效地進(jìn)行油氣勘探。(2)優(yōu)質(zhì)烴源巖集中發(fā)育區(qū):非常規(guī)油氣資源的發(fā)育對(duì)有機(jī)質(zhì)類(lèi)型、豐度、成熟度特征有更為嚴(yán)格的要求。按有機(jī)碳含量下限為1%、1%～2%、大于2%將烴源巖分為3類(lèi),有機(jī)碳含量大于2%的優(yōu)質(zhì)烴源巖區(qū)是目前非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)的現(xiàn)實(shí)區(qū),其余兩類(lèi)具備非常規(guī)油氣發(fā)育的潛力。(3)儲(chǔ)集甜點(diǎn)的規(guī)模發(fā)育:非常規(guī)油氣的連續(xù)性分布具有廣泛彌漫式分布的特征,儲(chǔ)集甜點(diǎn)區(qū)及周?chē)蜌庀鄬?duì)富集程度高,其余地區(qū)大多以分散狀不規(guī)律性分布。因此,甜點(diǎn)區(qū)的確定及甜點(diǎn)區(qū)發(fā)育的規(guī)模決定了非常規(guī)油氣資源商業(yè)性開(kāi)發(fā)的價(jià)值。(4)保存條件的適度寬松:非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖性及孔隙發(fā)育特征對(duì)油氣具有很強(qiáng)的束縛力,油氣充注成藏難度大,同時(shí)破壞散失難度也大。常規(guī)油氣所要求的嚴(yán)格的“圈、運(yùn)、?！睏l件,對(duì)非常規(guī)油氣來(lái)講不具備太大的意義。非常規(guī)油氣資源獨(dú)特的成藏特征,使其不易受外界因素的破壞,非常規(guī)油氣一旦聚集后很容易被保存下來(lái),這也決定了非常規(guī)油氣資源具有廣泛分布的特征。3.4.2激發(fā)油氣地質(zhì)特征由于非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)難度大、投入高、遞減快、產(chǎn)量少等特點(diǎn),其評(píng)價(jià)必須注重資源的可采性與經(jīng)濟(jì)性:①注重可采資源評(píng)價(jià),可采資源(EUR)客觀評(píng)價(jià)必須依靠成熟產(chǎn)能區(qū)及其生產(chǎn)井資料;②開(kāi)展全面的有利區(qū)帶評(píng)價(jià),要結(jié)合原型盆地分析、烴源巖評(píng)價(jià)、構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)與保存條件評(píng)價(jià),以及地面工程施工條件評(píng)價(jià)等;③結(jié)合地球物理資料劃分頁(yè)巖巖相,預(yù)測(cè)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖相和脆性頁(yè)巖相的分布;④考慮地質(zhì)與工程條件來(lái)綜合預(yù)測(cè)“甜點(diǎn)”,以及預(yù)測(cè)給定工程條件下的“甜點(diǎn)”分布;⑤建立有利區(qū)優(yōu)選參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)于非常規(guī)油氣資源評(píng)價(jià)方法,由于非常規(guī)油氣資源類(lèi)型眾多,地質(zhì)特征差異明顯,研究程度不盡相同,不可能使用統(tǒng)一的方法進(jìn)行簡(jiǎn)單評(píng)價(jià),而應(yīng)根據(jù)油氣資源的具體特征,優(yōu)選適用的評(píng)價(jià)方法。郭秋麟等系統(tǒng)總結(jié)了國(guó)內(nèi)外幾種非常規(guī)油氣資源評(píng)價(jià)方法,煤層氣、天然氣水合物、油頁(yè)巖、油砂礦等以體積法為主。致密砂巖氣、致密油、頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)方法國(guó)內(nèi)外差異較大,國(guó)內(nèi)采用類(lèi)比法和成因法較多,而國(guó)外更傾向于使用類(lèi)比法和統(tǒng)計(jì)法,就類(lèi)比法而言,國(guó)內(nèi)使用資源豐度類(lèi)比法更多,國(guó)外使用FORSPAN法及其改進(jìn)法更多(表1)。4世界加大加大指引下的國(guó)家油