氦气资源的盖层特征探究--以塔里木盆地为例

良好的盖层封盖条件是氦气资源得到保护的关键,在氦气资源潜力评估中有着重要的意义。目前对于氦气资源盖层特征的研究仍处于空白阶段,笔者等对盖层的封盖机理及宏观-微观特征与氦气封盖效果之间的关系进行了探究,认为氦气在地层中保存的封盖机理主要包括物性、压力、浓度三重封闭。盖层对于氦气的封盖效果受一系列微观特征(孔隙度、渗透率、突破压力、中值半径)与宏观特征(岩性、厚度、成岩作用、连续性、构造作用)影响,含氦气藏载体气类型的不同也会使盖层对于氦气的封闭能力产生差异。基于笔者等归纳出的盖层特征与氦气封盖效果的关系,对塔里木盆地内具有一定的生氦潜力的和田河区块、雅克拉区块、古城区块的氦气资源盖层条件进行评估,评估结果对应实际勘探中含氦气藏的分布情况。综合分析塔里木盆地含氦气藏盖层特征,发现常规评价油气藏封盖条件的方法并不完全适用于氦气资源盖层条件的评估,精准化分析含氦气藏盖层条件的方法仍需进一步探索。

鄂尔多斯盆地氦源岩特征及生氦潜力

氦源是氦气资源形成的首要条件,盆地基底变质岩、泥岩、泥质白云岩、煤和铝土岩等沉积岩为潜在氦源岩。通过野外地质调查、重磁资料解释、岩心描述与主、微量元素测试等方法,研究了鄂尔多斯盆地2大类5套潜在氦源岩及其成氦潜力。研究结果表明:鄂尔多斯盆地的潜在氦源岩分为基底型和沉积型两大类。基底型氦源岩发育在太古宇陆块及其上叠加的古元古界之中,岩性主要为高级变质片麻岩-变粒岩、大理岩、混合岩和花岗片麻岩,U和Th元素平均丰度分别为3.15×10^(-6)和12.38×10^(-6),生氦强度为0.735×10^(-6)cm^(3)/(a·g)。沉积型氦源岩主要发育在中元古界长城系沉积变质岩和古生界沉积岩之中。长城系黑色板岩主要分布在盆地北部和西南部,U和Th平均丰度分别为2.36×10^(-6)和8.28×10^(-6),生氦强度为0.522×10^(-6)cm^(3)/(a·g);下古生界下奥陶统马家沟组泥质白云岩分布在盆地中部及东部,U和Th平均丰度分别为1.71×10^(-6)和9.80×10^(-6),生氦强度为0.487×10^(-6)cm^(3)/(a·g);上古生界石炭系-二叠系泥岩和煤在全盆地广泛分布,太原组泥岩U和Th平均丰度分别为9.69×10^(-6)和22.68×10^(-6),生氦强度为1.82×10^(-6)cm^(3)/(a·g),太原组煤U和Th平均丰度分别为16.12×10^(-6)和44.13×10^(-6),生氦强度为3.21×10^(-6)cm^(3)/(a·g);上古生界石炭系铝土岩主要分布在盆地东部和西南部,U和Th平均丰度分别为7.14×10^(-6)和38.57×10^(-6),生氦强度为1.97×10^(-6)cm^(3)/(a·g)。鄂尔多斯盆地西南部发育各类氦源岩,具有“多源供氦”特征。该研究为鄂尔多斯盆地氦气资源勘查奠定了基础。

临汾-运城盆地氦气富集要素及成藏条件

为认识临汾-运城盆地氦气资源前景,促进氦气勘查工作,笔者根据地球物理资料、元素地球化学实验及构造资料,分析了临汾-运城盆地氦源岩分布和氦气运移通道条件;在收集和整理临汾-运城盆地前新生界地热、气测录井及物探资料的基础上,开展了以地热和煤系气为主的氦载体特征研究。研究发现:①临汾-运城盆地具备地幔物质上涌和本溪组铝土岩系2种氦源条件。②控制盆地和凹陷的深大断裂贯通了深部氦源与前新生代地层,盆地内发育的正断层在很大程度上可提高前新生界各地层间的连通性,有良好的运移通道。③临汾-洪洞地区石炭系—二叠系具有优越的煤系气成藏条件。综合氦源岩分布、氦气运移通道、氦载体和保存等氦气成藏条件,认为临汾-运城盆地中奥陶统马家沟组为主要富氦地热储层,且临汾-洪洞地区太原组和山西组具备富氦煤系气的找矿前景。

页岩储层孔隙度测定方法优选与推荐

中国页岩气资源丰富,勘探开发潜力大,其中孔隙度是页岩储层评价和页岩气储量计算的关键参数。页岩主要发育微纳米孔隙,孔隙结构复杂,渗透率低,对其孔隙度进行精确测试较常规储层难度更大。为了解决页岩柱塞样氦气法在不同实验条件下所测孔隙度差异较大,且不同实验方法所测页岩孔隙度可比性不明确的问题,此次在详细总结了页岩孔隙度测定各种方法优缺点的基础上,选取四川盆地南部地区五峰组-龙马溪组页岩作为研究对象,利用改进的实验设备开展了样品烘干温度、抽真空时间、氦气饱和平衡判定条件和氦气平衡压力等实验和对比分析,明确了不同测定方法之间的差异,形成了页岩气储层孔隙度测定推荐方法。研究结果表明:①页岩柱塞样氦气法实验条件宜采用线切割方法制备柱塞样,样品在105℃烘干时间不少于24 h,将样品室抽真空至0.1 Pa,氦气饱和平衡判定条件采用30 min压力变化小于0.21 kPa,氦气注入压力设置为1.378 MPa;②改进后的页岩柱塞样氦气法较常规柱塞样氦气法所测孔隙度明显增大,平均增大0.79%;③平行样品颗粒样氦气法大于柱塞样氦气法和液体饱和法所测孔隙度,反映出页岩中存在少部分不连通孔隙;④柱塞样氦气法和液体饱和法所测孔隙度总体差异不大,在孔隙度较小时前者略大。结论认为,改进后的“抽真空+严格平衡条件”柱塞样氦气法所测页岩有效孔隙度可靠性高,推荐优先采用此方法进行页岩孔隙度测定,孔隙度的准确测定有助于页岩气有利区优选和页岩气储量计算。

四川盆地前震旦系勘探高含氦天然气藏的可行性

目前,我国的氦气资源主要依赖进口,寻找大中型高含氦天然气田是改变这一现状最现实的途径。为此,对四川盆地威远地区高含氦天然气藏的成藏机理和氦气来源进行了分析,以探讨在该盆地前震旦系勘探高含氦天然气藏的可行性。首先根据盆地周缘12条野外露头剖面和4口钻穿震旦系单井的资料,系统分析了前震旦系的岩石学、沉积相、烃源岩等特征,认为前震旦系发育的沉积地层为南华系,东南缘露头剖面的地层序列为南沱组、大塘坡组、古城组和莲沱组,推测盆地内部可能发育相同的地层序列;南沱组、古城组和莲沱组主要为冰川沉积,为砂砾岩夹泥岩;而大塘坡组为间冰期沉积,发育一套砂泥岩地层,其下部泥页岩的有机质含量高,为较好烃源岩。进一步的研究表明:南沱组砂砾岩储层、大塘坡组烃源岩和地层中侵入的花岗岩"氦源岩"可形成较好的高含氦天然气藏成藏组合;前震旦系沉积岩的分布主要受早期裂谷控制,在裂谷内部充填厚层的沉积岩地层。结合地震资料预测了威远—资阳地区沉积岩和花岗岩的分布,结论认为在资阳地区对震旦系—前震旦系进行高含氦天然气藏的勘探是可行的。

济阳坳陷花沟地区高含He气藏成藏分析

He气在天然气藏中的含量很低 ,一般小于 0 1%。它既有重要的工业价值 ,又是天然气尤其是非烃类天然气成因的重要区分标志。济阳坳陷花沟地区上第三系明化镇组 (Nm )发现的花 5 0 1气藏 ,He气含量达 3 0 8%。气藏中气体成分复杂 ,既有以N2 和CO2 气为主的非烃类气层 ,又有以CH4为主的气层 ,是一个多元复合成因的特殊气藏。δ1 3 CCO2 =-8 3‰ ,3 He/4 He =4 4 7×10 - 6,这些代表性指标表明N2 、CO2 和He等非烃气主要是幔源成因 ;δ1 3 C1 =-4 8.8‰ ,表明CH4气是下第三系生成的有机成因的油型气。气藏位于济阳坳陷和鲁西隆起的结合部 ,受高青断层这一中生界以来长期活动的深大断裂控制 ,与多期次岩浆活动密切相关。CH4气层与N2 、CO2 及He气等非烃气层是两期成藏的产物。CH4聚集成藏早 ,而高含He的非烃类气的聚集成藏发生在距今3Ma以内。

基于岩心室应力应变和不确定度分析的致密储层氦孔隙度测量方法

致密油气层的物性(孔隙度和渗透率)较差.针对致密储层,目前常用的氦气法孔隙度测量方法存在两个不足:器壁压变性参数G定义不明确;膨胀前压力设置普遍偏小.本次基于氦气法孔隙度测量装置岩心室的应力应变力学分析和不确定度理论分析,开发了一种面向致密储层的氦孔隙度测量方法.本次提出的方法给出了器壁压变性参数G的解析式,并基于G的解析式推导出了新的孔隙度计算公式,将刻度系数减少到1个,简化了刻度过程.其次,基于不确定度理论得到的孔隙度测量不确定度表明:氦气法测量致密储层孔隙度的膨胀前压力大于2 MPa基本可以将孔隙度绝对误差控制在0.5%以内.与高压压汞法孔隙度测量结果对比发现,该方法测量孔隙度的相对偏差在14%以内,远低于常规氦气法测量孔隙度的相对偏差(50%).

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。

花岗岩在氦气成藏中的双重作用:氦源与储集

氦气是重要战略性稀有气体资源,寻找富氦天然气藏是解决氦气资源短缺的关键。目前工业利用的氦资源主要是壳源氦气,有效氦源岩是富氦天然气藏形成的基础,储层是氦气聚集的必须条件。资料调研表明已知富氦天然气藏与花岗岩关系密切,为研究花岗岩生氦、排氦及储氦能力,利用花岗岩铀钍含量与赋存状态、分段加热释氦、氩离子抛光扫描电镜等实验分析数据,结合前人成果综合研究表明:(1)渭河盆地南缘(北秦岭)花岗岩和银额盆地蒙额地1井花岗岩均富铀、钍,生氦能力较强。(2)花岗岩中的铀、钍有铀钍独立矿物和铀钍类质同象矿物等2种赋存状态。(3)温度是控制花岗岩中氦气释放的首要因素,不同矿物对氦气的封闭温度差异较大,晶质铀矿中(4)^He封闭温度最低,为27℃~76℃,而磁铁矿封闭温度最高,可达250℃,即花岗岩在温度大于250℃时对(4)^He无封闭能力,27℃~250℃具有部分封闭能力,27℃以下具有完全封闭能力。(4)花岗岩纳米级孔隙大小优于页岩(页岩气储层),微裂缝发育,具有氦气运移和储存能力。可见,花岗岩不仅是有效氦源岩,也可以是氦气储集岩。与在烃源岩中找页岩气类似,可在花岗岩等氦源岩中寻找氦气聚集。

塔河油田油气成因和运移的氦同位素证据

塔里木盆地塔河油田是目前我国在海相碳酸盐岩层系中发现的最大油田。为明确勘探方向和目标，通过测试该油田原油伴生气的氦同位素组成，探讨了该油田的油气成因和运移问题。研究结果表明，该油田原油伴生气的^3He／^4He比值分布在2．99×10^-8～8．27×10^-8之间，平均为4．89×10^-8；R／Rn比值为0．02～0．06，平均为0．035。这反映了壳源成因特征，说明该油田油气在形成和运移聚集过程中缺乏地幔流体的参与。该油田原油伴生气中氦同位素组成在区域分布上具有一定的规律性，研究认为这种分布特征起因于油气运移过程中伴生气的扩散作用和水、油溶解作用的氦同位素分馏，因而氦同位素组成及其分布特征可能是一种可以表征油气运移情况的新指标。据此指标揭示出该油田的油气由南向北运移，说明油气主要来自该油田南部满加尔坳陷及其邻近地区的烃源岩区。

基于氡氦团簇理论的油气藏上方氡异常成因分析

油气藏上方呈现出的晕圈状氡异常能够明显指示油气藏边界,给油气勘探提供有用信息。在分析和总结油气藏上方氡异常成因之后,用氡氦团簇理论解释该现象,对利用氡气进行油气勘探的基础理论研究提供一些启示。

塔里木盆地中石化探区含氦气藏资源调查研究

为了对塔里木盆地中石化探区含氦气藏资源进行调查研究,在广泛调研前人氦气研究成果的基础上,采集了塔里木盆地中石化探区9个井区、6个层系的22个天然气样品,利用质谱法对天然气中的氦气含量进行分析,并探讨了不同地区氦气成藏的主控因素。结果表明,巴什托地区BK3井巴楚组天然气2个样品氦气含量为0.103%、0.116%,达到了含氦气藏的标准;顺北地区奥陶系6个天然气样品氦气含量在0.026%~0.151%之间,仅1个样品达到含氦气标准。塔北地区寒武系—古近系32个天然气样品的氦气含量在0.01%~0.08%之间,均未达到含氦气标准。塔里木盆地氦气成藏主要受氦源、深大通源断裂、成藏期次、保存条件等因素共同控制。巴什托地区、顺北地区是氦气的有利聚集区带,塔北地区氦气成藏条件相对不利。

关中盆地地热资源研究

关中盆地地热资源是中国西部最有代表性和地区特色的地热资源之一。选取关中盆地区域渭河北岸断裂附近的地热资源进行分析及研究,结果表明：关中盆地地热资源丰度高,具有产量高、压力高、自流水温度高、稳定性高、矿化度高、达标元素多等＂五高一多＂的特点和优势,地热资源分布呈现垂直多层楼式多热储层迭置特征,热储层分布广泛、面积大,深层3500m以下可能存在温度大于200℃的高温地热异常体资源,地热资源热源稳定充足,具有较高的热流值背景,可利用率高。此外,关中盆地地热资源含有丰富的水溶气,数据显示伴生气中氦气含量为0.101%~3.511%（平均1.295%）,具有很大的氦气资源潜力。建议应进一步加大地热资源在供热采暖、地热水医疗保健、温水温室生态农业示范、矿泉水饮用等领域的开发利用;加大温度≥200℃的干热岩高温地热资源的开发利用,重点探索地热资源发电技术及工艺;加大地热资源水溶氦气提取回收技术的研发,建立氦气生产和战略储备基地。

全球氦气勘探开发进展与利用现状

【研究目的】由于氦气具有独特的物理特性,在科学研究、医学和高科技行业的用途越来越广泛。寻找更多的氦气资源,满足市场需求,是地质行业的责任。【研究方法】按照统计分析原则,对全球氦气勘探成果与供需形势进行梳理、总结。【研究结果】全球氦气资源分布极不均匀,主要氦气供应国为美国、卡塔尔、俄罗斯等。近期,许多公司开始在北美地区、俄罗斯、卡塔尔、坦桑尼亚等地开展氦气的勘探开发,其中北美部分地区的氦气资源位于富含氮气的储层中,具有广阔的开发前景,全球氦气勘探活动掀起新一轮热潮。【结论】2021年全球氦市场出现供应缺口,当今全球氦气需求的增长开始转向亚洲和中东。建议高度重视氦气不可再生性和不可替代性,开展氦气资源潜力评价工程,勘查国内非烃类氦气矿床前景,加强国际合作,开展国内氦气储备地下空间评价与选址工作,增强中国的氦气储备能力。

基于CO_2置换的低渗透储层岩心饱和方法研究

针对低渗透储层岩心的饱和难题,基于CO2置换吸附气的原理开发了低渗透储层岩心饱和方法和实验装置,通过饱水法孔隙度测量考察了该方法在26块低渗透储层岩心的应用效果。研究发现,该方法饱和后饱水法孔隙度比常规饱和方法饱和后的饱水法孔隙度平均增加0.54%,平均比氦气法孔隙度小0.14%左右,饱和效果有明显改善并近于完全饱和;饱水法孔隙度相对增量与泥质含量存在正相关关系,而与平均粒径、孔隙度、渗透率存在负相关关系,表明该方法在消除致密岩心吸附气对饱和影响方面有很好的针对性,可用于低渗透储层岩心的饱和。

青藏高原东南缘地热与地震活动:来自氦同位素的约束

青藏高原东南缘温、热、沸泉及喷气孔等地热显示以数量多、分布广为特征,大多数温泉沿块体边界及活动构造带出露,是研究川滇地区深部地球动力学过程的理想的场地。针对区内817组温泉水化学资料,选用4种地球化学温标计算了热储温度并选取可能的热储温度,利用克里金（Kriging）插值法确定以热储温度表达的浅层地热场。结果显示,浅层地热场空间分布具有显著的不均匀性,藏东昌都-波密构造区、松潘-甘孜构造区及红河断裂带以西三江构造区地热异常显著,滇中及滇东地区浅层地热异常不明显,云南地区表现为＂西高东低＂的特征。通过与地幔速度结构、氦同位素、花岗岩分布及壳幔热流结构对比发现,腾冲火山区、通关-宁洱火山区、松潘-甘孜地块的香格里拉和康定地区,以及汶川地区浅层地热异常与地幔软流圈上涌有关;而地热异常区内壳幔热流比值（Qc/Qm〉1）高的地区则与花岗岩放射性成因热有关。近年来的强震（Ms≥6.0）震中绝大部分位于地热异常区之间的过渡区域或地热梯度带上。深部流体作用及岩石圈热结构不均一性对强震的孕育过程有重要影响,可能是触发大地的重要因素。

全球氦气资源成藏背景、地质特征与产能格局初探

氦气作为关系国家安全和高新技术产业发展的关键性稀有气体资源,在液体燃料火箭发射、深潜水等多个领域应用广泛且无可替代。笔者梳理了全球氦气资源分布与产能概况,总结了全球典型含氦-富氦天然气藏地质背景及其时空分布规律,探讨了全球氦气资源潜力和产能格局,并提出了推动中国氦气产业高质量发展的相关建议。研究结果显示,①全球氦气资源和产量分布极不平衡,主要分布在美国、卡塔尔、阿尔及利亚、俄罗斯、波兰等国,2021年全球氦气总资源量和探明储量分别为484×10^(8)m^(3)、121×10^(8)m^(3),产量为1.6×10^(8)m^(3)。②全球工业利用的氦气资源主要赋存于含氦、富氦天然气藏中,主要为壳源型,少数为幔源型;从晚元古代到新生代均有产出,主要分布在板块边缘隆起、陆内裂谷和深大走滑断裂带3类构造环境;优质氦源岩是形成富氦天然气藏的物质基础。③全球氦气资源潜力巨大,产能发展态势良好,出现“氦热潮”,或将改变世界氦气供需格局,全球氦气供应市场将由单极走向多元。④面对全球氦气资源现有格局和发展热潮,中国氦气发展挑战与机遇并存,亟需开展氦气资源调查评价与勘查示范,建立健全国家氦气资源战略储备管理机制,构建多元化供应体系,推动氦气产业高质量发展。

富氦天然气藏氦源岩特征及关键评价参数

对氦气成因与来源的研究是氦气资源勘探中的关键和核心内容之一,其不仅可以为氦气成藏机制的建立提供理论基础和支撑,也可为富氦天然气藏预测提供关键证据和认识。为此,基于前人研究成果,系统梳理了富氦天然气藏中氦源研究现状与研究方法,总结了壳源氦源岩的特征和关键评价参数。研究结果表明:①天然气藏中氦气的3个主要来源为大气源、壳源和幔源,现有研究富氦天然气藏中的氦多数以壳源氦贡献为主;②壳源氦的氦源岩从根本上决定了气藏中氦气含量,其通常为富含铀、钍放射性元素的古老岩石,如地壳中花岗岩、富有机质页岩、变质岩等,其中古老的基底花岗岩是全球大部分富氦天然气藏的主要氦源岩;③富有机质页岩由于生烃能力较生氦能力强,天然气作为运载气的同时也将生成的氦气稀释到工业品味以下,难以独立作为富氦天然气藏的氦源岩。结论认为,目前对有关氦源岩的研究还不够系统和深入,为了建立氦源岩评价体系,提出了4个氦源岩关键评价参数,分别为氦源岩石类型、氦源岩铀、钍元素丰度、氦源岩形成年龄及氦源岩体积规模,以期为氦源相关理论研究奠定基础。

苏北盆地溪桥含氦天然气田地质特征及含氦天然气勘探前景

苏北盆地具有聚集含氦天然气的特殊地质条件，在盆地的若干气井或气田（ 藏） 中较普遍地发现了氦。溪桥气田为苏北盆地首次发现的含氦天然气田，含氦量为０．５８ ％ ～１ ．０６％ ，达到或超过氦工业品位（ 含氦量为０．３ ％ ）；气田地质时代较新，储集层为上第三系砂岩；气藏埋藏浅，气层埋深仅３８０ｍ 。气田中的氦以幔源为主，与氮及无机成因的ＣＯ２ 相伴生。含氦气田叠覆于以海相地层为储集层的大型ＣＯ２ 气田之上，两者具有一定的成生联系，该气田的发现表明苏北盆地具有良好的含氦天然气勘探前景。图４ 表２ 参３（ 郭念发摘）

塔里木盆地西北部氦气富集特征与成藏条件分析

氦气作为一种用途广泛的稀有非烃类气体,在一些油气藏天然气组分中不断被检测到,其中不少达到或超过了工业开采标准。从综合利用氦气资源考虑,对塔里木盆地西北部氦气富集特征和成藏条件进行了分析。通过石油钻井和测试资料分析表明,塔里木盆地雅克拉、沙西2号、巴什托和亚松迪等油气藏天然气组分中氦气含量较高,氦气作为天然气伴生物而富集成藏。其储集层位为下奥陶统、上石炭统、下二叠统和下白垩统,主要富集在构造圈闭高部位或油气藏顶部;其成因特征以壳源氦为主,有少量幔源氦的加入;二叠纪火山活动提供了丰富的氦源;深达基底的断层为深部氦气向上运移的通道,良好的封盖条件有利于氦气富集成藏与保存。