中国陆相页岩油勘探理论与技术进展

陆相页岩油是一个全新领域,近期的勘探实践已在鄂尔多斯盆地、松辽盆地、渤海湾盆地、准噶尔盆地、柴达木盆地等不同页岩层系取得了重要进展,截止2022年底,页岩油探明、控制、预测三级地质储量达44亿t,2022年产量达318万t。页岩油勘探理论和技术也取得了一系列进展,创新了有机母质类型分析与有机质生排烃实验、储层表征技术、页岩油赋存状态与含油性分析、保压取心与现场测试等页岩实验测试分析技术,基本上能满足页岩油相关实验测试要求;在细粒沉积与有机质富集机理、陆相页岩纹层结构与组合类型、储层孔缝结构与储集性、页岩油富集机理取得了一系列新的认识,指导了重点地区选区选带评价研究。研发了烃源岩品质测井评价、储层品质测井评价、工程品质测井评价、岩石物理敏感参数分析和定量预测、多任务学习储层参数预测、各向异性地应力预测、水平井地震地质导向评价、富集层(甜点)综合评价等技术,并推广应用,在页岩油储量提交、甜点区优选、水平井部署、随钻导向预警和钻完井工程改造方面提供了重要且面向全周期的技术支撑。但陆相页岩油规模勘探与效益开发目前还面临诸多挑战,必须建立全新的研究内容与研究重点,特别需要把研究精度升级并要加强微观研究,加强固/液/气多相多场耦合流动机理研究,加强多学科交叉研究等,以建立页岩油成藏新学科。

陆相页岩油可动烃富集因素与古龙页岩油勘探潜力评价

通过对中国主要中高熟页岩油探区的地质特征和生产实践分析,结合分析化验结果,提出陆相页岩油能否投入规模开发需要兼备3个条件:初始产量有经济性、单井累计采油量有经济性与经试采证实的可动用储量有规模,明确了可动烃数量与品质是决定页岩油能否经济开发的关键,也是页岩油富集区/段评价需要关注的重点。研究提出可动烃富集评价指标包括:(1)形成滞留烃的物质基础,以TOC>2%为必要条件,3%~4%最好,母质类型为Ⅰ—Ⅱ1型;(2)滞留烃流动性,与烃组分构成及其中轻/重烃组分流动特征密切相关,可从热成熟度(R_(o))、气油比(GOR)、原油密度、烃组分构成品质、保存条件等方面评价;(3)工程关联要素,包括孔喉主分布区、储集物性(含裂缝)、页理特征与成岩阶段。据此建立3类13项评价指标及参考值,评价认为古龙页岩油轻质油带可动烃富集条件最有利,其次为稀油带和黑油带,其中R_(o)>1.2%、压力系数大于1.4、有效孔隙度大于6%、原油密度小于0.82 g/cm^(3)与GOR>100m^(3)/m^(3)的轻质油资源量20.8×10^(8)t。古龙页岩油可依据页岩油流动特征,按资源甜点、工程甜点和致密油型甜点分类勘探开发,是中国最具希望实现规模突破和建产的陆相页岩油分布区。

中国典型咸化湖盆页岩油富集与流动特征及在“甜点”评价中的意义

咸化湖盆主要发育混积型页岩,长英质、碳酸盐矿物含量高,黏土矿物含量低,有机质形成液态烃时间偏早,但有机质丰度变化较大,且页岩油密度、黏度较高,流动性总体偏差。分析中国典型咸化湖盆页岩岩石组构、页岩油物性与流动性特征,总结提出“甜点”评价关键要素。有机质丰度较高(总有机碳TOC>1.5%或者2.0%)且单层集中段厚度较大(10~15 m或更大)的咸化湖盆页岩,在中低熟阶段(镜质体反射率R_(o)<0.8%)就可形成较多滞留烃,且纵向上具良好的源储组合,有利于页岩油近源微运移,形成富集段;混积型页岩黏土含量较低,对液态烃吸附总量较小,且页岩具有较好脆性,可保证地下可动烃数量较多,人工改造也可形成较好导流效果;页岩油主要赋存于黏土层微纳米孔隙和碳酸质与长英质层超压成因的微裂缝和构造缝中,非均质性极强,但多组分烃和非烃通过混相可改善重质烃和非烃组分的流动性,支撑中低熟液态烃有较高的流动量。此外,良好封闭性是形成异常高压的重要条件;足够高的现今地层温度(最好大于120℃)可提高中低熟页岩油地下流动性,合理的生产制度可保障多组分烃和非烃最佳混相从而形成最大流动量。具备上述条件的咸化湖盆中低熟页岩油称为“甜点”靶体,可用水平井和体积改造等非原位转化技术进行开发,并与需原位转化的淡水湖盆中低熟页岩油并列,构成中国中低熟页岩油两种主要类型,都具有良好的开发潜力,是陆相页岩油革命得于发生的重要资源基础。

四川盆地及周缘前震旦系裂谷特征与油气地质意义

四川盆地及周缘已被证实发育较大规模的前震旦系裂谷,但其在盆地内部的展布及发育特征尚不明确,因此在一定程度上制约了对盆地深部构造格局的认识。为此,在前人研究的基础上,利用最新的重磁电资料,通过联合解译和小子域滤波等新技术对新元古界构造形态进行了研究,同时结合区域地震大剖面的精细解释并辅以航磁资料进行验证,分析了新元古代裂谷的特征及其对上覆地层的沉积控制作用。研究结果表明:①盆地内部自西北至东南共发育3条近乎平行的前震旦系裂谷,其中以川中裂谷规模最大;②裂谷内部发育一系列与裂谷走向近平行的次级正断层,将裂谷内部结构复杂化,形成一系列断陷;③裂谷内断层在平面上呈平行/斜列式、相向/相背平行式及同向平行式组合,对应在剖面上呈阶梯式、垒堑式、地堑式及铲式半地堑式等组合特征;④盆地东北部盆缘露头揭示南华系—陡山沱组在裂谷内发育冰期—间冰期交互沉积,主要为三角洲、陆棚与斜坡盆地相碎屑岩和冰碛岩。结论认为,应用重磁联合解译+井震资料修订+露头剖面验证的新方法,证实四川盆地前震旦系裂谷的存在,且南华纪裂谷边界(主干)断裂控制了上覆地层沉积古地理格局和坡折带的发育,部分裂谷控制了寒武系或早古生界沉积中心的分布,并对后期沉降中心、构造圈闭的形成以及含油气系统有着极为重要的影响。

陆相中高成熟页岩油“组分流动”条件及其在提高页岩油产量中的作用

基于中国陆相页岩油区重点试采井的生产曲线、生产制度、烃产物数量和产出烃构成随时间的变化等资料,开展页岩油精细馏分切割和页岩油组成变化对宏观流动性影响的试验以及分子动力学数值模拟,提出页岩油“组分流动”概念,并对组分流动的形成机理与条件进行探讨。研究表明:(1)在地下页岩微纳米孔隙中,轻烃、中质烃和重烃会按相似相溶原理发生混相,使重烃等难流动组分以分子聚集体方式“悬浮”在轻烃和中质烃溶剂中,从而显著降低其黏度并增加流动性和流动量;(2)小分子芳烃是组分流动发生的载体,气态烃和轻烃含量越高,越利于抑制胶质和沥青等重组分形成尺寸更大的聚集体,并增加其塑性变形能力,组分流动效果越好;(3)较高的地层温度可降低蜡质等重烃组分黏度,提高其流动性;(4)保存条件、地层能量和生产制度对控制轻烃组分含量、流出速度和形成稳定的“组分流动”都有重要作用,是页岩油多组分烃形成最优配伍和最大流动量的重要影响因素。地下页岩油“组分流动”概念的提出对于提高页岩油单井产量和累计采出量具有重要意义。

中国碳酸盐岩沉积储层理论进展与海相大油气田发现

与国外相比,中国海相碳酸盐岩具有克拉通地块小、年代老、埋藏深、改造强等特点,面临台内、内幕、台缘与深层古老层系油气勘探潜力评价等理论技术难题。文章依托国家油气重大专项“十一五”至“十三五”碳酸盐岩项目和中国石油天然气集团有限公司碳酸盐岩储层重点实验室,围绕碳酸盐岩沉积储层开展了有针对性的理论技术攻关,取得4项认识创新:(1)小克拉通台内普遍发育裂陷,沉积分异助推勘探领域由台缘拓展至台内;(2)发现内幕岩溶储层新类型,助推勘探领域由局部潜山区拓展至广泛的内幕区;(3)深层碳酸盐岩储层具相控性,决定储层分布的规模性和可预测性,推动勘探领域由浅层拓展至深层;(4)古老微生物碳酸盐岩具“三元”控储控分布特征,推动拓展了中—新元古界和寒武系盐下油气勘探新领域。上述理论进展填补了国内外碳酸盐岩沉积储层研究的认识空白,同时为塔里木盆地塔中、轮古、哈拉哈塘、顺北和四川盆地普光、元坝与安岳等大型油气田的发现所证实。

我国陆相中高熟页岩油富集条件与分布特征

我国相继在多个盆地陆相页岩油勘探中获得突破,展示了良好的发展前景。基于现阶段勘探认识,本文认为陆相页岩油富集主要条件是:(1)稳定且有规模和适宜热成熟度的富有机质页岩是重要物质基础,以TOC含量>2%,最佳为3%~4%、母质类型Ⅰ和Ⅱ_(1)型为主,R_(o)>0.9%或更高(咸化环境0.8%);(2)有一定容积规模的微纳米孔隙且具脆性的多类储层是重要条件,页岩储层有效孔隙度宜>3%~6%;成岩阶段偏低时,纯页岩段不是中高熟页岩油富集段,致密砂岩和混积岩黏土含量宜<20%;成岩阶段高时,页岩黏土含量可高至40%左右;(3)滞留烃数量大且品质好是重要保证,以S_(1)>2 mg/g为门限,最佳>4~6 mg/g;气油比>80 m^(3)/m^(3),最佳150~300 m^(3)/m^(3);(4)顶底板具封闭性保持超压且滞留足够多轻-中组分烃类。陆相页岩油分布特征是:(1)有外物质注入的深-半深湖相是页岩油主要富集区;(2)具备“四高一保”条件的页岩层系控制页岩油垂向富集分布;(3)页岩组构与岩性组合对富集区/段分布也有重要控制作用。初步评价我国陆相中高熟页岩油地质资源量(131~163)×10^(8) t,其中经济偏好的地质资源量(67~84)×10^(8) t,主要分布在鄂尔多斯盆地长7^(1+2)、松辽盆地古龙凹陷青一、二段、渤海湾盆地沧东、岐口凹陷和济阳坳陷孔店组、沙河街组与准噶尔盆地芦草沟组等层系。

鄂尔多斯盆地三叠系长73亚段页岩有机质转化率、排烃效率与页岩油主富集类型

针对鄂尔多斯盆地三叠系延长组长73亚段页岩油资源主富集类型不清等问题,开展长73亚段页岩有机质生烃转化率、排烃效率与页岩顶底板保存条件等方面研究,并对长73亚段页岩油主富集类型进行评价。研究认为:长73亚段页岩有机质转化率平均为45%左右,有大于50%的有机质尚未向石油烃转化,且成熟度越低,未转化有机质占比越大。已转化石油烃的累计排烃效率平均为27.5%,未转化有机质加上滞留烃占比大于70%;长73亚段页岩的相对排烃效率平均为60%,约40%已转化烃留滞在源岩内部。长73亚段页岩顶底板分别为长71—2亚段和长8段砂岩,之上还有长6段砂岩,已在有孔渗能力的部位形成大规模低孔渗—致密油藏,且长73亚段页岩为负压,压力系数为0.80~0.85,顶底板保存条件较差,滞留烃多以吸附态存在,可动性较差。评价认为长73亚段中高熟页岩油不是主富集类型,但在避开长6段、长8段和长71—2亚段已形成油藏区且断层、裂缝不发育的顶底板封闭性良好部位,应存在流动性较好的中高熟页岩油富集机会;中低熟页岩油资源潜力巨大,是长73亚段页岩油主富集类型,宜通过先导试验准备相关技术并落实资源可利用性与分布。

河套盆地临河坳陷兴隆构造带临河组超压成因及演化特征

河套盆地临河坳陷兴隆构造带不同构造部位超压分布差异大,演化过程复杂。根据测井、录井以及实测地层压力等资料,利用改进的超压识别图版和数值模拟方法及实际地质条件,综合识别研究区临河组超压成因,进一步定量评价不同成因超压的贡献率及演化过程,明确不同构造带超压差异分布规律。结果表明:①研究区临河组超压强度从构造高部位到洼槽区有逐渐增大的趋势,其临河组烃源岩层超压成因主要是生烃作用和欠压实作用,储层中的超压成因主要为超压传递作用和欠压实作用;②研究区不同岩性地层各机制超压贡献构成差异较大,生烃增压对研究区临河组烃源岩层总超压的贡献率为56.68%~89.30%,超压传递增压对研究区临河组储层总超压的贡献率为63.80%~96.09%;③距今5.3 Ma,研究区临河组烃源岩和储层中欠压实增压开始形成,之后平缓增加至现今,烃源岩中生烃增压和储层中超压传递增压分别自5.3 Ma和3 Ma以来开始形成并快速增大至现今。该研究既有助于深化认识临河坳陷深层超压形成机制,又可指导该地区后期的油气勘探工作。