常规与非常规油气聚集类型、特征、机理及展望——以中国致密油和致密气为例.doc

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1、第 卷 第 期 石 油 学 报 年 月 文章编号 ： （ ） 常 规 与 非 常 规 油 气 聚 集 类 型 、 特 征 、 机 理 及 展 望 ， 以 中国 致 密油 和 致 密气 为 例 ， ， 邹才能 朱如凯 吴松涛 杨 智 陶士振 ， 袁选俊 侯连华 （ 杨 华 徐春春 李登华 ； 白 斌 王 岚 ； 中国石油勘探开发研究院 北京 提高石油采收率国家重点实验室 北京 中国石油长庆油田公司 陕西西安 ； 中国石油西南油气田公司 四川成都 ） 摘要 ：油气勘探开 发领域从常规油气向非常规油气跨越，是石油工 业发展的 必然趋势，二者 在油气 类型、地质特 征及聚 集机理 等方 面明显不同。常

2、规油气研究 的灵魂是成藏，目标是回答圈闭是否有油气 非常规油气研究 的灵魂是储层； ，目标是回 答储集有多 少油 气。非常规油气主要表现在连续分布、无自然工业产量。目前，常规油气面临非常规的问 题，非常规需 要发展成 新的 “常规 ”。伴随 展布，圈闭界限明 显，储集体发育毫米级 微米级孔喉系统，浮力成藏。非常 规油气 聚集包 括致密 砂岩油 和气、致密碳 酸盐岩 油和 气、页岩油和气等，一般源储共生，大 面积连续或准连续分布于盆地斜坡或中心，圈闭界限 不明显，页岩系 统储集 体 广泛发育纳 米级 孔喉 浮力作用受限， ，油气以原位滞留或短距离运移为主。以中国重点盆地致密油和致密 气为例 系统

3、分 析了其地 质特征与勘 探潜， 力。非常规油气储集空间主体为纳米级孔喉系统，局部发育微米 毫米级 孔隙，其中页岩气 储层孔径 为，致 密灰岩 油储 的快速发展，提出 了 “纳米油气 ”的概念，指出 “纳米油气 ”是未来石 油工业的 发展方向， 需要 发展纳 米油气 透视观 测镜、纳米油 气驱 替剂 纳米油气开 采机器人等换代技术 油气智能化时代将随之到来、 ， 。 关键词 ：常规油气 ；非常规油气；页岩系统油气；纳米油气；致密油；致密气；页岩气；页岩油；连续型油气聚集 ， ， ； ， ， ， ； ， ， ， ） ， ， ， ， ， ， 。 、 ， ， ， 。 ： ： ， ， ： ， ， ，

4、， （ ， ， ， ； ： ， ， ， ， “ ” ， ， ， ， ， ， ， ， 、 、 。 ： ， ， ， ， ， ， ， 基金项目 ：国家重大科技专项 “岩性地层油气藏成藏规律、关键技术及目标评价 ”（）资助。 第一作者及通讯作者 ：邹才能，男，年月生，年毕业于西南石油学院，现任中国石油勘探开发研究院副院长兼总地质师、博士生导师、李四 石 油 学 报 年 第 卷 ， ， ， ， ； ； 不断 下降 ，具 有较大 资 源 潜 力 的非 常 规 油 气 逐 渐成 为 储量 规 模 的 和 ；后 者 以 非 常 规 油 气 资 源 为 新的 领域 ，受 到各 个 国家 和石 油公 司的 高度

5、重视 ，并引 主，到年 ，加拿 大油 砂、巴西 盐下 深水油 气与 美国 ，推动 世界 油气 新秩 序的 形成 。 到具 有 中 国 特 色 的 陆 相 生 油 理 论 、源 控 论 、 北美 以 “海相 ”为 主 的非 常 规 模 式，引 领 了 全 球非 复式 油 气 聚 集 带 理 论 、煤 成 气 与 天 然 气 成 藏 理 常规 油气 勘探 开发 进 程；中国 以 “陆 相 ”为 主 的 非 常规 论 和 岩性 地 层油 气藏 与大 面 积成 藏 理论 ，传 模式 创新 ，将 为陆上 油气 勘探 开发 提供 理论 依据 ，尤其 寻找 有效 的聚 油圈 闭 是 油气 勘 探 的 核 心

6、；非 常 规 油气 气产 量基 地建 设，提 供重 要的 资源 保障 ，成 为增产 和稳 系统 和大 面 积连 续 型 油 气 聚 集理 论 的 提 出 ， 产的 基础 。 松辽 盆 地正 在 稳 定 的 一 个 “常 规 大 庆 ”： 淡化 了圈 闭成 藏概 念，强 调 原 位滞 留 或 短 距 离 运移 的 常规 构造 圈闭 资源 是 过去 上 产 的 主 体，而 致 密 油 气是 页岩 系统 源储 共生 型 油 气聚 集 ，寻找 有 效 储 集 体 成为 未来 稳产 的主 角； 渤 海 湾 盆 地是 正 在 持 续 发 展的 一 源规 模达 与 常规 石油 资 源基 本相 当 非 常 气

7、是 增储 上产 的主 体 塔里 木盆 地正 在建 设一 个 深 达 预计 到年产量达 全 球非 岩缝 洞油 气和 致密 气 等是 发 展 的 主 体 四 川 盆 地是 常规天然 气资源规模 达 ，是常规天 然气资 有潜 力正 在发 展一 个 常 规 与 非常 规 大 庆 体 现 在各 产量的 。 年，中 国 非常 规油 气探 明 储量 已 常规与非常 规油 气的 本 质区 别在 于 是否 受 圈闭 控 全球 非常 规油 气勘 探开 发取 得三大 创新 ：一 是 “纳 研究的灵魂是成藏，目标是确定 圈闭是否有 油气；非常规 米级 ”连 续型 油气 聚集 的 地 质理 论 创 新 ；二 是 形 成

8、 “人 油气研究的 灵 魂是 储 层，目 标是 确 定储 集 了多 少 油气。 造渗 透率 ”的 水平井 多级 体积 压裂 的核 心技 术创 新；三 目前，常 规油气 面临 非 常规 的 问题 ，常 规领 域 的难 动 用 是 “工厂 化 ”平 台式 低成 本的 开发 模式创 新 。在三 大创 储量、剩余 的致密 储层 等 成为 非常 规 油气 ，而 致密 油 和 新体 系的 支撑 下，油 砂、重油 、致密 气、煤层 气等已 成为 气、页岩油 和气等非常规 需要发展成 新的 “常 规 ”。随 理 全球 非常 规石 油天 然 气 勘探 开 发 的 重 点 领域 ，页 岩气 论技术进 步，非常规可

9、以 向常规转 化。由 常规 油气到 非 成为 全球 非常 规天 然 气 勘探 开 发 的 热 点 领域 ，致 密油 常规油气 的转变，核心 在 于油 气储 集 单元 性 质的 改 变。 气的 突破 ，改 变了全 球能 源传 统格 局，形成 了以中 东为 泛发育纳 米级孔喉连 通系统，明显 不同于 常规 油气储 集 核心 的东 半球 油气 版 图，以 及 以 北美 为 核 心 的 西 半球 单元，进一 步导 致了 二者 聚 集机 理 的差 异 性。基 于 此， ， ， ， “ ” ， ： ； ； ； ； ； ； 起石油 地 质 学 理 论 的 创 新。 从 背 斜 理 论 、圈 闭 理 、 、

10、。 ， ，。 ， ， ”： ， 。 制、是否连续分布、单井是否有 自然工业产量。常 规油气 “ ” ， 油 气 版 图 。 目 前，前 者 以 常 规 油 气 资 源 为 主 ，截 至 笔者系统 对 比 了 常规 油 气 与 非 常 规油 气 类 型、地 质 特 年 底 全球 常规 石 油 剩 余 探 明 储 量 征 分布及 聚集机 理的 差 异性 以中 国 近期 非 常规 油 气 第 期 邹才能等：常规与非常规油气聚集 类型、特征、机理及展望 以中国致密油和致密气为例 重要勘探 领域 致密油 和致密气为例 ，详细 阐述了 国 内外典型 致密油气的 地质特征与 形成条 件，最 后对非 常 规油

11、气的 研究意义和 纳米油气工业 时代进行了 展望。 油气聚集主要类型 油气 聚集 方式 包括 单体 型、集 群型 、准 连续型 与连 续型 种 基本 类 型。 常 规 油气 包 括 单 体 型 和集 群 型 ， 其中 单体 型主 要为 构造 油气 藏，油 气聚 集于 构造 高点 ， 要为 岩性 油气 藏和 地 层 油气 藏 ，油气 聚 集 于 较 难 识别 的岩 性圈 闭和 地层 圈 闭中 ，平 面上 呈 较 大 范 围 的集 群 表），平面 上呈 大面 积准 连续 型 或连 续 型 分布 。 准连 续型 油气 聚集 ，包括 碳酸 盐岩 缝洞 油气 、火 山岩缝 洞油 气、变质 岩裂缝 油气

12、、重 油、沥 青砂 等；连续 型油气 聚集 是非 常规 油气 主要 的聚 集模 式，包 括致 密砂 岩油 和气 、 致密 碳酸 盐岩 油和 气、页 岩 油 和 气、煤 层 气、浅 层 生物 气、油页 岩、天 然气 水合 物等 （图 和表 ）。 从 资 源丰 度看 ，非 常 规 油 气 资 源 占 据 总 资 源 的 主 体，比 例 达 ，常 规油气 资源 仅占 左右（图）。 图 常规与非常规油气聚集类型分布 资源类型 表 油气资源类型划分 分布特征 聚集类型 实 例 常规油 单体型 构造油气藏 松辽 盆地大庆长垣 气聚集 集群型 岩性油气藏 松辽盆地 、渤海湾盆地 地层油气藏 准噶尔盆地西北缘

13、 碳酸盐岩缝洞油气 、 塔里木盆地台盆区 、 准连续型 火山岩 变质岩缝洞油气 新疆火山岩 渤海湾大民屯元古界 重 油 渤海湾盆地 沥青砂 准噶尔盆地西北缘 致密砂岩油和气 鄂尔多斯盆地 、 ，四川盆地 非常规 油气聚集 连续型 致密碳酸盐岩油和气 页岩油和气 煤层气 油页岩 水合物 四川盆地 四川盆地 、 沁水盆地 松辽盆地 南海北部斜坡区 正向 构造 单元中，如中 东 地区 前陆 盆 地山 前 大型 构 造， 常规油气分布特征与聚集机理 分 布特 征 墨西哥湾 等深水大 型构 造，中 国松辽 盆地 白垩 系（）长 垣构造 、库车前 陆冲断带 、准噶尔西 北缘等 ，具有常规 二 常规油气 藏

14、主要发育 在断陷盆地大 型构 造带、前 陆 冲断带大 型构造、被动 大陆边缘以 及克 拉 通大 型隆起 等 级构造单 元控制 油 气分 布的 特征 。油 气或 聚 集于 构 造 高点，平面 上呈孤 立的 单 体式 分布 ；或 聚集 于 岩性 圈 闭 （ ）； 。 （ 石 油 学 报 年 第 卷 和地层圈 闭中 ，平 面上 呈 较大 规 模 的集 群 式 分布 （图 ）。 ， ，平 均 。针 对 以 寻找 有 ， 和表 流 体分异作用 强 具有统一的 油气水界面和 压 效聚 油圈 闭为 目标 的 常规 油 气 勘 探 如 何 有 效 识 别地 力系统，相 对于大 面积 连 片分 布的 非 常规

15、油 气聚 集，常 规油气展 布范围受圈 闭控制，储层 物性 好。具 有资源 丰 度较高，单 井自然工业 产量较高，开发 难度低等特点 。 聚 集机 理 常规 油气 藏储 集体 发育 毫米 级或微 米级 孔喉 介质 （图 ），毛细 管阻 力较 小，符合 达 西渗 流 规 律。 油 气从 烃源 岩排 出后 ，经浮 力驱 动发 生二 次运 移，通过一 系列 输导 体系 ，在 相对独 立 的 常规 圈闭 ，在 相对低 势区 聚集 成藏 （表 ），具 有 明确 的 圈 闭 度 量 要 素 。 浮 力作 用 下 油气 “渗 流 ”或 “管 流 ”成 藏 是常 规 油 气 的 根本 特 征 ，从 烃源 岩到

16、 圈闭 ，贯穿 油气 成藏 始末 ，也 决定了 单个 油气 藏的 规模 和范 围（图 ）。 圈闭 的 有效 性 ，即 油 气生 成 、 运移 、聚 集和 保存等 多种 地质 条件 的时 空配 置，是 常规 油气 地 质 理 论 与 勘 探 实 践 的 重 要 内 容 。 按 照 圈 闭定 型 时间与大规 模油气排聚 时间的匹 配关 系，可分 为 种 类型，早圈 闭 型、同 步 圈 闭 型 和 晚圈 闭 型。 只 有 那 些在油气 区域性运移 以前或同时 形成的 圈闭，即早圈 闭 型与同步 圈闭型对油 气的聚集才是 有效的。 具有 毫米 微 米级 孔喉 连通 网络的 常规 油气 储层 物性 较好

17、 ，如 塔里木 盆地 库车 凹陷 克拉 气 田，孔 喉直 下构 造、岩性 地层圈 闭、评价 圈闭 的有 效性是 勘探 工作 的核 心 。 三维 地震 精细 勘探 、测井 识别 流体 技术 、直井 注水 开发 、酸 化压裂 等 常 规 技 术在 油 气 勘 探 开 发过 程 中应 用广 泛。 图 油气聚集孔喉结构模式 表 常规油气聚集与非常规油气聚集特征对比 项 别 聚集单元 储层特征 源储配置 水动力作用 运移方式 渗流机理 油气水关系 分布和聚集 技术应用 常规油气聚集（非连续圈闭聚集） 非常规油气聚集（连续型储层聚集） 构造、岩性与地层等常规圈闭 无明显界限的非闭合圈闭 常规毫米 微米级孔

18、喉 非常规纳米级孔喉，滞留作用明显 一般源外成藏，排聚时刻匹配 大面积源储共生 明显，重力分异、浮力聚集 不明显，流体分异差、浮力作用受限 远距离二次运移为主 一次运移或短距离运移 达西渗流或管流 滞留、非达西渗流为主 上油 气下水、压力 系统界 面明显，单井 无统一油气水界面与压力系统，饱和度差异 有自然产量 大，一般油气水共存 单井无自然工业产量、 有 “甜 点 区 ” 直井 酸化压裂等常规技术、 水平分支井 分段分层压裂等特殊技术、 储层中 ；纵向上，多 层系叠 合连片含 油，形成 大规模展 布 非常规油气分布特征与聚集机理 分 布特 征 的油气聚 集。流体 分异 差，无 统一 的 油

19、水 界面 ，油、气、 水常多相 共存，含油气饱 和度变 化大，具 有 “整 体普遍 含 非常规油气 主要分布于 前陆盆地 坳陷 斜坡 ， 、坳 陷 油气 ”的特 征，一 般单 井 无自 然工 业 产量 。如 鄂尔 多 斯 盆地中心 及克拉通向 斜部位等负 向构造 单元 ， 如北美 前 盆地延长 组致密大 油区（图 。 ），油 层大 面积 连续 分布 于 陆大型斜 坡 。 中国鄂尔 多斯盆地 中 生界大 型坳 陷湖盆 中 ， 斜坡等部 位 非常 规 油气 勘探 进程 从 泥岩 页 生排 油 气 ， “ ” 心等 油 气并不局限 于二级构造 单元 ， 而 是涵 盖了盆 地 ， 向泥岩页 储聚油气发

20、展 甜点 ， “ 核 心区控 制下 的有利 区 ”， 中心及斜 坡 、 有效 勘探 范 围扩 展至 全 盆地 。 ， 油 气具 有 大 是优先开 发的 重点 对象 ， 、 先 富后 贫 最终 实 现油 气 资 面积分布 丰度 不均 一的 特 征 ， 平 面 上 油 气 或滞 留 在 源的整体 开发 ， ， ， 盆地中心、斜 坡等大 面积（准）连 续型 分布， 、 ， 水 平井 。 分 段分 层压 裂 等特 殊 技术 实 现 烃源岩内 或连续分布 于紧邻烃源 岩上下 的大 面积致 密 了工业化 开采 第 期 邹才能等：常规与非常规油气聚集 类型、特征、机理及展望 以中国致密油和致密气为例 图 鄂

21、尔多斯盆地上三叠统延长组致密油剖面 （ ） 聚 集机 理 ， ， 非常 规油 气储 集 体 广泛 发 育 纳 米 级 孔喉 系 统 是 介于 致 密砂 岩油储 层孔 喉直 径介 于 大面 积连 续型 或准 连 续 型油 气 聚 集 的 根 本特 征 ，决定 ，致 密 灰 岩 油 储 层 孔 喉 直 径 介 于 了油 气呈 连续 或准 连续 型分 布。 根据 中国与 北美 典型 ， （图 ）。连 续 型油 气 聚 集 具 有 两 个 关 键 地 质 特 征 ：一 ， ， 的非 常规 储层 纳米 级 孔 喉 分 布 统 计结 果 页 岩气 是源 储共 生 大面积 层状 含油 气储 集体 连续 分布 无明 图 全球典型非常规油气储层纳米孔喉分布 ， 石 油 学 报 年 第 卷 显圈 闭与 油 气 水 界 限 ；二 是 非 浮 力 聚 集 ，油 气 持 续 充 注，不受 水动力 效应 的明 显影 响，无统 一油气 水界 面与 压力 系统 。与 常规 油 气 聚集 不 同 ，非 常 规 油 气 聚 集突 破了 从烃 源岩 到圈 闭 的 含油 气 系 统 概 念，聚 集 动 力以 烃源 岩排 烃压 力为 主，受 生烃 增压 、欠