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持续深入研究页岩油气富集机理

时间:2024-10-28 13:59 来源:2024石油与装备10月刊

近期,我国页岩油 气勘探取得了较 大进展,页岩气 呈现出产量快速 增长的态势。截止到 2023 年, 我国探明了近 3 万亿页岩气,主 要分布在四川盆地,也建成了 8 个海上气田。根据国土资源部的 评价,页岩气资源量达到了 21 万亿,四川盆地占了一半以上。 深层页岩气这几年取得了战略性 突破,实现了“走出涪陵”。近 几年,无论是中石油还是中石化, 在四川盆地的深层页岩气取得了 一些实质性进展,获得一批高产 气田,效果非常明显。
 
 取得的突破
 
在新层系勘探开采取得了重 大突破,走出滞留系,在寒武系 一批井也取得了高产。例如,中 石化西南分公司的两口探井,一 个是金石 103 井,寒武系测试获 得了 25 万方的高产,金页 3 井 获得了 82 万方的高产。前段时间, 资阳2井测试在寒武系获得了 125 万方高产,埋深 4700m。另 外,近期在二叠系海上页岩气勘 探取得了实质性突破,大龙组、 吴家坪等都获得了高产。 在涪陵气田实现了立体开发, 随着工作进展,人们逐渐认识到 近 50m 页岩都是富气的,在上面 进行了立体开发,效果非常好。 通过立体开发,采出率实现了大 幅增长,原来焦石坝采出率大概 12% 左右,有望提升到 44%。 在 页 岩 油 方 面, 截 止 2023 年 底, 全 国 探 明 页 岩 油 储 量 是 16.9 亿吨,累计上报的三级储量 超过了 60 亿吨,建立了三个国家 级示范区,即吉木萨尔、大庆古 龙和胜利济阳。济阳页岩油最近 勘探效果较好,获得了一批高产。 如 22 口井初期日油超百吨,累产 过万吨,FY1 井 90 天累产油就 过万吨。
 
富集机理研究
 
对比于北美,我国情况是“老的老,少的少”。我国也经历了 复杂多区的构造运动,含油气差 异大,“老的老”是我国海相层 系的主要是五峰 - 龙马溪组。“少 的少”是指我国的页岩油主要分 布在东部产区,虽然在四川盆地 侏罗系也取得了突破,但是东部 这些盆地大部分都是中新生带盆 地,热演化程度相对低,而北美 的页岩有热演化程度稍微高一些, 我国只有在松辽热演化程度较高 一些,但它的流动性还是受一些 影响。 对页岩油气富集机理的研究, 这几年持续在做工作,特别是页 岩气里提出了“二元富集”规律 新认识。
 
国家页岩油气都有一个 二元富集的特征,沉积环境是富 集高产的基础,保存条件是富集 高产的关键。这三个实际上是它 的匹配关系,只是说沉积关系决 定了源储耦合关系,控制了页岩 油气富集类型。良好的保存条件 是成藏控产的关键。热演化程度 更多控制流体的性质,与源储耦 合和保存条件共同控制了孔隙特 征。如果就这三个要素来说,实 际上沉积环境是基础,保存条件 是关键,热演化程度只是决定了 流体的性质,对于是否富集并没 有起到很好的作用。 沉积环境决定“源储耦合” 关系,控制页岩油气富集类型。
 
 海上页岩气研究提出一个观点, 深水陆棚相优质泥页岩发育是页 岩气成烃控储的基础,通过对五 峰 - 龙马溪组页岩的研究,发现 页岩内部它的含油气性的差异, 它的沉积、成岩矿物的差异,实 际上通过有机质和矿物成因的研 究,发现不同海洋环境的有机质 和矿物质存在的差异,特别在深 水相的纹相,它的有机质和硅质 矿物都是生物成因。 在重庆漆辽深水陆棚相区, 具有高碳富硅的耦合规律,可以 看到有机质含量比较高。把每一 颗样品里面硅质的个数挑出来, 可以看到深水陆棚相里面每一颗 样品里面硅质矿物质的个数有成 百上千个,它的硅也是生物成因。 它高碳生气量大,富硅脆性比较 好,可以看到在深水陆棚相里面 有机质和硅质是呈明显正相关的 关系,叫良好的耦合规律,因为 都是生物成因。 无论是浅水陆棚还是深水陆 棚,泥页岩的类型发生了一些差 异,它的有机孔的孔隙类型发生 了差异,孔径大小也有明显的差 异,在深水陆棚相区孔径还是相 对比较大的,孔隙类型也比较好。
 
为什么会出现这种现象?过去认 为矿物的脆性好有利于压裂,实 际上它不仅仅有利于压裂,还有 利于储集。 这里面还有成岩演化的问题, 早期主要是蛋白石,蛋白石随着 埋藏深度的增加,大概在 40 到 70 度的时候,它从不稳定向稳定 转变,从蛋白石转化成了高硬度 的石英。高硬度的石英伴生大量 的粒间孔,大家都知道石英抗压 作用比较强,在高温高压下有机 质的发育和聚集、转化提供了空 间和保护。可以看到这是白色的 石英,中间实际上是大量的有机 质孔,这有机质孔是沥青孔,页 岩油在转化成页岩气过程中形成 大量的沥青孔。沥青有机质抗压 作用是很弱的,石英很强,粒间 孔的存在给有机孔的富集打下了 非常好的基础。
 
另外一个现象,大家说页 岩油气是纳米级的孔隙,但真 正改造的是纳米孔隙吗?如果 从这点来看,我们更多改造的 是粒间孔,每压开一个粒间孔, 就有成百上千个沥青孔。这实 际上就是为什么压开以后能够 高抗稳产 的基础。所以深水陆 棚相区具有生气量大、孔隙度 高、易压裂的特点,是页岩气 成烃控储的基础。 这一点沉积相的控制作用在 陆相页岩油里面的表现特征也非 常相似。富有机质泥页岩主要分 布在半生活生物相区,这个地方 有利于有机质的保存。受沉积环境的控制,实际上在湖相页岩里 面,各种岩相和沉积相往往呈环 态状展布。大家更加关心碳酸盐 这套岩相,主要分布在湖盆中央 和缓坡地区。长英质泥页岩主要 分布在湖盆边缘。当然到了湖心 区,实际上长英质页岩是广泛分 布的。
 
实际上岩相和有机相的组 合对生储特征的差异控制还是非 常明显的,虽然都是湖相的页岩, 实际上水体相态变化还是比较大 的,有的时候是淡水的湖盆,有 的时候是咸化的湖盆。 这两种不同的环境对控制作 用非常明显。在咸水湖盆区,比 如说像济阳的砂 4 是咸化湖盆环 境,这套页岩的碳酸盐含量比较 高,它的保存比较好,这是它有 利的条件。对淡水湖盆长英质 - 黏土质页岩岩相发育,有贫硫有 机相,它相对来说是氧化环境, 所以它富有机质生物的改造作用 还是比较明显。
 
页岩油气富集类型
 
基于源储关系划分出三种页岩 油气富集类型。当然现在很多专家 经常容易有时候把页岩分类和页岩 油气富集类型的分类搞在一起。如 果纯粹页岩分类是岩石学分类,是 有一套非常成熟的分类方案。但是 从工业生产的角度,页岩油气富集 类型的分类一共分为三类:一个是 源储分离的,就是深油层和储集层 页岩是相对分离的,有时候是互呈 夹层型,就像四川盆地下寒武统筇 竹寺组有一部分,芦草沟组就是上 甜点和下甜点,和页岩是相对分离 的。
 
所以认为它是源储分离的,它 的地质特征就是源储分离是近源富集,在页岩里面夹着一些薄层的砂 岩和灰岩,这些有利的储层进而捕 集了页岩生成的油气形成的页岩油 气的富集类型,页岩油、页岩气这 两种类型都可以富集高产,典型代 表就是鄂尔多斯长 7(1-2)亚段。 另一个就是源储共存,典型的代表 就是混积页岩,像济阳砂 4 那一带, 实际上它也有一个微运移的特点, 整体是含油气的,混积页岩里面, 泥质的纹层,富有机质纹层生成烃 类,中间这些碳酸盐的纹层形成微 运移富集成藏。宏观看源储共存是 在一起的,但是它实际上有一个微 运移的过程,这个对页岩油、页岩 气都可以拿到高产。
 
另外就是源储 一体,目前比较大家熟悉的,黏土 页岩、硅质页岩和钙质页岩,更典 型的就是像五峰 - 龙马溪组底部 这套深水陆棚相的页岩。 目前从全球来看,这套源储 一体类型里面,页岩气普遍能达 到高产,像北美的马赛勒斯页岩 和五峰 - 龙马溪组底部的这套页 岩能达到高产,对于页岩油来说 很难达到高产。包括马赛勒斯页 岩,它一部分是富含页岩油的, 但是它的页岩油没有实现商业开 发,它的页岩气部分实现了商业 开发,再造它的孔隙类型和改造 效果差异是非常明显的,即刚性 层和泥质层的匹配关系。所以基 于它源储的耦合关系,分为源储 分离、源储共存和源储一体这么 三种类型。
 
重点攻关方向
 
我国和北美的页岩油从资源 量来说差距不大,但是北美的页 岩油已经实现了高效开发,已经 实现了能源独立,而我国问题还 是比较多,一个是要加大勘探力 度,建立油气资源的分级分类评 价体系,加大勘探力度;二是要 加大迭代创新步伐,攻关关键问 题,可以看到北美页岩油迭代创 新步伐是很快的,但是我国很慢, 所以要加强迭代创新的步伐;三 是要提高采收率;四需要实现全 生命周期的管理。通过上述几点 工作方向,未来我国页岩气开发 将会更上一层楼!
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