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页岩气革命颠覆传统地质勘探理论

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页岩 革命 颠覆 传统 地质勘探 理论
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1页岩气革命:颠覆传统地质勘探理论作者丨张抗(中国石化勘探发研究院 )以页岩气为代表的非常规油气的发展,改变了传统油气地质学对油气存储及勘探开发的认识,正在引发油气地质学和勘探学理论的改变。美国能源消费、油气进口长期居世界之首。而在短短几年,由于页岩气的快速发展,使美国在 2009 年超过俄罗斯成为第一大产气国,估计 2015 年可实现液化天然气出口,并在其后成为天然气的净出口国。当页岩气产量大增而使气价猛降后,生产者把更多投资转向与页岩气共生、伴生的页岩油,奇迹又发生了。美国石油产量由持续近 30 年的降势转为上升,2008~2011 年石油产量年增长率达 而同期世界平均值仅为 与之相应,美国石油进口依存度持续降低,由 2005 年的 至 2012 年上半年的 页岩气的发展肇始于同属非常规的致密油气,将其开发中以水平井和压裂为主体的技术系列引入同样岩性致密的暗色页岩中,并逐渐适应页岩的诸多特点后,就促成了页岩气、页岩油的大发展。而页岩油气技术的进步和对资源赋存认识的提升,又反过来推动着非常规油气,特别是煤层气的发展。与此同时,非常规的油砂(沥青砂岩)、重(稠)油的经济开发也取得重大进展,特别是纵贯加拿大和美国西部的油砂带和横贯委内瑞拉的奥拉诺科重油带都形成了超大型油田群的规模。作为非常规气的潜力巨大的天然气水合物,也被列入积极探索的目标。从目前的研究看,每一种非常规油气的规模都远大于常规油气,全部非常规油气的蕴藏至少比常规油气大一个数量级。就近期的勘探开发来说,非常规油气已达到与常规油气同等重要的地位。而就未来的供应来看,前者似乎更为重要。从人们对地下资源认识的发展过程看,页岩油气开发的成功使人们对非常规油气的认识更加深化和系统化,促使其完成了向理性认识的飞跃,促成了石油地质学基本理论的创新。改写油气地质理论传统油气地质学的理论可简单概括为著名的“六字真言” :生储盖运聚保。第一,认为有经济价值油气的主体来源于地质上富含有机质的岩层,主要指暗色细碎屑岩,即目前人们概称的“页岩” ,油气地质上称烃源岩或生烃(油气)岩。第二,生成的油气微滴与地层水一起从源岩中排出,运移至油气可以被富集赋存的储层内。油气能被封存而不散失,需要上方或周围有良好的遮盖保护层,于是分散的油气得以聚集而成单位面积内油气含量相当高的可供开采的油气藏。第三,形成的油气聚集要保障在其后的地质历史中不受到破坏,不因各种地质因素使其丧失保存条件,被改造、破坏、散失或变质,这就要强调“保” 字。2根据上述理论假设就形成了如下认识:第一,生烃岩内残存的油气因分散且在正常情况下无法流出不能形成有经济价值的油气藏,不是找油气的目标(目的层)。第二,如果地层因致密使孔隙少而小、气(特别是油)则被迫分散难聚集也难采出,则不能形成有效储层。最常见的这类地层是致密砂岩,亦不适作为勘探开发对象。第三,如果油气藏后期被破坏,轻质组分首先散失形成流动性差的重油/稠油,甚至以半固态的沥青为主形成沥青砂。直到上世纪 70~80 年代,这三类油气在当时的 “常规”技术下很难被采出,或勉强采出也无经济效益,被称为非常规油气。按传统石油地质学理论,油气勘探的主要目标就是寻找地下富集而易采的油气聚集。富集就是要将分散在相当大面积上的油气聚集到相当小的圈闭内而不再逸散。这种局限性的圈闭对于大面积的页岩,可看成是一个“点” 。页岩油气的开发打破了传统的生、储、盖层的概念。根据对页岩油气开发的新认识,暗色页岩既是烃源岩又是储层,其本身也就是盖层,我们可以把部分运移后仍保留在细碎屑岩系中的油气开采出来。过去人们仅注目于排烃、运聚,认为没有排出而“残留” 在页岩系内的油气量似乎不大。但深入研究发现,黏土类矿物的超细微颗粒反而使其有巨大的颗粒总表面积,因而有超大的吸附能力。此外,页岩从宏观上看具非渗透性,但在微观上却有着大量纳米级的孔洞和裂隙,其中的流体(油气和水)在正常情况下没有运移流动的可能,因而构成另一种保存机理。两种机理的叠加,可使页岩内保存大量油气。这种油气因没有富集而以低丰度分散在面状分布的几乎整个页岩层系内,巨大的体积使其有巨大的油气赋存总量。传统石油地质理论认为烃源岩层系特别是单层厚度过大,没有充分的排烃、运移条件,不利于排烃,是一种“无效烃源岩”。而从页岩油气理论的认识来看,这却是难得的有利条件,单层厚度越大,不仅保留的油气量大,而且越容易进行水平井和压裂的施工,往往是首选的勘探对象。所以,根据对页岩油气勘探开发的认识,在页岩油气赋存上生、储、盖合为一体,圈闭不再是必须的条件,运、聚的地位消失了,“六字真言” 被从根本上动摇了。传统油气地质学理论让人们把勘探的目标定在高丰度且可汇流入钻井井筒内的油气赋存上,不但不把页岩作为找油气的对象,而且把其他渗透性孔隙度低(油气地质上称物性差)而影响油气顺利汇入井筒的岩石排除在外。从开采角度定义了严格的物性下限,低于此限的即归为致密、超致密储层,甚至包括部分粗碎屑岩(砂岩、砂砾岩)。这样一来,能列为有效储层的岩石就相当少了。非常规油气开发使人们打破了这种“画地为牢” 的储层概念,不但在开发中按物性划分可采与否的下限不断下降,而且使对岩层孔、渗性的研究由肉眼、偏光显微镜的级别提高到电子显微镜的纳米级别。找油气的领域因而被大大拓宽。3以页岩气风暴为代表的非常规油气的发展,正在颠覆传统油气地质学理论的认识。创新传统油气勘探程序在约一个半世纪以来的近现代油气工业发展过程中,人们在不断进步的传统油气地质学理论指导下去寻找勘探发现油气。勘探思路就是面中求点,从含油气盆地评价的大面积出发,确定利于油气藏形成的区带,进而寻找可供油气富集的圈闭,在圈闭上打探井判断有无具有经济价值的油气藏。发现后集中力量进行评价勘探获得探明储量,进而编制开发方案进行产能建设而投入开采。对这个完整的勘探程序有一个通俗的概括:物探画圈、地质定点、钻井打眼。所谓画圈就是确定圈闭的位置、深度、形状和大小,这个工作由地质家部署的以地震手段为主的地球物理勘探来逐步完成。由于勘探中花钱最多的是钻井,人们总希望把圈闭落实,并对其储层好坏及是否含油气性作出明确判断后再打探井。而实际上人们难以很快准确地掌握地下情况,一般来说,预探中探井成功率能达 30%就算是“好运气”了。由于地质的复杂性,严格按照“六字真言”的条件而富集成藏的岩层并不多,从“面中求点”去找到那个油气富集储存区如同大海寻宝,难度相当大。所以,系统庞大的勘探工程需要根据不断更新的认识而分年度进行,完成勘探过程往往需要一个较长时间(几年、十几年,甚至数十年)的反复工作,需花费相当大的投资。经过几十年、上百年的勘探, 按传统地质学理论,目前地表下容易找的油气赋存目标大多已被发现,常规油气的勘探难度越来越大。而非常规油气勘探摆脱了“圈闭 ”这一条件的束缚,寻找的是大面积赋存的低品位资源。在新油气区仍要从勘探第一步的盆地区域评价做起,做许多基础地质工作,进行以地震为主的地球物理普查。在此基础上要优选区、带,选定预探井。但在许多老油田(区),经过多年工作,人们对非常规油气赋存的可能层位及其性状已有许多基础性认识。如对页岩油气、煤层气已大体知道其地层的空间位置,甚至对其含油气性也可能有大致了解。因此,区域评价工作可以弱化,可直接进入在优选区带上打探井以取得油气页岩层含气性等参数。在勘探过程中打探井发现油气并不很难,关键在于能否找到“甜点” 。“甜点”一词在常规油气勘探开发中就已出现,它多指容易发现且产量相对高的地区。“甜点”对于非常规油气勘探更为重要。这是由于非常规油气多为低品位难采者,其含油气稍好些或稍坏些对经济效益影响较大。特别是初期钻井数量少、工艺措施对局部情况是否适应性还需摸索,因而成本高见效慢。从甜点入手则可使勘探开发信心增大,进展动力大。常规油气的勘探阶段强调发现和优选圈闭,并在其上打出发现井;而非常规油气勘探阶段更强调依托所取得的多项参数进行地震与钻井测井结合的储层精细解释和含油气性预测,以寻找“甜点” 。从这个角度上看,非常规油气勘探初期选定探井时,对研究程度的要求提高,已要求开展常规油气勘探较高级阶段进行的储层评价了。4非常规油气的低品位,使其经济可采性对地质情况的横向变化、非均质性相当敏感,因而试图像常规油气在已知圈闭上勘探那样以少量评价井(数口、多至十余口)钻井来完成储量探明是很困难的。这就需要以较密的评价井去控制一定面积上的含油气性变化。非常规油气多数单井产量递减较快(特别是投产初期),且递减曲线类型在平面上可有较大变化。这就要求要进行较长时间的试采,以对采收率这类至关重要的参数有较可靠的选定,求取可采储量并对经济效益有较合理的估算。显然,在开发阶段,必须充分利用这些已花费巨大投资的探井及相关设施,这就要求勘探开发一体化进行。(来源:中国石化杂志)
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