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开发致密油,我们准备好了吗-论文

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开发 致密 我们 准备 好了 论文
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物质的『生佻就会发生突变,出瑚特殊 能“纳米效应”。纳米油气是指用纳米 技术研究和开采富集在纳米级孔喉储集 系统中的油气,包括页岩油乖口气、致密 油和气等,一般储集层以纳米孔喉为 主,局部发育微米毫米级孔隙。致密砂 质岩油存在介于4∞一g。。中。纳米油气的主要特征是:(1)源 储共生,致密储集层与油气连续分布; (2)源内滞留或短距离运移;(3)以 扩散作用、分子作用、异常高压(排烃 压力)等为主,非浮力富集;(4)一 般单井无自然工业产量,需研发纳米系 列技术。纳米级孔隙的发现丰富了孔隙 类型,使储层孔隙结构特征研究精度大 大提高,为解决非常规储层孔隙特征、 连续型油气富集扪理提供了重要研究思 路与方法,对推动致密油、致密气、页 岩}由、页岩气、纳米油气的工业开采具 有重要科学意义。 针对我国致密油特殊形成条件, 通过对四川究,我国学者提出致密油概念和特 征——致密油是一种特殊类型的大面积 非常规油聚集,没有明显圈闭界限;没 有明显边、底水及}由水界面,浮力与重 力分异不明显,缺少大规模二次运移, 源内或近源聚集;储层具有特低孔渗、 双重介质特征,连续分布在斜坡及凹陷 区,不受局部构造控制而受岩隆陉制。 并认为致密 {,是 指覆压基质渗透率小于或等于0 质岩、灰岩等储集油层、石油经过短 距离运移而富集的非常规油气资源。 2013年,考虑到鄂尔多斯盆地石油勘探 开发实际,我国学者又将储集层地面空 气渗透率小于存于油页岩及 其互层共生的致密砂岩储层中,石油未 经过大规模长距离运移蝴由藏称为致密 油包括致密砂岩油和页岩油两大类。 经过近几年深入研究,我国石油 地质学者从机理上进一步将致密油特 征归结为:(1)大面积源储共生,圈 闭界限不明显;(2)微孔隙流体流 动,非浮力富集,水动力效应不明显; (3)油水分布复杂,异常压力,裂缝 高产;(4)非达西渗流为主;(5)短 距离运移为主;(6)纳米级孔喉连通 体系为主,并认为纳米级孔喉连通系统 是致密}由运移富集机理的根本。 近几年来,非常规连续型油气富 集理论的发展和致密储层中纳米孔隙系 统及其中赋存石油的重大发现,都为非 常规致密砂、灰岩油气的开发提供了科 学依据。它突破了常规圈闭和常舰惜层 高部位富集和找油的理论,为今后非常 规油气资源的勘探和开发奠定了十分重 要的理论基础。这些研究不仅规范和加 深了对致密油特征}向认识,而且也逐渐 明确了微米—纳米孔喉网络系统在致密 油运聚富集中的至关重要的作用。 致密油开发面临的挑战 世界公认,致密油在美国的勘探 开发取得了重大突破,主要取决于其勘 探开发技术的创新,而美国人在致密油 成藏研究方面的报道很少。现已证实, 致密油储层中,纳米级孔隙占据总体孔 隙主体,决定了其低孔一超低渗的物性 及特殊的流体运聚成藏机理。但遗感的 是,目前这种极为重要和特殊的流体运 聚成藏机理尚未得到有效的揭示,极大 制约了致密油勘探开发进程,是目前亟 待解决的重大理论与现实问题。致密油 成藏机理涉及的重要问题较多,首要解 决的一个关键问题就是储层致密与油气 成藏的关系,即储层先成藏后致密、先 致密后成藏还是边成藏边致密,目前尚 未公认观点。 近年来,尽管我国一些学者研 究了致密储层超微观孔隙空间中流体 运移的动力、流动方式、运移途径、 2015年第4期 流动状态等流动规律,取得了一些重 要威果,比如认识到致密储层与常规 油气储层不同。致密油储层储集空间 以低孔特低渗透系统的纳米级孔隙结 构为主,毛细管压力大,浮力不起主 要作用,流体运移主要靠源储压力差 (烃源岩中由于热力生烃增压作用、 欠压实、黏土脱水等产生的异常高压 与储层中的毛细管力之差)提供动 力,且流体在致密储层中流动不符合 达西定律。也就是说,在致密油储层 的纳米级微观孔隙系统中,流体运移 动力、流动方式、运移途径、运移相 态、富集场所与常规储层的毫米级或 微米级储层空间完全不同。 在以纳米孔隙为主的孔喉网络 体系中流体的微观流动机理、渗流规 律仍不清楚,这使得对应于纳米级孔 喉储集空间中油气的流动机制、赋存 状态及最终可动用程度,成为致密油 勘探生产最为关注的重大科学问题: (1)在什么样的动力作用下,烃源 岩中生成的石油为什么能够在致密储 层超微观的微米一纳米孔喉系统大面 积地短距离运移,并在其中大范围地 富集起来,形成连续型富集的致密油 藏?其运移的动力、相态、方式、路 途是什么?即石油流体在致密储层微 米——纳米多尺度孔喉系统中流动、 富集的机理是什么?符合什么样的 流体渗流规律?(2)在致密储层微 米一纳米多尺度孔喉系统中是否存在 阻止流体继续流动的下限条件?如果 有,那么控制致密储层微米一纳米孔 喉网络体系中流体耦合流动下限的主 要地质因素是什么?致密油储层中流 体流动的物性下限是多少? 由于致密油复杂的孔喉网络结构 和“神奇”的超微观纳米效应,使得致 密}由研究具有很强的探索_生和挑战_生, 比如: 2015年第4期叠系延长组、准噶尔盆地三叠系芦草 沟组、四川盆地中一下侏罗系、松辽 盆地自垩系青山口组一泉头组,都发现 丰富的致密油资源。江汉、酒泉、三塘 湖、泌阳等盆地或坳陷也证实存在致密 油资源,据我国石油专家贾承造院士 等人的预测,中国主要盆地的致密油 分布面积达20 x 104地质资源总量 为1(9(5.7×11.5 x l(采资源量为 l3×4×探开发潜力巨大, 是最具有潜力的能源接替领域之一,主 要分布在鄂尔多斯、准噶尔、松辽、渤 海湾和四川等盆地中,是未来勘探开发 的重点。 针对致密油运聚成藏的非常规机 理,应该采用先进的纳米科技理念来 指导研究思路。实际地质观察包括野 外地质考察和室内岩芯观察描述两种 工作。两者均是最直接、最方便观察 和研究致密油源储共生关系的有利场 所,通过岩芯描述和实地观察致密油 源储地质剖面,并进行取样分析,可 以获得不同类型致密油源储共生组合 类型的第一手资料,为致密油源储共 生组合划分与研究、致密油储层微观 孔隙结构的分析、孔喉网络系统的总 结提供依据。 微米一纳米级多尺度孔喉连通系 统是致密油大面积短距离运移、富集 的根本特征和原因。将纳米科技的理 念引入致密油的研究是致密油理论发 展与实践必然趋势。微米一纳米级孔 喉连通网络决定了非浮力作用下油气 原位滞留和短距离扩散运聚的机理, 利用纳米技术、加强油气在纳米孔喉 系统中的生成、吸附、解析、扩散和 富集能力等油气系统的研究具有重要 意义。纳米级孔隙系统的发现,改变 了微米级孔隙是油气储层唯一微观孔 隙的传统认识,为认识常规油气局部 富集,非常规油气连续富集的地质特 征、研究连续型油气富集机理、增加 资源潜力具有重要的科学意义。运用 纳米理念进行致密油运聚成藏研究, 应该是今后致密油研究的发展方向。 分析测试手段的应用主要是针对 致密油特殊的源储共生关系及普遍发 育的微米一纳米孔喉系统,采用恒速 压汞以及先进的纳米一成像、高分辨率场发射扫描电子显 微镜等尖端技术来系统刻画和研究致 密油储层孔隙结构、孔喉网络系统、 致密油赋存状态、模拟流体流动、运 移动力、相态、路径,寻找致密油储 层微米一纳米孔喉网络体系中流体耦 合流动规律,揭示流体运移、富集机 理。其中压汞毛管压力曲线法可定 性、定量}_勺研究储层孔隙结构、评价 储层的储集性能,可获得微米一纳米 孔喉系统的备类参数,包括反映孔 喉大小的最大孔喉半径、孔喉半径中 值等,反映孔喉分选性的分选系数、 孔喉歪度和孔喉丰度等,反映孔喉连 通性的渗透能力的排驱压力、压力中 值和驱油效率等。纳米一描成像技术可获得致密油储层的微 米一纳米级孔隙结构、孔喉网络、致 密油赋存状态、颗粒表面结构、构造 及物性参数等,为致密油储层流体流 动机理奠定基础。 将实际地质观察描述与分析测试 相结合,可以将宏观地质现象研究与微 观地质特征精细刻画有机结合起来,有 助于更好地总结致密油源储共生关系、 精细刻画储层孔隙结构与孔喉网络特征 以及流体在微米—纳米孔隙结构与孔喉 网络体系中的耦合流动规律等。 典型实例剖析指以已证实的致密 油藏为对象,开展不同类型源储组合 的致密油运移、聚集与富集条件、过 程研究,从宏观上总结其成藏与富集 模式,为下一步进行致密油储层微观 2015年第4期 孔隙结构、微米一纳米孔喉网络输导 体系及其流体耦合流动、富集机理模 拟实验提供良好的实验模型。 微米一纳米孔喉网络体系中流体 流动的机理十分复杂,不仅要从理论 上进行研究,模拟实验也是重要的研 究手段,目的是揭示在实验条件下致 密油不同源储组合类型储层的微米一 纳米孔喉系统中流体运移、富集的路 径、方式、相态和流动规律等,为机 理『生解释提供实验依据。 典型实例剖析与致密油运聚模拟 实验相结合,前者为后者提供实验地 质模型,后者为前者进一步揭示机理 提供依据,进而相互补充、验证和完 善致密油运聚成藏机理认识。 科学家们预测,~石油工业将进入纳米科技时代,形成 的关键技术包括:(1)纳米油气透视 观测镜、基于纳米一型、三维地震透视等;(2)纳米 油气驱替剂,最大限度提高油气采收 率;(3)纳米油气开采机器人,应用 于油气勘探开发关键过程。纳米、信 息等新技术将成为石油工业的核心和 常规技术之一,油气智能化时代也将 随之到来。针对致密油成藏研究中科 学问题和面临的挑战,运用先进的纳 米科技理念和尖端的纳米技术(如高 分辨率场发射扫描电子显微镜技术和 纳米一选 取典型致密油藏(如鄂尔多斯盆地、 四川盆地、准噶尔盆地、松辽盆地等 盆地的致密油藏),采取野外地质观 察与典型实例剖析相结合,致密油运 聚模拟实验与分析测试相结合的思 路,在超微观空间展开系统、动态、 定量、机理 的基础性创新研究。 我国的致密油资源丰富,用一句 “时髦”的话来说:开发致密油,我 们时刻准备着1 2015年第4期-7
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