致密砂巖氣成藏條件與資源量計算

致密砂巖氣成藏條件與資源量計算

1致密砂巖氣資源潛力及分布致密砂巖氣是指抗壓基質滲透性小于或大于0.1d的砂巖氣層。單井自然生產能力一般不低于工業(yè)氣。然而，在一些經(jīng)濟條件和技術措施下，工業(yè)天然氣的產量可以實現(xiàn)。我國致密砂巖氣早在20世紀70年代初在四川盆地就已有發(fā)現(xiàn),但因技術和成本所限發(fā)展一直比較緩慢,直到近幾年,隨著大型壓裂改造技術進步和規(guī)?；瘧?實現(xiàn)了單井產量提高和開發(fā)成本降低,致密砂巖氣資源的勘探開發(fā)才取得重大進展,先后發(fā)現(xiàn)了以鄂爾多斯盆地蘇里格和四川盆地川中須家河組等為代表的一批大型致密砂巖氣田,致密砂巖氣年增探明儲量和產量呈現(xiàn)出快速增長態(tài)勢。截至2011年年底,致密砂巖氣累計探明可采儲量1.76萬億m3,已占全國天然氣探明總儲量的2/5左右;2011年致密砂巖氣產量達256億m3,占全國天然氣總產量的1/4左右,成為我國天然氣勘探開發(fā)的重要領域。科學評價我國致密砂巖氣資源潛力及其分布,分析其在我國天然氣發(fā)展中的地位,對加快致密砂巖氣開發(fā)利用、實現(xiàn)天然氣工業(yè)大發(fā)展和能源結構改善均具有十分重要的意義。文章在系統(tǒng)分析斜坡巖性型和深層構造型兩種致密砂巖氣藏特征的基礎上,采用類比法評估出我國致密砂巖氣地質資源量、技術可采資源量及其分布狀況,并根據(jù)勘探開發(fā)進展及發(fā)展趨勢,預測了2030年以前我國致密砂巖氣產量發(fā)展趨勢。2中國致密砂巖的氣藏類型按照致密砂巖氣藏的形成條件、分布特征、圈閉類型以及勘探實踐等因素,我國致密砂巖氣藏可劃分為斜坡巖性型和深層構造型兩大類型。2.1廣覆式儲層精細分布斜坡巖性型致密砂巖氣藏特征為大面積分布,低豐度,無統(tǒng)一氣水界面,巖性圈閉為主,形成于斜坡背景,發(fā)育大面積低孔低滲非均質儲層以及廣覆式生儲蓋組合,產量受裂縫和有效儲層控制,以鄂爾多斯盆地上古生界和四川盆地須家河組致密砂巖氣藏為典型代表(見表1)。1)具有穩(wěn)定的大型斜坡背景。鄂爾多斯盆地上古生界和四川盆地川中須家河組都具有克拉通基底,構造穩(wěn)定,大型褶皺和斷裂不發(fā)育;大型斜坡背景分布面積大,約占盆地面積的80%;斜坡帶地層平緩,坡度1°~3°。2)發(fā)育廣覆式高生烴強度的煤系烴源巖。四川盆地須家河組與鄂爾多斯盆地上古生代有效烴源巖廣覆式分布,占盆地面積80%以上;熱演化程度適中,Ro值在1.0%~2.0%;具有高豐度、高生氣強度特征,鄂爾多斯盆地上古生界生烴強度10億~40億m3/km2,四川盆地須家河組生烴強度10億~140億m3/km2。3)淺水三角洲砂體大面積分布。鄂爾多斯盆地上古生界與四川盆地須家河組儲層沉積相主要為淺水三角洲砂體,砂體疊加厚度與分布面積大。鄂爾多斯上古生界砂體疊加厚度150~200m,面積約10萬km2。四川盆地須家河組厚度150~700m,面積約17萬km2,單砂體物性橫向變化快,非均質性較強,有效儲層多層疊加。4)具有源儲一體、面狀排烴、超壓驅替、近距離聚集的特征。國內外致密砂巖氣藏成藏機理研究和勘探實踐表明,致密砂巖氣具有源儲緊密相鄰、近源垂向運移成藏的顯著特點。四川盆地三疊系須家河組三角洲發(fā)育,須家河組一、三、五段烴源巖和二、四、六段儲集巖交互疊置、源儲一體,形成良好的巖性組合,氣源垂向近距離運移。鄂爾多斯盆地上古生界繼承性河流、三角洲沉積體系發(fā)育,砂體分布范圍廣,多層砂體疊置連片,并且砂體與煤系烴源巖構成互層、源儲緊鄰,形成良好的儲蓋組合(見圖1)。鄂爾多斯盆地上古生界地層平緩,巖性致密,天然氣很難進行長距離側向運移;盆地斷裂構造不發(fā)育,長距離垂向運移的條件也很差。這種很差的縱橫向運移條件,決定了鄂爾多斯盆地上古生界天然氣藏的形成以近源聚集成藏為主,長距離側向和垂向運移的可能性不大。美國Piceance盆地致密砂巖氣田的氣柱厚度最大的地區(qū)位于生氣量最大的地區(qū),直接反映出生氣強度控制著氣柱高度,也揭示致密砂巖氣以近距離垂向運移成藏為主。5)氣藏類型以巖性氣藏為主。斜坡巖性型致密砂巖氣藏大面積分布,不受局部構造控制,通常河道砂體和裂縫發(fā)育程度是氣藏分布和富集高產的主控因素?？傮w上該類氣藏具有儲層物性非均值性強、氣水關系復雜、單井產量變化大等巖性氣藏特征。2.2下白堊統(tǒng)上部巴什基奇克組砂巖構造型致密砂巖氣藏特征為高溫、高壓、高產、高豐度、高生烴強度、規(guī)模儲層、巨厚蓋層與構造圈閉發(fā)育,產量受裂縫和有效儲層控制。以塔里木盆地庫車和大北地區(qū)深層致密砂巖氣藏為典型代表(見表1)。1)庫車坳陷深層侏羅系煤系發(fā)育,生烴潛力大,具備形成大型致密砂巖氣田的物質基礎。庫車坳陷上三疊統(tǒng)與中下侏羅統(tǒng)沉積時,屬泛盆沉積,中下侏羅統(tǒng)煤系廣泛發(fā)育,坳陷中煤層厚度大,分布穩(wěn)定,煤系烴源巖有機碳含量2.4%~13.2%。上覆推覆構造帶逆掩于侏羅系之上,兩側斷裂切割侏羅系和白堊系地層,形成良好的垂向油氣運移通道。侏羅系烴源巖在上新世至第四紀(5Ma以來)快速埋藏進入大量生氣階段,生排烴強度普遍大于30億m3/km2,最大超過150億m3/km2,為大型致密砂巖氣藏的形成奠定了堅實的資源基礎。2)庫車坳陷深層儲層厚度大、分布穩(wěn)定,為大型致密砂巖氣田提供了儲集空間。受盆地性質影響,庫車前陸盆地具有快速、近源沉積,砂體厚度大、橫向分布穩(wěn)定等特征。下白堊統(tǒng)上部巴什基奇克組砂巖為主力儲集層,多屬辮狀三角洲前緣水下分流河道夾分流間灣沉積,砂體厚度穩(wěn)定,一般在60~160m,分布面積廣,達1.2萬km2。通常,巴什基奇克組埋深小于5500m的淺層構造帶的砂巖儲集層孔隙度大于12%,滲透率大于20mD,屬常規(guī)天然氣藏范疇;而埋深5500~8000m的深層,以大北、克深氣田為代表,孔隙度主體在5%~6%,滲透率為0.3~1.0mD,為致密砂巖儲層。但孔隙度大于6%的分布面積達7000km2,其深埋情況下仍有較好物性,主要有兩方面原因,一是白堊系儲層以細砂巖~中砂巖為主,抗壓實作用強;二是由于早期淺埋藏(小于2000m),晚期快速埋藏,利于原始孔隙保存。3)庫車坳陷山前帶受逆沖斷層控制,逆推沖斷大構造發(fā)育,圈閉成排成帶展布。庫車坳陷屬于新生代山前前陸盆地,新生代南天山強烈隆升,形成自北西向南的強烈擠壓推覆,在山前形成庫車坳陷的同時,形成山前推覆帶;平面上表現(xiàn)為克拉蘇、依奇克里克、秋里塔格沖斷帶;縱向上表現(xiàn)的依次沖斷雙重構造,呈現(xiàn)“五層樓”構造樣式;逆推沖斷大構造發(fā)育,圈閉規(guī)模大,保存完整,成排成帶展布,為油氣大規(guī)模成藏奠定良好基礎。研究表明,庫車坳陷克拉蘇構造帶發(fā)育逆沖推覆構造圈閉33個,總面積超過1500km2。4)庫車坳陷深層具有“烴源、儲層、蓋層、大構造”四位一體的特征。庫車前陸坳陷侏羅系埋深普遍大于5000m,煤系烴源巖多處于高—過成熟熱演化階段(Ro為1.3%~2.4%),烏什、拜城、陽霞等凹陷于晚燕山—早喜馬拉雅期進入大量生排烴階段,并與喜馬拉雅期形成的大型推覆沖斷構造匹配,白堊系巴什基奇克組儲集層上覆古近系庫姆格列木群膏泥巖、鹽巖形成良好區(qū)域性蓋層,保存條件良好。庫車山前帶深層具有生氣強度大(30億~150億m3/km2)、膏鹽厚度大(500~2000m)、儲層厚度大(60~180m)、構造圈閉大的“烴源、儲層、蓋層、大構造”四位一體良好匹配關系(見圖2)。5)氣藏具有高溫、高壓、高產、高豐度特征。從大北氣田看,氣藏埋深5660~5790m,單井產量6.6萬~36.6萬m3/d,氣藏壓力系數(shù)1.56~1.65,地層溫度140~190℃,儲量豐度15.6億m3/km2?？傮w而言,我國上述兩類致密砂巖氣大氣田具有三大特征:一是以具有較強生烴能力的煤系烴源巖為主,具有持續(xù)充注的氣源條件,我國致密砂巖氣盆地主要發(fā)育三套煤系地層,即石炭—二疊系煤系(鄂爾多斯盆地、華北)、三疊系須家河組煤系(四川盆地)和侏羅系煤系(準噶爾、吐哈和塔里木盆地),煤系烴源巖有機質類型為III型;二是以廣泛分布的三角洲前緣、前三角洲和湖湘致密砂體為儲集層,砂巖致密化主要受沉積作用和成巖作用控制,具有深埋增壓、抬升卸壓特征;三是生儲蓋組合具有“三明治”式結構特征,源儲緊鄰、有效配置,以近距離垂向運移成藏為主,大面積含氣,局部富集。3中國致密砂巖資源的潛力和分布特征3.1致密砂巖氣成藏地質背景此次對致密砂巖氣資源量的評價按以下思路與流程進行:首先,通過典型致密砂巖氣田的解剖研究,分析落實重點盆地致密砂巖氣成藏主控因素,明確致密砂巖氣有利分布范圍;然后,結合典型致密砂巖氣藏解剖,落實關鍵評價參數(shù);再通過類比評價,落實類比系數(shù),進而計算出致密砂巖氣的地質資源量;最后,通過已開發(fā)氣田利用遞減法確定的采收率,計算各盆地的可采資源量。1)鄂爾多斯盆地上古生界致密砂巖氣。主力層位為山西組山1段、山2段和石盒子組盒8段,氣層厚度30~60m,儲層孔隙度4%~10%,滲透率小于1mD,目前蘇里格地區(qū)已探明和基本探明致密氣地質儲量3.32萬億m3。按照致密砂巖氣成藏主控因素[6~8],綜合確定出主力氣層有利分布范圍(見圖3),其中,盒8段有利分布范圍7.7萬km2,山西組有利分布范圍3.5萬km2。通過對蘇里格氣田解剖,獲得盒8段與山西組氣藏的關鍵參數(shù)(見表2)。采用類比法計算致密砂巖氣地質資源量為5.9萬億~8.1萬億m3,其中山西組地質資源量0.9萬億m3~1.3萬億m3,盒8段地質資源量5.0萬億~6.8萬億m3。按技術采收率50%~55%計算,鄂爾多斯盆地山西組與盒8段致密砂巖氣技術可采資源量為2.9萬億~4.0萬億m3。2)四川盆地須家河組致密砂巖氣。主力層位有須二段、須四段和須六段,氣層單層厚度3~8m,累積厚度20~50m,儲層孔隙度6%~10%,滲透率0.01~0.5mD,目前已發(fā)現(xiàn)氣藏38個,探明地質儲量6116億m3。此外,近期在須一、三、五段氣源巖段也有多口井獲工業(yè)氣流,也是重要的致密氣發(fā)育層系。按照須家河組致密砂巖氣成藏主控因素,確定出須二、須四和須六段有利含氣面積分別為2.6萬km2、1.5萬km2和1.4萬km2(見圖4),通過對川中須家河組各層段典型致密砂巖氣藏解剖,得到評價的關鍵參數(shù),采用類比法,計算出須家河組致密砂巖氣地質資源量3.5萬億~4.7萬億m3,如果考慮須一、三、五段,合計預測為4.3萬億~5.7萬億m3,按技術采收率40%~50%計算,技術可采資源量2.0萬億~2.9萬億m3。3)塔里木盆地庫車坳陷致密砂巖氣。主力氣層為白堊系巴什基奇克組(K1bs)與中下侏羅統(tǒng)J1-2,區(qū)域蓋層為古近系膏泥巖層,目的層埋深為5500~8000m,砂巖儲集層孔隙度為5%~10%,滲透率小于1mD;氣層厚度50~150m。已發(fā)現(xiàn)致密砂巖氣藏5個,大北氣田已探明致密氣地質儲量1093億m3。按照庫車地區(qū)深層致密砂巖氣成藏主控因素,確定了致密砂巖氣藏分布范圍約8000km2(見圖5),并通過對大北氣田解剖,類比法計算出庫車深層致密砂巖氣地質資源量為2.7萬億~3.4萬億m3。按技術采收率55%~60%計算,技術可采資源量1.5萬億~1.8萬億m3。按照同樣的評價思路與方法,對松遼、渤海灣、準噶爾、吐哈和海域等主要含油氣盆地致密砂巖氣資源量分別進行了測算。評價結果,我國主要盆地致密砂巖氣地質資源量大約為19.9萬億~26.8萬億m3,技術可采資源量9.2萬億~13.4萬億m3(見表3)。3.2致密氣資源潛力評價結果表明,我國致密砂巖氣資源量主要分布在陸上含煤系地層的沉積盆地中,共有致密砂巖氣地質資源量17.0萬億~23.9萬億m3,技術可采資源量8.1萬億~11.4萬億m3,均占全國致密砂巖氣資源總量的86%左右(見表3)。其中,鄂爾多斯盆地石炭—二疊系致密氣技術可采資源量2.9萬億~4.0萬億m3,四川盆地三疊系須家河組致密氣技術可采資源量2.0萬億~2.9萬億m3,塔里木盆地侏羅—白堊系致密氣技術可采資源量1.5萬億~1.8萬億m3,三者合計技術可采資源量6.4萬億~8.7萬億m3,約占全國陸上致密氣資源總量的78%。按照中國海洋石油總公司確定的近海海域致密氣評價標準(海域按孔隙度5%~15%、滲透率小于10mD劃為致密氣,與陸上標準不同),我國東海、鶯歌海、珠江口三個近海盆地共有致密氣技術可采資源量1.1萬億~2.0萬億m3,約占全國致密氣資源總量的14%。隨著海域含油氣盆地地質認識程度的提高和勘探開發(fā)技術的進步,海域將是未來致密砂巖氣勘探開發(fā)的重要接替領域。從致密氣賦存的層系看,我國致密氣資源埋深普遍偏大,中部地區(qū)的鄂爾多斯盆地上古生界、四川盆地三疊系須家河組埋深一般在2000~5200m;西部地區(qū)的準噶爾、塔里木、吐哈等盆地埋深一般在3800~7000m,塔里木盆地庫車地區(qū)致密氣埋深甚至可達8000m左右。東部和海上諸盆地致密砂巖氣目的層以白堊系、古近系和新近系為主,埋深一般在2000~4500m。4中國致密砂氣產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略我國致密砂巖氣在多個盆地獲得突破,形成了鄂爾多斯上古生界、四川川中須家河、塔里木庫車大北—克深三大氣區(qū),已成為增儲上產的重要領域,并已進入規(guī)模開發(fā)利用階段。同時,在吐哈侏羅系、松遼深層、渤海灣深層、準噶爾侏羅系和二疊系形成四大突破區(qū)。據(jù)統(tǒng)計,近5年我國年均新增探明致密砂巖氣儲量占同期探明天然氣總儲量的比例超過了50%。預計在今后相當長一段時期內,我國每年新增探明致密砂巖氣可采儲量2000億~3000億m3。根據(jù)模型法預測,結合鄂爾多斯、塔里木和四川等重點地區(qū)發(fā)展規(guī)劃,綜合預測2020年我國致密砂巖氣產量將達到800億m3左右,2030年前后進入產量增長高峰,致密砂巖氣產量將達到1000億m3左右,成為我國天然氣開發(fā)利用的主導資源之一。但是,我國致密氣資源品質較差,開發(fā)利用經(jīng)濟敏感性強。以鄂爾多斯盆地蘇里格致密砂巖氣田為例,根據(jù)生產動態(tài)和氣藏特征研究,蘇里格致密砂巖氣田已探明和基本探明儲量可按照直井產量≥2萬m3/d、≥1萬~<2萬m3/d、<1萬m3/d劃分為三類,其中I類儲量占24%、II類儲量占22%、III類儲量占54%。目前只有I類儲量和部分II類儲量可經(jīng)濟有效開發(fā),III類儲量在當前相關政策與氣價水平下,沒有經(jīng)濟開發(fā)價值。因此,國家應對致密砂巖氣實行比常規(guī)氣更加優(yōu)惠的扶持政策,促進致密氣更加快速發(fā)展。一是由于我國致密砂巖氣具有與常規(guī)氣?；旌瞎采奶攸c,難以獨立切割,建議將致密砂巖氣比例在65%以上的氣區(qū),整體按致密砂巖氣對待;二是在國家常規(guī)氣價試點改革方案基礎上,建議給予致密氣0.2元/m3的補