中国致密砂岩气藏分类及分布特征

中国致密砂岩气藏分类及分布特征

1致密砂岩和致密砂岩的气藏分类1.1致密砂岩孔隙度和渗透率根据渗透率和空隙度，砂岩可分为几种类型。国内外学者和研究机构在致密砂岩气藏类型划分前提下提出了致密砂岩的孔隙度和渗透率划分标准,由表1可知,致密砂岩常泛指渗透率小于1×10-3μm2(更多文献限定为小于0.1×10-3μm2)、孔隙度小于10%的砂岩[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]。1.2致密砂岩气田致密砂岩气藏系指聚集工业天然气的致密砂岩场晕或圈闭。根据其储集层特征、储量大小及所处区域构造位置高低,可将致密砂岩气藏分为两类:(1)“连续型”致密砂岩气藏(田):通常位于构造的低部位,圈闭界限模糊不清,储集层展布广,往往气水分布倒置或无统一气水界面,储量很大,储量丰度相对较低,储源一体或近源。例如中国鄂尔多斯盆地苏里格气田石炭-二叠系盒8段砂岩平均孔隙度仅9.6%,渗透率仅1.01×10-3μm2,山1段砂岩平均孔隙度仅7.6%,渗透率仅0.60×10-3μm2,截至2011年底,苏里格气田致密砂岩气藏探明地质储量为2.8×1012m3;西加拿大阿尔伯达盆地艾尔姆沃斯(Elmworth)气田气层孔隙度为0.9%~17.7%,渗透率为0.1×10-3~13.5×10-3μm2,可采储量为4760×108m3;美国圣胡安盆地向斜轴部白垩系致密砂岩气田气层孔隙度为1.2%~5.8%,渗透率为0.06×10-3~0.96×10-3μm2,可采储量为7079×108m3;丹佛盆地向斜轴部瓦腾堡气田储集层也是白垩系致密砂岩,储量为368×108m3。以上气田均为气水分布倒置的深盆气田。需要指出的是,艾尔姆沃斯气田为典型的致密砂岩深盆气,但该气田部分地区孔隙度和渗透率超出表1中界限值,这些地区为“甜点”所在,故只要具备连续型致密砂岩气藏基本特征,孔渗标准也可变通。(2)“圈闭型”致密砂岩气藏(田):与“连续型”致密砂岩气藏(田)共同点是储集层为低孔渗致密砂岩,不同之处是天然气往往聚集在圈闭高处,气水关系正常,上气下水,储量规模相对偏小。中国四川盆地孝泉气藏天然气即聚集在侏罗系致密砂岩的高部位(见图1);渤海湾盆地户部寨气藏,储集层沙河街组四段砂岩平均孔隙度为8.3%,平均渗透率为0.3×10-3μm2,天然气在受断层复杂化的地垒高部位聚集成藏,储集层裂缝发育;塔里木盆地库车坳陷大北气田下白垩统巴什基奇克组(K1bs)为致密砂岩气层,大北302井7203.64~7247.18m的5个岩样孔隙度为1.00%~4.63%,平均2.62%;渗透率为0.0137×10-3~0.0610×10-3μm2,平均0.0362×10-3μm2,气藏分布在断背斜高部位(见图2)。致密砂岩气藏一般自然产能不大或低于工业气流下限,甚至无自然产能,但在一定经济和技术措施下可获得工业天然气产能。姜振学等根据致密砂岩气藏烃源岩生排烃高峰期与储集层致密演化史二者之间的先后关系,把致密砂岩气藏分为两种类型:(1)“先成型”致密砂岩气藏,储集层致密化过程发生在烃源岩生排烃高峰期天然气充注之前;(2)“后成型”致密砂岩气藏,储集层致密化过程发生在烃源岩生排烃高峰期天然气充注之后。2致密砂岩大气田地质储量目前中国把地质储量达300×108m3及以上的气田定为大气田。截至2010年底,中国共发现了45个大气田,其中致密砂岩大气田15个(见图3);致密砂岩大气田探明天然气地质储量28656.7×108m3(见表2),分别占全国探明天然气地质储量和大气田地质储量的37.3%和45.8%。2010年全国致密砂岩大气田共产气222.5×108m3,占当年全国产气量的23.5%(见表2)。可见,中国致密砂岩大气田总储量和年总产量已分别约占全国天然气储量和产量的三分之一和四分之一。3致密砂岩气藏成气由表3可知,中国致密砂岩大气田具有以下天然气地球化学特征:(1)天然气组分中非烃气(主要是CO2和N2)含量低,一般为1.5%~2.5%,神木气田双20井非烃气含量最高,为3.29%。(2)天然气组分以烷烃气(C1—4)为主,含量为96.23%(安岳气田岳101井)~99.59%(广安气田广安106井),其中甲烷含量最高,为84.38%(安岳气田岳101井)~96.04%(大北气田大北201井),故为优质商品气。由于天然气组分以烷烃气占绝对优势,因此研究气源即是讨论烷烃气的气源。(3)表3中除个别井(如大北201井)碳同位素组成局部发生倒转外,绝大部分均为正碳同位素系列,说明这些烷烃气为有机成因。(4)将表3中δ13C1、δ13C2和δ13C3值投入戴金星于1992年提出的有机成因气δ13C1-δ13C2-δ13C3鉴别图中(见图4),并把δ13C1与C1/C2+3值投入Whiticar天然气成因鉴别图(见图5),可见目前中国发现的致密砂岩大气田天然气均为煤成气,即气源都来自煤系中Ⅲ型泥岩或腐殖煤。鄂尔多斯盆地苏里格、大牛地、榆林、子洲、乌审旗、神木和米脂7个致密砂岩大气田气源来自石炭系本溪组、二叠系太原组和山西组3套煤系;四川盆地合川、新场、广安、安岳、八角场、洛带和邛西7个致密砂岩大气田气源来自上三叠统须家河组煤系。此外,“圈闭型”致密砂岩气藏,如渤海湾盆地户部寨沙河街组四段致密砂岩气藏,其气源为下伏石炭-二叠系煤系。四川盆地孝泉侏罗系致密砂岩气藏,其气源为下伏须家河组煤系。塔里木盆地库车坳陷东部依南2侏罗系阿合组致密砂岩气藏气源主要来自下伏三叠系塔里奇克组煤系,依南2井天然气δ13C1值为-32.2‰,δ13C2值为-24.6‰,δ13C3值为-23.1‰,δ13C4值为-22.8‰,为煤成气特征。综上可知,中国致密砂岩气藏的天然气都是煤成气,这是由于致密砂岩孔渗极低,只有“全天候”气源岩煤系连续不断供气,才能形成大气藏。4气、气、水合物勘探开发的技术对策目前在中国非常规天然气(致密砂岩气、页岩气、煤层气和气水合物)勘探开发中,笔者认为应以致密砂岩气为先导,重点发展,以下从技术可采储量、探明储量、产量3个方面加以论证。4.1天然气的可采资源量评价中国致密砂岩气技术可采资源量为11×1012m3,页岩气技术可采资源量为11×1012m3,煤层气技术可采资源量为12×1012m3(文献报道可采资源量约10.8×1012m3),三类天然气的可采资源量几乎相当。但可采资源量可信度以致密砂岩气最高,因为致密砂岩气可采资源量主要分布在鄂尔多斯盆地和四川盆地等,为全国三次资源评价以及一些研究单位和众多学者先后40年多次评价所证实。对煤层气技术可采资源量也曾做过几次资源评价,但在研究层次、深度等方面与致密砂岩气相比差距较大,且近年来产量欠佳,说明其技术可采资源量可信度尚待检验。页岩气技术可采资源量与致密砂岩气等同,为11×1012m3,但中国2003年才开始进入页岩气研究的初始阶段,因此,页岩气技术可采资源量可信度远差于致密砂岩气。4.2致密砂岩气藏由表2可见,截至2010年底,中国15个致密砂岩大气田探明天然气储量共计28656.7×108m3,占当年全国天然气总探明储量的37.3%,如再加上全国中小型致密砂岩气田储量(1452.5×108m3),中国致密砂岩气探明储量将达30109.2×108m3,占全国天然气总探明储量的39.2%。由图6可见,1990—2010年20年间美国天然气年产气量基本呈增长之势,这主要是由于有致密砂岩气产量增长作支撑(美国储量排名前100的气藏中有58个是致密砂岩气藏)。中国截至2010年底共发现储量大于1000×108m3的大气田18个,其中9个为致密砂岩大气田,总探明地质储量25777.9×108m3,占18个大气田的53.5%。由此可见,中国与美国致密砂岩气储量有相似之处,即致密砂岩气在全国天然气储量中占举足轻重的地位,因此把致密砂岩气作为中国今后一段时间非常规气勘探开发之首是合理的。4.3致密砂岩气产量由图7可见,中国近20年来的天然气产量以常规气占优势,但其所占比例逐年下降,非常规气则以致密砂岩气为主,产量逐年增加。页岩气至今尚未形成规模工业产量,煤层气如前所述目前产量还很低。1990年中国常规天然气产量占绝对优势,约占总产量的95.1%,致密砂岩气产量(年产气量7.48×108m3)仅占4.9%,并仅产于四川盆地;2000年常规气产量占84.7%,致密砂岩气产量所占比例上升为15.3%,四川盆地和鄂尔多斯盆地致密砂岩气产量分别为20.5×108m3和20.2×108m3;2010年中国致密砂岩气产量大幅度攀升,15个致密砂岩大气田产量达222.5×108m3,再加上中小型致密砂岩气田产量(10.46×108m3),2010年中国致密砂岩气产量为232.96×108m3,占全国天然气总产量的24.6%(见图7),成为中国近期天然气产量迅速提高的主要支撑。对比中美致密砂岩气产量递增趋势(见图6、图7),笔者预计,至少在未来10年内,中国致密砂岩气对天然气总产量迅速提高有稳定支撑作用。Khlaifat等指出,近年来致密砂岩气产量几乎占全球非常规气产量的约70%,说明了致密砂岩气在开发中的重要作用。5致密砂岩气为煤成气过滤气过水气致密砂岩气藏根据其储集层特征、储量大小及所处区域构造位置高低,可分为两类:“连续型”致密砂岩气藏及“圈闭型”致密砂岩气藏,前者圈闭界限模糊不清,无统一气水界面,往往气水倒置,常处构造低部位,储源一体或近源;后者位于圈闭高处,气水关系正常,上气下水,储量规模相对较小。中国致密砂岩气均为煤成气,组分以烷烃气(C1—4)为主,甲烷含量最高,非烃气(主要是CO2和N2)含量低;烷烃气具正碳同位素系列特征。截至目前,中