伏海蛟，湯達禎，許浩，陳曉智，崔立偉，馬英哲

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083；2.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）海相儲層演化與油氣富集機理教育部重點實驗室，北京 100083；3.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249）

致密砂巖儲層特征及氣藏成藏過程

伏海蛟1，湯達禎1，許浩1，陳曉智2，崔立偉2，馬英哲3

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京 100083；2.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）海相儲層演化與油氣富集機理教育部重點實驗室，北京 100083；3.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249）

非常規(guī)天然氣作為一種潛力巨大的替代能源，開發(fā)應(yīng)用前景十分廣闊。致密砂巖氣作為非常規(guī)天然氣的重要組成部分，越來越受到廣大石油地質(zhì)工作者的關(guān)注，而正確地認(rèn)識致密砂巖氣是有效開發(fā)利用它的前提條件。文章從致密砂巖氣藏的概念、儲層的分類方案、儲層特性及其與常規(guī)儲層異同點、氣藏成藏過程和分布規(guī)律等方面出發(fā)，詳細(xì)闡述了致密砂巖氣藏的研究現(xiàn)狀，討論了致密砂巖氣藏在國內(nèi)的分布情況和開發(fā)潛力,旨在對國內(nèi)致密砂巖氣藏的前期勘探工作起到一定的指導(dǎo)作用，并為后期開發(fā)方案的制訂提供合理的參考意見。

致密砂巖氣；深盆氣；儲層研究；成藏過程；氣藏分布；分類方案

1 致密砂巖氣藏的概念

關(guān)于致密砂巖氣藏的概念，國內(nèi)外不同的組織和學(xué)者有著不同的看法。早在20世紀(jì)70年代，美國就將砂巖儲層對天然氣的滲透率等于或小于0.1×10-3μm2的氣藏定義為致密砂巖氣藏［1］。2006年，S.A.Holditch［2］提出致密砂巖氣藏是需要大型改造措施，或者是水平井和多分支井才可以產(chǎn)出工業(yè)性氣流的砂巖氣藏。鑒于我國致密砂巖氣藏成藏條件的特殊性，一些學(xué)者進行了相關(guān)研究。關(guān)德師［3］于1995年提出了我國致密砂巖氣藏儲層在孔隙度、滲透率及含水含氣飽和度等方面的限定標(biāo)準(zhǔn)。隨后，國內(nèi)學(xué)者也慢慢地探索出一套適合國內(nèi)致密砂巖儲層的評價標(biāo)準(zhǔn)，即有效滲透率小于或等于0.1×10-3μm2，絕對滲透率小于或等于1×10-3μm2，孔隙度小于或等于10%的氣藏為致密氣藏。

2 致密砂巖儲層的分類方案

目前，國內(nèi)外致密砂巖儲層分類方案呈現(xiàn)出多樣化且不系統(tǒng)的特點，鑒于儲層成因機制及類型對成藏的影響作用，認(rèn)為以下2種分類方案更具代表性。

1）張哨楠按儲層的致密成因，將其分為自生黏土礦物的大量沉淀形成的致密砂巖儲層、膠結(jié)物的大量結(jié)晶改變原生孔隙所形成的致密砂巖儲層、塑性碎屑物質(zhì)受壓實作用而形成的致密砂巖儲層，以及碎屑沉積時被泥質(zhì)充填粒間孔隙所形成的致密砂巖儲層［4］。

2）姜振學(xué)等人主張，按儲層致密演化史與烴源巖生排烴高峰期的關(guān)系，將其分為生排烴高峰前的致密砂巖儲層和生排烴高峰后的致密砂巖儲層［5］。

致密砂巖儲層的成因機制決定了儲層孔隙-滲透性能，而研究儲層致密化的形成時間更有利于分析儲層對油氣成藏的貢獻作用。因為儲層致密化的時間發(fā)生在烴源巖生排烴高峰期前還是高峰期后，將決定氣體以何種方式運移，以何種方式儲集，甚至影響到致密砂巖氣藏的規(guī)模和可開采性。這對于預(yù)測致密砂巖氣藏的分布，制訂開發(fā)方案具有重要的指導(dǎo)意義。

3 致密砂巖儲層特征

致密砂巖儲層孔隙類型包括縮小粒間孔、粒間溶孔、溶蝕擴大粒間孔、粒內(nèi)溶孔、鑄模孔和晶間微孔；孔隙喉道以片狀、彎片狀和管束狀喉道為主；發(fā)育構(gòu)造微裂縫、解理縫及層面縫等裂縫結(jié)構(gòu)。沉積作用和成巖作用復(fù)雜化了儲層的孔隙結(jié)構(gòu)［6］，大量發(fā)育的黏土礦物明顯降低了儲層的滲透率，強烈的壓實作用和膠結(jié)作用使得儲層致密化，而后期的溶蝕作用和交代作用又可以改善儲層的儲集性能。

致密砂巖儲層滲流空間具有強烈的尺度性［7］，空間尺度分為致密基塊孔喉尺度、天然裂縫尺度、水力裂縫尺度及宏觀氣井尺度，而氣體的產(chǎn)出就是經(jīng)過致密基塊—天然裂縫—水力裂縫—井筒的跨尺度、多種介質(zhì)的復(fù)雜過程（見圖1）［8］。

致密砂巖儲層與常規(guī)儲層在孔隙度、滲透率及儲層壓力等方面差異顯著（見表1）。此外，兩者的研究內(nèi)容及分布規(guī)律亦存在區(qū)別。

常規(guī)儲層孔滲之間具有明顯的正相關(guān)性，所以研究其孔隙與喉道參數(shù)即可；但大量的事實表明，僅采用孔喉參數(shù)難以有效地確定致密砂巖儲層的滲透率［9］，而對其滲透率起決定作用的是裂縫體系，且致密砂巖的儲集空間亦受其控制。所以，對于致密砂巖儲層的研究側(cè)重于裂縫體系。

圖1 致密砂巖儲層氣體傳遞示意

表1 致密砂巖儲層和常規(guī)砂巖儲層地質(zhì)特征對比

致密砂巖氣藏和常規(guī)氣藏的分布規(guī)律區(qū)別明顯，我國致密氣藏多以深盆氣的形式出現(xiàn)。以深盆氣藏為例，它具有特殊的成藏機理和圈閉分布規(guī)律，多形成于向斜軸部或背斜翼部［10］，而常規(guī)油氣藏可早于深盆氣藏形成［11］，且分布于其上傾方向（見圖2）。對常規(guī)圈閉氣藏來說，天然氣多聚集于孔滲條件較好的構(gòu)造高部位，聚集位置與氣源巖明顯分開，氣水分布服從重力分異原理，但是對于致密砂巖氣藏來說，天然氣主要聚集在離烴源巖比較近的位置，不服從重力分異原理，氣水關(guān)系發(fā)生倒置。

圖2 深盆氣藏與常規(guī)圈閉氣藏組合剖面

4 致密砂巖氣藏的成藏過程

Dickinson于1985年以美國綠河盆地為背景，分析了致密地層中深盆氣藏成藏階段的問題［7］。姜福杰［12］借助實驗，模擬了致密砂巖氣藏的成藏過程。

按照儲層致密化過程發(fā)生在烴源巖生排烴高峰期前還是高峰期后，可以將氣藏分成“先成型”深盆氣藏和“后成型”致密氣藏2種類型，這2種氣藏的成藏機理及成藏過程具有明顯不同的特征。

“先成型”深盆氣藏的成藏過程可劃分為4個階段：1）在天然氣大量生排烴之前，儲層已經(jīng)致密化，開始排烴的前一段時間天然氣不能進入致密儲層，僅在逐漸積累壓力；2）壓力積累到可突破毛細(xì)管阻力和靜水壓力時，氣體開始進入致密砂巖儲層，呈“活塞式”排替驅(qū)水，最后達到一個力學(xué)和物質(zhì)平衡狀態(tài)，此時氣水關(guān)系發(fā)生倒置［13］；3）氣體生成和聚集的速度大于氣體散失的速度，散失的氣體會慢慢地在上傾有利區(qū)帶聚集，形成次生常規(guī)氣藏；4）當(dāng)后期由于構(gòu)造抬升，造成地層溫度和壓力降低，氣體生成停滯或者衰竭，“深盆氣”藏會慢慢地衰竭，氣水界面慢慢下移，直至孔隙完全含水，且由于剝蝕作用，其上傾方向的常規(guī)氣藏也會受到一定程度的破壞。

圖3 國內(nèi)典型致密砂巖氣藏的成藏模式

“后成型”致密砂巖氣藏的成藏過程可分為4個演化階段：1）在天然氣大量生排烴之前，儲層沒有致密化，烴源巖開始排烴；2）天然氣通過優(yōu)勢運移通道發(fā)生運移，遇到構(gòu)造和巖性等有利圈閉優(yōu)先聚集，形成常規(guī)氣藏；3）生排烴高峰結(jié)束以后，儲層逐漸致密化，先期保存在圈閉中的氣體由于孔隙不斷減小，部分氣體排出，在上傾的有利高部位聚集，形成次生氣藏，當(dāng)儲層致密化程度超過致密化邊界時，部分殘存的氣體會被封滯在致密儲層中，難以移動；4）后期的構(gòu)造作用常常會產(chǎn)生構(gòu)造裂縫，使得致密儲層的儲層物性有所改善，被封滯的氣體也有機會得到激活，形成裂縫型氣藏。

總體來說，無論是“先成型”深盆氣藏還是“后成型”致密砂巖氣藏，都與次生氣藏的形成息息相關(guān)。有致密砂巖氣藏存在的地方，就有可能在其上傾方向找到次生氣藏的存在，從而為尋找次生氣藏提供了思路。

5 討論

我國的致密砂巖氣藏分布廣泛，造山帶前陸盆地、斷陷盆地和相對穩(wěn)定地臺均有分布。但由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，且后期多受深埋作用或構(gòu)造運動影響,成藏條件復(fù)雜，勘探難度極大。國內(nèi)的致密砂巖氣藏在四川盆地西部地區(qū)、鄂爾多斯盆地、東部斷陷盆地和準(zhǔn)噶爾盆地南部地區(qū)均有發(fā)育［14-17］?？偨Y(jié)這些典型致密砂巖氣藏的成藏條件及成藏模式，有利于我國致密砂巖氣藏的勘探與開發(fā)（見圖3）。

這幾塊潛力區(qū)域分布范圍十分廣泛，東部的松遼盆地為斷陷盆地，構(gòu)造運動比較劇烈，但是深層經(jīng)?！皵喽黄啤?，保存比較完整的局部構(gòu)造，有利于深盆氣藏的形成；中部的鄂爾多斯盆地構(gòu)造簡單穩(wěn)定，先期生成的深盆氣藏雖然后期受到改造，但是影響較??；南部的四川盆地成藏過程比較復(fù)雜，早期以常規(guī)氣藏聚集，后期儲層致密化作用形成致密氣藏，構(gòu)造運動又改造致密儲層，形成裂縫型氣藏；西部準(zhǔn)噶爾盆地準(zhǔn)南坳陷的侏羅系地層經(jīng)歷了早期深盆氣聚集、晚期深盆氣破壞調(diào)整的過程。

6 結(jié)束語

據(jù)不完全統(tǒng)計，我國深盆氣資源量超過100×1012m3，依據(jù)當(dāng)前的勘探和開發(fā)技術(shù)，深盆氣可采資源量超過（11.54～13.81）×1012m3［18-19］。雖然致密砂巖氣可采資源量十分可觀，但是目前的產(chǎn)能規(guī)模仍然很小，小于國內(nèi)天然氣產(chǎn)能的1%。因此，必須加大基礎(chǔ)理論和工程技術(shù)的研究力度，為致密砂巖氣藏的成功勘探和開發(fā)創(chuàng)造有利條件，從而彌補我國常規(guī)油氣資源量不足的現(xiàn)狀，為經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供充足可靠的能源保障。

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(編輯 劉麗）

Characteristics of tight sandstone reservoir and accumulation process of gas pool

Fu Haijiao1,Tang Dazhen1,Xu Hao1,Chen Xiaozhi2,Cui Liwei2,Ma Yingzhe3
(1.School of Energy Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China;2.MOE Key Laboratory of Marine Reservoir Evolution and Hydrocarbon Accumulation Mechanism,Beijing 100083,China;3.College of Geosciences,China University of Petroleum,Beijing 102249,China)

Unconventional natural gas has a great development and application prospect as a potential alternative energy source.As an important component of unconventional natural gas,tight sandstone gas gets more and more attention from the oil geologists.The right way to recognize this gas pool is the precondition of gas exploring and utilizing.This paper elaborates the current research situation of tight sandstone gas pool from the concept,classification and features,the similarities and differences compared with the conventional reservoir,accumulation process and distribution rule of gas pool.Meanwhile,it expects to play a certain instruction role in the early exploration of the tight sandstone gas and discusses the distribution situation and exploitative potentiality of gas pool at home in order to provide a reasonable reference for the formulation of later development program.

tight sandstone gas;deep basin gas;reservoir research;accumulation process;gas pool distribution;classification program

國家自然科學(xué)基金重點項目“黔西—滇東煤層氣成藏效應(yīng)及其地質(zhì)選擇過程”（40730422）；國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）項目“煤層氣開發(fā)儲層動態(tài)地質(zhì)效應(yīng)”（2009CB219604）；國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”子課題“鄂爾多斯盆地石炭—二疊系煤層氣開發(fā)示范工程項目”（2009ZX05062-001）

TE112.2

：A

1005-8907（2012）01-0047-04

2011-03-21；改回日期：2011-11-25。

伏海蛟，男，1987年生，在讀碩士研究生，主要從事油氣成藏機理與預(yù)測研究。E-mail：fffhj1987@163.com。

伏海蛟，湯達禎，許浩,等.致密砂巖儲層特征及氣藏成藏過程［J］.斷塊油氣田，2012，19（1）：47-50. Fu Haijiao，Tang Dazhen，Xu Hao，et al.Characteristics of tight sandstone reservoir and accumulation process of gas pool［J］.Fault-Block Oil &Gas Field，2012，19（1）：47-50.