进入21世纪后我国天然气勘探事业发展迅速,探明储量快速增长,发现大气田速度加快。指出近年来我国天然气储量快速增长主要集中在五大气区即鄂尔多斯气区、四川气区、塔里木气区、柴达木气区和海域气区;新领域的突破以及围绕大气田的深化勘探是储量增长的关键;近期陆上天然气勘探陆续出现新特点,展示出一批有前景的勘探领域。认为21世纪初期天然气勘探的主战场仍将是五大气区。
深水油气是世界上油气勘探快速发展的领域,2004年最高钻井水深纪录已达3 050 m,我国三大石油公司也开始了南海深水油气的勘探。指出:从国外发现的深水油气田来看,绝大多数含油气盆地位于离散大陆边缘,发育有裂陷前期、裂陷期和裂后热沉降期3个超层序;烃源岩大多是裂陷期的湖相和滨浅海相沉积以及裂后热沉降期海相灰岩、页岩;储层则以裂陷热沉降期深水浊流沉积体系和裂陷期的砂岩为主;深水油气的成藏模式,除裂陷盆地的成藏模式外,还有裂后热沉降期裂陷的深水浊积砂岩油藏、底辟构造油藏等特殊类型。通过对南海2个深水地区油气地质条件的分析,认为南海与国外已有油气发现的深水区具有许多相似的含油气地质条件和丰富的油气远景。
在异常孔隙流体压力形成机制及条件的基础上,对异常孔隙流体压力在封闭各种相态天然气的作用方面进行了研究。指出:异常孔隙流体压力不能直接对游离相天然气进行封闭,但可使泥岩盖层毛细管封闭能力增强,间接地对封闭游离相天然气起作用;异常孔隙流体压力也不能直接对水溶相天然气进行封闭,但可通过使泥岩盖层吸附阻力增强,间接地对水溶相天然气起作用;异常孔隙流体压力也不能直接对扩散相天然气进行封闭,但可通过形成异常含气浓度,间接地对封闭扩散相天然气起作用。
在四川盆地东北部,由于地质力学环境复杂且不稳定,形成了较为特殊的构造形迹组合,特别是在平面上其构造形迹变化更加特殊,形成了各种形式的构造式样,这不是一次构造运动的结果,而是多期构造运动共同作用的结果。通过对该区横向构造式样和剖面构造式样的分析,总结了该区构造式样的基本特征和形成发育规律,指出了该区未来天然气勘探的主要方向。
早寒武世时大巴山、米仓山南缘属上扬子地台的北缘部分,处在碳酸盐台地边缘相带环境中。该区生物礁滩较发育,主要分布于陕西南郑、西乡、镇巴、紫阳等地和大巴山、米仓山南缘的四川南江一带;生物礁滩的类型有兰藻―古杯礁、凝块石灰泥丘、核形石生物层、生屑滩和鲕粒滩;造礁生物类型有古杯、兰藻细菌等,附礁生物除单体规则古杯外,还有三叶虫、腕足类、海百合、海绵骨针等。通过对寒武纪灰泥丘凝块石作生物标志化合物分析,证明了其有机质生源为菌藻类微生物。指出由于相对海平面升降和古地理环境的控制,使本区礁滩的发育具有明显的旋回性并控制了礁滩的发育类型和分布,礁滩层位自西向东有升高的趋势。
通过对川东三岔坪潜伏构造石炭系储层特征的研究,发现储集空间以溶孔及晶间孔为主;储集类型属裂缝-孔隙型;纵向上以Ⅲ类储层为主,Ⅱ类储层呈局部分布(具有2个相对的高孔带);储层的主要控制因素为溶蚀及构造作用。采用改进曲率及地震方法对石炭系储层进行了综合预测后指出,早期认为的石炭系储层缺失区并不存在,有利储层分布区呈局部的点团状或条带状分布并且是该区下步勘探及井位部署的重点区域。
因受多期构造变动、碳酸盐岩及超压发育等因素影响,渝东地区油气运聚体系有其特殊性。通过对古岩溶发育、成岩作用及断裂的分析,认为油气运移的通道除高孔渗岩层、不整合面、断裂系统外,岩溶系统也可为有利运移通道;浮力与超压释放产生的水动力是油气二次运移的驱动力。运用单井埋藏史、包裹体测温等手段分析了运聚期次和构造期的关系以及各运移期流体势的变化后认为,志留系、二叠系油气在T3末和J2s晚期发生2期大规模运移,志留系油气在燕山晚期张性作用阶段的K1晚期再次在石炭系充注,总体运移指向石柱及其它继承性隆起区;二叠系油气为自生自储型,三叠系油气藏由于燕山晚期以来的张性断裂开启而发生强烈的改造和逸散。
通过对鄂尔多斯盆地中东部地区山西组2段砂体的重点剖析,认为母源分异和水动力强弱控制了区内山2段砂体的东西分带性,即西部榆林砂带的强水动力作用形成的石英砂岩具有高石英、低杂基、低软岩屑、无或低长石的“一高三低”特点;东部神木砂带弱水动力作用形成的岩屑石英砂岩特征正好相反,为高杂基、高软岩屑、高长石的“三高”特点。同时以盆地晚古生代以来的演化为主线,运用层序地层学理论,在等时地层格架内探讨了沉积体系展布及盆地充填特征,认识到中东部地区山2期为一套河流―三角洲―湖泊沉积体系,其沉积演化表现为湖泊持续扩张、冲积体系逐渐北移退缩的过程,该时期发育的3期湖进作用形成了向北溯源沉积的3套叠置砂体,各套砂体的三角洲前缘相带是有利勘探目标区。
指出:鄂尔多斯盆地中东部上古生界煤层厚度大,煤岩中镜质组含量普遍较高(处于中―高变质程度),构造演化与应力场作用使煤层割理发育、渗透率较高、煤层吸附强度大,具有相对稳定的水动力场分布和顶底板盖层,形成了有利的煤层气系统;盆地中部在丰富的气源、砂岩成岩致密化早于主供气期、成藏后构造及水动力稳定等成藏条件配合下形成了大型深盆气系统。认为上古生界煤层气富集区亦是深盆气的重要气源补充区。
指出鄂尔多斯盆地东部石千峰组浅层气埋藏浅、勘探成本低,是鄂尔多斯盆地天然气勘探的新领域;石千峰组浅层气藏具有轻组分含量高、压力与压力系数低的特点,主要受砂岩岩性控制。又指出燕山运动使盆地东部地层抬升和剥蚀并导致下部石盒子组等超压地层超压释放;超压释放过程使石盒子组上部厚层泥岩产生了大量微裂隙,天然气主要通过微裂隙向上运移至上部石千峰组千5砂岩储层中并聚集成藏。据此认为,石千峰组浅层气藏是下部超压地层超压释放使作为下部盒8、山2等气藏的区域性盖层内产生一系列的泻压通道而形成的次生气藏。
通过对滇西保山盆地永铸街凸起的地震、钻测井和露头资料的综合研究,结合前人对保山盆地构造演化的研究成果,利用高分辨率层序地层学原理分析了保山盆地的构造演化特征。指出在保山盆地的演化过程中,由于盆地受到喜山运动的影响,造成该地区长期处于拉张或短期局部逆转挤压的环境中而不断地沉降或局部短期抬升,基准面也随之发生反复的升降变化,并引起了可容纳空间发生相应的增加或减少。认为盆地充填序列按古构造运动旋回可划分为3个超层序(或Ⅲ级层序组),并分别与盆地演化的阶段相对应,在超层序内部可划分出8个Ⅲ级层序。结合前人对保山盆地拉张史和沉降史的研究成果,以基准面旋回为研究基础,以超长周期基准面旋回为周期,以长周期为成因地层单元,论述了基准面变化与层序发育特征、层序分布模式、沉积体系类型和盆地充填演化序列及其与沉积相带的关系。
指出自20世纪70年代以来西部凹陷一直是辽河油田的主要产区之一,已在该凹陷发现了欢喜岭、曙光、冷家堡、兴隆台等十几个油田,目前已经进入高成熟勘探阶段,原有的整装、易发现油气藏已基本勘探完毕,剩余的大多是隐蔽性较大的岩性油气藏,故而近几年在勘探上进展不大。认为从研究砂岩沉积特征入手、运用层序地层学和地震属性综合识别砂体的方法和确立构造与岩性并重的找油理念、总结老区规律、进行砂岩分布预测与评价,对于认识岩性油藏分布特征和勘探目标优选有着十分重要的作用。
岩相单元是比小层更细、更能体现油藏地质特征的单油砂体。通过对岩相单元的细分与对比,可以满足油田开发中后期挖掘剩余油潜力的需要。以克拉玛依油田五2西克下组为例,遵循等时对比的原则,利用电测、岩心资料,以标准井为基础,作连井拉平沉积剖面图,从标志层、沉积旋回、沉积微相、砂体(油层)连通关系等方面进行对比,完成了区块的对比及统层。认为五2西克下组S7层属扇三角洲沉积,主力油层为S47;该层北部砂体厚度大,分布面积较广,连通性好,向南向西则逐渐变薄,面积变小,连通性变差,横向变化大,分布零散。
指出由于受实验经费、井点数及取心等因素的限制,目前传统的利用实验室岩心分析评价盖层封闭性的方法存在代表性差、分析时间长、成本高的缺点,而采用声波时差测井法来评价盖层封闭性克服了传统方法的缺点,能够很好的评价气田盖层的封闭性。运用该方法评价克拉2气田盖层后表明,该气田的盖层主要为Ⅳ类和Ⅰ类盖层,封闭性良好。
指出大宁-吉县煤区的煤层气地质条件比晋城煤区要复杂得多,主要表现在山西组煤的沉积环境变化比较大、煤层的厚度变化大,有明显的变薄与尖灭现象;该区的构造变化也比较明显,水文地质条件也呈现出十分明显的多样性,加上与煤层气藏保存直接有关的煤层顶底板岩性与厚度的明显变化,造成控制煤层气富集与高产的因素组合关系比较多,煤层气藏类型比较多,煤层气藏边界复杂,认为该区煤层气藏的一些细节特征还有待进一步深入研究与总结。又指出煤与煤层气勘探施工的钻孔稀少,目前所积累的资料显然不能满足开发的需要,突出表现在煤层厚度与煤储层特征控制等方面,认为大宁-吉县煤区煤层气藏的复杂性决定了试验开发阶段的节奏不能太快,最好以满足地质认识和工程技术积累为前提来设计工作量,待积累了一定经验后再大规模开发。
在我国煤、油、气共生盆地中,常规石油天然气与非常规煤层气能否实现共采是近期关注的热点问题。基于济阳坳陷惠民凹陷外围不同煤级煤样吸附性的物理模拟,结合石油天然气探井实测的温度和压力资料,对该区深部(2 000 m以深)煤层的含气性进行了预测,结果表明该区深部气煤―肥煤的原位含气量在5.0 m3/t左右。
从煤层气的解吸速度和可解吸量等方面，探讨了潘庄井田煤层气的解吸特征，分析了潘庄井田解吸速度与解吸时间、可解吸量与埋深的关系。指出区域上潘庄1号井田的中部地区，潘庄2号井田15煤大部分地区和3煤北部地带，煤层气的可解吸率很高，有利于煤层气的开发,但可解吸率在区域上随埋深的增加大多呈负相关关系，数据较为离散。
在研究具有煤阶低、煤层含气量低、含气饱和度高、煤层厚度大和资源丰度大特点的美国粉河、尤因塔盆地的煤层气成功勘探经验基础上,重新认识了我国内蒙古东部低煤阶含煤盆地群的煤层气资源潜力。指出晚侏罗世-早白垩世是我国内蒙古东部重要的聚煤期,且热演化程度低、煤阶低、含气量普遍不高,但地层厚度大、煤层厚度大,资源丰度高,初步预测煤层气资源量超过2万亿m3。认为在内蒙古东部低煤阶含煤盆地开展煤层气勘探,必须加强保存条件研究,加强高含气饱和度地区预测研究,重视二次生物成因气和加强盆地的水动力因素的研究,才能有所突破。
为了提高稠油油藏开发效益,与新疆油田合作,优选了混源采油菌组合,采用单井吞吐的生产方式,分2批对21口稠油开发井进行了微生物开采矿场试验。结果表明,所选用的采油菌组合对胶质、沥青质含量高的稠油作用效果显著,经采油菌作用,作业区的稠油粘度大幅度降低,在停止注蒸汽的情况下,大多数试验井都能达到经济产能,试验得到了较高的投资回报率。认为稠油微生物开采技术值得在新疆油田的稠油开发中加以推广。
指出胜利油气区已探明的气田(气藏)以浅层气藏为主,其中孤东二区浅层气藏为胜利油田典型的浅层疏松砂岩气藏,目前已进入开发后期,随着采出程度的提高,出现了地层压力逐年下降、停产井增多、气井出砂出水严重和低产能井增多等诸多问题。认为应进行气藏精细描述、气藏开采规律研究包括产量变化和压力变化规律研究,明确资源动用、采出、封闭和剩余情况,采取适当驱动方式,进一步提高采收率。
从压裂液在裂缝中的层流流动机理出发,考虑缝宽与缝长方向的压力梯度,对裂缝中的压裂液流速进行了计算。以固液两相流的流动理论为基础,运用托马斯定律对含砂压裂液的表观粘度进行了简化计算。考虑了砂粒与裂缝壁面的相互作用,从理论上建立了求解裂缝中含砂液流动阻力的计算模型,进而对不同含砂浓度、含砂粒径对压裂液流动性能的影响进行了分析,为计算压裂液在裂缝中的流动阻力提供了理论依据。
通过对鄂尔多斯盆地上古生界不同成因泥质岩样品稀土元素分析表明,稀土元素在杂色泥质岩中较为富集,在暗色泥质岩中亏损;在细粒沉积物中富集,在粗粒沉积物中亏损。指出从稀土元素的区域变化来看,盆地北部的物源主要来自于北部阴山古陆,且北部物源具有明显的东西分带性;稀土元素富集受沉积分异作用控制,由北向南随着泥岩粒度变细,稀土元素特别是重稀土元素富集。
指出不同显微组分具有不同的化学结构组成,壳质组具有最轻的碳同位素组成,芳构化程度最高的惰质组具有最重的碳同位素组成,因此产物甲烷的碳同位素组成具有半丝质组>丝质组>镜质组>壳质组的规律。结合不同显微组分产气率的特征(壳质组>镜质组>半丝质组>丝质组),计算了煤系源岩显微组分的差异对在塔里木盆地库车坳陷和吐哈盆地煤成气甲烷碳同位素可能产生的影响。认为这种显微组分组成上的差异不足以对所产生的天然气甲烷碳同位素产生影响。
经测试,南盘江盆地秧1井天然气可分为2类:一类为高含N2天然气,N2含量为54.92%~73.89%;另一类为高含CO2天然气,CO2含量大于96%。认为高N2天然气是秧1井乃至南盘江地区具有地质意义的天然气。指出该类天然气甲烷含量一般小于2.5%,几乎不含大于乙烷的烃类组分,CO2含量2.2 7%~9.5 4%;1δ3C1值为-3 3.1 9‰~-3 3.9‰,CO2的1δ3C值为-2 9.3‰~-30.93‰。认为该类天然气不是原油裂解气,也不是源自上二叠统龙潭组的煤成气,而主要是源自中泥盆统泥质烃源岩的干酪根裂解气;中泥盆统泥质烃源岩的“晚期阶段聚气”是造成该地区天然气高含N2、烃类组分碳同位素偏重的主要原因。
从柴达木盆地第四系生物气气源岩一个剖面样品中检出了系列的脂肪酮-2、脂肪酮-3和脂肪酮-4,并对其进行了质谱鉴定和计算了不同碳数的脂肪酮-2在质量色谱图中的相对百分含量后发现:同一样品中脂肪酮-2、脂肪酮-3和脂肪酮-4的奇偶优势和碳数分布具有相似特征;在整个剖面上脂肪酮-2碳数分布变化较大,脂肪酮-2的奇偶优势在1.20~1.80之间,L/H比值在0.31~1.61之间。根据脂肪酮的分布特征及生标指数特征,结合地质背景,探讨了其成因,认为脂肪酮-2来源于柴达木盆地咸水-半咸水湖相生物或者气源岩内正构烷烃的生物氧化。
在调研了国内外大量含氮化合物文献基础上,指出含氮化合物在油气地球化学研究中有着重要的应用价值,首先含氮化合物在研究油气运移方向及路径方面有独特作用,例如吡咯类中性氮化合物可作为一种示踪剂用于油气运移研究――随着运移距离的增长,原油中吡咯类化合物的绝对丰度会减小;其次在一些地区将含氮化合物作为油气成熟度和油源对比参数也取得了较好效果。同时指出,在实际利用含氮化合物参数时仍然存在着与理论不相符的情况,建议在实际应用中要结合地质背景和其他地球化学参数。
采用计算机断层扫描技术(CT系统)开展了甲烷-纯水体系的气水合物生成和分解实验研究,结果表明,利用CT系统可以直观地获得甲烷水合物生成和分解的动态变化过程。指出:甲烷水合物的生成基本上从气液分界面开始,且形成初期存在突变性;生成的气水合物起初非常疏松、呈絮状,然后逐步变得密实;气水合物分解则是一个不断释放气体,由密实变得疏松的过程。
将温度在零度以上的甲烷水合物的分解过程看作是无固态产物层生成的气固反应,从晶体溶解的角度研究了水合物颗粒的消融问题,推导了颗粒半径随反应时间变化的微分方程,从理论上建立了甲烷水合物分解的缩粒动力学模型。利用前人的实验数据,进行了水合物分解的动力学分析,认为温度在零度以上时,水合物分解反应由界面化学反应过程控制。将实验数据代入模型拟合了甲烷水合物分解反应的活化能E a和表观分解速率常数kr与文献值误差较小。
指出用水合物作为天然气储运的新方法,具有安全可靠、费用低的优势,可以替代天然气储运的常规方法(管道法和液化天然气法),特别适用于海上及陆地偏远小气田的开发。对天然气4种运输形式的成本进行了比较,结果表明利用固态天然气水合物输送时成本最低。提出了利用水合物实现工业化天然气固态输送过程中一些尚待解决的技术问题。
以ISI Web of Know ledge信息平台提供的SC I(网络版)数据库、IN SPEC数据库和D II数据库为数据源,以Derwent Analytics软件为分析手段,对1995―2005年期间发表/申请的国际天然气水合物研究论文/创新专利的年度分布、国家分布、机构分布、期刊分布和作者分布情况作了分析与比较,从文献计量角度指出了国际天然气水合物的研发主要集中在美、日、俄、加、英、德、法、中、挪等国的国立科研机构、政府部门和大学。同时分析了中国天然气水合物的研究概况。
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