回顾了“六五”国家重大科技攻关项目“中国煤成气的开发研究”立项的背景和攻关历程。介绍了煤成气攻关取得的科学成果和对我国天然气勘探开发的巨大推动作用,强调了煤成气攻关对我国天然气工业发展的重要历史意义。评述了天然气攻关对天然气科技队伍建设和人才培养方面的积极作用。评价了戴金星作为一代攻关人的代表对中国煤成气理论建立的突出贡献和在负责煤成气攻关和尔后的天然气攻关中对我国天然气事业的卓越贡献。
中原油田油气生产基地――东濮凹陷,是一个既富油又富气的“油气盆”,经过20多年的勘探开发,已建成为我国东部重要的油气生产基地。回顾了20世纪80年代中原油田3年科技攻关及“六五”、“七五”天然气国家重点科技攻关对中原油田建设的重要贡献,论述了20世纪90年代以来在天然气勘探上所遇到的困难和中原石油人锲而不舍的科技攻关精神以及进入新世纪后在天然气勘探上的重要进展,展望了今后东濮凹陷天然气的勘探前景,提出了应注意研究和解决的几个关键技术问题。
莺―琼盆地(莺歌海盆地和琼东南盆地简称)天然气勘探历程坎坷,迄今虽然建成了一定的天然气储量规模,但目前的勘探与研究难度越来越大;天然气勘探领域及方向不明,尚处在探索徘徊阶段。通过对该区天然气成藏地质条件的分析,认为首先应从形成气田的主要烃源岩研究入手,坚持“寻找煤成气”的战略勘探方向,以期获得天然气勘探的重大突破,发现新气田,扩大天然气储量规模。
回顾了参加“七五”到“十五”4轮国家天然气科技攻关的整个过程,表述了自己的亲身感受,概括了在此过程中所取得的研究成果。“攻关”经历表明,国家天然气攻关计划的实施,为青年科技人员的成长提供了广阔的舞台,使得他们有机会为国家天然气工业的发展贡献自己的智慧。
在稳定的鄂尔多斯盆地西缘槽台过渡带地区古生界弧形裂谷系的发育、发展推动下,地块形变成南北成带、东西分区、隆洼相间的弧形构造带,并控制了油气分布规律,经后期盆山转换和耦合,这种变形至今对鄂尔多斯盆地油气勘探方向仍有重要参考意义。
建立了乌什-温宿地区的地质结构模型,恢复了其新生代演化历史,探讨了油气远景。指出乌什-温宿地区由乌什凹陷和温宿凸起2个构造单元组成,乌什凹陷为具有挤压性质的断陷,温宿凸起为受基底卷入逆冲断裂控制的古隆起,构造样式侧向变化显著;该区新生代主要变形期为渐新世晚期-中新世早期和上新世-早更新世2期,水平挤压缩短量13～21km,缩短率14%～20%,平均变形速率0.56～0.9mm/a;受多旋回演化背景的控制,乌什-温宿地区形成多种有利的圈闭类型,具有早、晚两期成藏的特点。
从大尺度构造系统上认识松辽盆地,有助于全面审视和重新评价油气成藏的展布规律。通过综合分析认为,松辽地区主要发育内蒙-兴安构造系和滨西太平洋构造系,其次有局域性的纬向构造和经向构造以及北西西向与北北东向共轭断裂构造。并探讨了这些构造的动力学背景。
四川盆地经历了克拉通盆地和前陆盆地2个演化阶段,天然气资源丰富、分布范围广,烃源岩和储层层系多、气藏类型多。根据四川盆地的构造演化特征,将其储盖组合分为克拉通下部层系、克拉通上部层系及前陆盆地层系。指出天然气藏在这3大构造层系中均有分布,但绝大多数分布于克拉通上部层系和前陆盆地层系中;克拉通下部层系天然气分布主要受乐山-龙女寺古隆起控制,克拉通上部层系气藏分布主要受开江-梁平、泸州-开江古隆起和环海槽分布的有利相带所控制,前陆盆地层系油气藏分布主要受冲断带、前渊和前缘隆起控制。通过分析,认为乐山-龙女寺古隆起、下三叠统飞仙关组鲕滩、二叠统长兴组生物礁、川东地区石炭系、蜀南嘉陵江组、米仓山前缘、川中-川西地区上三叠统、侏罗系浅层、大巴山前陆盆地等9大领域是近期勘探和研究的重点。提出了下一步的研究和勘探工作建议。
三湖凹陷为北陡南缓,北斜坡由于凹陷急剧沉降与边缘相对抬升形成多个挠曲褶皱带,坳陷内可形成2大类岩性生物气藏,即陡坡带岩性气藏和缓坡带岩性气藏。指出多旋回的构造运动,多期湖平面升降,为多类型岩性圈闭的形成奠定了物质基础;生物气的长期生成为成藏提供了丰富的气源;砂层良好的孔渗条件及大面积分布为成藏提供了运移汇聚条件。认为三湖坳陷岩性生物气藏具有巨大的勘探前景。
准噶尔盆地天然气资源丰富,但勘探程度较低,目前天然气发现率仅为15.12%,探明率只有3.48%,勘探潜力巨大。指出:盆地主要气源岩有下二叠统佳木河组、风城组、上二叠统乌尔禾组、芦草沟组、下侏罗统八道湾组,中侏罗统西山窑组;已发现的天然气绝大部分为高成熟腐殖型气;从石炭系火成岩至第三系各个层位都有储层发育,具有多套生储盖组合;上三叠统和下侏罗统为全盆地分布的区域性盖层;已发现的天然气藏和出气点主要分布在伸入烃源区的正向构造单元上,以盆地西北缘和南缘为主,其次为腹部和东部;盆地南缘第二、三排构造带下第三系、西北缘二叠系、腹部莫索湾深层石炭系-二叠系等是今后天然气勘探的主要地区和层系。
指出:珠江口盆地番禺低隆起天然气组成差异较大,既有烃类含量很高的纯烃气藏,也有无机成因的二氧化碳气藏和高含氮气藏;天然气乙烷碳同位素值绝大多数小于-28‰,以混合气和油型气为主;甲烷碳同位素值介于-44.2‰～-33.6‰之间,C2+含量介于4.76%～10.98%之间,C1/(C2+C3)值介于6.28～21.44之间,大多属于高成熟―过成熟天然气;与天然气相伴生的高成熟凝析油具有较高的Pr/Ph值(2.58～6.38),双杜松烷有一定丰度,C304-甲基甾烷含量低,来自于恩平组烃源岩。利用ln(C1/C2)―ln(C2/C3)和(δ13C2-δ13C3)―ln(C2/C3)图版,结合油-气-岩的综合分析,认为番禺低隆起天然气以来自于恩平组烃源岩干酪根裂解气为主,以原油裂解气和文昌组烃源岩晚期干酪根裂解气为辅。
准噶尔盆地西北缘可分为构造样式与地质结构不同的3段:红山嘴-车排子断裂带、克拉玛依―百口泉断裂带和乌尔禾―夏子街断裂带。指出构造分段性造成了油气成藏的分段性、分期性和不同的成藏模式:成藏时间表现为北早南晚,构造导致的上气藏调整也具有北早南晚的特征;不同构造带具有不同的成藏模式,可概括为乌夏断裂带源内早期成藏垂向运聚模式、克百断裂带源内(或近源)垂向运聚早期成藏晚期调整模式、红-车断裂带近源侧向运聚与垂向分配模式、中拐凸起远源侧向晚期运聚模式和斜坡区近源侧向晚期运聚气侵模式。
指出潮水盆地与酒西盆地的中新生代构造具有很好的相似性:中生代盆地为走滑拉分盆地,发育张扭伸展断层系(边界走滑断裂,盆内伸展正断层),一级构造单元为断陷、断隆;新生代盆地是陆内前陆盆地,发育扭压逆冲断裂系,盆地一侧发育逆冲推覆体,一级构造单元为逆掩冲断褶皱区、坳陷、斜坡。认为可以利用酒西盆地的资料和勘探成果认识潮水盆地,借助酒西盆地的勘探经验指导潮水盆地的下一步勘探。
讨论了幕式成藏的证据、机理、规律及其勘探意义。指出幕式成藏是一种快速、高效的成藏方式,并常常具有周期性,因而对于高富集度大中型油气田的形成具有十分重要的意义;幕式成藏的机理主要有构造幕和构造泵作用、断层阀效应或地震泵作用以及超压积聚效应等3种作用。认为幕式成藏也是含油气盆地一种普遍存在的成藏方式,特别是对于多构造运动、断裂发育的盆地以及异常压力比较发育的盆地,幕式成藏往往占有重要地位;幕式成藏在时间上并不完全受生烃窗控制,而主要受控于区域构造运动、断裂活动或异常压力的演化,因此盆地的构造演化史、断裂活动史和异常压力发育史往往决定了幕式成藏史。
生物成因气直接来源于微生物对有机质的改造,是经微生物作用所形成的富含甲烷的气体,其可以大规模和大范围地生成。依据生物气的形成途径和成因机理,可将广义生物成因气划分为早期生物成因气、低熟气、晚期生物成因气、原油降解次生生物气和浅层油气次生蚀变改造型天然气等5类,其分别属于原生型生物气和次生型生物气。运用天然气组分特征和碳同位素组成等地球化学指标,可以对生物气进行类型识别。由于生物成因气主要分布在浅层,易于开采,而且天然气性质好,勘探成本较低,认为应加大生物气的勘探力度。指出虽然目前在我国已经发现了约30个生物气藏,但除柴达木盆地外,大多以小型气田为主,且对生物气形成机理和富集规律还没有完全掌握;而对生物气的准确评价,不仅可以为浅层气来源提供依据,丰富有机地球化学理论,还可以以此追索油气运移的路径轨迹、发现新的隐蔽油藏和烃源岩等,因此生物气地质地球化学研究工作的深入开展,将会大大拓宽油气勘探的领域。
阐述了决定断裂封闭性能的力学和化学因素。力学因素包括岩石破裂性质、断面正应力和断裂变形机制,其影响规律为:1岩石破裂性质和断面正应力决定了断裂的开敞程度;2三维应力实验已证实随温压升高,变形程度加深,而孔隙度和渗透率递减,但低压脆性变形中存在膨胀扩容阶段,并且膨胀扩容程度随有效应力增加而减小。化学因素包括化学沉淀作用、压溶作用和元素迁移,其影响规律为:1化学沉淀作用在开启性断裂中发育;2随温压的升高,压溶发育增强,随含水量的增加,压溶发育减弱;3形成断层岩的变形变质过程中,发生较大规模的体积损耗和元素迁移,大部分体积损耗是压溶-迁出作用造成的。认为在不同力学性质的断裂中,各因素对其封闭能力的影响程度不同。假设各种力学性质的断裂形成于同一构造应力场,并发育在同一力学强度的岩层或岩体中,则压性断裂相对高温、高压,其裂隙和断面紧闭程度高、变形程度深、压溶作用发育,压性断裂带为封闭系统,主要发生还原作用和脱水作用;张性断裂相对低温、低压,其裂隙和断面开启、压溶作用不发育、化学沉淀作用强,张性断裂带为开放系统,主要发生氧化作用和水解作用;扭性断裂的裂隙和断面张开度介于压性和张性断层之间,断裂核部因剪切热而压溶发育、变形...
在分析煤层气与常规油气共采可行性问题的基础上,采用物理模拟方法,结合地质条件分析,研究了深部煤储层在平衡水条件下的吸附效应,并初步得出一些新的认识:地层温度、埋藏深度、煤级等条件的组合,可能对煤储层平衡水含量发生不同程度的影响;深部地层条件的具体特征,可能会导致深部煤储层吸附性与浅部煤储层有所不同;在地层条件下,煤饱和吸附量随埋藏深度增大而变化的趋势在一定深度发生反转,存在一个“吸附饱和临界深度”,且临界深度随煤级的变化而有所不同,这是地热场深部增温效应与煤储层自身特性共同作用的必然结果;深部较高地层温度与较高地层压力的配置关系可能有利于煤层气的开采,存在实现深部煤层气资源与常规油气资源共采的可能性;深部较高流体压力和较高受热温度的“双重”控制效应,可能是导致深部煤储层吸附性与浅部存在较大差异的根本原因。
指出天然气藏中的氩同位素年代积累效应是建立在源岩中放射性钾随时间的放射性衰变产生40Ar的基础上;对以壳源为主的天然气而言,其40Ar主要来源于40K的K-壳层捕获。随源岩时代变老,源岩中放射性40Ar增大,40Ar/36Ar值增大。利用天然气中稀有气体氩同位素特征与不同类型源岩中母体K的关系对塔里木盆地和鄂尔多斯盆地进行研究,在对不同类型烃源岩中K2O的含量进行了尽可能的收集和整理发现,就碎屑岩、煤岩和碳酸盐岩三大类烃源岩而言,K含量的变化主要取决于源岩中粘土矿物含量的多少,其K2O在岩石中赋存量差异近10量级。认为K-Ar关系的研究在对发育多类型天然气源岩类型的含油气盆地进行气源对比研究中极有价值。
阿克库勒及其邻区主要油气储层的地层水以高矿化度为特征,长期以来多数人认为这类地层水是互不沟通的深层封存环境的产物。通过对该区地层水的系统采样分析,依据地层水的同位素组成特点及所反映的成因环境,提出:1阿克库勒及其邻区主要储层的地层水同位素具有相同的组成,反映了它们之间的成因联系;2氢(δD)和氧(δ18O)同位素明显偏轻,δD最大值为-42.0‰,最小值为-66.0‰,δ18O最大值为2.7‰,最小值为-6.0‰,表现为有地表水渗混溶滤成因的地层水;3通过对比研究区内地层水的主要成因是地表水渗流和溶解地层中的NaCl所形成高矿化度地层水。因此,对阿克库勒及其邻区油气的运聚、保存条件需进行进一步的研究。
在喀什凹陷目前发现的唯一天然气藏就是以阿克1井为代表的阿克莫木气藏,因此对该凹陷天然气成藏地球化学的分析主要建立在对阿克1井天然气成藏解剖的基础上。在对阿克1井天然气进行多种手段分析的同时,引入了热压模拟的方法并对多种类型的烃源岩进行了系列模拟产气实验。将模拟气与阿克1井天然气进行对比和综合分析后认为,该井天然气来源于研究区石炭系―二叠系过成熟阶段生成的干气。在有机包裹体分析和自生伊利石测年的基础上并结合沉积与构造演化分析,指出本井天然气为晚期成藏、阶段聚气的产物,主要聚集了源岩在晚第三纪末―第四纪期间生成的气体。
1953年日本熊本县水俣湾发生了历史上首次重金属――汞污染重大事件,国际上立即对汞污染问题给予了高度重视,此后相关领域关于汞研究的成果也不断涌现。文中介绍了天然气中汞含量的变化和气类型判识的应用,并概述了岩石和土壤汞的含量变化;由于汞的高电离势和高挥发性,汞极易形成化合物,也易于从化合物中再还原出来,所以汞在不同物质中含量不一样,甚至在同类物质中的含量也会有明显差别,例如汞在天然气中含量为2.8～3000000ng/m3,在陨石中的含量为0.004～38.94μg/g,在变质岩中含量为2～3900ng/g之间,在火成岩中含量为4.5～1600000ng/g之间,在沉积岩中含量为0.005～2000μg/g之间,在土壤中含量为1～290ng/g之间。还指出汞在沉积、迁移和聚集的过程中形态变化十分复杂,因此物质中汞含量的变化规律也会因为汞的地球化学特性、深大断裂、岩浆活动、岩性及地貌等因素的变化而改变;随着人们环保意识日益增强,技术手段改进、仪器精度提高和汞研究领域不断拓宽,对汞含量在天然气中的变化规律的认识也会更加客观。
天然气成藏后会发生扩散、溶解逸失、微生物降解和高温裂解等作用,这些作用会使天然气组分、同位素发生分馏。其中扩散分馏取决于不同分子的半径与不同方向上的浓度梯度,溶解分馏则受控于分子大小与水合能力,这2种分馏作用常使藏内小分子烷烃含量减少、同位素组成变重;微生物对天然气的降解受温压条件控制,并且不同细菌对烃类具有不同嗜好性,常使天然气重烃含量减少、同位素组成变重;热裂解作用可使天然气组成变干、同位素组成变重。认为通过化学反应动力学可以分析藏内天然气分馏作用的条件及其定量过程,恢复成藏初期天然气特征,并有助于混源气判别、资源散失量估算等。
深盆气藏在很多方面不同于传统气藏,常具有饱和气体、异常压力、下倾部位无气水界面和低渗透储层等特征,鄂尔多斯盆地下二叠统气藏就是一个典型的直接型深盆气藏的实例。指出:该深盆气的主要赋存层位为山西组和下石盒子组,储层岩石为河流三角洲相砂砾岩和砂岩,砂体厚度大、分布广泛,岩性致密,储层渗透率普遍小于1×10-3μm2(但对于深盆气的储集,仍是十分有效的储层);上古生界煤系气源岩表现为广覆型分布、较高有机质丰度、倾气腐殖型有机质为主的特点,属于全天候式生气,目前虽然可能基本上不再继续供气,但其生成的巨大资源量在极为缓慢的散失速率下仍能形成特大型深盆气藏;深盆气藏主体分布区以常压和低压为主,天然气分布充分表现出深盆气藏特有的气水倒置特征;山西组、下石盒子组深盆气甜点属于地层性质,多出现在深盆气上倾边界附近的储层中。
大芦湖油田属于低渗透油藏,目前处于开发中后期。为了进一步挖潜,采用数值模拟技术,对大芦湖油田各砂层组的采出状况进行了分析,发现了不同砂层组存在的问题,探讨了完善井网、抽稀井网、不稳定注水等提高采收率技术方法。模拟结果表明,砂层组的采出程度最高,井网相对比较完善,砂层组的主要调整重点应该放在42小层。
指出用传统的二项式产能方程来处理高压低渗气井的产能测试资料往往存在着不同程度的误差,有些井的误差较大。论述了高压低渗气藏固体表面边界层的形成机理和边界层效应对天然气非线性渗流的影响,由此得出了天然气在高压低渗边界层的流动不同于孔道中心流动的结论。在此基础上,建立了高压低渗气井非线性稳定渗流方程(高压低渗气井产能方程),并建立非线性规划模型求解方程未知系数,用交汇图解法求出其绝对无阻流量。通过实例计算证明了该方法的正确性、可靠性和实用性。
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