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    【地质控】三大非常规油气领域的地质学解读(一)

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    发布时间:2014-08-05

    古代人类就发现了石油和天然气。到19世纪中叶,俄罗斯和美国相继钻成了第一口油井,美国1859年在宾夕法尼亚钻成第一口油井后,进入商业性开发,1862年的年产就达到3百万桶。

    19世纪末,全世界的石油年产量为1.5亿桶,这时期主要依靠油苗在浅层钻井,石油用于提炼煤油照明,一般称之为“煤油时代”。

    20世纪以来,石油工业飞快发展。1900年起,一些石油公司纷纷成立地质研究部,开始用石油地质理论指导找油。核心问题是油气成因、油气藏的形成和油气分布规律。

    研究油气成藏的基本要素,即烃源岩、储集层、盖层和圈闭,油气生成的一次和二次运移。与石油地质学密切相关的学科也快速发展,如油气地球化学,基本确定了石油的有机成因,为石油地质学奠定了基础。同时配套发展了油气勘探和开发技术。油气的勘探开发从浅层走向深层,

    从陆地走向海洋。到2000年全球石油产量达到2.65百亿桶,天然气达到85.1万亿立方英尺。油气成为主要能源和化工原料,世界进入了“汽油时代”和“化工原料时代”。

    对油气需求的快速增加,促使对油气的开发从优质油气扩展到品质较差、开采难度较大和开采成本较高的油气。

    1979年,美国地质学家Masters提出了油气资源分布的三角图概念,后来也有学者对三角图进行了一些修改,但基本概念没有变化。三角图的顶部为常规油气,开采技术难度较低和开采成本较低,油的品质好,占总油气资源量的比例较小。非常规油气开采技术难度较大,开采成本较高,油的品质较差,但占油气总资源量中的比例大。

    油气资源类型分布

    石油工业从以常规油气为主,逐渐增加非常规油气,在不远的将来可能实现常规油气和非常规油气并举的局面。石油地质学正在发生创新性变化,不仅以常规油气为对象的石油地质学及其勘探开发技术将继续深化发展,而且正在出现和发展非常规油气地质学和发展非常规油气勘探开发技术。

    根据非常规油气的成因可以将其分为三大类。第一类是重油和油砂;第二类是页岩油气和致密油气和煤层气;第三类是油页岩。(未完,本章节重点介绍重油和油沙)

    1、重油和油砂

    重油和油砂的成藏机理与一般常规油藏基本一致,都需要具有烃源岩、储集层、盖层和圈闭等成藏要素。由于重油和油砂的密度大、黏度高,虽然储层多为高孔和高渗,仍然很难流动。重油和油砂的开采难度大、成本高,并且要有新的开采技术。

    全世界的重油和油砂的标准不完全相同。美国联邦地质调查局2007年根据原油的重度和黏度进行分类:API大于25°为轻质油;API大于20°,小于等于25°的为中质油;API在10°和20°之间,黏度大于100MPA•S的为重油;API度小于10°,黏度大于10000MPA•S的为天然沥青(即油砂)。

    由此可见,原油的性质从常规油、中质油、重油、油砂是连续变化的。

    从干酪根热演化生成的大部分原油API大于25°。重油和油砂的形成是由于油藏形成之前和形成后,原油经历了不同程度破坏的结果。

    主要有三种因素,一是盆地后期构造运动对原油性质变化的控制作用。

    盆地演化过程中各种形式的抬升使早期形成的地层及其所包含的油气藏出露地表,使空气和地表水接触,原油中轻质组分逸散,原油被水洗和生物降解。最整合面之下的重油油藏。

    二是盖层质量对原油性质变化的控制作用。

    盖层阻挡油气向上逸散,盖层最主要的封堵作用是其岩石的毛细管力。最好的盖层是盐层,但分布最广泛的盖层是泥页岩地层,当这种盖层的粉砂质甚至砂质含量增多,就降低盖层的封盖能力,使下覆储层中的原油发生水洗和生物降解作用,使原油变重变稠。

    三是底水作用,油藏底部形成沥青垫现象在许多油田均有所发现,这是由于底水中的生物降解作用使原油变重和变稠。温度高于80℃就很难有生物存在,底水降解作用必须在水温80℃以上的深度。

    大规模的重油和油砂聚集的先决条件是,盆地内必须要有丰富的烃源岩,从而生成大量原油。盆地演化的早期多为被动大陆边缘盆地和克拉通盆地,后期的原油变化要处于适度的范围。

    否则,原油全部破坏成为沥青。重油形成环境受构造运动影响弱于油砂。因此油砂多位于前陆盆地,重油可以存在于前陆盆地也可以存在于其他类型的盆地,分布更加广泛。在一个盆地内分布相对有利的位置是前陆盆地斜坡带和前缘隆起的浅部。总体上,重油和油砂的埋藏比较浅。

    根据美国联邦地质调查局的评价,油砂的原始地质资源量为5.5万亿桶。其中,西加拿大盆地占2.334万亿桶、东委内瑞拉盆地占2.08万亿桶,共占80%,分布非常集中,都是前陆盆地。重油原始地质储量为3.396万亿桶,约47%分布于阿拉伯盆地、东委内瑞拉盆地和扎格罗斯盆地。与油砂相比,重油分布的盆地类型多,分布地域也比较广泛。

    重油和油砂的油质比较稠,流动性差,特别是油砂。埋藏较浅的油砂基本上都是用露天开采和巷道开采的方法。一般在油砂埋深浅于120M时可以用露天开采,埋深120~750M时为巷道开采。

    开采方法不断改进,生产成本有所下降。重油和埋藏较深的油砂都采取井下开采的方法,目前在加拿大采用的主要方法是水平井和蒸汽辅助重力泄油(SAGD)相结合的方法。重油的原油性质、埋深各地差异很大,必须因地制宜,但最基本的方法是注蒸汽,在合适的条件下,如奥里诺科重油带也可以利用泡沫油机理水平井初期冷采,以提高经济效益。

    截止到2012年,全球重油和油砂累计产量分别达到73.8亿桶和175.8亿桶。2012年全球年产重油4.69亿桶,主要集中在东委内瑞拉、巴西和墨西哥湾,油砂年产6.02亿桶,主要集中在加拿大阿尔伯达盆地。据Hart Energy 2011年预测,到2035年,全球重油和油砂年产量将达到56.72亿桶。

    全球重油与油砂2010-2035年日产量预测图

    可以生产的重油和油砂主要分布于较新的地层中,如白垩系、古近系和新近系。据报道,在东西伯利亚有规模巨大的沥青矿藏,相当大的部分为固体沥青,地层时代较老,是否经济上可采有待研究。(转自石油观

    察)