钻井机械大作业-油气的生成和储集方式

1、油气的生成和储集方式 一、常规油气的生成和储集方式（一）、油气成因学说： 油气成因问题，在原始物质、客观环境及转化 条件等方面，长期存在争论。 根据在生油气原始物质问题上观点的差异，石油成因理论分： A无机成因说 B有机成因说无机成因说：认为在高温条件下，石油是由碳、氢元素或这些元素的无机化合物通过化学反应合成，与有机物质无关。碳化说 （门捷列夫，1879）宇宙成因说（索可洛夫，1889）火山起源说（考斯特，1904）岩浆说 （库德梁采夫，1949）高温生油说（切卡留克，1971）有机成因说：油气是在地球上生物起源之后，在地质历史发展过程中，由保存在沉积岩中的生物有机质逐步转化而成。生物有机质

2、油气1.早期有机成因论2.晚期有机成因论二、生成油气的物质基础 古生物、有机质、酐酪根酐酪根类型根据原始生物和成矿方向的不同，分：腐泥型；（型）富含类脂的孢子和水生浮游生物,成矿方向为；石油、油页岩、腐泥煤腐植型；（型）富含木质素、纤维素的陆生高等植物，成矿方向：甲烷气、腐植煤标准腐泥型（1）；含腐泥的腐植型（1）；含腐植腐泥型（2）；标准腐植型（2）；中间型（）。三、油气生成的外在条件（一）油气生成的地质条件有利于有机质堆积、保存、转化的地质环境：大地构造条件: 长期稳定下沉的盆地（V沉积V沉降） 岩相古地理环境: 深度适当、面积较大、有机质丰富的水体；利于有机质保存的低能、还原性环境海相：

3、浅海封闭环境、前三角洲、海湾、泻湖；陆相：半深深湖（二）油气生成的物化条件 促使有机质转化为油气的条件（物理、化学、生物化学条件）主要有：热力作用、细菌作用、催化作用、压力、放射性作用、还原条件等。1.热力作用 主要体现在温度和时间两个方面，大量的油田实际和实验室研究结果表明，在有机质向石油转化过程中，温度是最持久和有效的作用因素，温度不足可用延长反应时间来弥补。 高温短时间的热力作用与低温长时间的热力作用可以产生同样的效果。2、细菌作用三类：喜氧细菌、厌氧细菌、通性细菌 体现在两方面：一方面细菌本身是生油的原始物质，另一方面厌氧细菌可以促使有机质向油气转化。厌氧细菌将有机质分解，产生相应的有

4、机化合物，这些有机化合物又相互作用，进一步分解、聚合，可形成酐酪根。在这个过程中还可以生成甲烷等气体。细菌作用主要发生在沉积盆地水体的下部、未固结的沉积物及埋藏较浅的沉积岩中。随着沉积物埋藏深度加大，地温逐渐升高，当温度超过100后，细菌作用就消失了。3. 催化剂作用无机盐类：无机催化剂，它能加速沉积有机质向油气转化。最主要的是粘土矿物，蒙脱石催化能力最强，高岭石最弱。成岩中晚期。有机酵母：是一种有机催化剂，能加速有机质的分解。催化作用强，不耐高温。成岩早期。4.压力作用高压可以阻止液态烃裂解为气态烃。5.放射性作用 可以提供游离氢的来源结论：沉积有机质转化成油气，是还原条件下上述各种地质、动

5、力条件在漫长的地质时期综合作用的结果。在不同地区，在油气生成的不同阶段，某种因素可能起主导作用。经历一个加氢、去氧、富集碳的过程4、 有机质向油气转化的阶段 1.生物化学生气阶段5、 埋深：0-1500m温度：1060作用因素：细菌生物化学作用和有机催化剂作用主要产物：生物成因气、酐酪根、少量油2.热催化生油气阶段深度：15002500m 温度：60180作用因素：热力作用和粘土的催化剂的作用主要产物：大量石油 原油伴生气 残余酐酪根3.热裂解生凝析气阶段深度：40007000m温度：180250作用因素：石油热裂解、热焦化主要产物：凝析气、湿气、酐酪根残渣4.深部高温生气阶段深度：7000m

6、主要特征：高温高压温度：250作用因素：热变质主要产物：干气、碳沥青或石墨生油层： 凡能生成并提供具有工业价值的石油和天然气的岩石，称为生油气岩（或烃源岩、生油岩）。由烃源岩组成的地层称为生油（气)层。在一定地质时期内，具相同岩性和沉积相特征的若干生油层与其间非生油层的组合，称为生油层系。（一）地质研究1.岩性、岩相特征决定有机质的含量，即丰富程度、类型和生烃潜力2.厚度和分布范围决定有机质的总量，也决定排烃效率岩性特征；一般为暗色、细粒、富含有机质和微体生物化石，并且常含指示还原环境的分散状黄铁矿，偶尔可见原生油苗。按其岩性特征，可分为：1泥质岩类生油层：主要包括富含有机质的泥岩、页岩2碳酸

7、盐岩类生油层：主要包括暗色石灰岩、生物灰岩、泥灰岩及礁灰岩等岩相特征：一般为有利于生物大量繁殖、保存，且有利于生油岩发育的环境。如：浅海、前三角洲、海湾、泻湖，半深深湖（二）、油气藏形成的条件：  油气藏必须具备的两个条件是油气和圈闭。而油气在由分散到集中形成油气藏的过程中，受到各种因素的作用，要形成储量丰富的油气藏，而且保存下来，主要取决于生油层、储集层、盖层、运移、圈闭和保存六个条件。归纳起来油气藏形成的基本条件有以下几个方面：一、油气源条件  盆地中油气源是油气藏形成的首要条件，油气源的丰富程度从根本上控制着油气资源的规模，决定着油气藏的数量和大小

8、；油气源的性质决定着烃类资源的种类、油藏与气藏的比例；油气源形成的中心区控制着油气藏的分布。因此，油气源条件是油气藏形成的前提。1、烃源岩的数量 成烃坳陷:是指地质历史时期曾经是广阔的有利于有机质大量繁殖和保存的封闭或半封闭的沉积区；成熟烃源岩有机质丰度高，体积大，并能提供充足的油气源，形成具有工业价值的油气聚集。  成烃坳陷在不同类型的盆地中有不同的分布形式，这与盆地的演化模式有关。平面上,可以位于盆地中央地带(松辽盆地)，也可以偏于盆地一侧(酒西盆地)，或者有多个成烃坳陷(渤海湾盆地)。纵向上，由于盆地演化的不同，烃源岩的分布在单一旋回盆地中只能有一套，在多旋回盆地中常发育多套烃

9、源岩，但主力烃源岩常常只有一个。成烃坳陷的位置也可以是继承性的，也可以是非继承性的，在不同的阶段位置产生迁移或完全改变。只有研究盆地的演化史，进行旋回分析和沉积相分析，才能把握成烃坳陷的发育和迁移规律，有效地指导油气勘探。    烃源岩的数量：取决于烃源岩的面积（分布范围）和厚度。2、烃源岩的质量  并非所有的沉积盆地都有成烃拗陷，当盆地内拗陷区一直处于补偿或过补偿状态时，难以形成有利的成烃环境，或油气潜量极低，属于非成烃拗陷。因此，一个拗陷是否具备成烃条件，还要对烃源岩有机质丰度、类型、成熟度、排烃效率来进行评价。通过定量计算成烃潜

10、量、产烃率来确定盆地的总资源量，从而评价油气源的充足程度。只有具丰富油气资源的盆地，才能形成大型油气藏。二、生、储、盖组合和传输条件  油气生成后，只有及时的排出，聚集起来形成油气藏，才能成为可以利用的资源；否则，只能成为油浸泥岩。而储集层是容纳油气的介质，只有孔渗性良好，厚度较大的储集层，才能容纳大量的油气，形成巨大的油气藏，这是显然的。而有利的生、储、盖组合，也是形成大型油气藏不可缺少的基本条件。    生储盖组合:是指烃源层、储集层、盖层三者的组合型式。    有利的生储盖组合:是指三者在

11、时、空上配置恰当，有良好的输导层，使烃源层生成的油气能及时地运移到储集层聚集；盖层的质量和厚度能确保油气不致于散失。1、生储盖组合类型  沟通烃源层和储集层的通道有三种基本形式：孔隙裂缝系统，不整合面系统和断裂系统。根据生、储层在时间和空间上的分布和接触关系，可将生储盖组合分为两大类：连续的或相邻的生储盖组合、不连续的或间断的生储盖组合。  (1)连续的生储盖组合是三者存在于连续沉积的地层单位中，生储层直接接触，以孔隙或孔隙裂缝系为输导油气的通道。根据接触方式可进一步分为：面接触，包括上覆式、下伏式、互层式；带接触，也称侧变式或指状交叉式；体接触，也称封

12、闭式或透镜式。  (2)不连续生储盖组合生储层在时间上是不连续的，在空间上可以直接接触，也可以是分隔的，但两者的连接通道为不整合面或断层面。可分为不整合型生储盖组合和断裂型生储盖组合。  在实际情况下，单一型式的生储盖组合往往很局限，输导油气的能力也有限，而更多的是多种型式联合形成复合的输导网络，因此，复合型的生储盖组合对大型油气藏的形成更为有利。我国酒西盆地前山背斜带油气藏的形成即为复合型输导油气的结果。2、生储盖组合的评价  输导层的型式及其性能对输导能力起着重要作用。一般来说，烃源层和储集层直接接触面积越大，通道畅通，输导能力就

13、越大，反之，输导能力越差。互层式、指状交叉式较上覆、下伏式输导能力强，透镜式虽接触面积广，但明显受储集体大小的限制。不连续的生储盖组合型式中，生、储层虽未接触，但断裂面、不整合面往往输导能力强，在时空上把生、储层连接起来，尤其是不整合面，对油气的运聚起到重要的作用。  生储盖组合是否有利主要是看是否具有最佳的排烃效率，它与组合型式、烃源层的单层厚度和砂岩百分率有关。单层厚度在3050m的烃源层排烃效率较高，而砂岩百分率适当的区带则有利于油气由烃源层排入储集层进入二次运移。从以上三个方面对生储盖组合定性评价可归纳为表。三、圈闭条件  圈闭是油气运移的“归宿

14、”，圈闭的规模决定了油气藏的规模和数量，其所处的空间位置和形成时间决定了其捕捉油气的几率，而圈闭的密封程度和水动力条件决定了油气的聚集条件，这些都决定了圈闭是否为有效圈闭。  有效圈闭:是指在具有油气来源的前提下，能聚集并保存油气的圈闭。它必须具备圈闭容积大、圈闭距源区近、圈闭形成时间早、圈闭的闭合度高、圈闭的封闭条件好特征。1、圈闭容积大  圈闭容积大小是决定能否形成大型油气藏的前提。圈闭容积大小，由闭合面积、闭合高度、储集层有效厚度和有效孔隙度等参数决定。它与圈闭的类型，储层特性等有关。通常具有较大的闭合面积，较厚的储集层，较高的孔隙度的圈闭，是一个

15、大容积的圈闭，但闭合度往往变化较大。  在一个油气田的含油面积内圈闭的有效容积，可以是由单一状储集层圈闭的容积；也可以是由相互连通的储集体内形成巨大的容积；也可以由多个圈闭（可以是同一类型，也可以是不同类型）在垂向上叠合，或连片叠合而形成的。要成为大油气藏（田），必须拥有巨大的圈闭容积，这是一个先决条件。2、圈闭距源区近(1)空间位置上距源区近。(2)与烃源层之间有良好的输导通道，圈闭位于油气运移的路线上。3、圈闭形成时间早  所渭圈闭形成时间早，是指圈闭形成时间不晚于大规模生、排烃期。这是一个动态条件，它不仅要研究圈闭的形成时期，而且要了解区域性大规模

16、成烃、排烃期。只有在大规模成烃、排烃期之前或同时形成的圈闭，才有利于油气的聚集。  圈闭形成时间通常可用分析盆地构造演化史，编制古构造图的方法来确定。大规模区域排烃时间可以通过以下几个方面来确定：1.烃源岩的生烃高峰期和主要排烃期基本一致。2.岩石的成岩后生变化，往往是控制储层次生孔隙发育时期，这个时期也是排烃的时期。3.盆地中构造运动，形成许多背斜构造以及断裂、不整合面等，往往成为油气运移的通道，是区域性油气运移的时期。  酒西盆地前山背斜带油气藏，通过古构造图分析，背斜带中鸭儿峡、老君庙、石油沟等构造在中新世早期已经形成，此时烃源岩也正处于生烃、排烃

17、高峰期，由青西凹陷运移出来的油气聚集于此形成一系列背斜油田，而处于鸭儿峡西北边的青草湾构造，则形成于最后一期构造运动（第三纪末），尽管临近生油凹陷，也未能捕捉到油气。4、圈闭的闭合度高  当在储集层中有水动力作用时，油水界面将发生倾斜，其倾斜度与水压梯度和流体密度差有关。相同水压条件下，气水界面倾角小于油水界面的倾角，油（气）水界面的高差大于圈闭的闭合高时，原来存在的圈闭将无法封闭住油气；另外，若闭合高小于油水过渡带，则圈闭不能产出纯油，完全被油水过渡带充满。因此，圈闭闭合高度要大于油水界面两端高差或油水过渡带的厚度，是有效圈闭的条件之一。   

18、;5、圈闭的封闭条件好  储层上方盖层的封闭条件是圈闭是否存在的关键，若盖层的封闭条件差，则很难聚集保存大油气藏，尤其是气藏。盖层的封闭性往往由盖层的排替压力来确定，可用盖层可封闭的最大油柱高度来衡量，它代表盖层的最大封闭能力。Zo·（w-o)g =2( 1/t-1/p)/（w-o)g 当Zo  h时，则油气能充满整个圈闭；Zo  h时，则油气只能充满圈闭的上面一部分，再注入的油气将通过盖层逸散，圈闭的有效性将遭到破坏。    四、保存条件  已经聚集形成

19、的油气藏，是否能够完整的保存下来，是油气藏存在与否的重要前提，在漫长的地质历史中，油气藏将遭受不同程度的破坏，使油气散失、氧化或产生再分布，形成新的油气藏。因此，必要的保存条件是油气藏形成后得以保存下来的关键。  从以上四方面分析可见，要形成大型的油气藏并保存下来，必须具备的基本条件是充足的油气源，良好的储集层和有利的生储盖组合条件，有效的圈闭及必要的保存条件。（三）、油气的储集 ：     油气在生成后，沿着一定的孔隙或者裂缝发生运移。在油气运移一定的距离之后，必然会因为某些地质因素聚集成藏。本文将从油气聚集的场所-圈闭，

20、油气聚集的机理以及油气聚集的条件等个方面对油气藏的形成进行阐述。 首先，油气聚集的场所-圈闭。当油气在地下运移时，在一定条件下停止运移而集中聚集起来，而这样适合于油气聚集、形成油气藏的场所，我们称之为圈闭。圈闭具备两个基本要素：一是储集层，二是封闭条件。储集层是圈闭的主体部分，为油气的储存提供空间，其封闭条件主要包括盖层和遮挡物，主要作用是阻止油气的运移散失。 圈闭的大小，主要是由圈闭的有效容积确定的。它表示能容纳油气的最大体积，是评价圈闭的重要参数之一，当储集层厚且平缓时，最大容积取决于：闭合面积，闭合高度和有效孔隙度。溢出点是指圈闭容纳油气的最大限度的点位。若低于该点高

21、度，        油气就溢向储集层的上倾方向。闭合度是指圈闭顶点到溢出点的等势面垂直的最大高度。闭合面积在静水条件下是通过溢出点的构造等高线所圈定的封闭区的面积，或者更确切地说，是通过溢出点的水平面与储集层顶面及 其他封闭面 图一 圈闭参数示意图（如断层面、不整 合面、尖灭带等）所交切构成的封闭区（面积）。在动水条件下，是通过溢出点的油气等势面与储集层顶面非渗透性盖层联合封闭的闭合油气低势区。 当油气在单一圈闭中聚集后，就形成了一个油气藏，是地层中油气聚集的基本单位。所谓单

22、一圈闭，就是指由同一要素控制，具有单一储层，为统一压力系统和有同一油水界面的圈闭。不同圈闭形式如图二所示。如果圈闭中的油气聚集数量足够大，具有开采价值，则称为商业油气藏，如果油气聚集数量不够大，没有开采价值，就称为非商业性油气藏。     图二   非单一圈闭示意图    在一个油气藏内（图三），垂向上，由于流体比重的差异，重力分异结果使油、气、水的分布呈现：气在上，油居中，水在下的分布特征，它们之间的分界面为油-气界面和油-水界面。静水条件下，这些分界面近于水平，而动水条件下，这些分界面发生倾

23、斜，倾斜程度取决于水动力的强弱。由于储集层中的多孔介质系统有许许多多毛细管及微毛细管孔道存在，毛细管压力的作用使天然储油中的流体按比重分异是不完整和不明显的，油-气、油-水界面并不是一个截然的界面，而是一个过渡带，过渡带的宽窄取决于储集层毛细管压力曲线的斜率，斜率越大，过渡带越宽。储层物性的不均，也会造成油气不规则的分布特征。平面上，大多数构造油气藏和某些岩性油气藏都具有环带状分布特征，即气居高点部位，油环绕气分布于构造高部位，水在油外分布于构造翼部。 根据油气藏油、气、水的分布特征，可以确定油气藏的各个度量参数。   图三   油气

24、藏中气油水的分布示意图 油气藏的大小反映了圈闭中聚集的油气数量的多少，与圈闭描述参数相似，可用含油气面积、含油气高度等参数进行描述。油气藏高度：是指油气藏顶到油气水界面的最大高差。油气柱高度：是指油气的最高点到最低点的海拨高度。对于油水界面呈水平状态的油气藏（图中）来说，两者是相同的，但在油水界面发生倾斜或变曲时（图中），两者不相同。油气高度是计算储量的重要参数，而油气柱高度则更多地反应盖层的封闭能力及水动力的条件。含油边界和含油面积 :油（气）水界面与储集层顶、底面的交线称为含油边界。其中与顶面的交线称为外含油（气）边界，与底面的交界称为内含油（气）边界。若储集层厚且油水

25、界面较高，与其底面不相交时，只有外含油边界。由相应含油边界所圈定的面积分别称为内含油面积和外含油面积。  气顶和油环前述油气藏中油、气、水具有气居顶、油居中，水在下的分布特征，气居顶称为气顶。油在气水之间，平面上是环带状分布，称油环。这种情况下，气柱高度等于油气藏顶到油气界面的垂直距离，油环高度等于油气藏高度减去气柱高度。  图四  油气藏高度、油气柱高度示意图 油气聚集:油气在圈闭中排开孔隙水而积聚起来形成油气藏的过程。第一是由于势差或压差作用下的浮力-水动力机制，这是油气在圈闭中聚集的主要动力学机制；第二是由浓度差或盐度差作用的渗

26、透力-扩散力机制，包括渗滤作用和排替作用，要对低分子的天然气起某种作用。 渗滤作用：含烃的水或游离烃进入圈闭后，因为一般亲水的、毛细管封闭的盖层对水不起封闭作用，水可以通过盖层而继续运移；烃类则因盖层的毛细管封闭而过滤下来在圈闭中聚集。在水动力和浮力的作用下，水和烃可以源源不断地补充并最终导致在圈闭中形成油气藏                       &

27、#160;            图五  圈闭中油气的聚集  排替作用：泥质盖层中的流体压力一般比相邻砂岩层中的大，因此圈闭中的水难以通过盖层。进入圈闭的烃类首先在底部聚集，随着烃类的增多逐渐形成具有一定高度的连续烃相。此时在油水界面上油和水的压力相等，而在油水界面以上任一高度上，由于密度差，油（或气）的压力都比水的压力大。因此产生了一个向下的流体势梯度，使油气在圈闭中向上运移的同时，把水向下排替直到束缚水饱和度。随着油或气不断进入圈闭，油水或气

28、水界面不断向下移动，直至烃类充满圈闭为止。  油气藏形成的基本条件主要包括有效的烃源岩层、储集层、盖层、运移通道、圈闭和保存条件等成藏要素及其它们的时空配置关系，而概括而言，充足的油气来源，良好的生储盖组合和有效的圈闭是基本的成藏地质条件。油气藏的丰富程度，取决于盆地内烃源岩的体积及其有机质的丰度、类型、热演化程度以及烃源岩的排烃能力。有利的生储盖组合是指烃源岩层中生成的丰富油气能及时地运移到良好的储层中，同时盖层的质量和厚度又能保证运移到储集层中的油气不会逸散。所谓有效的圈闭即为圈闭形成时间早于生排烃，距离油源近，位于油气运移通道上而且水动力强度等较弱，能量低。 

29、;油气藏成藏史分析的目的，主要是成藏期的确定。常用的地质分析方法有圈闭形成期法、主力烃源岩生排烃期法、油藏饱和压力法等，其理论基础是油气生成、运移和聚集的整个过程。储层成岩矿物及其中的流体包裹体直接记录了沉积盆地油气成藏条件和过程，可用和重塑油气藏的形成和演化史。因此，在上世纪90年代初，就建立了流体历史分析法，主要有储集层沥青法、储层成岩作用与烃类流体运聚关系法，为研究油气成藏期次提供了更为直接和有力的措施和手段，弥补了地质分析方法的不足。   油气成藏期的分析：根据主力烃源岩生排烃期确定其主要成藏期：油气藏的形成是油气生成、运移、聚集的结果，没有油气生成和排出

30、，就不可能有油气藏的形成。因此，主力烃源岩油气生成并排出的主要时期，是油气藏可能形成的最早时间。从烃源岩埋藏史分析，确定其凹陷烃源层的成熟油气生烃门限深度（m）和排烃门限深度。同时，根据主力烃源岩生排烃期，可将凹陷油气藏的形成分为多个大的沉积阶段（时期）。但因地壳运动的升降影响，可以中断油气的生成过程，造成油气生成数量有限，规模不大，主要集中在生油洼陷中心地区。 根据储层流体包裹均一温度，确定其油气充注时期：储层流体包裹体均一温度可用于研究油气运移的期次及时间，再现油藏的注入历史。其具体方法，通常是在流体包裹均一化温度测定的基础上，根据该区的地热增温率的变化（即今地温和古地温梯度）来

31、推测其形成的古埋深，其对应的地质时代，近似代表油气的充注成藏时间。   根据油藏饱和压力确定油气藏形成的时期：当石油被天然气饱和时，石油的密度（比重）和黏度最小，流动性最强，在此种情况下，油气运聚成藏最容易，可用油藏饱和压力推测与其相当的地层压力的埋深，得到油藏的形成时间。根据油藏饱和压力确定的油藏形成时间，通常认为是油气藏可能形成的最晚时间。根据油藏实测饱和压力数据计算结果，凹陷不同油田成藏期有差异，而且不同层位油藏成藏期也不相同，并随着含油层位的变新，油藏形成的时间也具有逐渐变晚的趋势。   根据圈闭和断裂发育史推断油气成藏期：地

32、壳产生的断裂活动，可以促进圈闭的形成，也可以破坏已形成的圈闭，进而影响油气藏的形成时期，如果凹陷的油气藏类型是以断裂油气层为主，那么断层对该区的构造形成和油气运聚起着重要的作用。油气区内断层发育，断层大小不一，针对断层规模的大小，可分为一、二、三级断层。多数圈闭沉积的时期的形成，早于烃源岩大量油气生成和排出的时期。因此，从圈闭发育史和断裂活动来说，大规模油气运移聚集的时期应晚于圈闭沉积期。  通过油气藏与圈闭的研究，我们可以根据地下地层的展布形态与构造特征，在地史时期该地生物有机质的储存条件等多个方面来寻找油气藏，对于油气藏时间的研究，对进一步部署勘探、开发井、调整井、注水

33、井、更新井，提供了极其宝贵的科学依据。二、非常规油气的生成和储集方式非常规油气藏在能源战略部署中的地位日益加重，勘探思维和开发利用技术是未来非常规油气勘探面临 的重要挑战。综合国内外对非常规油气的定义和分布特征研究表明，非常规油气资源往往与常规油气资源共生， 具备分布面积广、资源巨大，资源利用前景广阔的特点，同时也具有储集空间致密、矿体粘度大、开发难度大和 开采成本高的不利条件。非常规油气藏根据源储配套关系、聚集方式、相态特征、储层类型和成因等分为多种类 型，但无论何种分类方式，这些非常规油气与有机质存在着密切的关系，只不过随着有机质排烃、运移、成藏和 后期改造而呈现出不同的类型。总体来说非常

34、规油气藏主要有9种类型，其成藏的主要因素包括：优质的源岩、 相匹配的有机质成熟度、有效的储集空间和良好的保存条件。科学的非常规油气藏分类和成因条件研究，将有效 的促进其勘探开发。非常规油气的生成和储集方式： 随着世界经济的高速发展对能源依赖程度逐渐 重大变革成为必然趋势。但是在未来的相当长时间 增加，现今国际油价从低谷逐渐恢复到高位，全球 内，新能源还难以替代常规能源成为主流，世界的能源格局逐步形成石油、天然气、煤炭和新能源“四 分天下”的发展时代。在石油、天然气中非常 规油气资源所占的逐步增加。非常规油气的勘探开 发成为国际科研热点，但非常规油气资源因科学技 术生产力的限制，面临 10 个挑

35、战：常规思维遇挑 战，需要有非常规哲学思想；传统粗粒沉积学遇挑 战，需发展泥页岩、碳酸盐岩与粉细砂岩为核心的 细粒沉积学；常规孔隙储集层遇挑战，需发展纳米 级孔隙为核心的非常规储集层地质学；常规圈闭成 藏理论遇挑战，需发展连续型油气聚集理论为核心 的非常规油气地质学；传统地球物理学遇挑战，需 发展“六性”评价预测技术；直井钻探技术遇挑战， 需发展水平井规模压裂技术；开采方式遇挑战， 需发展多井平台式“工厂化”生产；管理方式遇挑 战，需建立全过程低成本管理模式；政策引领遇挑 战，需建立市场竞争和财税补贴机制；院校教育遇 挑战，需大力培养非常规创新型人才等。本文将在系统的资料收集和分析的基础上，对

36、非常规的油 气类型及成因进行分析。1 非常规油气的概念由于研究对象或者判别标准存在一定的差异， 国内外学者赋予非常规的概念也存在一定的差异。 早在20 世纪70 年代，美国学者主要依靠经济指标， 将处于次经济和经济边缘的煤层气、页岩气等划分 为非常规油气资源 ；从开发角度将非常规油气定 义为靠技术改造而获得经济产量的油气资源 ；部分学者将非常规油气资源定义为由于特殊的储层 岩石性质（基质渗透率低，存在天然裂缝）、特殊 的充注（自生自储岩石中的吸附气，甲烷水合物） 以及或者特殊的流体性质（高黏度），而只有采 用先进技术、大型增产处理措施和或特殊的回 收加工才能获得经济开发的油气聚集 认为非常规油

37、气是在现有的技术开采条件 下无法实现经济赢利，而无法依靠传统的开采技术 开发的油气资源 ；Harris Cander提出界 定非常规油气的两个关键参数，即粘度和渗透率， 认为其应该是在运用技术改变储层的渗透率或者流 体的粘度，继而获得工业产能的资源 ；国际石 油相关学术组织（SPE、AAPG、SPEE、WPC）在2007 年联合商定了非常规油气的概念，一致认为 非常规油气资源形成于油气富集体系之中，具有面积大、受束缚且地下水动力对其影响较小的连续型 沉积矿床；在我国，关德师等在系统 的非常规含油气系统剖析的基础上，认为非常规油 气是“连续的”或“处于盆地中心”，同时缺少常 规圈闭的资源；赵靖舟

38、综合国内外非 常规油气研究成果和界定标准，将其定义为：在油 气藏特征与成藏机理方面有别于常规油气藏、采用 传统开采技术通常不能获得经济产量的油气藏 ； 邹才能在系统分析各类非常规油气基本特征的基础 上，赋予非常规油气明确的概念，且给予两个关键 的判别标志和参数，其认为非常规油气是指用传统 技术无法获得自然工业产量、需用新技术改善储集 层渗透率或流体黏度等才能经济开采、连续或准连 续型聚集的油气资源。两个关键标志为：油气大 面积连续分布，圈闭界限不明显；无自然工业稳 定产量，达西渗流不明显。两个关键参数为：孔隙 度小于 10% ；孔喉直径小于 1 m 或渗透率小于 1×10-3 m2。

39、 总体来说，非常规油气资源具备与常规油气资 源共生、分布面积广，资源巨大、资源利用前景广 阔，同时也具备储集空间致密或矿体粘度大、开采 难度大、开采成本高的特点。2 非常规油气类型非常规油气概念内涵丰富、类型多样，目前对 非常规油气还没有统一的划分方案。其划分依据主 要包括聚集方式、源储配套关系、相态、储层类型 以及成因等。 根据聚集方式，非常规油气可以分为准连续型 和连续型两大类，前者主要包括碳酸盐岩缝洞油 气、火山岩储集层油气、变质岩储集层油气、重油、 油砂油等；连续型油气聚集主要包括致密砂岩油和 气、页岩油和气、煤层气、天然气水合物等 。连 续型非常规油气具有分布范围广、无明显圈闭，多

40、为自生自储，多受有效源岩分布范围的控制，准连 续型油气分布相对较为局限，受储层及相匹配的圈 闭控制，但对储层的物性要求并不高，多低孔低渗 即可成藏。但赵靖舟）认为油砂和重油， 以及少部分的致密油气为不连续型，其受圈闭 - 储 层、油源、油气边界等多因素控制，而呈现不连续状 。根据源储关系，可分为自生自储（源内油气）、近源油气和远源油气，自生自储的油气藏往往与富 有机质的泥页岩或者煤层有关，主要包括页岩气、 页岩油、煤层气以及未经排烃的油页岩；近源油气 多在源岩顶底板致密砂层中成藏，主要含有致密 油和致密气；前人多将重油、油砂油划分为远源油 气行列，但笔者认为重油和油砂油多为后期改造成 因，即可

41、为近源油气改造，也可为远距离成藏的油 气改造，并不能笼统的归为近源，同样天然气水合 物也只能在事宜的地质条件中成藏，与源岩距离无 关，因此，笔者将重油、油砂油以及天然气水合物 划分为源距不清型油气藏。 按照非常规油气的相态进行划分最为直观， 其主要依据非常规油气的粘度。如粘度介于 0.001 0.3 mPas 的非常规油气往往呈现气体，如天然 气水合物、煤层气、页岩气、生物气和致密气等； 粘度介于 0.3 100 mPas 的非常规油气往往呈现 液体，如重油、致密油和页岩油等；粘度大于 100 mPas 的非常规几乎没有流动性呈现固体，比较典 型的非常规油气包括油页岩和油砂。按照储层类型划分包

42、括多种，比较常见的泥页 岩、油页岩、煤等富有机质的沉积岩，其形成的非 常规油气特点为自生自储；此外还有致密砂岩、致 密碳酸盐、火山岩和变质岩等。 按照成因可分为原生和次生型，原生型多是自 生自储型非常规油气藏，总的来说，无论从成因、相态还是从聚集方式 对非常规油气分类，均表明这些非常规油气与有机 质存在着密切的关系，只不过随着有机质排烃、运 移、成藏和后期改造而呈现出不同的类型。3 非常规油气成因 根据前面非常规油气特征及分类描述表明，不 同类型的非常规油气的成因存在明显的差别。3.1 天然气水合物天然气水合物 , 也称为气体笼形化合物，是天 然产出的包裹天然气分子的刚性固体物质，笼形结构由氢

43、键连接的水分子组成 ，其主要分布于 极地地区、深海地区及深水湖泊中。其主要成因分为 2 种。第一种为生物成因 气，其进一步可分为 3 类：微生物成因（甲烷的R 值 C1/（C2+C3）大于 1 000 , 13C 值为 -90 -55 ）；热解成因（甲烷的 R 值小于 100，其 13C 值为 -55 ）；混合成因则是介于以上两者之间 16。第二种为非生物成因，如大洋中脊释放的甲烷， 其 13C 值为 -18 -15 。3.2 煤层气 煤层气，又称煤层甲烷，俗称煤层瓦斯，指自 生自储于煤层中的气体，成分以甲烷为主，含少量 其它气体成分。煤层气主要分为生物成因气和 热成因气。3.3生物成因气是指

44、在相对低的温度 ( 一般小于 50 ) 条件下 , 通过细菌的参与或作用，在煤层中 生成的以甲烷为主并含少量其它成分的气体。生物 成因气的生成有两种机制 , 即二氧化碳的还原作用 和有机酸 ( 一般为乙酸 ) 的发酵作用。按照生气 时间和母质以及地质条件的不同，生物成因气有原 生生物成因气和次生生物成因气两种类型，两者在 成因上无本质差别。原生生物成因气是在煤化作用 阶段早期，泥炭沼泽环境中的低变质煤 ( 泥炭到亚 烟煤 ) 经细菌等有机质分解等一系列复杂过程所生 成的气体，但是由于煤变质程度较浅、孔隙有 限、埋藏浅、压力低、吸附作用弱等原因，导致 其大规模成藏前景不大。次生生物成因气的生成和

45、 保存需要满足六个条件：: 煤级为褐煤或褐煤以 上；煤层所在区域发生过隆起 ( 抬升 ) 作用； 煤层有适宜的渗透性；沿盆地边缘有流水回灌到 盆地煤层中；有细菌运移到煤层中；煤层具有 较高的储层压力和能储存大量气体的圈闭条件。热成因气则是当温度超过 50 , 煤化作用增 强 , 煤中碳含量丰富起来 , 而大量富氢和富氧的挥 发分释放出来 ( 去挥发分作用 ), 其主要成分是甲 烷、二氧化碳和水等（Ayers et al，1994）。热成因 气一般分为早期阶段和主要阶段。Scott 认为煤化作用早期阶段，从高挥发分烟煤 (Ro 介于 0.5 % 0.8 % 之间 ) 中生成气体，即为早期热成 因

46、气 20。在煤的 Ro 值介于 0.7 % 1.0 % 之间时 生成的大量的甲烷和二氧化碳划分为主要阶段的热成因气。页岩气 页岩气是蕴藏于泥页岩中可供开采的天然气资 源，具有储层致密低渗、自生自储式成藏的特点。 和上述几种类型的非常规油气一样，页岩气可分为 热成因和生物成因两类。页岩气源岩一般为沉积于 静水缺氧环境中的暗色泥页岩；单层及累计厚度较大，可加薄层砂岩；有机质丰度相对较高，一般 TOC 大于2% ；有机质类型则以I 型或者II 型为主 ；按照现在的开采技术，一般要求页岩气层埋藏深度 不得大于 3 000 m ；有机质成熟度是控制有机质排 烃的关键指标，一般在 0.5% 3.0% 之间

47、；在低 成熟情况下主要以生物成因气为主，随着成熟度的增加，热成因气所占的比例逐渐增加；具有相对较 高的吸附气含量，一般体积分数大于 50 % ；早期 裂缝为淡水淋滤提供通道，适合在埋藏较浅的区域 形成生物成因型页岩气，后期的微裂缝为页岩气的储层和疏导提供一定的空间；同时要求泥页岩中具 有较多的石英等适合压裂的脆性矿物 。3.4生物气 生物气是在低温条件下通过厌氧微生物分解有机物而生成的，以甲烷为主，含部分二氧化碳及少量氮气和其它微量气体组分。其形成的场所主 要有陆相沼泽、稻田、淡水湖的缺氧底层、洼地淤积、海湾、冰碛以及硫酸盐还原带之下的海相沉积物等 ；河漫滩、河口湾环境也是良好的生物气 发育场

48、所。生物甲烷气的形成途径主要有乙酸 发酵和 CO2 还原两种类型。缺氧、贫硫酸盐、低温、 富含有机质和适合的细菌活动空间是生物成因甲烷形成的必要条件。生物气生成与其所处的沉积 环境、古气候、有机质的类型和丰度、水介质性质、地质作用、沉积时间等众多因素密切相关，它们相 互作用、相互制约，共同控制生物气的形成。3.5致密气 致密砂岩气是指覆压基质渗透率小于或等于0.1mD 的砂岩气层，单井一般无自然产能或自然 产能低于工业气流下限，但在一定经济条件和技术措施下可获得工业天然气产量。通常情况下，这些措施包括压裂、水平井、多分支井等。大范围 层状烃源岩、持续生烃与大面积致密砂岩储集体连 片分布，是连续

49、型致密砂岩气形成的有利条件，致间缝，共同构成纳米级孔喉网络，一方面决定了储 层极低的渗透率（基质渗透率 0.1 mD），开发过 程中需人造渗透率以提高产能；另一方面限制了浮 力在天然气运聚中的作用，气水界限不明确，天然 气服从扩散原理，源储压差提供运移动力，总体近 源聚集 。3.6 致密油致密油是指以吸附或游离状态赋存于生油岩 中，或与生油岩互层、紧邻的致密砂岩、致密碳酸 盐岩等储集岩中，未经过大规模长距离运移的石油 聚集 35。在陆相盆地中存在多个生油凹陷可为致 密油的成藏提供有利条件，并要求存在多套富有机 质烃源岩（TOC 1%），且处于生油阶段（Ro ： 0.9% 1.3%），在气 / 油比较高的情况下易于高产。致密油的储层分为砂岩和碳酸盐岩，前者横 向变化大，多呈现砂泥岩薄互层的