非常规天然气课件

第三章非常规天然气非常规天然气的类型煤层气致密气深盆气固体水合物水溶气——有悖与游离相油气聚集条件的天然气资源，难以用常规技术和方法进行勘探开发。一、煤层气藏的形成与分布煤层气定义煤层气的吸附性能煤储气层特点煤层气藏的特点煤层气产出特点煤层气富集条件中国煤层气资源1、煤层气定义煤层气指煤岩生成的气在煤层中保留的部分，包括煤岩中颗粒基质表面吸附气、割理和裂隙游离气和煤层水中溶解气，也包括煤系内常规薄储集层（砂岩、碳酸盐岩等）所含天然气。煤层气的相态：吸附、游离和水溶煤层瓦斯气是其中一种。吸附是物理过程，煤颗粒表面分子通过范德华力吸引周围的气体分子：煤微孔隙（<10-5mm)为主，具有大量的内表面积；影响吸附性能的因素：压力、温度、煤阶和煤岩组成、煤中水分2、煤的吸附性能（1）压力的影响压力是最重要的影响因素（2）煤阶的影响吸附能力随变质程度增高而增大（3）温度的影响温度升高，煤的吸附能力下降。据研究资料：当压力为10kg/cm2时，温度从25度升高到50度，吸附甲烷量约下降4/9；当压力为100Kgcm2时,温度从25度升高到50度，吸附甲烷量约下降2/7。压力越高的条件下，温度的影响力越小（4）煤的显微组分的影响镜质组分胞腔未被充填的丝质组分（5）水分的影响3、煤储气层特点煤的割理（裂隙）4、煤层甲烷的产出机理增产期稳产期减产期煤层甲烷水产量时间煤层甲烷产出呈负的下降曲线煤层分布广、厚度大煤的物质成分（镜质体数量、矿物质多少）煤的变质程度（生气量和储层物性）煤的构造变动（割理、裂隙发育）煤层顶板岩性（盖层条件）水文地质条件（承压区）5、煤层气富集因素6、中国煤层气分布中国煤层气资源规模分布煤层气区与勘探目标的评价原则华北煤层气有利区分布中国煤层气实验区分布沁水煤层气大气田工业气流标准井深日产<500m0.05x104m3/d500-1000m0.11000-2000m0.32000-3000m0.53000-4000m1.0>4000m2.0沁水煤层气大气田难点煤层机械强度低，容易造成井下复杂及事故（井下垮塌、扩径、卡钻）实施保护技术难度大（钻井液的侵入）井位密集，成本高6、煤层气地面开发抽水降压

推荐的参考书二、致密气特征渗透率低美国确定致密气藏的注册标准，渗透率低于0.1X10-3um2，常见多在0.05X10-3um2以下。（均为地层条件下的原始渗透率）孔隙结构复杂晚期成岩阶段后期，强烈压实、充填胶结、次生加大等作用形成残余孔、粒间孔、微孔等，孔喉迂回曲折，孔隙连通性差，总孔隙度高、有效孔隙度低。（小于0.2um的微孔和"死"孔约占83%。地下渗透率远远低于地面渗透率含气井段长、含气高度难以确定；以非构造圈闭为主，包括深盆气储层规模、形态、边界不易确定气水分布复杂一般无明显水层，即使有水层，地层水压力也难以把压力传递到含气层。弹性气驱的采收率较低。储盖关系不明显储层内部的气层并不是一个连续的气柱，而是由致密层所分隔的若干个不连续气柱组合在一起的复杂含气剖面。增产措施以压裂为主，酸化效果极差。采用水基压裂液，增加泥土稳定剂和非离子表面活性剂，需要超大性水力压裂。美国致密气分布深盆气深盆气的基本概念深盆气的地质特征深盆气成藏机理深盆气与常规气藏的比较深盆气勘探深盆气实例深盆气与致密气的关系我国深盆气资源前景1、深盆气的基本概念深盆气是深盆气藏的简称它是一种具有气水倒置、负压异常、储层致密、不受构造控制、分布广泛、储量巨大等特征的非常规天然气藏。与深盆气相关的名词上世纪七深盆气是发育在致密储层中具气水倒置关系的气藏。深盆气不是常规意义的岩性气藏深盆气藏，不要求构造圈闭的存在，可以形成在向斜或深陷带；它是由于储层物性变化与地层水配合形成的。容易误为常规岩性气藏。多发育在盆地的构造深部位且呈连续延伸状分布。但不能等同于常规意义的深层气。注意1）储层为致密岩性，向构造上倾方向孔隙度和渗透率逐渐变好；含水饱和度增加，含气饱和度变小。形成气水倒置关系，没有明显的气水边界，气水过渡带较厚。即天然气聚集在低孔低渗储层的构造下倾方向，向储层的构造上倾方向上孔渗性变好，但却通过气水过渡带向上形成饱含水带。2、深盆气藏基本特征2）异常低地层压力含气储层段压力低，饱含水储层段压力为正常静水压力深盆气藏基本特征艾尔姆华士气田地层压力特征常规气藏与深盆气藏流体压力比较3）不受构造控制，盆地大面积的深凹陷部位均为天然气饱和，“满盆气”深盆气藏基本特征4）大范围的气源岩，长期供气。

（形成深盆气的重要条件）存在着天然气源源不断的充注与储层上倾方向不断扩散漏失的动态过程5）储层上倾方向有水供给，形成水封闭，阻止天然气大量散失6）储层连续含气；地质储量巨大，单井产量有限3、深盆气封闭机理1）狭窄的孔喉形成“水锁”2）0相渗透率3）水动力封闭4）地层差异成岩作用5）静水封闭6）动平衡深盆气成藏机理之一

——瓶颈效应浮力在低渗透储层中不起作用（低压密封箱）不存在连续可动水相，气驻留孔隙中深盆气藏形成机理之一

——水封闭机理水封闭气藏动态圈闭机理

—供给量>散失量模拟的西加拿大盆地甲烷浓度剖面深盆气形成机理综合模式4、常规气藏与深盆气藏比较动平衡毛细管与水封闭常规气藏与深盆气藏气水关系比较5、深盆气勘探寻找富气点（sweetsport,sweetzone)

深盆气层中，相对高孔隙、渗透率的部位。分布多局限。含气丰度高。富气点类型6、国外深盆气实例推荐读物：Deepbasingastrap,WesternCanada,AAPG,1979,63(2):152-181SanJuan盆地的水动力美国落基山地区B为层状深盆气L为透镜状致密气6、我国深盆气

的展望我国致密砂岩气资源丰富，但我国所谓的深盆气，特征并不十分明显鄂尔多斯盆地四川盆地吐哈盆地东濮凹陷川西深盆气（？）鄂尔多斯

深盆气（？）上古气藏特征区域构造简单平缓具有持续而充足的天然气来源砂岩致密，连片分布，普遍含气平面上具有气水倒置特征含气层出现低压异常鄂尔多斯盆地剖面特征鄂尔多斯盆地压力特征吐哈盆地推荐参考书王涛关于加强深盆气勘探的讲话详见*.doc鄂尔多斯盆地深盆气勘探实践与问题来源中国石油勘探开发研究院鄂尔多斯分院

2003年10月鄂尔多斯盆地深盆气勘探实践与问题一、鄂尔多斯盆地上古具备形成深盆气的基本地质条件二、鄂尔多斯盆地上古盒8-山2气藏具有比较明显的深盆气特征三、鄂尔多斯盆地上古深盆气资源丰富、勘探成果显著四、鄂尔多斯盆地上古深盆气勘探面临的问题及对策一、鄂尔多斯盆地上古（盒8-山2）具备形成深盆气的基本地质条件根据国外的研究和勘探经验总结，深盆气形成的基本地质条件有三个：充足的气源、连片的致密砂岩储集层、稳定的负向构造。正如阿尔伯达深盆气的发现者、深盆气理论的创始人J.A马斯特斯所说：“如果一个向斜盆地内煤系发育，构造简单，埋深适中，那么，这个盆地内寻找深盆气的成功率应该是100%”。（石油地质实验，1980，增刊）。鄂尔多斯盆地上古具备上述三个基本地质条件。（一）鄂尔多斯盆地上古发育一套海陆过渡相煤系，为深盆气形成提供了充足的气源一般含煤7-10层，累计厚度10m-25米，盆地东北部和西北部最厚，可达25-60余米。1、上古发育两套煤层生气高峰在J-K1上古生界源岩生烃强度图（早白垩世末)煤系生气量：450-875×1012m32、煤层分布约25万km2，Ro达1.1-3.0，生烃强度大于20亿方/km2的面积超过14万km2，总生烃量>450万亿3、燕山期构造抬升后，煤层解析气又为深盆气提供了补充气源达8万亿以上据等温吸附实验，本区焦煤的最大吸附量为24－28m3/t，无烟煤为29－34m3/t。K1之后，盆地整体抬升1000m，地层温度降低50℃（地层压力降低了19%），估算解析出的煤层气超过8万亿方。饱和区：6500KM2,4万亿方；非饱和区：4.4万亿方。盒8发育4个河流-三角洲沉积体系，砂体厚20-35m。（二）山2-盒8发育两大套叠合连片、大面积分布的致密储层山2发育四个曲河流-三角洲沉积体系，砂岩厚5-25m。垂向上多层砂体相互叠置连片A盒8段沉积模拟切片盒8段沉积模式储层成岩作用强，岩性致密孔隙度平均值一般为8-12％，渗透率约1.0-0.5×10-3μm2。储层成岩序列与孔隙演化图盆地除西缘横山堡地区和东部镇川堡－子洲外，均已进入晚成岩作用A－B期，压溶作用强烈，砂粒呈线状、凹凸状、锯齿状接触，岩性致密。IIIIII大面积致密储层背景上，局部仍发育高渗储层-“甜点区”已发现的榆林气田（山2）为一“甜点区”储层为中、粗石英砂岩，孔隙以原生粒间孔为主，Φ：6-8%，K：3.7mdc，气井具有较高的产能。21.415.519.416.8111520252214.7榆44-9井开采曲线

累计产量4490×104m3，实际产量达20×104m3/d盒8山2太原山1千4C2b陕118井山2孔隙度:6.5%渗透率:9.95×10-3μm2苏6井盒8孔隙度:13.01%,渗透率:18.63×10-3μm2图东1井太原组孔隙度:16.1%,渗透率:13.50×10-3μm2陕113井盒8孔隙度:11.41%,渗透率:3.9×10-3μm2孔隙度：9.2%

渗透率：0.15md盟5太原在区域上，还存在着众多的“甜点区”（三）盆地主体构造比较稳定，有利于大面积含气区的形成与保存鄂尔多斯盆地构造稳定，构造运动以整体升降为主，早期北高南低，后期东高西地，生烃中心稳定。鄂尔多斯盆地埋藏史、热演化史图石炭－二叠纪地层倾角平缓<1°，平均坡降仅1/100，盆地内部无明显背斜，仅发现小型鼻状构造和21条断层，断距皆小于10m，延伸长度小于50Km。这一构造格局有效地抑制了地层流体的重力分异作用，为深盆气的形成提供了良好的地质条件。后期构造仅在盆地边部形成冲断与褶皱，盆地主体地层平缓，有利于深盆气的形成鄂尔多斯盆地深盆气勘探实践与问题一、鄂尔多斯盆地上古具备形成深盆气的基本地质条件二、鄂尔多斯盆地上古盒8-山2气藏具有比较明显的深盆气特征三、鄂尔多斯盆地上古深盆气资源丰富、勘探成果显著四、鄂尔多斯盆地上古深盆气勘探面临的问题及对策（一）盆地主体范围上古区域盖层之下地层普遍含气气测异常带1、区内所有井山西－太原地层段都具有连续的气测异常，反映大段含气陕北斜坡上古生界电测解释气层、含气层厚度分布图39.6%57.9%2.3%2、盆地主体部位226口井3720层砂岩的气测及电测解释结果统计，主要为气层、含气层（二）区域上盒8-山2气藏气水倒置1、南北和东西两条剖面盒8-山2气藏都表现出上水、下气特征绥2井－ZK5井气水关系示意图西东苏里格庙地区南北向气藏剖面图

北南盆地北部伊盟隆起和西缘冲断带上现有探井上古储层大面积含水，仅发现几个构造圈闭产气，不在构造上的井均产水。2、平面上从构造高部位向低部位，含水区、气水过渡带、含气区分带明显山2段山2、山1段测试103口井，有86口井获日产1万方以上的工业气流，仅有陕3、陕6、陕171、陕195、地鄂7、地鄂8井6口井出水，盟4井气水同出。

盒8段盒8测试84口井，有68口井获日产1万方以上的工业气流，仅有陕82、陕146、陕238井等极少数井出水，苏2井气水同出。

盆地东部上倾方向，长庆局钻了吉l、楼l和蒲l三口探井，井深在430-1170m之间。上古储层的产水量为20-401m3,大多数井都是气水同涌。从府谷南北长达200多公里浅孔井上古储层均是以产水为主。盆地向斜区盒8－山2普遍发育气层盒8段测试气分布与盒8顶面立体构造叠合图

为测试产量大于2万方井的分布区（三）含气区范围内为异常低压特征，区域上存在一个2380米的压力转换界面鄂尔多斯盆地中北部上古生界气藏压力与深度关系图（左图为压力与深度散点图；右图为单井压力随深度变化）

2380m鄂尔多斯盆地东西向剖面与流体压力的变化坳陷内部主体气层显示异常低压，边缘显示常压－过渡带压力特征。第一阶段：J2，深盆气藏发育初始期1、剖面上深盆气藏成藏演化模式第一阶段早:开始生烃排烃，加上压实作用排水，整体属于正常压力系统，只有少量砂体形成气藏。第一阶段晚：埋深增加，生烃排烃量加大，压力逐渐增大，越来越多砂体进气而形成气藏。（四）鄂尔多斯上古深盆气成藏及演化模式第二阶段：J3-K1，深盆气藏形成发展期第二阶段早:埋深增加，生烃排烃量继续加大，压力逐渐增大多个单砂体气藏相互连通，出现统一气水界面，初步形成深盆气藏。第二阶段晚:埋深增加，生烃排烃量继续加大，压力达到最大，绝大多数砂体互相连通，气水界面最靠近盆地外缘，深盆气藏达到最大规模。第三阶段早：构造抬升，生烃排烃量开始减小，压力逐渐下降，砂体连通性开始变差，气水界面向盆内收缩，盆缘水向盆内压回，深盆气藏规模开始收缩。第三阶段：K2以后，深盆气藏调整改造期第三阶段晚（现今）：构造抬升至极，温度、压力下降，由于砂体间连通性差，气水界面难以向盆内收缩，形成动态平衡，整个气藏出现低压且无法保持统一压力系统的情况。（a）晚古生代（c）晚白垩世（b）中侏罗世末（d）现今西北北东北东西北中侏罗世开始成藏，至晚白垩世气藏达到最大规模，构造北高南低，南北气水分带明显。后期构造运动以整体抬升和东部上倾为主，南北气水界面南移，东部边缘水局部侵入对气藏有一定影响。2、平面上深盆气成藏演化模式鄂尔多斯盆地深盆气勘探实践与问题一、鄂尔多斯盆地上古具备形成深盆气的基本地质条件二、鄂尔多斯盆地上古盒8-山2气藏具有比较明显的深盆气特征三、鄂尔多斯盆地上古深盆气资源丰富、勘探成果显著四、鄂尔多斯盆地上古深盆气勘探面临的问题及对策（一）上古深盆气资源丰富应用三种方法计算，综合评价认为盆地上古深盆气远景资源量为49万亿方，现实资源量5－10万亿方，其中，山1－盒8最低现实资源量为4万方以上。1、五、六十年代，按油气苗钻探，盆地北部石股壕构造伊深1获日产1万方天然气。2、七十～八十年代中，以煤成气理论和构造圈闭成藏理指导，西在横山堡北背斜断褶带，东在晋西褶带，探明20.5亿方。3、1985～1988年，以构造岩性圈闭为指导，勘探的战略重点由盆地边缘向盆地内部转移。西部在天环向斜，东在陕北斜坡镇川堡一带转移未取得突破。4、九十年中期，以深盆气理论为指导，探索盆地中部、西部构造相对低的部位河流三角洲砂体，相继发现榆林、苏里格等气田。（二）应用深盆气理论指导上古天然气勘探，取得重大进展1、上古天然气勘探50年，大致经历了四个阶段：

广州会议(1997年3月)介绍了国外深盆气进展情况研讨了鄂尔多斯盆地上古生界深盆气成藏的可能性提出了鄂尔多斯盆地上古深盆气下一步研究思路2、由王涛老部长主持召开的两次全国性深盆气研讨会，促进了鄂尔多斯盆地上古天然气勘探

西安会议(2000年5月)研讨了鄂尔多斯盆地上古深盆气的特征初步认为盒8、山2为改造性深盆气并对下一步的勘探方向提出了指导性意见

“中国深盆气田”(2002年)系统总结了中国深盆气理论的发展和勘探实践阐述了深盆气勘探的技术及策略分析了中国深盆气的资源潜力及发展前景01002003004005006007008001991199219931994199519961997199819992000上古储量下古储量第一增储高峰2001第二增储高峰2002到目前为止，上古发现五个气田，探明储量达8264亿方1、榆林气田周边勘探不断有新的发现，可形成2000亿以上规模的富气区榆林区发育3个次一级砂带，有利勘探面积约3500km2，潜在资源量约4000亿方，中部砂带已经突破，发现陕141气田，探明储量1132亿方。去年底到今年，完钻约30口预探井和评价井，获得百万方以上气流井3口和一批10万方左右的工业气流井，向西、南、东还有进一步扩大的地质条件。（三）近期勘探实践表明，上古天然气勘探潜力巨大榆26榆138榆140榆139榆143榆141榆142榆27榆372、区域上还有一批有利的勘探目标天环北：利勘探面积约3500km2，天然气潜在资源量约2800亿方，山2储层具有与榆林区具有相似的特征，孔隙度大于10%，渗透率5×10-3μm2。盆地东北北部太原组砂体：该区太原组发育河流—浅水三角洲砂体，其中厚度大于10m的面积为7000Km2,埋藏深度1500-2500m。具有与榆林山2相似的成藏条件。甘泉目标：面积约1.1×104Km2。该区具有与苏里格相似的成藏条件，砂体厚度大，盒8砂体单层厚达25m,累计厚达35m，埋藏浅(2800m)，发育含砾粗砂岩。鄂尔多斯盆地深盆气勘探实践与问题一、鄂尔多斯盆地上古具备形成深盆气的基本地质条件二、鄂尔多斯盆地上古盒8-山2气藏具有比较明显的深盆气特征三、鄂尔多斯盆地上古深盆气资源丰富、勘探成果显著四、鄂尔多斯盆地上古深盆气勘探面临的问题及对策（一）气藏地质认识问题1、深盆气的气水边界及其资源规模还需要深化研究，特别是盆地周边后期构造演化对深盆气藏的影响。T3T4T6T7T8KJ2-3J1T3T1－2C3t上－P2g∈-O－C3t下Ar－PtT9T12C3t上－P2C3t上－P2E0123401234西缘断褶带马家滩地区85101地震地质剖面渭北隆起北部东段9洛河剖面地震地质横剖面图富县

T7

T8

T9

T11

T12

Tg

洛川

海拔(m)10000-1000-2000-3000宜黄断裂

黄陵鼻隆

NC-p鄂尔多斯盆地深盆气气水关系分布图南部的气水边界在哪？西部冲断带对西凹内部气藏的影响？2、后期构造整体抬升特别是东部上倾对深盆气藏内部的改造作用，包括压力、含气饱和度等要素的影响还有待进一步认识以低压和异常低压为主，不同地区压力变化较大020406080100高压常压低压超低压北部中部东部西部全盆鄂尔多斯盆地上古生界地层压力分类（据A.A.奥尔洛夫）盒8段东部抬升后有部分水侵，对气水边界分布和压力分布的影响？北部气水边界的调整变化？所谓“甜点”，就是大面积致密砂岩储层中相对高孔渗分布区，对于鄂尔多斯盆地上古生界，主要是大面积河流三角洲致密砂岩中粗相带石英砂岩发育与分布区的预测。目前存在的问题主要有两个方面：（二）“甜点”预测问题认识一：山2期以三角洲平原和三角洲前缘分流河道砂为主（长庆油田）认识二：山2期以障壁砂坝为主（西北大学）1、对盒8和山2粗相带石英砂岩的成因与形成的有利地质条件认识很不一致1、对盒8和山2粗相带石英砂岩的成因与形成的有利地质条件认识很不一致不同的认识将导致高效砂体的预测和勘探思路不同。因此，应当用层序地层学的方法深入研究粗相带石英砂岩的成因及沉积模式。还有人认为受物源区母岩性质的影响，或是受火山凝灰质分布的影响，或是烃类早期注入对孔隙度、渗透率有保存作用。底部侵蚀面地形地貌太原组山西组石英砂岩（底部）区域分布的煤层河道中部砂坪瞬间洪水沉积河道沉积浮煤沉积河道底部滞留沉积山西组主力储层石英砂岩底部的沉积模型认识三：山2期辫状河道砂为主（壳牌）2、气层的地震预测技术还不能满足勘探开发的需要，主要是受该区复杂的地质条件制约山西组煤层与砂岩（1）山2储层相对高孔渗石英砂岩剖面上与煤层呈互层状，煤层对地震信息的屏蔽作用导致预测难度大（2）盒8气层与泥岩的速度接近，造成波阻抗反演技术应用的局限下一步在提高地震资料品质的基础上，加强地震叠前属性储层反演技术和多波多分量技术的攻关应用研究。（三）提高单井产量及开发问题老井复试后，产量都有不同程度的提高，证明储层污染客观存在。深盆气以负压为主，致密气层水锁严重，实验表明伤害率达60～90％。1、气层保护问题该区气井一般不经压力改造，是没有单井产能的，特别是上古生界气层比较分散，单层厚度不大（2-3个气层分布在100多米井段），这制约了大型压裂改造技术的应用。需要研究多层适度规模低伤害压裂技术。2、提高单井产量，压力改造改造技术需要继续攻关砂组小层砂层厚度地层厚度

H8上15.7956.727.29

H8下36.7944.0454.3862.54

S112.62

32.5924.1533.94最近讨论了小井眼钻井、简化地面地质气藏工程和地面工程系统优化问题，提出将开发综合成本降低40%的目标。努力降低成本；研究井间或区块接替的开发方式。3、上古生界气层大具面积、低丰度、低压的特点，埋藏又比较深，如何经济有效规模开发是我们面临的重要课题三、天然气水合物气体水合物分子构