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1、非常规油气储层研究进展与展望 中国石油勘探开发研究院石油地质实验研究中心 中国石油油气储层重点实验室 二0一三年六月 朱朱 如如 凯凯 白白 斌斌 提 纲 一、非常规油气储层概况 二、非常规油气储层研究进展 三、非常规油气储层未来研究展望 1. 什么是非常规规油气储层储层 ？ 概念作者年代定义义判别标别标 准 Unconventional Reservoir Rocks Janet K. Pitman1982低孔渗致密储层储层物性差异 Conventional Reservoirs Stephen A. Holditch 2001未用特殊工艺艺，有经济经济流量 经济经济因素 Unconvent
2、ional reservoirs Holditch2003,06未用特殊工艺艺，无经济经济流量经济经济因素 unconventional reservoir Etherington2005不经过经过特殊开采不能获获取经济经济油流经济经济因素 Unconventional Reservoir Rodney Gene Blackford 2006极低渗透率物性差异 Unconventional Reservoir Texas A&M University 2008技术术与经济经济决定是否是非常规储层规储层经济经济与技术术 unconventional reservoir rocks Silin,
3、D2009低孔渗致密储层储层 物性差异 Unconventional resources CGGVeritas2010低孔渗难难于开采的油气储层储层 经济经济、技术术 与储层储层本身 Unconventional Reservoirs ObjectReservoir,In c. 2011 低孔渗致密储层储层（ 页页岩致密砂岩等 ） 物性差异 Unconventional Reservoir Jim Bray2011岩石自身物性差物性差异 强调调非经济经济 效益（Stephen，2001； Etherington，2005； Holditch，2006） 自然条件下无效益油气采出速度的储层，需大
4、型改造措施或特殊开采流程 强调调形成条件（ Smoker, 1999； Stabell，2005；Haskett，2005；Brown，2009） 烃类大面积弥散式充注的储层，其内的油气聚集不受浮力作用控制 指储层结 构复杂、低-特低渗透性或由于裂缝造成渗透性异常、埋藏较深、 油气勘探开发难度较大的一类地下油气储层，是随着常规油气资源逐渐 减少，油气勘探开发程度不断增强，人们不得不面对的新储层类 型 强调调勘探难难度大（樊中海，2008） 一般空气渗透率小于1.0mD，孔隙度小于10%，纳米级孔喉系统发育 强调储层调储层 物性差（邹邹才能等，2011） 1. 什么是非常规规油气储层储层 ？ l
5、 致密砂岩 l 泥页岩 l 致密灰岩 l 煤层 l 天然气水合物储层 l 油砂 非常规储层类型 储层基本特征 l 物性差 10% K0.1md 孔喉半径一般小于1m l 微孔、纳米孔为主 l 孔喉结构复杂 广安126井，未见可视孔 合川1井，晶间孔 2. 非常规规油气储层类储层类 型与基本特征 储层精细研究是非常规油气勘探核心问题之一 非常规油气 3. 非常规规油气储层储层 研究内容 常规油气 成藏机理 生 储 盖 圈 运 保 储集空间 赋存状态 矿物 有机质丰度 厚度 成熟度 压力 提 纲 一、非常规油气储层概况 二、非常规油气储层研究进展 三、非常规油气储层未来研究展望 薄片 元素地球化学
6、 同位素地球化学X衍射 岩石学储集空间 储层形成机理及控制因素 储集性能 显微荧光阴极发光包裹体 成岩作用 沉积相与岩相古地理 层序地层学 微观微区-成份 SEM 探针 储储集岩主要研究内容 非常规规油气储储集 空间间精细细表征 Barnett Shale , Ro1.7%, 2167m 全球第一张页张页 岩有机质纳质纳 米孔像 Reed， R. M.， and Loucks， Robert， 2007， AAPG 存在问题：致密储层微观结构复杂，如何精确表征？ 研究内容：孔隙类型与连通性、孔喉形成机制、油气赋存状态 研究方法：压汞法、场发射扫描电镜、X-ray CT、成岩物理模拟等 Ro%
7、0.5 1.01.52.02.53.0 有 机 质 纳 米 孔 方式1 方式2 ? 泥页页岩纳纳米孔形成机制不清 （一）非常规规油气致密储层储层 研究技术术方法进进 展 砂体透镜状？连续状，物性变化特征？储集体成因、砂体形态、变化特征 方案1 方案2 关键问题：储集砂体空间展布、规模不清，浅水三角洲沉积模式不清 解决方案：建立三角洲平原露头砂体模型（卾尔多斯） 分析方法：探地雷达技术、三维地面激光扫描仪等系列数字露头技术 1. 非常规致密储层三维模型定量刻画 伽玛仪 元素捕获仪 探地雷达 连续采样 激光雷达：定量刻画储集体规模，提取表征参数 探地雷达：三维刻画砂体形态 1. 非常规致密储层三维
8、模型定量刻画 孔隙度横向剖面 渗透率横向剖面 1. 非常规致密储层三维模型定量刻画 对岩屑样品进行背散扫描 对样品背散进行颗粒化处理 对岩屑颗粒进行网络式扫描 对岩屑颗粒上的每一点进行能谱分析 得到岩屑颗粒能谱分析点的谱 对谱进行矿物元素分析 矿物分类 含矿物成分信息的岩屑颗粒 确认岩屑颗粒分析点的矿物成分 含矿物成分信息岩屑样品检测 2. 非常规储层规储层 成份分析系统统（ QEMScan ） QEMScan是一种自动像分析系统, 应用电子显微技术来确定试样的化学组分。矿物由 快速散能光谱仪来鉴别。其光谱经分析后, 与储存于在线计算机内的矿物鉴别信息库进 行对比。快速进行矿物分析, 统计出所
9、含各种矿物的比例、矿物粒度和矿物解离度 经 QEMSCAN 软件若干次分组简化，得到样品的矿物组成（包括泥类矿物） 背散原始矿物分类矿物组成第一次分组矿物组成第二次分组矿物组成 2. 非常规储层规储层 成份分析系统统（ QEMScan ） 2. 非常规储层规储层 成份分析系统统（ QEMScan ） 孔隙形貌 与连通性 孔径分布 二维 n 光学显微镜 n 激光共聚焦显微镜 n 场发射扫描电镜 三维 n 微米CT n 纳米CT n 聚焦离子束扫描电镜 + n 高压压汞实验：nnm950m n 气体吸附实验：1nmn100nm n 小角散射实验：1nm100nm 3. 非常规油气致密储层微观孔喉表
10、征方法 致密储层孔隙分析2个关键技术（孔隙形貌、大小与连通性） 四川志留系龙马溪组海相页岩 粒内有机质孔（20890nm） 我国海-陆相页岩纳米微孔特征 （1）致密储层纳米孔喉系统二维形貌刻画技术-场发射 n孔隙类型：有机质孔，基质孔 n孔隙大小：主体介于30200nm 绿泥石粒内孔，孔喉直径40300nm 300nm 40nm 张2井，960m 陆相泥页岩 致密砂岩储层发育微米孔、纳米孔、微缝 致密砂岩储层高分辨率三维组构与孔隙度模型 Guillaume Desbois，2012 （1）致密储层纳米孔喉系统二维形貌刻画技术-场发射 特技术：超大幅像分析系统，扩大观察视域，提高准确性 分辨率
11、常规SEM 最大观察视域面积 超大幅像分析 最大观察视域面积 1nm 4096nm2 无限倍单幅常规SEM像视域 1um 4096um2 1mm 4096mm2 实例：准噶尔盆地二叠系云质泥岩（宽500m） （1）致密储层纳米孔喉系统二维形貌刻画技术-场发射 方法名称仪器技术方法探索内容 三维孔喉结构刻 画 纳米/微米/工业-CT 样品制备 光源能量 像重构 多尺度岩心扫描 FIB-SEM样品制备与实验流程 （2）致密储层纳米孔喉系统三维空间刻画技术-X ray CT 三维立体模拟法：CT、FIB及数值模拟 FIB 微米CT纳米CT NanoCT Xradia nanoXCT-200 Sync
12、hrotron source Ingrain.Inc, 2010 中石油勘探院-中国科技大学-2010.9 中石油勘探院-2010.12 同步加 速器 建立了不同岩性非常规储层三维孔喉系统精细表征方法 页岩致密砂岩 （2）致密储层纳米孔喉系统三维空间刻画技术-X-ray CT 直径65um样品直径2.54cm岩心样品 特技术方法：多尺度致密储层孔喉表征技术 ABC 工业CT微米CT纳米CT ABC 研 究 思 路 （2）致密储层纳米孔喉系统三维空间刻画技术-X-ray CT 环境扫描电镜 场发射扫描电镜 纳米CT 成岩物理模拟系统 精细孔隙表征三维孔喉结构重构 石油赋存状态孔喉演化规律 (3)
13、 建立非常规致密储层微孔-纳米孔喉观测技术系列 4. 非常规致密储层孔喉演化特征分析方法 目标：探讨致密储层孔隙演化规律 储层成岩模拟系统 六个反应炉体压力供给部分计算机控制总成部分 技术参数 最高温度：550 最大静岩压力：275MPa 最大流体压力：120MPa 连续100天以上模拟实验 一次性完成横向或纵向地质体 系成岩演化过程的模拟实验 获取系统的温度、压 力及流体实验参数 完成气、液、固体样品 的系统分析化验工作 技术优势 流体供给与采集 开放、半封闭、全封闭式成岩环境 实例:泥页岩孔隙分布与有机质演化存在着相关性 低熟泥岩与现代湖泥加热温度370后，纳米孔大量发育， 孔隙演化总体随
14、热演化程度增高呈先减少后增加趋势 370 500 500 ，干化的油滴（沥青球） 纳米孔演化特征 5. 非常规致密储层油气赋存状态分析方法 基于环境扫描电镜直接观察孔喉原油赋存状态 存在问题：致密储层微观孔喉系统中油气如何赋存？如何研究？ 解决思路：直接观察、成岩物理模拟、原位CT等 Element Wt % At % C K40.8954.86 O K25.7325.91 NaK03.2802.30 AlK08.5505.11 SiK18.3310.51 K K02.0100.83 CaK01.2200.49 02 Element Wt % At % C K16.0726.88 O K31.
15、9540.13 MgK03.3702.78 AlK16.9012.59 SiK14.9410.69 CaK01.3100.66 FeK14.1005.07 01 02 判断方法：能谱数据验证，是否具备明显碳峰特征 实例：致密砂岩孔喉油气赋存状态 环境扫描电镜+能谱分析：石油在孔隙中共有4种赋存状态 形态1：薄膜状充填于孔隙 与颗粒表面，相互粘连 形态3： 短柱状集合体发育 于粒间孔内，相互粘连 形态2： 薄膜状均匀覆盖颗 粒表面 形态4：粘结于裂缝两壁， 相互或独立，或连接 (a)实验室光源获得的CT二维像 (b)同步辐射光源获得的CT二维像 n 像分辨率明显提高 孔隙率随温度提高而上升 温度
16、室温120oC370oC 孔隙率1.72%3.25%3.79% (a ) (b ) 分辨率50nm分辨率17nm n 三维原位揭示纳米孔隙随温度、压力 变化的规律 更高分辨率的的加温加压原位实验申请 已向美国APS同步辐射光源中心递交 基于原位温-压条件下泥页岩CT扫描观察原油赋存 解决思路：泥岩样品在加温压条件下原位CT观测 技术方法国外研究内容勘探院研究内容时间 页岩页岩、致密砂岩、致密灰岩 压汞法物性与微孔分布 传统 方法 气体吸附法微孔喉分布,2011 核磁共振微孔喉分布,2011 普通显微镜微米-毫米级孔喉观察 钨丝扫 描电镜微米级孔喉观察 小角散射用于材料化学泥页岩微孔大小,2011同步 场发 射扫描电镜微孔识别 ,2007纳米级微孔观察统计 ,2010晚于
