值得重视的非常规资源

《值得重视的非常规资源》由会员分享，可在线阅读，更多相关《值得重视的非常规资源（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、值得重视的非常规资源水溶气访中国石油勘探开发研究院天然气研究专家秦胜飞博士作者：王大锐来源：石油知识 2013年第6期本刊特约记者 王大锐目前全球已进入非常规油气勘探开发阶段，继煤层气之后，页岩气、致密气、致密油也已 相继纳入重要的研究、勘探和开发领域。还有一种非常规天然气虽然资源量非常巨大，但被重 视的程度很不够，那就是水溶气溶解在水中的烃类气体。水溶气的勘探开发在我国已经开 始，为了使更多的读者认识这种非常规资源，我特意采访了中国石油勘探开发研究院天然气研 究专家秦胜飞博士。问：首先，请给我们的读者介绍一下什么叫“水溶气”？答：好的！关于水溶气，目前还没有统一的概念，顾名思义就是溶解在水中

2、的气体，包括 甲烷等烃类气体和二氧化碳、氮气等非烃气体。从油气勘探角度上说，水溶气特指溶解在水中 以烃类气为主的气体。目前人们所说的水溶气都是指烃类气体。天然气在生成、运移和成藏过 程中始终都有地层水的参与，并且在地下高温、高压状态下，天然气在水中的溶解度很大，并 随温度、压力和矿化度的变化而变化。在地质条件变化过程中，溶解在水中的天然气也可以发 生脱溶作用成为游离气，所以曾经的水溶气也可以变成游离气。因此，我们可以把水溶气分为 广义的水溶气和狭义的水溶气，广义的水溶气是目前溶解在水中以及曾经溶解在水中的烃类气 体，狭义的水溶气是目前仍溶解在水中的烃类气体。水溶气藏根据天然气赋存状态可以分为游

3、离相和水溶相两种气藏类型。与常规天然气相比， 水溶气的组分具有甲烷含量高、干燥系数大的特点，并含有一定量的CO2和N2等非烃气体。初 步研究表明，水对甲烷碳同位素有分馏作用，重碳同位素的烃类气体偏向于留在水中。因此， 水溶气的碳同位素比游离气偏重，并且脱溶形成的游离气的同位素又比水溶相天然气的轻。天 然气在水中的溶解度主要受温度、压力、水矿化度的控制。充足的气源和丰富的地层水资源是 水溶气富集的基础，构造抬升是水溶气脱溶成藏的重要条件。例如，我国川中地区须家河组具 有生气强度大、地层压力高、含水饱和度大以及晚期构造抬升强度大的特点，自水中释放出的 以及保留在水中的天然气资源都非常丰富。问：世界

4、各国目前的水溶气的勘探开发现状如何？答：其实，人们对水溶气资源的关注已有百余年历史。早在1908年日本就进行水溶气应用 方面的研究，并率先于1948年将水溶气确定为一种非常规的天然气资源而加以开发利用。之后 美国、苏联、匈牙利、意大利、菲律宾、尼泊尔、伊朗等国相继开展了对水溶气资源的研究、 勘探甚至开发。对水溶气的特性研究是自2 0世纪中叶从烃类气体在水中的溶解度测定开始的。在随后的 几十年时间里，研究人员对天然气在不同介质、矿化度、温度和压力下的溶解度做了大量的研 究工作，使人们对天然气在水中的溶解特性有了较深入的了解。经过数十年的研究，已经达成 共识：甲烷在水中的溶解度与压力、温度和矿化度

5、有关。随着压力的增加甲烷在水中的溶解度 增大；当温度高于80C时，溶解度随温度的升高而增加，低于80C时，溶解度随温度的升高而 降低；矿化度增加甲烷的溶解度随之降低。关于水溶气的开发，走在前列的当数日本。日本是上世纪开采水溶气最多的国家，仅1977 年开采量就达5.45X108m3，累计开采量超过130X108m3。日本的水溶气的开采均在本土进行。 国内除柴达木盆地，其他地区均未开展过水溶气的勘探和开发。柴达木盆地三湖地区，针对水 溶气和低产气层开展过先导性试验研究，有两口井试采效果良好，水溶气和浅层气合采， 获日 产气 1137 7368m3。问：那么，从全球的角度来看，水溶气的资源量如何？

6、尤其是我国的水溶气资源量又怎么 样呢？答：全球水溶气资源非常丰富，据估计，全世界的水溶气资源总量在nX1016 nXlO18m3之间。其中欧洲为47 9 9 X 1 0 1 2m 3,北美和中美洲为64 2 2 X 1 0 1 2m 3, 南美洲为5017X1012m3，非洲为3874X1012m3，大洋洲为5 0 0 8 X 1 0 1 2 m 3， 亚洲为 8717X1012m3，比常规天然气资源量(293X 1012m3)高两个数量级。世界著名的含油气盆地，水溶气资源量也很丰富，西西伯利亚盆地水溶气资源量为 1000X1012m3，伏尔加尔加-乌拉尔盆地为140X1012m3，滨里海(北

7、里海)盆地为 980X1012m3，南里海盆地为259X 1012m3，亚速夫-库班盆地为18 0X10 1 2m 3,美国的墨西 哥湾沿岸盆地的水溶气资源量达2699X1012m3，美国仅德克萨斯州和路易斯安那州的水溶气原 始资源量就有6.17X1012m3，日本的水溶气储量约为0.7390.887X1012m3。中国主要的含油气盆地中水溶气资源也很丰富，有人测算过中国43个盆地的水溶气资源量 的估算结果为19X1012m3，这个数据比较保守，实际的资源量可能要远大于这个数字。对水溶 性气藏成藏条件的分析研究认为，丰富的气源、异常高地层压力、储集层和较好的地层水保存 条件是形成该类气藏的有利

8、条件。根据天然气溶解的 Henry 经验定律、分子间隙溶解机理分析， 认为溶解和脱气过程中除了考虑温度和压力变化外，还存在构造震荡“脱气”等脱气过程。由 于对在不同的地层水条件下，天然气的溶解度变化的认识尚不太清晰，且富集条件及静态气藏 形成条件是否能够促成动态气藏的形成，以及其他因素对气藏有何影响亦需要深入研究，对国 内水溶性气藏资源需要进行系统的评价，确定气藏的有效开发技术方法，以促进水溶性天然气 的勘探和开发，拓宽我国天然气供给的途径。我国水溶气的资源调查研究工作目前基本处于空白状态，只有一些零散的研究成果。我国 学者从上世纪8 0年代开始注意到四川盆地水溶气资源，陈立官等早在1986年

9、提出“排水找气” 观点，在川南取得了较好效果。此外，在塔里木盆地、鄂尔多斯盆地、吐哈盆地、柴达木盆地、 松辽盆地、莺歌海盆地以及杭州湾浅层等都已查明存在水溶气资源。问：我国发现了水溶气藏吗？答：前面说过水溶气藏可分为游离相和水溶相两类，水溶相的气藏普遍存在，一般有气田 水的地方就有水溶相气藏，只不过品位有高有低，也就是含气量有高有低。至于游离相的水溶 气藏是否普遍存在，这个问题还有分歧。但随着天然气勘探的深入，发现不少地质现象用传统 天然气地质理论难以解释。例如，很多地区天然气地球化学异常偏重，有些生气强度很低的平 缓地区也形成了特大型气田，还有些地区圈闭形成期与生烃期不匹配也能形成大气田。这

10、些现 象都可用水溶气脱气成藏来解释。理论上，水中溶解的天然气随地层抬升发生减压脱溶，释放出的天然气可以给原有的气藏 补充部分天然气，也可在适当的地质条件下形成独立气藏。有些学者认为在北西伯利亚地区常 规天然气的成藏与水溶气有关。在中国，已有学者提出四川盆地天然气存在水溶气减压脱溶成 藏的可能；我的研究认为四川盆地威远气田、塔里木盆地台盆区和田河气田被认为主要是水溶 气脱气成藏；西气东输的主力气田克拉2大气田中的天然气也有水溶气的贡献；有学者认为 鄂尔多斯盆地下古生界天然气主要是水溶气成因；中海油的研究人员认为中国海上最大的崖 13-1气田天然气主要来自水溶气的释放。中国地处印度板块、太平洋板块

11、和西伯利亚陆块之间的三角地带，新近纪以来构造活动使 中国气藏主要形成并定型于新近纪，新构造运动造成的地层抬升促使地层水减压，水溶气发生 脱溶，释放的天然气可在储集体高部位形成游离气藏或者为已有的游离气藏补充部分天然气资 源。因此，针对中国天然气晚期成藏的特点，水溶气在天然气成藏过程中所起的作用不可忽视， 在某些地区往往起到重要作用。问：据你的看法，目前制约水溶气勘探开发的主要结症在哪里？答：尽管人们对水溶气认识时间较长，开展的研究也比较多，但至今对水溶气的勘探、开 发及利用仍处于启蒙阶段，进展缓慢。中国的勘探家在进行天然气有利区带和目标评价时很少 把水溶气脱气成藏（或者水溶气脱气作为补充气源）

12、作为天然气有利的成藏条件之一来考虑。我认为目前制约水溶气发展的有三个关键因素：首先就是认识问题。勘探家们对水溶气的 认识程度不够，认为天然气在水中的溶解度很小，因而在地层水中溶解的天然气数量有限。研 究表明，在正常地层压力的含油气盆地中，水中溶解的天然气量一般为15m3 （气）/m3 （水）。在高压地层，天然气在水中溶解度迅速升高。据报道，美国墨西哥湾沿岸盆地的得克 萨斯州及路易斯安那州的海岸平原盆地新生界有一个宽320480km的异常高压带，压力系数为 1.9,在井深3800m处，1m3水中溶解天然气9.3m3；井深4500m的地层水中，溶解天然气27m3； 井深6000m可溶解天然气92.

13、8m3。数值模拟结果与上述结果一致，甲烷在高温、高压状态下可 大量溶解于水。例如在150Mpa高压下，1m3纯净水在90C、120C、150C、1 8 0 C分别可 以溶解甲烷7 . 9 8 m 3、9.15m3、11.54m3、15.50m3。所以在埋藏比较深的地区，水溶气的 溶解系数相当可观。其次是思路问题。长期以来，人们认为天然气分子小，具有易流动、易散失的特点，提出 了普遍被人们接受的天然气晚期成藏理论，根据该理论，古油藏是可以存在的，但古气藏很难 存在。在天然气成藏研究中，也是遵循着天然气以游离气的形式运聚成藏的思路，忽略了水溶 气的存在，忽略了早期的天然气一旦溶解在水中就可以和地层

14、水一起保存下来的事实。随新近 纪构造抬升，水中溶解的天然气会释放出来，以游离气的形式聚集成藏，还有一部分天然气仍 会留在水中，有多少天然气留在水中取决于地层温、压条件。另外，气藏在开采过程中，随着 气层压力降低，伴随的地下水也会释放出天然气到储集层中，增加气藏的开采年限。再者就是技术问题。如何把含油气盆地水中溶解的天然气开采出来，至今没有一个理想的 开采方法，还未形成一种行之有效的配套技术，其中涉及到开采成本、污水处理、排出的气田 水去向等一系列问题，导致水溶气的勘探、开发进展缓慢。问：作为一名从事多年天然气攻关的油气科技人员，你对水溶气的研究，特别是勘探开发 有什么建议？答：鉴于水溶气资源巨

15、大，并且对游离气的成藏有不可忽视的作用，建议勘探中重视水溶 气对游离气藏的贡献，加强水溶气方面的成藏、资源评价以及勘探开发等方面的研究工作。天然气自烃源岩生成后首先溶解于附近的水中，水中天然气饱和后，才以游离气的形式存 在，并以气水混相的形式发生运移。运移过程中一旦遇到水层，游离气还会不断溶解于水中， 直至水中的气体饱和。新构造运动导致构造抬升使水溶气发生减压脱溶作用，释放出天然气。 这对于中国古老碳酸盐岩气藏、大面积分布的岩性气藏、以及前陆冲断带等勘探领域尤为重要。中国碳酸盐岩气藏，由于烃源岩年代古老，烃源岩成熟度很高，生烃期早，经历漫长地质 过程，早期的游离气大都散失殆尽，此时溶解在水中的

16、天然气得以保存，对后期构造抬升过程 中天然气成藏起重要作用；中国的岩性气藏，普遍大面积含水且含水饱和度较高，并大都经历 过喜山期的构造抬升，抬升过程中从水中释放的天然气非常可观，特别是多套烃源岩和多套储 集层互层的岩性气藏发育区，例如川中地区须家河组岩性气藏；前陆冲断带也都经历过喜山期 的构造抬升，气藏中必然有来自水中释放的天然气的混入。经过构造抬升后，保留在水中的天然气资源量仍然十分巨大。保守估计，仅四川盆地水溶 气的资源量可达10万亿方。目前全国水溶气资源还没有一个可靠的数字，建议开展全国含油气 盆地水溶气资源评价，获取中国含油气盆地水溶气资源量。水溶气的形成需要一定的地质条件，并非所有的地层水都含有水溶气。什么样的地质条件 适合水溶气的成藏并有利于水溶气的保存？水溶气在地质历史时期如何演化？建议开展水溶气 成藏有利地质与水化学条件以及成藏机理研究，这些研究对天然气成因、天然气成藏、常规与 非常规天然气资源评价