淺談非常規油氣藏

黃 丹

(1.西安石油大學，陜西西安 710065；2.中國石油長慶油田分公司，陜西西安 710018)

盆地范圍內，油氣是自烴源巖生成，沿垂向、側向的路徑向盆地上部運移，并在頂部遇到封閉層而聚集成藏的。由于盆地沉積成巖作用的影響，按照目前對油氣常規和非常規的區分，認為在盆地上部以常規油氣聚集為多，盆地下部以非常規油氣聚集為主[1]。

Law等認為，常規天然氣與非常規天然氣在地質上存在根本性差異：常規天然氣是浮力驅動形成的礦藏，其分布表現為受構造圈閉或巖性圈閉控制的不連續分布形式；而非常規天然氣則是非浮力驅動形成的礦藏，其分布表現為不受構造圈閉或巖性圈閉控制的區域性連續分布形式。但文獻調研及分析認為非常規與常規二者之間并沒有本質區別，其本質原因是儲層孔隙結構和非均質條件的復雜化所造成的儲存條件和儲存方式的多樣化和非常規化。總之，常規儲層中，油氣運移阻力因素相對較少，運移距離長，一般為源外或遠源聚集，因此聚集需要明顯的圈閉，在構造高點聚集較多。相反，非常規油氣由于孔隙結構的復雜性和較強的非均質性使得運移阻力因素復雜，運移距離短，一般造成源內或近源聚集，在盆地向斜或斜坡聚集較多[1-8，11-12，14，16]。

1 “連續型”與“準連續型”油氣藏的概念

一些學者認為[1]“連續型”油氣藏主要強調油氣大面積連續或準連續分布在盆地中心、斜坡等位置，且局部聚集；主要發育于低孔滲、特低孔滲和致密等非常規儲集體系之中，儲集空間大；以自生自儲為主，多為初次運移或短距離二次運移，主要靠滲透或擴散方式聚集，運移動力主要是生烴增壓和擴散作用力，浮力作用受限(甜點區除外)；缺乏明顯圈閉界限，無統一油氣水界面和壓力系統，流體分異差，含油飽和度差異大，油氣水常多相共存。

另一些學者認為[2，3]，真正意義上的連續型油氣藏是源內形成的油氣藏，以煤層氣和頁巖油氣最為經典。無論是致密砂巖還是致密碳酸鹽巖，其在成藏方面介于不連續型與連續之間，是二者之間的一種過渡類型，將這類油氣藏稱之為準連續油氣藏。認為準連續型油氣藏是指油氣聚集受許多在橫向上彼此相鄰、縱向上相互疊置的巖性圈閉控制、油氣大面積準連續分布、無明確油氣藏邊界的致密砂巖油氣藏群或油氣田。主要強調油氣大面積準連續分布在斜坡等位置；主要發育于橫向非均質性強，由眾多中小型巖性圈閉組成圈閉之中，以巖性式甜點富集；以自生自儲為主，多為初次運移直接成藏，二次運移較弱，主要靠滲透或擴散方式聚集，浮力作用受限；無明確油氣藏邊界，油氣水分布復雜，無顯著油/氣水倒置。

本文認為，油氣的儲集層本身就是一種具有孔隙結構的非連續型介質[4]，相對而言，油氣藏本身就是一種被儲集介質所分隔的流體聚集單元。連續與否只是油氣藏的宏觀表現，宏觀上不存在真正的連續流體聚集，因為宏觀上地下不存在“油河”[5]；但從微觀上來講，無論是毫米級的“管流”、微米級的“滲流”還是納米級“滯留”儲層[6]，其成藏的前提必須是儲層(孔隙)連通。從此種意義上說，油氣藏應該是“連續”的，但是，油藏連續與否，孔隙連通并不是其充分條件，這是因為流體在儲層中的存在方式還與巖石的潤濕性有關。巖石的潤濕性是指在巖石-油(氣)-水體系中，一種流體在分子的作用力下，自發的驅趕另一種流體的能力[7]。其很大程度上決定著油藏流體在巖石孔道內的分布狀態[7，8](見圖1)。這種分布狀態因巖石礦物成分、黏土含量及產狀、流體化學組成、地層水中的表面活性物質、孔隙結構、含水飽和度等因素影響[7，8]。綜上所述，油氣藏都應該是“孤立式”-“準連續式”-“連續式”的復雜混合體，這種分布狀態對應于所有油氣藏。

對于非常規油氣藏來說，由于其微觀孔隙結構以微米孔和納米孔為主，這種特殊化和復雜化的儲層條件致使其具有很強的非均質性，導致每個微油藏在分布上具有一定的不連續性，也正是由于復雜的孔隙條件和強的非均質條件，其成藏特征才不同于常規油氣藏，主要特征(見表 1)[1]。

表1 非常規油氣藏與常規油氣藏的差異[1]Tab.1 The difference between unconventional and conventional petroleum accumulation

圖1 流體分布狀態Fig.1 The distribution patterning of fluid

2 成藏基礎條件分析

2.1 烴源巖

烴源巖是含油氣系統和油氣成藏的基礎，但并非巨厚生油潛力就大，沉積盆地只有發育了有效烴源巖才能形成一定規模的油氣聚集[9]。高生物產率和缺氧環境是形成有效烴源巖的必要條件[9]，因此在沉積盆地斜坡和盆地中心部位有效烴源巖相對來說較為發育。

文獻[10]研究發現烴源巖中有機質的賦存狀態主要分為順層富集型、分散型和局部富集型三類。認為烴源巖中改造型溶蝕孔隙的分布與有機質的賦存狀態有很大關系：(1)有機質呈分散型分布時，溶蝕孔隙的分布呈分散狀，數量有多有少，但溶蝕的強度都不大，很少見到連片的；(2)有機質呈順層型分布時，溶蝕孔隙的改造作用，不僅表現為數量多，且規模也較大，往往形成較密集的改造型溶蝕孔隙，主要沿微層理發育；(3)有機質呈局部富集型分布時，改造型溶蝕孔隙主要呈斑狀出現。

2.2 儲集與蓋層

儲層之所以能儲集油氣，是由于它們具備相對較高的孔隙度和滲透率；蓋層之所以能封蓋油氣，是由于其具備相對較低的孔隙度和滲透率[5]。文獻[11]研究認為儲集層之所以能夠儲集油氣，不是因其巖性是砂巖或其他巖類，而是因其物性較好、孔隙較大(相對于上方蓋層)。泥巖若發育較大孔隙，也可以成為儲集層；砂巖若孔隙欠發育，也可以成為蓋層。某種巖石在地下是蓋層還是儲集層，不完全取決于巖性，還要看巖石在層序中的位置。泥巖可以給砂巖作蓋層，細砂巖也可以給粗砂巖作蓋層。綜上，烴原巖在一定條件下可以成為儲層。

2.3 圈閉

圈閉是具備捕獲分散烴類形成油氣聚集的有效空間。其包括三個部分：(1)儲集層；(2)蓋層；(3)遮擋物(阻止油氣繼續運移，造成油氣聚集成藏)[5]。

綜上所述，蓋層與遮擋物無本質區別，完全可以是同一種東西，其作用是阻止油氣運移，最終成藏。可以認為只要具有一定的物性條件，就可以形成物性圈閉[11]，進而成藏；或許這也就是所謂的“無形”或“隱形”圈閉[1]。

3 成藏特征分析

連續型油氣藏的本質特征是發育于非常規儲集層體系之中，圈閉界限模糊不明，范圍很大；無統一的油水界面和壓力系統。屬于明顯無圈閉界限、非常規圈閉、非閉合圈閉，或“無形”或“隱形”圈閉[1](見圖2)。

圖2 油氣藏分布模式圖(據鄒才能等，2011年修改)Fig.2 The distribution patterning of reserviors

沉積有機質以熱解成油氣小分子的方式不斷向地層水排放，熱解從干酪根大分子的外圍或枝杈上逐漸向內部進行的[12]。沉積有機質賦存狀態主要分為順層富集型、分散型和局部富集型[10]，因此，頁巖中油氣藏的形成也應該具有一定的規律或與此相關。隨著干酪根大分子生成的油氣小分子向地層水不斷排放，油氣分子會慢慢長大，當達到一定程度(體積)，就會在浮力的作用下脫離干酪根母體，成為游離的連續相進行初次運移、二次運移，直到遇到圈閉聚集成藏[12]。

有機質埋藏初期，埋深較淺，溫度介于10℃～60℃，生物作用強烈，主要生成生物甲烷；隨著埋藏深度不斷增加，微生物活動逐漸停止，溫度壓力不斷增加，熱化學作用代替生物作用成為重要因素，當地溫升至60℃～180℃時，在熱催化作用下，有機質大量生成石油和天然氣；當地溫達到180℃～250℃時，生成的油氣比逐漸降低；當地溫超過250℃時，有機質和已生成的石油發生裂解，只能生成烴氣[13](見圖2)。

根據分子擴散理論，擴散的方向是從高濃度向低濃度進行的，并最終使整個地層的濃度趨于一致，其對油氣藏具有破環作用，油氣是以連續相為主要方式進行運移的[12]。

干酪根生成液態油后，干酪根的體積會減小，液態油的體積會增加，但總體積會略有增加，生成天然氣后，總體積會增加更多[12]。但烴源層的生烴速度很慢，而且是邊生邊排，憋壓的可能性極小[14]。源巖生成油氣后因體積增大致使孔隙壓力增大，為了達到源巖與儲集層之間的壓力平衡，部分孔隙水將被排出[12]。烴源層不是一個封閉的系統，有孔隙，也有滲透性，完全可以輸導流體的，只是其滲透率較低、輸導速度較慢而已[14]。當壓力平衡后,油滴會在浮力的作用下運移出源巖，當油滴排出，源巖孔隙虧空，由于重力作用，儲集巖中的地層水將回流至源巖。油氣生成過程中增大的體積部分，最終將轉換為源巖上方儲集巖的流體體積增加量[12]。可見，異常高壓只是一種暫時的壓力狀態。

烴源巖中改造型溶蝕孔的分布與有機質不同的賦存狀態有密切關系[10]，因此，有機質熱演化結束后，頁巖中油氣的分布可能受改造型孔隙的控制。熱演化早期，有機酸溶蝕產生的物質相對較少，膠結作用相對較弱，溶蝕作用強于膠結作用，此時盡管泥巖的滲透性差，但沿油氣運移路徑方向上孔隙半徑總體上是變好的，而且在三維地質體中，浮力會使油氣自動尋找大的孔隙移動，同時，由小孔向大孔運移，毛管力具有動力作用，因此，此時油氣是可以運出的[12]；熱演化后期，有機酸溶蝕產生的物質越來越多，由于地層水流動緩慢，泥巖內部缺乏流體發生充分循環的良好條件，膠結作用變強。隨著溶蝕作用的不斷進行，這些因溶蝕而產生的物質不能迅速的被帶出反應系統，最終必將達到飽和而在附近重新發生沉淀，造成堵塞孔隙和喉道，改變原有的孔隙結構，使泥巖孔隙系統變得更加致密[10]。此時，沿油氣運移路徑方向上孔隙半徑變差，成為從大孔向小孔運移，毛管壓力成為阻力，況且在復雜的孔隙系統中，各種阻力因素都不能忽略，浮力作用受到限制。雖然生烴不斷增壓，但生烴增壓對油水不具分異作用，只能使油水同時排出，按照油水在地層中的先后順序，相對來說，生烴增壓會使地層水較早排出，當然，若生烴增壓一直持續，油最終是會排出的，可見，隨著熱演化不斷增加，油氣運移變得困難。由此可見，頁巖油氣的成因或許與孔隙條件的復雜化有關，成藏處可能為物性相對較好的甜點區。

文獻[15]研究發現致密砂巖微觀孔隙直徑范圍10 nm～1 000 nm，主體為300 nm～900 nm；頁巖微觀孔隙直徑范圍5 nm～300 nm，主體為80 nm～200 nm。由于存在大量的微觀孔隙，因此儲層的非均質性非常強，導致毛管力作用明顯，浮力作用受限，因此，一般為源儲合一或二次運移較弱，只能進行較短距離的二次運移。

非常規儲層一般孔隙度較低，滲透性較差，屬低滲、特低滲乃至致密儲層，浮力難以克服毛細管力，構造對油氣水分布無明顯的控制作用，油水分布主要受物性控制。因此，此類油氣藏油氣水分布復雜，易出現所謂的油氣水倒置現象。文獻[11]認為這是由于地層非均質性導致的物性差異現象，物性好的地方充當了儲集層，物性差的地方充當了蓋層和遮擋物。這種氣藏更為科學的名稱應該是“物性氣藏”，而能夠聚集物性氣藏的場所則是“物性圈閉”。物性圈閉不一定出現在構造的頂部，而可以出現在地層的任意位置。由此可見，物性和非均質性是導致連續型油氣藏成藏的重要原因，甜點式(巖性、物性)聚集是此類油氣藏成藏的主要方式。同時，由于沉積過程中的差異壓實和成巖作用造成的孔隙結構復雜化，使得地層非均質性增強，微孔隙結構中毛管壓力成為封閉作用力，復雜的孔隙結構使得毛管力有大有小，致使油氣水沒有明確的界面，從而油氣藏沒有明確的圈閉邊界，再加上縱向非均質性強于橫向非均質性，橫向滲流系數大于縱向滲流系數[16]，油氣藏易在橫向上連續相鄰，縱向上分隔相疊。

4 結論

(1)此類油氣藏是以“孤立式”-“準連續式”-“連續式”的混合狀態在盆地中心、斜坡等位置甜點式聚集，連續與否，受孔隙結構及巖石潤濕性影響。

(2)生烴增壓是一個暫態(幕式)過程，且其對油水沒有分異作用，因此，生烴增壓作用在連續型油氣成藏過程中的作用值得進一步研究。

(3)由于納米孔隙的存在，地層的非均質性變的更強，毛管力作為阻力更為明顯，浮力作用由于孔隙結構的復雜化對油氣運移的動力作用受到限制。

(4)由于油氣是后于地層水而產生的，非常規儲層中聚集的油氣藏是孔隙復雜化，非均質性增強的結果，因而也造就了油/氣水倒置的分布方式。

參考文獻：

［1］鄒才能，陶士振，侯連華，等.非常規油氣地質［M］.北京:地質出版社，2011：15-31.

［2］趙靖舟，白玉彬，曹青，等.致密砂巖大油氣田成藏模式探討［A］.首屆非常規油氣成藏與勘探評價學術討論會論文及摘要集專題一：致密砂巖油氣成藏及勘探［C］.2011：246.

［3］趙靖舟，白玉彬，等.論準連續型致密大油氣田成藏模式和形成條件［A］.首屆非常規油氣成藏與勘探評價學術討論會論文及摘要集專題一：致密砂巖油氣成藏及勘探［C］.2011：247.

［4］李傳亮.儲層巖石連續性特征尺度研究［J］.中國海上油氣，2004，16(1)：63-65.

［5］張厚福.石油地質學［M］.北京：石油工業出版社，1999：101+158.

［6］鄒才能，楊智，陶士振，等.納米油氣與源儲共生型油氣聚集［J］.石油勘探與開發，2012，39(1)：16-18.

［7］譚成仟，宋子齊.碎屑巖儲集層測井評價技術［M］.西安：陜西科學技術出版社，2001：151.

［8］楊勝來，魏俊之.油層物理學［M］.北京：石油工業出版社，2004：195-203.

［9］金強.有效烴源巖的重要性及其研究［J］.油氣地質與采收率，2001，8(1)：1-4.

［10］苗建宇，祝總祺，劉文榮，等.泥巖有機質的賦存狀態與油氣初次運移的關系［J］.沉積學報，2004，22(1)：169-175.

［11］李傳亮.氣水可以倒置嗎［J］.巖性油氣藏，2010，22(2)：128-132.

［12］李傳亮，張景廉，杜志敏.油氣初次運移理論新探［J］.地學前緣，2007，14(4)：132-142.

［13］王尚文，等.中國石油地質學［M］.北京：石油工業出版社，1983：72-77.

［14］李傳亮.油氣倒灌不可能發生［J］.巖性油氣藏，2009，21(1)：6-10.

［15］白斌，鄒才能，朱如凱，等.高精度三維立體成像X射線掃描技術(Nano-CT)在致密儲層孔隙中的應用［A］.首屆非常規油氣成藏與勘探評價學術討論會論文及摘要集專題一：致密砂巖油氣成藏及勘探［C］.2011：7.

［16］李傳亮，孔祥言.滲透率參數的各向異性和不對稱性的定量描述［J］.新疆石油地質，2000，21(2)：128-129.