非常規油氣地質研究發展與技術需求
—— 訪中國石油大學(北京)非常規天然氣研究院院長宋巖教授

■ 本刊特約記者 王大銳

近年來，我國非常規油氣勘探開發取得了重要進展，但仍存在許多突出的地質問題，迫切需要加強地質研究，推動我國非常規油氣資源開發的持續進展。為此，我特意采訪了中國石油大學（北京）非常規天然氣研究院院長宋巖教授。

問：目前非常規油氣地質研究的發展趨勢有哪些？

答：近年來，我國非常規油氣地質研究持續深入，主要的發展趨勢包括以下五個方面：在儲層孔隙研究方面發展趨勢是從納米孔隙的觀測發展到全孔徑孔隙結構的定量表征和三維重構，在賦存特征方面是從非常規油氣賦存狀態的宏觀、靜態特征描述發展到微觀、動態演化研究，在致密油運移方面是從啟動壓差驅動和優勢通道運移發展到跳躍式階梯充注和潤濕性優勢輸導，在油氣成藏方面是從“源控論”發展到源控下的“優勢源儲組合+保存條件”的成藏論，在富集模式方面是從非常規油氣的“富集”地質模式發展到“富集+高產”的成藏模式。

問：請具體談一談非常規油氣儲層孔隙研究的發展趨勢。

答：非常規儲層微觀孔隙研究的發展是從納米孔隙的觀測發展到全孔徑孔隙結構的定量表征和三維重構。非常規儲層致密，常規測試技術表征難度大，尤其在頁巖儲層研究中，在高分辨率掃描電鏡應用前，尚未查明頁巖孔隙發育特征，而隨著掃描電鏡的廣泛應用，在頁巖中發現了“納米孔”，劃分了孔隙類型，明確了頁巖微-納米孔隙結構特征。關于定量化非常規儲層孔徑分布，主要采用流體注入技術，但是單一方法尚無法全面認識非常規儲層的孔隙發育特征。為此，建立了全孔徑孔隙結構的定量表征方法，可查明直徑0.35～200000納米范圍內的孔隙發育特征。未來研究應聚焦不同流體注入法測試結果的有效拼接，完善全孔徑孔隙結構表征方法，同時加強與掃描電鏡、CT掃描、小角散射、核磁共振等方法的相互驗證，深化對非常規儲層孔隙結構特征的認識。未來研究的發展趨勢為兩個方向：向微觀方向，優化實驗設置和參數提取，進一步提高三維重構的分辨率；向宏觀方向，通過增大樣品規格、放大表征范圍，加強三維孔隙結構表征的代表性。

問：非常規油氣的賦存狀態研究有哪些進展和趨勢？

答：在賦存特征方面，主要是從非常規油氣賦存狀態的宏觀、靜態特征描述發展到微觀、動態演化研究。不同于常規天然氣以游離態賦存，煤和頁巖儲層本身具有吸附甲烷能力，存在吸附和游離等賦存狀態。研究表明，煤層吸附氣量超過80%，游離氣含量低，而頁巖吸附氣量為20%～85%，高產層以游離氣為主。關于天然氣的微觀賦特征，通過分子動力學模擬研究揭示了頁巖中吸附態甲烷主要賦存于直徑小于2納米的孔隙中，游離氣主要賦存在小于2納米的孔隙中。通過系列溫壓條件下的甲烷等溫吸附實驗，揭示了溫度和壓力耦合控制非常規天然氣賦存狀態的轉化過程。關于石油的微觀賦特征，國內外學者利用環境掃描電鏡，在Woodford頁巖孔隙和微裂縫中觀察到油滴和油膜，在鄂爾多斯盆地長6段致密砂巖微—納米孔隙中觀察到以圓球狀、短柱狀發育于粒間孔內、薄膜狀均勻覆蓋于顆粒表面和粘結于裂縫兩壁等4種賦存狀態。利用微米CT、納米CT掃描及特征參數提取技術，明確了致密油以乳狀、簇狀、喉道狀賦存于基質粒間孔，以顆粒狀、薄膜狀吸附于顆粒表面。未來應聚焦于提高掃描電鏡的分辨率，完善納米CT結果中油氣賦存特征參數的優選，發展基于不同氣體組分競爭吸附和多層吸附的分子動力學模擬技術，深化非常規油氣的賦存的微觀特征的認識。

問: 關于非常規油氣成藏研究的發展趨勢有哪些？

答：在油氣成藏方面，發展趨勢是從“源控論”發展到源控下的“優勢源儲組合+保存條件”的成藏論。非常規油氣具有源內滯留和短距離運移的特點，烴源巖邊界范圍控制非常規油氣的分布，烴源巖與儲層在空間上的組合關系對非常規油氣富集具有關鍵控制作用。重視非常規油氣“源儲組合”和“保存條件”，既明確了傳統“源控油氣”的內涵，又涵蓋儲集空間、賦存狀態、充注機理與富集主控因素的研究內容，深化了非常規油氣的成藏機理。根據源巖與儲層的配置關系，非常規油氣源儲組合分為源儲緊鄰和源儲一體兩種類型。源儲緊鄰型包括下源上儲型、上源下儲型和三明治型，源儲一體型包括薄互層型和源儲共生型。其中，致密油氣為源儲緊鄰型油氣聚集，是近源油氣。煤層氣和頁巖油氣屬源儲一體型油氣聚集，是油氣滯留形成的源內油氣。不同源儲組合的石油充注物理模擬實驗揭示三明治型有利于致密油富集，源儲一體型、下源上儲型和上源下儲型的富集程度依次降低。

保存條件控制非常規油氣富集。主要從構造抬升、頂底板、自封閉性和水動力四個方面評價保存條件。抬升剝蝕導致上覆地層厚度減薄，地層壓力降低，促進煤層氣和頁巖氣解吸，含氣量降低。四川盆地焦石壩地區構造抬升晚，保存條件好，建成了頁巖氣高產區，而彭水地區未獲得工業發現，表明抬升時間晚而短對保存有利。頂底板的滲透性對頁巖氣保存具有關鍵控制作用。頂底板封閉性好，既保持地層壓力促進頁巖氣吸附，又降低游離氣的散失量，對頁巖氣保存有利。頁巖中甲烷的擴散系數隨頁巖孔隙度的增大而增大，隨壓力的增大而減小。頁巖抬升和裂縫開啟導致上覆壓力降低，促進頁巖氣擴散，對頁巖自封閉性不利。頁巖自封閉性好表現為超壓發育。水動力對煤層氣的富集影響大，在平面上和剖面上，水動力條件強，煤層含氣量低，水對煤層氣的破壞作用主要是氣體溶解于水中，以擴散方式或被水流帶走的方式而散失。

問：石油地質與油氣勘探工作中，是如何認識非常規油氣富集的？

答：早期對“富集”區的認識僅僅限于含氣量高的地區，但是，隨著勘探開發的進展，逐漸認識到“富集”并不意味著“高產”，如何建立“富集高產”模式成為非常規油氣開發亟待解決的難題，因此，發展趨勢是從非常規油氣的“富集”地質模式發展到“富集+高產”的成藏模式。針對煤層氣建立了“富集”+“高滲”耦合控制煤層氣高產模式。針對頁巖氣建立了“游離氣量”+“可采性”耦合控制頁巖氣高產模式；針對致密油建立了“高豐度”+“可流動性”+“可采性”高產模式。

問：除了已經取得的認識與成就，非常規油氣勘探還存在哪些問題與挑戰？

答：近年來，非常規油氣勘探開發快速發展，但仍面臨諸多難題，亟待完善非常規油氣地質理論。尚需完善的非常規油氣地質理論包括：非常規儲層非均質性的表征與評價、深部非常規油氣賦存相態、非常規油氣的散失機理、斷裂-裂縫對非常規油氣聚集的控制作用、非常規油氣高產控制因素、非常規儲層可改造性評價。