油氣勘探開發(fā)中的沉積學(xué)創(chuàng)新與挑戰(zhàn)

孫龍德，方朝亮，李峰，朱如凱，張?jiān)戚x，袁選俊，賈愛林，高興軍，蘇玲（. 中國(guó)石油天然氣股份有限公司；. 中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院）

油氣勘探開發(fā)中的沉積學(xué)創(chuàng)新與挑戰(zhàn)

孫龍德1，方朝亮1，李峰1，朱如凱2，張?jiān)戚x1，袁選俊2，賈愛林2，高興軍2，蘇玲2
（1. 中國(guó)石油天然氣股份有限公司；2. 中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院）

摘要：根據(jù)沉積學(xué)研究進(jìn)展及在實(shí)踐中的應(yīng)用成效，梳理未來(lái)油氣勘探開發(fā)對(duì)沉積儲(chǔ)集層研究的需求，并提出未來(lái)研究的重點(diǎn)方向和領(lǐng)域。近年來(lái)，中國(guó)沉積學(xué)研究取得多項(xiàng)重要成果：建立跨重大構(gòu)造期沉積盆地巖相古地理與淺水三角洲砂體發(fā)育新模式，擴(kuò)展了油氣勘探領(lǐng)域；深水沉積砂體分布規(guī)律的新認(rèn)識(shí)促使深水—超深水區(qū)與湖盆中心持續(xù)獲得重大油氣發(fā)現(xiàn)；深層—超深層儲(chǔ)集層發(fā)育機(jī)理的新認(rèn)識(shí)拓展油氣勘探開發(fā)深度；富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育模式與非常規(guī)儲(chǔ)集層研究新進(jìn)展，促進(jìn)非常規(guī)油氣勘探開發(fā)取得重大突破；多尺度開發(fā)地質(zhì)建模有效預(yù)測(cè)剩余油分布。沉積儲(chǔ)集層研究的新技術(shù)與新方法為沉積學(xué)理論發(fā)展及其工業(yè)化應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。未來(lái)沉積學(xué)研究中，應(yīng)發(fā)展傳統(tǒng)沉積學(xué)、創(chuàng)新細(xì)粒沉積學(xué)和非常規(guī)儲(chǔ)集層地質(zhì)學(xué)，為沉積原型盆地恢復(fù)、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖富集區(qū)評(píng)價(jià)、有利儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)和有利目標(biāo)區(qū)優(yōu)選提供依據(jù)，推動(dòng)沉積學(xué)不斷創(chuàng)新。圖3參46

關(guān)鍵詞：沉積學(xué)；細(xì)粒沉積；深層—超深層儲(chǔ)集層；深水沉積；非常規(guī)儲(chǔ)集層；儲(chǔ)集層構(gòu)型

0　引言

近年來(lái)，中國(guó)沉積學(xué)研究在區(qū)域巖相古地理、沉積體系的S2S（源-渠-匯）分析方法[1-4]、淺水三角洲砂體發(fā)育模式、地震沉積學(xué)[5-6]、現(xiàn)代沉積對(duì)比和砂體內(nèi)部構(gòu)成定量研究[7]、層序地層標(biāo)準(zhǔn)化[8-9]、小克拉通海相碳酸鹽巖儲(chǔ)集層沉積學(xué)、海相與陸相細(xì)粒沉積、 富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育模式、泥頁(yè)巖儲(chǔ)集層儲(chǔ)集空間表征及儲(chǔ)集性、深層—超深層儲(chǔ)集層、現(xiàn)代超咸水環(huán)境中微生物白云巖形成、古代微生物白云巖儲(chǔ)集層與巖溶儲(chǔ)集層、邊緣海海域深水沉積體系、不同沉積類型砂 體儲(chǔ)集層構(gòu)型、沉積學(xué)研究新技術(shù)新方法[3,10-11]等方面 取得了大量研究成果，有效指導(dǎo)了中國(guó)石油工業(yè)的發(fā)展。本文通過(guò)分析近年國(guó)內(nèi)外油氣勘探開發(fā)進(jìn)展與趨勢(shì)，結(jié)合油氣沉積儲(chǔ)集層研究新進(jìn)展在勘探開發(fā)實(shí)踐中的應(yīng)用成效，梳理了未來(lái)油氣勘探開發(fā)實(shí)踐對(duì)沉積儲(chǔ)集層研究的需求，提出了沉積儲(chǔ)集層研究的重點(diǎn)方向和領(lǐng)域。

1　全球油氣產(chǎn)量發(fā)展趨勢(shì)

隨著沉積學(xué)研究的不斷深入，其對(duì)油氣勘探開發(fā)和儲(chǔ)量增長(zhǎng)的作用日益重要。油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域的不斷拓展也促進(jìn)了沉積學(xué)的理論創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步。當(dāng)前，全球油氣勘探開發(fā)呈現(xiàn)如下形勢(shì)：常規(guī)油氣穩(wěn)定發(fā)展，是產(chǎn)量的主體；海洋油氣持續(xù)增長(zhǎng)，是增長(zhǎng)量的主體；非常規(guī)油氣快速增長(zhǎng)，是未來(lái)增產(chǎn)的重點(diǎn)（見圖1）。2000—2012年，全球新增原油探明儲(chǔ)量698×108t、天然氣探明儲(chǔ)量420×108t（油當(dāng)量）[12-15]。海域是常規(guī)油氣新增儲(chǔ)量的重要領(lǐng)域：2000—2012年新增儲(chǔ)量中海域油氣占55%，2012年達(dá)90%。天然氣是常規(guī)油氣新增儲(chǔ)量的主體：2000—2012年新增儲(chǔ)量中天然氣占61%，2012年占70%。非常規(guī)油氣逐漸成為全球油氣供應(yīng)的重要組成部分，2011年世界非常規(guī)原油產(chǎn)量6.98×108t，占世界原油產(chǎn)量的17%，其中，重油和油砂油6.72×108t、致密油0.25×108t、油頁(yè)巖油0.014 6× 108t；2011年世界非常規(guī)天然氣產(chǎn)量7 805×108m3，占世界天然氣產(chǎn)量的24%，其中頁(yè)巖氣1 920×108m3、煤層氣565×108m3、致密氣5 320×108m3[12-18]。

圖1　全球油氣產(chǎn)量發(fā)展趨勢(shì)圖（據(jù)文獻(xiàn)[圖12　-圖15　]）

2　區(qū)域巖相古地理格局與砂體發(fā)育新模式

2.1 重大構(gòu)造期沉積盆地的區(qū)域巖相古地理格局

將沉積學(xué)與構(gòu)造地質(zhì)學(xué)相結(jié)合，野外勘察與室內(nèi)分析相結(jié)合，應(yīng)用沉積學(xué)理論、技術(shù)和方法解決盆地原型問(wèn)題。野外基礎(chǔ)工作包括區(qū)域性勘察、剖面精細(xì)測(cè)量、地層與巖性對(duì)比、沉積結(jié)構(gòu)構(gòu)造與物源分析、重礦物分析、古環(huán)境分析等。室內(nèi)分析工作包括：將(U-Th)/He低溫?zé)崮甏鷮W(xué)應(yīng)用于沉積學(xué)，利用礦物晶體中放射性4He分布規(guī)律約束熱歷史（最低至30 ℃），研究造山帶剝蝕與沉積盆地沉積過(guò)程、地貌演化、物源以及氣候與構(gòu)造對(duì)地貌影響等[2-4]；根據(jù)沉積碎屑記錄、多種元素及同位素組成、礦物和地球化學(xué)特征等信息，重建不同歷史時(shí)期的古氣候與古地理格局。

2.2 淺水三角洲砂體發(fā)育模式

大型敞流坳陷湖盆淺水三角洲與砂質(zhì)碎屑流沉積模式的提出對(duì)解釋湖盆中心砂體的形成與分布有重要意義，同時(shí)指導(dǎo)了鄂爾多斯、松遼、渤海灣等盆地湖盆中心區(qū)的油氣勘探與開發(fā)[17,19-23]。近年來(lái)，筆者基于鄱陽(yáng)湖等現(xiàn)代湖盆考察和水槽模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)合遙感信息，開展了淺水三角洲生長(zhǎng)模式的研究。

水槽實(shí)驗(yàn)表明，淺水三角洲以水下分流河道沉積為主，其次是河口砂壩。河床坡降比、分流河道攜帶泥砂的粒徑、分流河道截面形狀等因素對(duì)淺水三角洲砂體的形成與發(fā)育有重要影響：河床坡降越大，進(jìn)入湖區(qū)的沉積物速度越快，沉積物的總量越多，河口處越容易形成三角洲，反之則不利于三角洲的形成；分流河道攜帶的泥砂粒徑越大，越不易往下游沉積，更不易在三角洲的前緣及更下游部位沉積，反之則有利于三角洲的發(fā)育；寬淺型分流河道極易被沖刷改道，加速變遷，窄深型分流河道相對(duì)來(lái)說(shuō)穩(wěn)定得多。

三角洲砂體以沿分流河道前積為主，砂體平均寬厚比為41～76，形態(tài)介于舌狀和鳥足狀之間。三角洲前緣“朵葉體”的動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)模式為：淺水三角洲骨架砂體呈“樹枝狀”—“結(jié)網(wǎng)狀”生長(zhǎng)，分流河道不斷生長(zhǎng)，成為供砂通道，砂體連續(xù)沉積，天然堤控制砂體的分布[23]。此模式的建立為松遼、鄂爾多斯等盆地沉積砂體的預(yù)測(cè)提供了理論支持（見圖2）。

圖2　淺水三角洲生長(zhǎng)模式與松遼盆地典型實(shí)例

3　深水沉積砂體分布規(guī)律新認(rèn)識(shí)

近年來(lái)，深水沉積理論研究取得顯著進(jìn)展[4,18]：目前研究方法包括露頭、地震、測(cè)井、巖心和實(shí)驗(yàn)?zāi)M技術(shù)等，開展了定性、半定量的深水沉積控制因素分析，深化了物源、古地貌、水動(dòng)力條件等因素對(duì)深水沉積控制作用的認(rèn)識(shí)。深水沉積類型、深水區(qū)構(gòu)造（深水褶皺沖斷帶、塑性相關(guān)構(gòu)造、內(nèi)斜坡盆地等）等研究取得重要進(jìn)展，沉積物重力流研究進(jìn)入以碎屑流研究為理論核心的新階段：水下碎屑流“滑水”搬運(yùn)機(jī)制、砂質(zhì)碎屑流識(shí)別標(biāo)志和流變學(xué)性質(zhì)及其非水道沉積模式都取得了重要進(jìn)展。深水沉積體系主要儲(chǔ)集層類型有朵葉體、水道和天然堤。

深水沉積研究成果廣泛應(yīng)用于全球被動(dòng)陸緣深水油氣勘探中，包括巴西東部海域大坎普斯盆地鹽下、西非與南美東轉(zhuǎn)換帶、東非魯武馬和坦桑尼亞海岸盆地、東地中海列維坦盆地、北海Horda臺(tái)地、墨西哥灣深水盆地、墨西哥蘇雷斯特盆地、里海海域?yàn)I里海與南里海盆地、印度東海岸KG盆地和澳大利亞西北大陸架等多個(gè)被動(dòng)陸緣的超深水區(qū)，獲得了重大油氣發(fā)現(xiàn)[12-16,24]。中國(guó)鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地和松遼盆地等深水沉積區(qū)勘探也取得重要進(jìn)展。

4　深層—超深層儲(chǔ)集層發(fā)育機(jī)理新認(rèn)識(shí)

分析深層碎屑巖儲(chǔ)集層發(fā)育機(jī)理與主控因素認(rèn)為：①深層—超深層儲(chǔ)集層普遍低滲、致密，壓實(shí)和膠結(jié)作用是導(dǎo)致低滲的主控因素；②深層—超深層儲(chǔ)集層在整體低滲背景下仍發(fā)育“優(yōu)質(zhì)高孔隙度儲(chǔ)集層”，可形成具商業(yè)價(jià)值的油氣藏，“優(yōu)質(zhì)高孔隙度儲(chǔ)集層”與早期超壓、油氣充注和溶蝕作用密切相關(guān)[25]。

中國(guó)塔里木、四川和鄂爾多斯三大盆地的古老海相白云巖儲(chǔ)集層呈規(guī)模分布。通過(guò)研究相對(duì)海平面變化與白云石化關(guān)系，認(rèn)為海平面下降對(duì)白云巖發(fā)育具有重要控制作用，建立地層層序與白云巖發(fā)育之間的關(guān)系，對(duì)白云巖儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)有重要意義。同時(shí)對(duì)微生物碳酸鹽巖給予了高度關(guān)注：微生物碳酸鹽巖是埋藏深、時(shí)代老的碳酸鹽巖儲(chǔ)集層中非常重要的一類，是中國(guó)前寒武系和下古生界的主要儲(chǔ)集層類型，油氣資源潛力大[26]。本次研究主要涉及微生物碳酸鹽巖露頭和巖心識(shí)別、微生物巖的鏡下鑒定、分類和儲(chǔ)集層表征等。目前對(duì)微生物碳酸鹽巖的研究仍有一些疑難問(wèn)題未解決，需要加大研究力度，如微生物碳酸鹽巖的沉積環(huán)境和沉積模式、沉積相序結(jié)構(gòu)概念、儲(chǔ)集層巖石學(xué)類型等。

中國(guó)發(fā)育大面積巖溶儲(chǔ)集層，已建立主要巖溶儲(chǔ)集層發(fā)育模式[25]。通過(guò)分析油田水和白云石、方解石等礦物的主微量元素、稀土元素、同位素（C、O、Sr）組成可判斷碳酸鹽巖巖溶儲(chǔ)集層、白云巖儲(chǔ)集層的溶蝕流體來(lái)源和白云石化流體來(lái)源，為成巖環(huán)境恢復(fù)與白云石化機(jī)理研究提供基礎(chǔ)。結(jié)合洞穴充填物的地層、巖相、碎屑組分、重礦物、主微量元素、稀土元素及U-Pb定性與定量分析，并考慮區(qū)域構(gòu)造背景、沉積巖相背景，可確定巖溶儲(chǔ)集層洞穴的演化時(shí)限，為儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)提供依據(jù)。碳酸鹽臺(tái)地灰?guī)r坑的形成與斷層、酸性流體運(yùn)移、海底暴露、地表水注入有關(guān)，其研究有助于古巖溶油氣勘探開發(fā)。

深層—超深層儲(chǔ)集層發(fā)育機(jī)理與主控因素的新認(rèn)識(shí)，使得深層—超深層油氣勘探開發(fā)取得重要進(jìn)展。2000年以來(lái)，海上6 000 m以深發(fā)現(xiàn)油氣藏51個(gè)，陸上6 000 m以深發(fā)現(xiàn)油氣藏39個(gè)，深層—超深層已成為中國(guó)陸上油氣勘探重大接替領(lǐng)域[12-14, 25]。

5　細(xì)粒沉積模式與非常規(guī)儲(chǔ)集層研究新進(jìn)展

隨著油氣工業(yè)進(jìn)入常規(guī)與非常規(guī)油氣并重的勘探階段，細(xì)粒沉積巖（粒徑小于0.1 mm的顆粒含量大于50%的沉積巖）研究正引起重視。無(wú)論從分布規(guī)模還是分布年代來(lái)看，泥頁(yè)巖都是主要的沉積巖類型。針對(duì)頁(yè)巖層系油氣勘探，富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖形成機(jī)制、礦物組成、儲(chǔ)集特征、有機(jī)質(zhì)賦存狀態(tài)、生排烴機(jī)理等成為 非常規(guī)油氣地質(zhì)研究的前沿和重點(diǎn)[7-11,27-30]。

5.1 富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育模式

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖成因進(jìn)行了廣泛研究，并建立了海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖成因模式，如水體分層的黑海模式、高生產(chǎn)力的上升洋流模式等。這些模式概括了高生產(chǎn)力、強(qiáng)還原環(huán)境、適中的沉積速率和黏土礦物含量（表面吸附）等主控因素對(duì)海相富有機(jī) 質(zhì)頁(yè)巖形成的控制作用[31-38]。

近年來(lái)，結(jié)合露頭勘查、巖心分析和鏡下觀察，筆者對(duì)鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段、松遼盆地白堊系青山口組等典型盆地富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的巖相類型及其巖石組成、紋層結(jié)構(gòu)等微觀特征進(jìn)行解剖，認(rèn)為長(zhǎng)7段、青山口組泥頁(yè)巖為暗色泥巖、油頁(yè)巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r與少量粉砂巖組成的薄互層，垂向非均質(zhì)性強(qiáng)，含有介形蟲、葉肢介、雙殼類、魚鱗等化石，發(fā)育“兩元”（黏土-有機(jī)質(zhì)）和“三元”（粉砂-黏土-有機(jī)質(zhì)）紋層結(jié)構(gòu)。黑色頁(yè)巖中發(fā)育大量波狀層理、斷續(xù)波狀層理、脈狀層理、壓扁層理等沉積構(gòu)造，表明其形成期間周期性底流活躍，有機(jī)質(zhì)為順層分布型、局部富集型和分散型。泥頁(yè)巖形成于半深湖—深湖環(huán)境，干酪根以Ⅰ型和Ⅱ1型為主，Ro值為0.7%～1.2%，TOC值為1.4%～25.6%，S1值為1.15～21.6 mg/g，氯仿瀝青“A”含量為0.25%～1.50%，含油率3.5%～ 6.0%，滯留烴占總生油量的20%～50%，資源潛力大。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段泥頁(yè)巖發(fā)育在深湖—半深湖環(huán)境（Co元素分析顯示水深為50～120 m），主要有機(jī)質(zhì)顯微組分和分子地球化學(xué)指標(biāo)均顯示低等菌藻類為主要生物源；無(wú)機(jī)B、Sr/Ba以及伽馬蠟烷含量均顯示水體為淡水環(huán)境；Pr/Ph、V/（V+Ni）、Ni/Co、黃鐵礦含量顯示沉積物形成于缺氧還原環(huán)境，甚至出現(xiàn)H2S層；富含Mo、Cu、U、V和Pb元素，可能與凝灰質(zhì)的富營(yíng)養(yǎng)鹽促進(jìn)生物勃發(fā)、導(dǎo)致高生產(chǎn)力有關(guān)，高生產(chǎn)力導(dǎo)致水體缺氧，從而保存有機(jī)質(zhì)，因此建立了長(zhǎng)7段泥頁(yè)巖在火山灰促進(jìn)下的高生產(chǎn)力-厭氧環(huán)境保存的形成模式。

長(zhǎng)7段泥頁(yè)巖分布區(qū)有4種沉積相與巖相模式：①深湖相寧?kù)o水體泥頁(yè)巖分布區(qū)，以頁(yè)巖為主，有機(jī)碳含量高，干酪根為Ⅰ型，主要受湖流作用影響；②砂質(zhì)碎屑流背景的深湖相泥頁(yè)巖分布區(qū)，頁(yè)巖、砂巖互層，有機(jī)碳含量高，干酪根為Ⅰ—Ⅱ1型，受重力流影響；③前三角洲背景的半深湖相泥頁(yè)巖分布區(qū)，以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，有機(jī)碳含量低，干酪根以Ⅱ型為主，主要受噴流作用影響；④河流—三角洲平原炭質(zhì)泥頁(yè)巖分布區(qū)，以炭質(zhì)泥巖為主，有機(jī)碳含量高，干酪根主要為Ⅱ—Ⅲ型。

圖3　三類盆地湖相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖成因模式

通過(guò)研究不同類型盆地黑色頁(yè)巖的巖相，建立了3類湖相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的成因模式（見圖3）：坳陷湖盆為中央坳陷區(qū)大面積缺氧環(huán)境的水體分層模式，富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖橫向分布相對(duì)穩(wěn)定，且范圍廣；斷陷湖盆為洼陷區(qū)缺氧環(huán)境的水體分層模式，富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度大，橫向變化大；前陸湖盆為坳陷區(qū)缺氧環(huán)境的水體分層模式，富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度大，斜坡區(qū)發(fā)育煤系富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖。研究認(rèn)為深湖—半深湖頁(yè)巖形成于水體相對(duì)安靜的環(huán)境，以細(xì)粒物質(zhì)垂直沉降為主，凝絮作用形成的有機(jī)質(zhì)團(tuán)粒加速了沉積物堆積，同時(shí)水體分層造成底水缺氧，有利于有機(jī)質(zhì)保存；間歇性海水入侵帶來(lái)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)促使生物勃發(fā)，提供大量有機(jī)質(zhì)；水體咸化加快黏土礦物的沉降，且有利于沉積物中有機(jī)質(zhì)的保存和富集。

5.2 泥頁(yè)巖儲(chǔ)集層儲(chǔ)集空間表征及儲(chǔ)集能力

非常規(guī)致密儲(chǔ)集層納米級(jí)孔喉系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)，增加了儲(chǔ)集空間類型，拓展了致密油氣、頁(yè)巖油氣勘探新領(lǐng)域[39]。中國(guó)陸相泥頁(yè)巖儲(chǔ)集特征為：①泥頁(yè)巖發(fā)育典型紋層結(jié)構(gòu)，脆性礦物-黏土礦物-有機(jī)質(zhì)在三維空間有序分布，納米級(jí)孔喉系統(tǒng)和平行層理縫構(gòu)成儲(chǔ)集空間主體，孔隙類型包括粒間孔、粒內(nèi)孔和有機(jī)質(zhì)孔，以黏土礦物粒間孔為主，占總孔隙度50%左右，有機(jī)質(zhì)孔占總孔隙度30%左右，孔喉直徑主要為50～300 nm，局部發(fā)育微米級(jí)孔隙[40-43]。②泥頁(yè)巖微觀孔喉系統(tǒng)整體具有連通性，主體連通格架由粒間孔、有機(jī)質(zhì)孔和層理縫組成，連通率大于60%，局部發(fā)育孤立孔隙。③泥頁(yè)巖脆性指數(shù)較高，石英、長(zhǎng)石、方解石、白云石等脆性礦物平均含量達(dá)41%，黏土礦物含量低于50%，其中準(zhǔn)噶爾盆地二疊系蘆草溝組黏土礦物含量低于30%，高脆性指數(shù)保證了后期壓裂的有效性。④泥頁(yè)巖內(nèi)黃鐵礦發(fā)育，其含量與TOC值呈良好的正相關(guān)關(guān)系，環(huán)境掃描電鏡顯示黃鐵礦周圍有殘留烴富集；殘留液態(tài)烴在泥頁(yè)巖中以吸附態(tài)和游離態(tài)分布，在有機(jī)質(zhì)內(nèi)部和表面以吸附態(tài)為主，而在黃鐵礦晶間孔、黏土礦物和脆性礦物中為吸附態(tài)和游離態(tài)，在層理縫內(nèi)以游離態(tài)為主。⑤低成熟泥頁(yè)巖的成巖物理模擬實(shí)驗(yàn)表明，泥頁(yè)巖孔隙發(fā)育受熱演化、黏土礦物含量和機(jī)械壓實(shí)作用控制。大孔、中孔和微孔的比孔容隨溫度增加具有不同的變化趨勢(shì)。隨著模擬實(shí)驗(yàn)溫度和壓力增加，大孔的比孔容先增加后降低，微孔的比孔容則是先降低后增加，中孔的比孔容是先降低后增加。殘留烴含量隨溫度（成熟度）升高，先增加后減小，在350 ℃時(shí)達(dá)到最大值150 mg/g。有機(jī)質(zhì)納米孔的演化受有機(jī)質(zhì)顯微組分和成熟度控制，隨著演化成熟度的升高而增加。

6　多尺度開發(fā)地質(zhì)建模

6.1 不同沉積類型砂體儲(chǔ)集層構(gòu)型

隨著中高滲油藏注水開發(fā)進(jìn)入開發(fā)后期階段，剩余油分布描述由層間剩余油和井間剩余油富集區(qū)向單砂體內(nèi)部剩余油分布轉(zhuǎn)變，砂體構(gòu)型和砂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)解剖成為儲(chǔ)集層描述重點(diǎn)。

精細(xì)解剖沉積露頭和密井網(wǎng)區(qū)資料，與現(xiàn)代沉積進(jìn)行對(duì)比分析，并通過(guò)水槽實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，獲得不同尺度砂體構(gòu)型的分布規(guī)律和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)參數(shù)，指導(dǎo)砂體內(nèi)剩余油分布預(yù)測(cè)。目前，筆者主要建立了淺水三角洲、曲流河、辮狀河和沖積扇等4種主要砂體的單砂體儲(chǔ)集層構(gòu)型模型。以曲流河砂體為例，主要依據(jù)廢棄河道形態(tài)及其與點(diǎn)壩的空間組合關(guān)系來(lái)劃分單砂體，在單砂體內(nèi)部表征不同期次砂質(zhì)側(cè)積體間泥質(zhì)側(cè)積層的傾角、傾向、延伸距離等參數(shù)，以此為依據(jù)建立曲流河點(diǎn)壩構(gòu)型模型，從而預(yù)測(cè)受側(cè)積層遮擋而產(chǎn)生的砂體內(nèi)的剩余油分布[21-23]。

6.2 數(shù)字化儲(chǔ)集層表征

精細(xì)油氣藏描述與地質(zhì)建模方法分為8個(gè)步驟[44]：①沉積背景和沉積環(huán)境分析，其中沉積機(jī)制與成因研究是關(guān)鍵，重點(diǎn)分析儲(chǔ)集層的發(fā)育、分布規(guī)律；②等時(shí)地層格架與精細(xì)構(gòu)造研究，以高分辨率層序地層學(xué)理論為指導(dǎo)，通過(guò)井震聯(lián)合，并結(jié)合動(dòng)態(tài)資料建立等時(shí)地層格架、進(jìn)行精細(xì)構(gòu)造解釋；③細(xì)分沉積微相，識(shí)別成因單元砂體，確定砂體的空間展布形態(tài)、疊置模式，建立儲(chǔ)集層沉積模型；④確定成因單元砂體規(guī)模、發(fā)育頻率等參數(shù)，建立原型模型地質(zhì)知識(shí)庫(kù)，為井間砂體預(yù)測(cè)提供定量參數(shù)；⑤進(jìn)行沉積模式與砂體分布控制的高分辨率地震儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)，三維地震資料的分頻處理解釋技術(shù)具有識(shí)別薄儲(chǔ)集層的技術(shù)優(yōu)勢(shì)；⑥綜合建立砂體成因單元構(gòu)型模型，采用儲(chǔ)集層構(gòu)型分析技術(shù)，進(jìn)一步精細(xì)刻畫儲(chǔ)集層內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征；⑦開展儲(chǔ)集層物性參數(shù)與流體分布規(guī)律研究；⑧運(yùn)用三維可視化技術(shù)建立儲(chǔ)集層地質(zhì)模型，并預(yù)測(cè)剩余油分布。

6.3 動(dòng)態(tài)裂縫控制剩余油新模式

由于低滲—特低滲油藏滲流能力弱，補(bǔ)充地層能量所需時(shí)間長(zhǎng)，因此多采用超前注水或同步注水方式開發(fā)，且注采比較高。這就會(huì)導(dǎo)致注水前緣憋壓，地層破裂產(chǎn)生裂縫或使得天然裂縫開啟，被稱為動(dòng)態(tài)裂縫[45]。隨著開發(fā)時(shí)間延長(zhǎng)，裂縫不斷延伸或新裂縫開啟，使生產(chǎn)井含水量快速上升。認(rèn)識(shí)和描述動(dòng)態(tài)裂縫，以及受其控制的剩余油分布是低滲—特低滲油藏開發(fā)中后期的重要研究?jī)?nèi)容?；谏绑w展布和地應(yīng)力場(chǎng)分布研究，通過(guò)油井和注水井動(dòng)態(tài)分析，結(jié)合生產(chǎn)測(cè)井資料，查實(shí)油井注水見效層位和水淹程度，精細(xì)刻畫水淹程度，建立動(dòng)態(tài)裂縫分布模型，表征剩余油分布特征。動(dòng)態(tài)裂縫導(dǎo)致生產(chǎn)井在剖面和平面不同方向上的水淹程度差異很大，致使剩余油呈條帶狀分布。

7　沉積儲(chǔ)集層研究新技術(shù)與新方法

沉積儲(chǔ)集層的研究手段已由傳統(tǒng)沉積學(xué)和巖石學(xué)研究向多學(xué)科、多信息方向發(fā)展，沉積模式與高精度地球物理技術(shù)結(jié)合可直觀揭示和定量描述沉積體空間展布。數(shù)字技術(shù)應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，現(xiàn)代沉積、露頭、巖心、剖面等大數(shù)據(jù)庫(kù)為“數(shù)字凹陷”、“數(shù)字盆地”的建立提供了數(shù)據(jù)支撐，已建立的數(shù)字巖心分析技術(shù)為非常規(guī)儲(chǔ)集層體積壓裂、“工廠化”作業(yè)等提供基礎(chǔ)信息。沉積儲(chǔ)集層研究新技術(shù)、新方法包括以下7個(gè)方面。

①地震沉積學(xué)分析技術(shù)：該技術(shù)在中國(guó)陸相地層和海相地層沉積相研究中得到廣泛應(yīng)用，成功應(yīng)用于四川盆地須家河組、渤海灣盆地沙河街組和珠江口盆地等不同沉積體系的水道沉積地貌分析。地震巖性學(xué)（90°相位化）分析技術(shù)在濁積扇、三角洲沉積體系的形貌整體識(shí)別中發(fā)揮了重要作用[5-6]。

②遙感沉積學(xué)分析技術(shù)：應(yīng)用遙感技術(shù)持續(xù)觀察現(xiàn)代湖盆、河流、三角洲沉積演化，詳細(xì)刻畫河道遷移、湖盆岸線變化、砂壩遷移等沉積過(guò)程。分析河道及砂壩遷移規(guī)律，建立基于沉積過(guò)程的沉積相模式。

③數(shù)值模擬沉積相建模技術(shù)：由于基于兩點(diǎn)統(tǒng)計(jì)的建模方法、基于對(duì)象的建模方法、基于多點(diǎn)統(tǒng)計(jì)的建模方法和基于過(guò)程的建模方法快速發(fā)展，建立的沉積相模型越來(lái)越準(zhǔn)確，越來(lái)越有效地指導(dǎo)油氣開發(fā)方案的制定。

④數(shù)字露頭研究技術(shù)：數(shù)字雷達(dá)、探地雷達(dá)、XRF （X射線熒光光譜）掃描技術(shù)、3D X射線掃描技術(shù)、顯微光譜技術(shù)等技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，使得沉積學(xué)在微觀、定量化研究等方面取得重大進(jìn)展。XRF掃描技術(shù)分析可實(shí)現(xiàn)精度小于年的短周期沉積過(guò)程研究，利用3D X射線掃描技術(shù)可開展細(xì)粒沉積學(xué)研究[7]。

⑤數(shù)字巖心分析技術(shù)：針對(duì)致密儲(chǔ)集層孔喉細(xì)微，常規(guī)方法表征難的特點(diǎn)，應(yīng)用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、雙束掃描電鏡及CT成像等高分辨率測(cè)試技術(shù)，結(jié)合常規(guī)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)致密油儲(chǔ)集層微米—納米級(jí)多尺度孔隙、喉道的精細(xì)識(shí)別及表征；采用高精度掃描與圖像拼接技術(shù)精細(xì)刻畫致密油儲(chǔ)集層孔喉特征；利用CT掃描結(jié)合數(shù)字巖心算法對(duì)微米—納米級(jí)孔喉進(jìn)行定量表征；建立的致密油儲(chǔ)集層分類評(píng)價(jià)新方法，可反映儲(chǔ)集層宏觀特征、孔隙結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)能力和儲(chǔ)集層的非均質(zhì)性[11,40-43]。

⑥裂縫評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)技術(shù)：通過(guò)刻畫裂縫型儲(chǔ)集層的裂縫密度、裂縫寬度、裂縫孔隙度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫型、裂縫-孔隙型儲(chǔ)集層，尤其是碳酸鹽巖孔-洞-縫型儲(chǔ)集層的精細(xì)描述；裂縫分析技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)碳酸鹽巖巖溶地貌的預(yù)測(cè)。

⑦碳酸鹽巖儲(chǔ)集層刻畫技術(shù)：針對(duì)風(fēng)化殼型、縫洞型礁灘體和構(gòu)造型礁灘相碳酸鹽巖儲(chǔ)集層，分別采用古地貌精細(xì)刻畫技術(shù)、地質(zhì)-測(cè)井-地震一體化分期次建模技術(shù)和沉積微相與構(gòu)造結(jié)合的氣水分布描述技術(shù)，對(duì)不同類型碳酸鹽巖儲(chǔ)集層進(jìn)行精細(xì)刻畫，解決了不同類型碳酸鹽巖氣藏描述中的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。

8　結(jié)論

面對(duì)油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域中多方面挑戰(zhàn)，需要持續(xù)開展沉積學(xué)研究，發(fā)展傳統(tǒng)沉積學(xué)，創(chuàng)新細(xì)粒沉積學(xué)和非常規(guī)儲(chǔ)集層地質(zhì)學(xué)，為沉積原型盆地恢復(fù)、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖富集區(qū)評(píng)價(jià)、有利儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)和有利目標(biāo)區(qū)評(píng)價(jià)優(yōu)選提供依據(jù)。

未來(lái)油氣沉積學(xué)研究應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展以下領(lǐng)域：宏觀上，從地球系統(tǒng)角度建立全球沉積盆地大數(shù)據(jù)庫(kù)，包括盆地構(gòu)造背景、地層層序、烴源巖、儲(chǔ)集層分布等，以揭示常規(guī)、非常規(guī)油氣資源的有序聚集規(guī)律；微觀上，從納米尺度研究油氣預(yù)測(cè)與開采技術(shù)，如應(yīng)用納米CT觀測(cè)納米孔喉系統(tǒng)，研究納米驅(qū)油氣劑、微生物驅(qū)油方法等提高采收率技術(shù)，開展納米尺度細(xì)粒沉積的非常規(guī)儲(chǔ)集層研究，以及未來(lái)領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實(shí)（通過(guò)虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)未來(lái)開發(fā)的模擬）等。

常規(guī)-非常規(guī)油氣工業(yè)發(fā)展面臨著傳統(tǒng)粗粒沉積機(jī)理、常規(guī)孔隙儲(chǔ)集層成因及常規(guī)圈閉成藏模式、傳統(tǒng)地球物理方法應(yīng)用、傳統(tǒng)資源儲(chǔ)量評(píng)價(jià)、直井鉆探技術(shù)及開采方式等方面的挑戰(zhàn)，因此需要加大細(xì)粒沉積與非常規(guī)儲(chǔ)集層、深層、海域等方面的沉積學(xué)研究。鄒才能等人提出非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)概念，核心研究?jī)?chǔ)集層有效性及儲(chǔ)集層含油性，重點(diǎn)研究巖性、物性、脆性、含油性、烴源巖特性與應(yīng)力各向異性“六性”及匹配關(guān)系[46]。

隨著開發(fā)對(duì)象日趨復(fù)雜和開發(fā)階段的不斷延伸，尤其在低滲—超低滲油氣藏和非常規(guī)油氣開發(fā)中儲(chǔ)集層壓裂改造技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越普遍，應(yīng)將地質(zhì)與巖石力學(xué)等研究交叉和融合，建立并優(yōu)化砂體展布、井網(wǎng)、地應(yīng)力和人工裂縫間的匹配關(guān)系，提升改造效果和油氣開發(fā)水平。

油氣田開發(fā)后期的高含水階段，各種注入介質(zhì)會(huì)造成流體場(chǎng)、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)變化，同時(shí)儲(chǔ)集層地質(zhì)條件也發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。需要融合不同尺度的精細(xì)表征成果，指導(dǎo)剩余油開發(fā)并提高采收率：不斷發(fā)展完善不同沉積類型、不同尺度構(gòu)型單元的地質(zhì)知識(shí)庫(kù)和建模技術(shù)；建立多尺度開發(fā)的地質(zhì)模型；由“靜態(tài)儲(chǔ)集層沉積”研究向“動(dòng)態(tài)儲(chǔ)集層沉積”研究發(fā)展。

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聯(lián)系作者：朱如凱（1968-），男，湖南雙峰人，博士，中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院高級(jí)工程師，主要從事沉積學(xué)與儲(chǔ)集層地質(zhì)學(xué)方面的研究工作。地址：北京市海淀區(qū)學(xué)院路20號(hào)，中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院石油地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究中心，郵政編碼：100083。E-mail：zrk@petrochina.com.cn

（編輯 林敏捷 王大銳）

Innovations and challenges of sedimentology in oil and gas exploration and development

Sun Longde1, Fang Chaoliang1, Li Feng1, Zhu Rukai2, Zhang Yunhui1, Yuan Xuanjun2, Jia Ailin2, Gao Xingjun2, Su Ling2
(1. PetroChina Company Limited, Beijing 100007, China; 2. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Beijing 100083, China)

Abstract:Based on the development of sedimentology and its application effects in practice, research demands on the sedimentary reservoirs in the oil and gas exploration and development in the future are summarized, and key research fields and directions of the future are put forward as well. Recently, sedimentology in China has achieved a number of accomplishments: Lithofacies paleogeography of depositional basins during significant tectonic movements and a new model of sandbody in shallow water delta have been built, expanding the fields of oil and gas exploration. New knowledge of deep-water sedimentary sandbody distribution has sustained significant discoveries in(ultra-)deep water area and lake basin center. New cognition of(ultra-)deep reservoir mechanism extends the depth of oil and gas exploration and development. New progress of development pattern of organic-rich shale and study of unconventional reservoirs make a series of major breakthroughs in unconventional oil and gas exploration and development. Multi-scale development geological modeling predicts effectively the distribution of remaining oil. New techniques and methods of sedimentary reservoirs provide a foundation for the development of the sedimentology theory and its industrial application. In the future development of sedimentology, it is necessary to make progress in traditional sedimentology, to innovate fine-grained sedimentology and unconventional reservoir geology and to provide a foundation for sedimentary prototype basin restoration, organic-rich shale area evaluation, favorable reservoir prediction and favorable target area optimization, promoting the continuous innovations on sedimentology.

Key words:sedimentology; fine-grained sediment;(ultra-)deep reservoir; deep water sediment; unconventional reservoir; reservoir configuration

收稿日期：2014-05-05 修回日期：2015-01-26

作者簡(jiǎn)介：第一孫龍德（1963-），男，山東壽光人，中國(guó)工程院院士，中國(guó)石油天然氣股份有限公司教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事中國(guó)石油天然氣股份有限公司科研生產(chǎn)管理工作。地址：北京市東城區(qū)東直門北大街9號(hào)，中國(guó)石油天然氣股份有限公司，郵政編碼：100007。E-mail：sld@petrochina.com.cn

DOI:10.11698/PED.2015.02.01

文章編號(hào)：1000-0747(2015)02-0129-08

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TE122

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專項(xiàng)（2011ZX05001-002）；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973）項(xiàng)目（2009CB219304）