【新知】全球水溶气勘探开发现状和趋势

【新知】全球水溶气勘探开发现状和趋势

2014-03-21石油观察

言|秦胜飞中国石油勘探开发研究院

什么是“水溶气”？

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。

水溶气的勘探开发现状如何？

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20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80℃时，溶解度随温度的升高而增加，低于80℃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5.45×108m3，累计开采量超过130×108 m3。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1137～7368 m3。

全球水溶气的资源量如何？中国资源量如何？

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n×1016～n ×l018 m3之间。其中欧洲为47 9 9 ×1 0 1 2 m3，北美和中美洲为64 2 2 ×1 0 1 2 m3，南美洲为5017×1012 m3，非洲为3874×1012 m3，大洋洲为5 0 0 8 ×10 1 2m3，亚洲为8717×10 1 2 m3，比常规天然气资源量（293×10 1 2m3）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1000×110 1 2m3，伏尔加尔加-乌拉尔盆地为140×10 1 2 m3，滨里海（北里海）盆地为980×10 1 2 m3，南里海盆地为259×1012 m3，亚速夫-库班盆地为18 0×10 1 2m3，美国的墨西哥湾沿岸盆地的水溶气资源量达2699×10 1 2 m3，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6.17×10 1 2 m3，日本的水溶气储量约为0.739～0.887×10 1 2 m3。

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19×10 1 2m3，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。

中国发现水溶气藏了吗？

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。