非常规油气储层研究进展和展望

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Silin, D
CGGVeritas
ObjectReservoir,In c.
Jim Bray
年代
1982 2001 2003,06 2005 2006 2008 2009 2010 2011 2011
定义
低孔渗致密储层 未用特殊工艺,有经济流量
判别标准
物性差异 经济因素
未用特殊工艺,无经济流量
经济因素
Guillaume Desbois,2012
(1)致密储层纳米孔喉系统二维形貌刻画技术-场发射
特色技术:超大幅图像分析系统,扩大观察视域,提高准确性
分辨率 1nm 1um 1mm
常规SEM 最大观察视域面积
4096nm2
4096um2
4096mm2
超大幅图像分析 最大观察视域面积 无限倍×单幅常规SEM图像视域
(2)致密储层纳米孔喉系统三维空间刻画技术-X-ray CT
特色技术方法:多尺度致密储层孔喉表征技术
工业CT



ABC

微米CT
A
B
C
纳米CT
直径2.54cm岩心样品
直径65um样品
(3) 建立非常规致密储层微孔-纳米孔喉观测技术系列
精细孔隙表征 三维孔喉结构重构
场发射扫描电镜
纳米CT
环境扫描电镜
纳米CT
(2)致密储层纳米孔喉系统三维空间刻画技术-X-ray CT
建立了不同岩性非常规储层三维孔喉系统精细表征方法
同步加 速器
NanoCT
Synchrotron source
页岩
致密砂岩
中石油勘探院-中国科技大学-2010.9
Xradia nanoXCT-200
中石油勘探院-2010.12 Ingrain.Inc, 2010
储集岩主要研究内容
微观
微区-成份
SEM
元素地球化学
薄片 显微荧光 阴极发光 探针 包裹体 同位素地球化学 X衍射
非常规油气储集 空间精细表征 岩石学
成岩作用
储集空间 储集性能
储层形成机理及控制因素
沉积相与岩相古地理 层序地层学
(一)非常规油气致密储层研究技术方法进展
存在问题:致密储层微观结构复杂,如何精确表征? 研究内容:孔隙类型与连通性、孔喉形成机制、油气赋存状态 研究方法:压汞法、场发射扫描电镜、X-ray CT、成岩物理模拟等
② 强调形成条件( Smoker, 1999; Stabell,2005;Haskett,2005;Brown,2009) 烃类大面积弥散式充注的储层,其内的油气聚集不受浮力作用控制
③ 强调勘探难度大源自文库樊中海,2008) 指储层结构复杂、低-特低渗透性或由于裂缝造成渗透性异常、埋藏较深、 油气勘探开发难度较大的一类地下油气储层,是随着常规油气资源逐渐 减少,油气勘探开发程度不断增强,人们不得不面对的新储层类型
不经过特殊开采不能获取经济油流 经济因素
极低渗透率
物性差异
技术与经济决定是否是非常规储层 经济与技术
低孔渗致密储层
物性差异
低孔渗难于开采的油气储层
经济、技术 与储层本身
低孔渗致密储层( 页岩致密砂岩等) 物性差异
岩石自身物性差
物性差异
1. 什么是非常规油气储层?
① 强调非经济效益(Stephen,2001; Etherington,2005; Holditch,2006) 自然条件下无效益油气采出速度的储层,需大型改造措施或特殊开采流程
非常规油气储层研究进展与展望
朱如凯 白斌
中国石油勘探开发研究院石油地质实验研究中心 中国石油油气储层重点实验室 二0一三年六月
提纲
一、非常规油气储层概况 二、非常规油气储层研究进展 三、非常规油气储层未来研究展望
1. 什么是非常规油气储层?
概念
Unconventional Reservoir Rocks
开放、半封闭、全封闭式成岩环境
计算机控制总成部分
获取系统的温度、压 力及流体实验参数
完成气、液、固体样品 的系统分析化验工作
实例:泥页岩孔隙分布与有机质演化存在着相关性
低熟泥岩与现代湖泥加热温度≥370℃后,纳米孔大量发育, 纳米孔演化特征
孔隙演化总体随热演化程度增高呈先减少后增加趋势
370℃
500℃
实例:准噶尔盆地二叠系云质泥岩(宽500μm)
(2)致密储层纳米孔喉系统三维空间刻画技术-X ray CT
三维立体模拟法:CT、FIB及数值模拟
方法名称
仪器
三维孔喉结构刻 画
纳米/微米/工业-CT FIB-SEM
技术方法探索内容
样品制备 光源能量 图像重构 多尺度岩心扫描
样品制备与实验流程
FIB
微米CT
Conventional Reservoirs
Unconventional reservoirs
unconventional reservoir
Unconventional Reservoir
Unconventional Reservoir
unconventional reservoir rocks
④ 强调储层物性差(邹才能等,2011) 一般空气渗透率小于1.0mD,孔隙度小于10%,纳米级孔喉系统发育
2. 非常规油气储层类型与基本特征
非常规储层类型
致密砂岩
泥页岩 致密灰岩 煤层 天然气水合物储层 油砂
……
储层基本特征
物性差 Φ<10% K<0.1md 孔喉半径一般小于1μm
CaK
01.31 00.66
FeK
14.10 05.07
判断方法:能谱数据验证,是否具备明显碳峰特征
实例:致密砂岩孔喉油气赋存状态
环境扫描电镜+能谱分析:石油在孔隙中共有4种赋存状态
形态1:薄膜状充填于孔隙 与颗粒表面,相互粘连
形态2: 薄膜状均匀覆盖颗 粒表面
形态3: 短柱状集合体发育 于粒间孔内,相互粘连
全球第一张页岩有机质纳米孔图像
Barnett Shale , Ro1.7%, 2167m Reed, R. M., and Loucks, Robert, 2007, AAPG
有 机 质 纳
米?

方式1 方式2
Ro%
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 泥页岩纳米孔形成机制不清
1. 非常规致密储层三维模型定量刻画
形态4:粘结于裂缝两壁, 相互或独立,或连接
基于原位温-压条件下泥页岩CT扫描观察原油赋存
解决思路:泥岩样品在加温压条件下原位CT观测
图像分辨率明显提高
(a)
(b)
三维原位揭示纳米孔隙随温度、压力 变化的规律
分辨率50nm
分辨率17nm
(a)实验室光源获得的CT二维图像 (b)同步辐射光源获得的CT二维图像
塔里木盆地 •寒武系海相泥岩
华北地台 •前寒武海相泥岩 •华北致密灰岩
渤海湾盆地 •第三系泥岩 •致密砂岩
四川盆地 •三叠系泥页岩 •寒武系海相泥页岩 •须家河致密砂岩
鄂尔多斯盆地 •三叠系泥页岩 •三叠系致密砂岩
(二)非常规致密储层研究主要进展
致密砂岩储层
页岩储层
致密储层标准 微孔-纳米孔划分标准 致密砂岩储层特征
Nano-CT 聚焦离子束 成岩物理模拟
页岩
页岩、致密砂岩、致密灰岩
物性与微孔分布 微孔喉分布,2011 微孔喉分布,2011
微米-毫米级孔喉观察
微米级孔喉观察
用于材料化学
泥页岩微孔大小,2011
微孔识别,2007 纳米级微孔观察统计,2010
原油赋存状态,2011
储层三维结构,2010
储层微孔三维重构,2011
NaK
03.28 02.30
AlK
08.55 05.11
SiK
18.33 10.51
KK
02.01 00.83
02
CaK
01.22 00.49
02
Element Wt % At %
CK
16.07 26.88
OK
31.95 40.13
MgK
03.37 02.78
AlK
16.90 12.59
SiK
14.94 10.69
得到岩屑颗粒能谱分析点的谱图
对岩屑颗粒上的每一点进行能谱分析 对岩屑颗粒进行网络式扫描 对样品背散色图进行颗粒化处理
对谱图进行矿物元素分析
含矿物成分信息岩屑样品检测图
矿物分类
含矿物成分信息的岩屑颗粒图
对岩屑样品进行背散色图扫描
确认岩屑颗粒分析点的矿物成分
2. 非常规储层成份分析系统( QEMScan )
连续采样
探地雷达
探地雷达:三维刻画砂体形态
激光雷达:定量刻画储集体规模,提取表征参数
1. 非常规致密储层三维模型定量刻画
孔隙度横向剖面 渗透率横向剖面
2. 非常规储层成份分析系统( QEMScan )
QEMScan是一种自动图像分析系统, 应用电子显微技术来确定试样的化学组分。矿物由 快速散能光谱仪来鉴别。其光谱经分析后, 与储存于在线计算机内的矿物鉴别信息库进 行对比。快速进行矿物分析, 统计出所含各种矿物的比例、矿物粒度和矿物解离度
Unconventional resources
Unconventional Reservoirs
Unconventional Reservoir
作者
Janet K. Pitman
Stephen A. Holditch
Holditch
Etherington Rodney Gene
Blackford Texas A&M University
500℃ ,干化的油滴(沥青球)
5. 非常规致密储层油气赋存状态分析方法
存在问题:致密储层微观孔喉系统中油气如何赋存?如何研究? 解决思路:直接观察、成岩物理模拟、原位CT等
基于环境扫描电镜直接观察孔喉原油赋存状态
Element Wt % At %
01
CK
40.89 54.86
OK
25.73 25.91
背散色图
原始矿物分类矿物组成图 第一次分组矿物组成图
第二次分组矿物组成图
经 QEMSCAN 软件若干次分组简化,得到样品的矿物组成(包括泥类矿物)
2. 非常规储层成份分析系统( QEMScan )
3. 非常规油气致密储层微观孔喉表征方法
孔隙形貌 与连通性
二维
三维
光学显微镜
微米CT
+
激光共聚焦显微镜 纳米CT
页岩孔隙类型、发育机制与 控制因素 页岩储层中的裂缝系统
更高分辨率的的加温加压原位实验申请 已向美国APS同步辐射光源中心递交
孔隙率随温度提高而上升
温度
室温
120oC
370oC
孔隙率
1.72%
3.25%
3.79%
非常规油气储层研究方法小结
技术方法
国外研究内容
勘探院研究内容
时间
压汞法 气体吸附法 核磁共振 普通显微镜
钨丝扫描电镜 小角散射
场发射扫描电镜 环境扫描电镜
石油赋存状态 孔喉演化规律
成岩物理模拟系统
4. 非常规致密储层孔喉演化特征分析方法
目标:探讨致密储层孔隙演化规律
储层成岩模拟系统
六个反应炉体
技术参数
最高温度:550℃ 最大静岩压力:275MPa 最大流体压力:120MPa 连续100天以上模拟实验
压力供给部分
流体供给与采集
技术优势
一次性完成横向或纵向地质体 系成岩演化过程的模拟实验
场发射扫描电镜
聚焦离子束扫描电镜
孔径分布
高压压汞实验:n×nm~950μm 气体吸附实验:1nm~n×100nm 小角散射实验:1nm~100nm
致密储层孔隙分析2个关键技术(孔隙形貌、大小与连通性)
(1)致密储层纳米孔喉系统二维形貌刻画技术-场发射
我国海-陆相页岩纳米微孔特征
微孔、纳米孔为主 孔喉结构复杂
广安126井,未见可视孔
合川1井,晶间孔
3. 非常规油气储层研究内容
储层精细研究是非常规油气勘探核心问题之一
常规油气
非常规油气



成藏机理



成熟度
有机质丰度 赋存状态
储集空间
厚度
压力
矿物
提纲
一、非常规油气储层概况 二、非常规油气储层研究进展 三、非常规油气储层未来研究展望
四川志留系龙马溪组海相页岩
粒内有机质孔(20~890nm)
陆相泥页岩
孔隙类型:有机质孔,基质孔 孔隙大小:主体介于30~200nm
张2井,960m
300nm
40nm 绿泥石粒内孔,孔喉直径40~300nm
(1)致密储层纳米孔喉系统二维形貌刻画技术-场发射
致密砂岩储层发育微米孔、纳米孔、微缝 致密砂岩储层高分辨率三维组构与孔隙度模型
储层成岩作用
泥页岩储层微孔演化,2010
传统方法
同步 晚于国外 同步 同步并开发 稍晚国外 领先国外
(二)非常规致密储层研究主要进展
开展全国非常规致密储层研究,取得初步研究进展
准噶尔盆地
•二叠系芦草沟组 •平地泉泥灰岩
吐哈-三塘湖盆地
•侏罗系湖相泥岩 •侏罗系致密砂岩
柴达木盆地 •侏罗系湖相泥岩
柴达木盆地 •白垩系湖相泥岩
关键问题:储集砂体空间展布、规模不清,浅水三角洲沉积模式不清 解决方案:建立三角洲平原露头砂体模型(卾尔多斯) 分析方法:探地雷达技术、三维地面激光扫描仪等系列数字露头技术 砂体透镜状?连续状,物性变化特征? 储集体成因、砂体形态、变化特征
方案1
方案2
1. 非常规致密储层三维模型定量刻画
元素捕获仪 伽玛仪
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