非常規(guī)油的成因和分布

非常規(guī)油的成因和分布童曉光

2011年6月10日引言早在1979年Masters就提出了油氣資源的三角概念，Holditch在2004年對油氣資源三角圖作了修改隨著常規(guī)油氣采出量的增加和需求的不斷上升，非常規(guī)油氣資源的重要性逐漸增大隨著油氣價格的上升和開采技術(shù)的提高，利用非常規(guī)油氣資源成為現(xiàn)實油氣資源類型三角圖2非常規(guī)油氣聚集的成因分類1、源外成藏：油砂、重油和天然氣水合物2、源內(nèi)成藏：頁巖氣、頁巖油、煤層氣和油頁巖3、近源成藏：致密（儲層）氣和致密（儲層）油第二類和第三類可統(tǒng)稱為連續(xù)聚集3按油氣分類1、非常規(guī)油：油砂、重油、頁巖油、油頁巖2、非常規(guī)天然氣：致密氣、頁巖氣、煤層氣、天然氣水合物3、油砂都是由正常原油經(jīng)生物降解和水洗形成，重油大部分成因也是如此，僅少部分為低熟油4油砂（或稱瀝青砂tarsands）最大規(guī)模聚集區(qū)是加拿大艾爾伯達省的西加拿大盆地據(jù)USGS評估，全球油砂地質(zhì)資源26183億桶，技術(shù)可采6507億桶；其中北美地質(zhì)資源16591億桶，技術(shù)可采5309億桶中石油評估，全球地質(zhì)資源9150億噸，可采975億噸；其中北美地質(zhì)資源3916億噸，可采394億噸最重要的油砂分布區(qū)在加拿大西加拿大盆地艾爾伯達盆地油砂分布圖12341.阿薩巴斯卡2.冷湖3.瓦巴斯卡4.皮斯河油田氣田焦油砂5油砂（或稱瀝青砂tarsands）白堊系油砂埋藏淺、膠結(jié)作用弱、未固結(jié)、保存原始孔隙度和滲透率。個別油藏底部有底水不整合面以下的上泥盆統(tǒng)和下石炭統(tǒng)的裂縫和古風(fēng)化殼含天然瀝青有底水艾爾伯達盆地油砂分布柵狀圖焦油砂碳酸鹽巖瀝青皮斯河瓦巴斯卡阿薩巴斯卡阿薩巴斯卡冷湖6重油據(jù)USGS的評價，世界地質(zhì)資源32695億桶，技術(shù)可采4343億桶；其中南美地質(zhì)資源20438億桶，技術(shù)可采2657億桶。但2009年評價，僅奧里諾科重油帶技術(shù)可采達5130億桶據(jù)中石油評價，世界總地質(zhì)資源量5827億噸，可采資源是975億噸最重要的重油聚集區(qū)是委內(nèi)瑞拉奧里諾科重油帶奧里諾科重油帶分布圖BOYACJUNINAYACUCHCARABOBO7奧里諾科重油帶的成藏條件主力儲層為中中新統(tǒng)Oficina組，向南超覆，為高孔高滲的河道和三角洲砂巖；蓋層為上中新統(tǒng)-上新統(tǒng)泥巖、褐煤夾砂巖，上傾方向有瀝青塞東委內(nèi)瑞拉盆地地層柱狀圖東委內(nèi)瑞拉盆地成藏模式圖8中東碳酸鹽巖儲層的重油和超重油據(jù)JohnW.Buza估計，全球碳酸鹽巖中的重油資源為1.6萬億桶，中東占三分之一，其原始地質(zhì)儲量在1200億桶以上，都位于白堊系-中新統(tǒng)低孔低滲裂縫性碳酸鹽巖（以灰?guī)r為主）1、目前中東日產(chǎn)重油15萬桶，wafra占8.5萬桶/日2、伊朗波斯灣的Ferdows有300億桶重油資源位于白堊系中東碳酸鹽巖稠油儲量圖目前中東碳酸鹽巖稠油產(chǎn)量圖9重油和油砂分布規(guī)律重油和油砂的分布十分廣泛，遍布世界各地，其分布規(guī)律初步認為：1、與盆地的構(gòu)造分類有一定關(guān)系，前陸盆地是油砂和重油分布最多的盆地類型其主要原因是，油砂和重油極大部分都因為正常原油經(jīng)過生物降解和水洗形成，前陸盆地后期構(gòu)造運動最強烈，最易于形成油砂和重油聚集美洲西側(cè)是全球規(guī)模最大的太平洋俯沖帶，形成的島弧碰撞帶和前陸盆地，因此也就形成了西加拿大盆地和東委內(nèi)瑞拉盆地——全球最大的油砂和重油聚集。實際上，在北美還有（如尤因塔盆地等）眾多較小規(guī)模的油砂和重油聚集，南美在馬拉開波盆地Bolivar和Boscan重油油田、哥倫比亞、秘魯東坡的重油聚集10重油和油砂分布規(guī)律2、盆地邊緣最有利于重油和油砂分布，如馬拉開波盆地：馬拉開波盆地重油分布區(qū)圖馬拉開波盆地重油分布剖面圖不對稱盆地的斜坡帶的上傾邊緣形成最大規(guī)模的油氣聚集；非前陸盆地也是如此，如遼河西斜坡原油的比重和粘度有規(guī)律地向下傾方向降低11重油和油砂分布規(guī)律3、淺層油藏，當(dāng)蓋層封閉性能變差的條件下，形成各種圈閉類型的重油聚集渤海油區(qū)新近系成藏模式（鄧運華）前面提及的中東Ferdows油田也是如此白堊系Dariyan組埋深1415m，API16

Fahliyan組埋深1475m，API8—16

胡富組（Khuff組）埋深>3000m，天然氣12重油和油砂分布規(guī)律4、現(xiàn)今或地質(zhì)歷史上正規(guī)石油聚集受構(gòu)造運動的影響暴露地表，成為油砂，原油的輕質(zhì)組分不同程度散失，規(guī)模可能很大，但其技術(shù)可采性和經(jīng)濟可采性下降。用兩個盆地的油砂聚集模式進行對比：

盆地聚集類型地質(zhì)資源量可采資源量1西加拿大盆地斜坡聚集型3825億噸383億噸2東西伯利亞盆地古油藏破壞型3669億噸367億噸如果這個評價可靠，上述兩個盆地的資源量幾乎相等；但預(yù)計東西伯利亞盆地油砂的技術(shù)可采和經(jīng)濟可采性是主要問題。主要分布于阿納巴爾隆起基底出露區(qū)附近和阿爾丹隆起之上，可能以元古界地層為主USGS（2007）評價，東西伯利亞資源量為617億桶*資源量數(shù)據(jù)據(jù)牛嘉玉東西伯利亞盆地重油油砂分布圖13油頁巖油頁巖是規(guī)模最大的石油的源內(nèi)聚集，而且是唯一的石油固體礦床油頁巖由干酪根和粘土礦物等無機物混合組合，含少量瀝青，所以油頁巖中的有機質(zhì)大部分不溶于有機質(zhì)溶劑。干酪根主要由藻類組成，也有花粉、孢子和植物細胞殘留物。油頁巖形成于淺海相、湖相和沼澤，在相應(yīng)的沉積環(huán)境中形成海相油頁巖、湖相油頁巖和沼澤油頁巖。Duncan早在1967年就對油頁巖的沉積環(huán)境作了論述：

1、大湖盆，由于造山運動形成的大型陸相盆地。如美國科羅拉多、猶他和懷俄明州的第三紀陸相大盆地的綠河頁巖最為著名，也是儲量最大的油頁巖分布區(qū)

2、淺海沉積的油頁巖。最著名的是愛沙尼亞的中奧陶統(tǒng)庫克瑟特（Kukersite）油頁巖；規(guī)模最大的是巴西南部巴拉納（Parana）盆地二疊紀依拉提（Irati）油頁巖

3、小湖、沼澤、伴隨沼澤的瀉湖上沉積的油頁巖，其下伏地層為煤層。如撫順第三紀油頁巖油頁巖的共同特點是有機質(zhì)和礦物質(zhì)薄層交替組成紋層，紋層表示安靜的沉積環(huán)境，礦物質(zhì)從溶液中沉淀出來（碳酸鹽巖）或以微小碎屑形式搬運而來（粘土礦物、粉砂），表明沉積的季節(jié)性變化和周期性變化，缺乏底棲生物、封閉的物理化學(xué)環(huán)境，使有機物保存下來14油頁巖的等級油頁巖的質(zhì)量由有機質(zhì)的豐度和有機質(zhì)的性質(zhì)決定各地油頁巖的有機質(zhì)豐度差別很大：如愛沙尼亞奧陶系庫克瑟特頁巖，高達77%；而美國的綠河頁巖為11-16%；中國撫順為7.9%不同干酪根類型的有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為頁巖油的轉(zhuǎn)化率差別很大：Ⅰ類干酪根的科羅拉多綠河頁巖為70%；Ⅱ類干酪根的轉(zhuǎn)化率差別很大，蘇格蘭油頁巖為56%，瑞士油頁巖為26%油頁巖產(chǎn)出的油一般比重較大，為0.88-0.98，大部分為0.91-0.94對油頁巖等級的確定最直接的方法是產(chǎn)油率。油頁巖的開采主要是靠熱能油頁巖實際上是潛在的烴源巖，在地質(zhì)歷史過程中沒有經(jīng)歷過深埋和高溫環(huán)境，有機質(zhì)沒有轉(zhuǎn)化為油氣。要使油頁巖加溫到500℃左右，才能轉(zhuǎn)化為油，需要足夠的熱能。據(jù)計算產(chǎn)油率在5%以上才有經(jīng)濟價值，當(dāng)然與油頁巖的埋深等工程因素有關(guān)15油頁巖的利用和開采方式油頁巖的利用和開采可以分為兩大類三種方法：1、直接利用法，即油頁巖直接燃燒發(fā)電，或作為水泥等制品原料愛沙尼亞是利用油頁巖最早的國家，早在1916年開采油頁巖作為燃料，先將油頁巖破碎成為粉末，用來發(fā)電，占油頁巖產(chǎn)量的92%，少量用于水泥等制品的原料油頁巖分露頭開采和地面開采，大約各一半，1985年總產(chǎn)量達到2570萬噸，以后有所下降2、地面干餾煉油。早在1866年蘇格蘭就采用了干餾爐壁外加熱的方法，后來有多種方法研發(fā)出來，但基本原理相同3、井下加熱法，這是一個重要的發(fā)展方向，也已研制出多種方法。它的最大優(yōu)點是使殘渣都留在井下，僅將油氣提升到地面。多處于試驗階段，只有殼牌公司已進入現(xiàn)場試驗階段。

2007年美國能源部的報告，油價達35美元/桶，地下干餾有經(jīng)濟性，油價在50美元/桶，地上干餾有經(jīng)濟性，地上干餾廠規(guī)模應(yīng)為1-5萬桶/日以上，地下應(yīng)達30萬桶/日。油頁巖的開采經(jīng)濟性是關(guān)鍵，近來預(yù)計桶油成本應(yīng)在80-120美元/桶，根據(jù)各地的地質(zhì)條件和工程條件有差別16油頁巖的資源潛力和分布美國能源部的評估，全世界油頁巖的資源量為2.6萬億桶，其中美國占77%牛嘉玉等評估，地質(zhì)資源量為3858.22億噸，可采資源量為2312.88億噸兩者數(shù)據(jù)十分接近全球油頁巖資源評價結(jié)果（據(jù)牛嘉玉）17油頁巖的資源潛力和分布美國油頁巖：美國最大的油頁巖礦為皮申斯盆地，地質(zhì)資源量1719.7億噸，可采資源量964.7億噸；面積260km2，厚度312.7m，含油率8.3%美國油頁巖分布18油頁巖的資源潛力和分布巴西油頁巖：最大的油頁巖礦為巴拉納盆地二疊系依拉提組，地質(zhì)資源量114.56億噸，可采資源量77.9億噸，含油率7.6%巴西油頁巖礦分布圖19頁巖油頁巖油都與頁巖氣共生，實際上是在成熟烴源巖中未運移出來的油，存在于裂縫和孔隙中，分布廣泛，一般都是輕質(zhì)油?，F(xiàn)在最有名的是威利斯頓盆地的Bakken組，USGS評價美國境內(nèi)油36.5億桶，伴生氣1.85萬億立方英尺，148百萬桶天然氣液頁巖油是一個非常有前景的勘探開發(fā)領(lǐng)域，我