致密砂巖氣勘探開發(fā)近年來快速發(fā)展，正成為繼煤層氣、頁巖氣之后全球非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)的又一熱點。據(jù)統(tǒng)計，2009年，全球致密砂巖氣產(chǎn)量已達4320億立方米，占全球天然氣年產(chǎn)量的14%。本文將通過介紹加拿大艾伯塔盆地致密砂巖氣的情況，來為致密砂巖氣這種非常規(guī)天然氣的勘探開發(fā)提供可循的經(jīng)驗。
世界上第一個致密砂巖氣藏是在美國圣胡安盆地布蘭科氣田梅薩沃德群砂巖中被發(fā)現(xiàn)的，當時是1927年。傳統(tǒng)地質(zhì)理論認為，天然氣資源在盆地高部位圈閉聚集，低洼地帶不可能形成天然氣儲存。半個世紀后的1976年，加拿大亨特勘探公司在艾伯塔盆地西部發(fā)現(xiàn)了巨型的埃爾姆沃斯致密砂巖氣田，標志著北美致密砂巖氣勘探開發(fā)進入了一個快速發(fā)展階段。
目前，加拿大在艾伯塔盆地發(fā)現(xiàn)的埃爾姆沃斯、牛奶河和霍得利致密砂氣田，是加拿大排名最大的3個巨型氣田，具有驚人的天然氣地質(zhì)儲量，探明天然氣儲量高達1.9萬億立方米。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，致密氣儲層致密，不受構造高低控制，卻分布在盆地的低洼地帶。因此，加拿大亨特勘探公司的總裁馬斯特斯當時把致密氣稱做“深盆氣”。加拿大的三大氣田是世界上致密砂巖氣田的典型代表。
致密氣田的發(fā)現(xiàn)是戰(zhàn)略思想重大轉(zhuǎn)變的結(jié)果
1924年～1947年，艾伯塔盆地勘探的方向是尋找構造型圈閉，主要勘探工作量均集中于盆地西部的山麓帶，此間雖有油氣發(fā)現(xiàn)，但收獲不大。1947年一次偶然的機會在盆地中部的杜勒克地區(qū)發(fā)現(xiàn)了一個生物礁型油氣藏，此后的歲月里勘探方向又以古生界生物礁油氣藏為重點展開。1953年，Pembina大油田（內(nèi)含深盆油藏）的發(fā)現(xiàn)使得以后的年代里又逐步將勘探方向轉(zhuǎn)為白堊紀地層巖性圈閉，此間獲得了大量的油氣發(fā)現(xiàn)。直到1976年在盆地西部的深盆區(qū)發(fā)現(xiàn)了埃爾姆沃斯氣田深盆氣藏，盆地的勘探領域和主攻研究方向才最終轉(zhuǎn)到了以深盆氣藏為中心的勘探階段。
作為艾伯塔盆地中最大的氣田，埃爾姆沃斯氣田的發(fā)現(xiàn)有其偶然性。在發(fā)現(xiàn)埃爾姆沃斯氣田之前，曾有近百口井鉆遇了深盆氣藏的致密砂巖儲層，但一直沒有發(fā)現(xiàn)產(chǎn)出商業(yè)性氣流的砂巖。由于氣層壓力較低，加之無意中對井筒儲層的傷害，深盆氣藏始終沒有機會得以發(fā)現(xiàn)和認識。1973年，科麥吉公司的兩名雇員約格·馬斯特斯和吉姆·雷，不愿意跟隨公司回到美國墨西哥灣海上去作業(yè)，他們注意到在這一地區(qū)雖然打了許多干井，但都有天然氣顯示，于是成立了加拿大亨特勘探公司，決定在別人勘探過石油并放棄了的地方尋找天然氣資源。
他們以便宜的價格買下了這片土地的勘探特許權，著手干的第一件事是測繪出橫貫加拿大艾伯塔省的整幅地質(zhì)圖，用彩色筆畫出測井中有天然氣異常的地方。地圖畫成了，明顯的有一片彩色天然氣顯示點集中在一個叫作埃爾姆沃斯的小城鎮(zhèn)附近，加拿大一個大型氣田埃爾姆沃斯氣田就這樣被發(fā)現(xiàn)了。
該氣田含氣面積約5000平方千米（長約105千米，寬約48千米），產(chǎn)層為下白堊統(tǒng)致密砂巖，包括23個地層帶上250個大小氣藏，估計儲量有160萬億立方英尺（4.48萬億立方米），目前為加拿大第一大氣田。此后，該氣田附近又發(fā)現(xiàn)了天然氣儲量為2584億立方米的牛奶河氣田，為加拿大第二大氣田。1977年l1月，Sundance石油公司在艾伯塔盆地中南部發(fā)現(xiàn)了霍得利深盆氣田，最大天然氣可采儲量為1690億～1980億立方米和0.48億～0.55億噸的伴生凝析油，為加拿大第三大氣田，它的發(fā)現(xiàn)使加拿大的天然氣儲量增加了10%。
艾伯塔盆地致密砂巖氣藏的特征
1.多分布于向斜盆地軸部或構造下傾部位。艾伯塔盆地深盆氣藏分布位于落基山東側(cè)盆地西部最深凹陷的深盆區(qū)，中生界厚度達4600米，在其中發(fā)現(xiàn)20多個產(chǎn)氣層段，含氣面積62160平方千米。深盆氣藏多分布于向斜盆地軸部或構造下傾部位，而這些盆地多屬于前陸盆地或山間盆地，特殊的構造沉積環(huán)境是深盆致密砂巖氣藏形成的有利場所。
2.氣源供應充足。艾伯塔盆地深盆致密氣藏的氣源巖，主要是富含有機質(zhì)的暗色頁巖、泥巖、粉砂質(zhì)頁巖、煤層及其共同組合，特別是煤系烴源巖成為深盆氣源的主要貢獻者。以海陸過渡相含煤地層為主。含煤層系的厚度中心與深盆氣主體分布區(qū)是相互吻合的，煤層在埃爾姆沃斯氣田范圍內(nèi)厚度最大，在下白堊統(tǒng)地層中儲存有大約1640億噸的煤炭資源。深盆區(qū)氣源供應充足，時至今日，煤層中仍在繼續(xù)生成天然氣。
3.儲層發(fā)育致密。艾伯塔盆地深盆氣儲層主要發(fā)育在白堊系碎屑巖層段中。低滲透性致密砂巖分布區(qū)主要以三角洲前緣、三角洲平原、沖積扇和濱岸相致密砂巖為主體。這類儲層以致密層狀和透鏡狀砂巖為代表，常埋藏于較深部位，是理想的深盆氣儲層。埃爾姆沃斯、牛奶河和霍得利氣田的深盆氣儲層分別為下白堊統(tǒng)致密砂巖、上白堊統(tǒng)牛奶河組致密砂巖和下白堊統(tǒng)海綠石砂巖為主。
4.氣水分布關系倒置。氣水倒置是深盆氣藏的重要標志之一。深盆氣藏表現(xiàn)為在同一儲層中在構造的上傾方向為飽含水層，下傾方向為飽含氣層，氣與水之間存在氣水過渡帶，氣水邊界不受構造等高線控制。艾伯塔盆地西側(cè)深盆中分布有巨大的天然氣資源，氣層段和水層段之間沒有巖性或構造阻隔，僅表現(xiàn)為氣、水含量百分比的逐漸過渡。
5.地層流體壓力異常。從已發(fā)現(xiàn)的世界范圍內(nèi)深盆氣藏氣層壓力的發(fā)育特征來看，多數(shù)深盆氣藏具有異常地層壓力。艾伯塔盆地的白堊系深盆氣藏多具異常低壓特征。
6.常發(fā)育富氣的“甜點”。由于儲層物性的非均質(zhì)性以及沉積成巖作用和地質(zhì)流體影響，在致密儲層內(nèi)部形成局部的相對高孔隙度、高滲透性地層帶，當深盆氣在致密儲層中排替自由孔隙水運聚成藏時，這些物性好的儲層段中會優(yōu)先充滿天然氣，就形成了富氣點“甜點”。
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