El estado geológico y la importancia del petróleo y el gas no convencionales

1. La historia de la investigación geológica de petróleo y gas no convencional

En los últimos casi 150 años de exploración y desarrollo de petróleo y gas, la gente siempre ha tenido esta pregunta: ¿Será el petróleo y el gas? ¿Se agotarán pronto los recursos? La práctica ha demostrado que la producción de reservas de petróleo y gas sigue aumentando cada año. El petróleo y el gas no convencionales, que se han convertido en el foco de la exploración en los últimos años, han desempeñado un papel importante en la exploración y el desarrollo.

Los países extranjeros han notado desde hace mucho tiempo el petróleo y el gas no convencionales y sus características geológicas (Tabla 1-5), la mayoría de los cuales son petróleo y gas continuos. El primer yacimiento de gas continuo reconocido fue un yacimiento de gas de arenisca compacta, que se descubrió en la cuenca de San Juan en los Estados Unidos en 1927 y se puso en desarrollo a principios de la década de 1950. En ese momento se le llamaba yacimiento de gas oculto. En 1950, Silver mencionó dos características importantes de la cuenca: la falta de agua en los bordes y en el fondo y la presencia generalizada de gas en el Cretácico. En la década de 1970, muchos investigadores explicaron varios mecanismos de este tipo especial de yacimiento de gas y propusieron yacimientos de gas con trampa de cuerpo aislado (poros), yacimientos de gas con trampa estratigráfica-diagenética, yacimientos de gas con trampa hidrodinámica y yacimientos de gas sellados con agua. Retención de Qi. El yacimiento de gas de cuenca profunda gigante de Elmworth fue descubierto en la cuenca de Alberta, en el oeste de Canadá, en 1976. No fue hasta 1979 que Masters propuso gas de cuenca profunda basándose en el análisis del concepto de los campos de gas de Elmworth, Milk River y Blanco. En 1986, Rose et al. utilizaron por primera vez el término "gas del centro de cuenca" al estudiar la cuenca de Raton. Law et al. estudiaron el "gas de arena compacta" (tight sand gas o arenas de gas compactas). En 1995, el Servicio Geológico Federal de Estados Unidos propuso el concepto de "acumulación continua de petróleo y gas" (Schmoker, 2005), destacando que los yacimientos continuos de gas son depósitos atmosféricos que no se ven fuertemente afectados por la columna de agua. El enriquecimiento de gas no tiene relación directa con. la flotabilidad del agua sobre el gas. Y no está compuesto de grupos de campos de gas discretos y contables delineados por la interfaz gas-agua en la dirección de inmersión. En 1996, Schmoker utilizó oficialmente el concepto de "reserva de gas continua". En 2006, el Servicio Geológico Federal de EE. UU. propuso: gas profundo, gas de esquisto, arenas gaseosas compactas, metano de yacimientos de carbón, biogás de arenisca poco profunda (arenas gaseosas) e hidrato de gas natural (clatrato de metano) son seis tipos de gases no convencionales, denominados colectivamente gas continuo. .

El significado de "no convencional" en el concepto de petróleo y gas no convencionales se refiere a algunos petróleo y gas que no se pueden explorar, desarrollar y procesar completamente utilizando métodos y tecnologías convencionales. estándares, como la permeabilidad máxima de la Matriz, estatus regulatorio especial, que requieren tecnología de proceso especial o áreas de difícil acceso (como aguas polares o profundas), pero estos estándares cambiarán a medida que avance la industria del petróleo y el gas (Schmoker, 2002), y Diferentes personas tienen diferentes opiniones sobre "No convencional" y se entiende de diferentes maneras. Las características geológicas generales de los yacimientos continuos de petróleo y gas son: falta de rocas de capa y trampas obvias, riqueza difusa en petróleo o gas, distribución a gran escala, baja permeabilidad de la matriz del yacimiento, presión anormal y distancia cercana a las rocas generadoras; son: Las tasas de recuperación son bajas, faltan pozos verdaderamente vacíos, el desarrollo depende de la permeabilidad de las fracturas, los “puntos óptimos” se caracterizan por una producción relativamente alta, pero la perforación ocasionalmente es “impredecible” (Schmoker et al., 1996). Aunque todos los pozos que perforan yacimientos continuos de petróleo (gas) encontrarán yacimientos de petróleo (gas), muchos pozos pueden carecer de valor económico (Schmoker, 2005).

La investigación y exploración de petróleo y gas no convencionales en China comenzaron relativamente tarde. Después de la década de 1990, el gas de cuenca profunda (Jin Zhijun et al., 2003) y el gas de margen raíz (Zhang Jinchuan et al., 2003). han aparecido en China, petróleo de cuenca profunda (Hou Qijun et al., 2006), petróleo sinclinal (Wu Heyong et al., 2007) y otros conceptos. Zou Caineng (2009) propuso el concepto de “yacimiento (campo) continuo de petróleo y gas” y reveló sus mecanismos de migración, filtración y agregación.

Desde el siglo XXI, a medida que la exploración petrolera se ha extendido desde yacimientos de petróleo y gas convencionales a yacimientos de petróleo y gas no convencionales, la investigación geológica de petróleo y gas no convencional ha recibido una atención cada vez mayor. En los últimos años, se han logrado avances significativos en la investigación geológica de petróleo y gas no convencional, principalmente en el estudio de la microestructura del espacio de los yacimientos de petróleo y gas. La escala de la investigación de los yacimientos se ha expandido desde el nivel de micras hasta el nivel de nanómetros. Las investigaciones muestran que el esquisto desarrolla principalmente tres tipos principales de poros a nanoescala: materia orgánica, poros intergranulares e intragranulares, con una permeabilidad extremadamente baja.

2. Posición estratégica del petróleo y el gas no convencionales

Los yacimientos de petróleo y gas no convencionales son las principales áreas de exploración en el futuro. Según las estadísticas del Servicio Geológico Federal de EE. UU. y el Departamento de Energía de EE. UU., el tamaño total actual de los recursos petroleros no convencionales globales es de 4495 × 108 t, incluidas 2770 × 108 t de petróleo de esquisto, 1067 × 108 t de asfalto natural, 658 × 108 t de petróleo pesado petróleo y recursos petroleros no convencionales Es básicamente equivalente a los recursos petroleros convencionales; la producción mundial de petróleo no convencional está aumentando rápidamente, casi duplicándose en 2008 en comparación con 2001, y ha superado las 6000×104t (Figura 1-8). Según las estadísticas, la escala total de los recursos mundiales de gas natural no convencional es de 3922 × 1012 m3, de los cuales los hidratos son 3000 × 1012 m3, el gas de esquisto es 456 × 1012 m3, el metano de carbón es 256 × 1012 m3 y el gas de arena compacta es 210 × 1012 m3. el gas natural convencional representa 8,3 veces la producción mundial de gas natural; la producción mundial de gas natural no convencional ha aumentado rápidamente, representando el 18% de la producción de gas natural (Figura 1-9).

Figura 1-8 Cambios en la producción mundial de petróleo no convencional

América del Norte ocupa una posición de liderazgo en la exploración y el desarrollo de petróleo y gas no convencionales, y en la contribución y el crecimiento del petróleo y el gas no convencionales. a sus reservas y producción de petróleo y gas Las tendencias reflejan el papel del petróleo y el gas no convencionales en las futuras estrategias de petróleo y gas. De 2000 a 2008, el descubrimiento de yacimientos de gas arenisca y gas de esquisto en el área de la plataforma de América del Norte (Tabla 1-6) fue un gran avance en el petróleo y el gas continuos a nivel mundial (Hille et al., 2007). Estados Unidos ha logrado una producción comercial a gran escala de recursos de gas arenisca, metano de carbón y gas de esquisto. En 2009, la producción alcanzó 1890×108m3, 576×108m3 y 930×108m3 respectivamente (según las estadísticas de la EIA). La producción de gas natural representó aproximadamente el 55% de la producción total de gas natural en los Estados Unidos ese año y muestra una tendencia creciente año tras año (Figura 1-10). El petróleo de arenisca compacta de Bakken en América del Norte también logró un desarrollo a gran escala. En 2009, la producción de petróleo de arena compacta alcanzó 1230×104t, un aumento de 240×104t en comparación con 2008. El petróleo de arenisca compacta de Eagle Ford también realizó importantes descubrimientos, convirtiéndose en el siguiente. importante descubrimiento de petróleo después del gas de esquisto de América del Norte. Un campo de exploración y desarrollo candente.

Figura 1-9 Cambios en la producción global de gas natural no convencional

Tabla 1-6 Estadísticas de descubrimiento de yacimientos de gas de esquisto en el área de la plataforma de América del Norte entre 2000 y 2008

Figura 1-10 Composición de la producción de gas natural en los Estados Unidos de 1998 a 2008

Los hidratos de gas natural existen ampliamente en todo el mundo Aproximadamente el 27 % de la tierra de la Tierra y el 90 % de las aguas oceánicas. Son posibles ocurrencias de minerales de hidratos de gas en un área con grandes cantidades de recursos. Se estima que la cantidad de recursos de hidratos de gas natural es más del doble que la de todos los recursos de combustibles fósiles conocidos, y tiene las ventajas de un entierro poco profundo, una amplia distribución y una alta densidad de energía. Actualmente se cree que sus recursos pueden desarrollarse mediante el método de choque térmico, el método de reducción de presión y el método de reactivo químico. Por lo tanto, el hidrato de gas natural se conoce como "la energía del futuro" y "la energía del siglo XXI".

China es rica en recursos de petróleo y gas no convencionales, con muchos tipos y amplia distribución, y ocupará una posición importante en la futura industria del petróleo y el gas. Según la nueva ronda de resultados de evaluación de recursos, los recursos nacionales de petróleo de esquisto son 476×108t, los recursos de arenas bituminosas son 59,7×108t y los recursos de metano de capas de carbón son 36,8×1012m3 (la profundidad de enterramiento es inferior a 2000m). Mi país tiene abundantes recursos de petróleo y gas no convencionales, como petróleo de arenas compactas, gas de arenas compactas, gas de esquisto, esquisto bituminoso y asfalto de petróleo pesado.

3. Avances estratégicos e importancia del petróleo y el gas no convencionales

Como todos sabemos, el petróleo y el gas no convencionales son recursos que hoy en día no se pueden explorar ni desarrollar utilizando métodos y medios técnicos convencionales. Se caracteriza por grandes recursos totales, altos requisitos técnicos, malas propiedades físicas, permeabilidad general al aire <1×10-3μm2 y porosidad <10. El desarrollo de sus recursos requiere condiciones técnicas y económicas necesarias. Sólo emancipando la mente podremos liberar petróleo y gas y promover la conversión de recursos no convencionales en recursos convencionales.

En los últimos años, la exploración mundial de petróleo y gas no convencional ha logrado una serie de avances importantes. El gas de arenas compactas y el metano de yacimientos de carbón se han convertido en áreas clave para la exploración global de gas natural no convencional, el petróleo de arenas compactas se ha convertido en un área destacada para la exploración global de petróleo no convencional y el gas de esquisto se ha convertido en un punto caliente para la exploración global de gas natural no convencional. La exploración y el desarrollo mundiales de petróleo y gas no convencionales han logrado grandes avances y avances estratégicos. Especialmente en América del Norte, la producción de gas natural representa el 27,2% del total mundial, lo que la convierte en la mayor zona productora de gas natural del mundo. El desarrollo del gas natural no convencional en los Estados Unidos se está desarrollando rápidamente y la proporción de producción de gas no convencional ha alcanzado el 50%. La producción total de gas natural en los Estados Unidos superó los 6.000 × 108 m3 en 1970, alcanzando un máximo de 6.400 × 108 m3 en 1973. La producción continuó disminuyendo en los siguientes 20 años y la producción total aumentó a 6.000 × 108 m3 en 2009. principalmente por el aporte del gas natural no convencional (Figura 1-11). El primer avance fue el gas de arenas compactas, seguido por el metano de yacimientos de carbón y luego el gas de esquisto.

Figura 1-11 Cambios en la producción de gas natural en Estados Unidos a lo largo de los años

Los avances globales en petróleo y gas no convencionales han traído las siguientes revelaciones importantes: Primero, el desarrollo de petróleo y gas no convencional debe llevarse a cabo en capas, y primero deben realizarse pruebas industriales; en segundo lugar, los avances tecnológicos y las aplicaciones a gran escala son factores importantes para promover el desarrollo del petróleo y el gas no convencionales; en tercer lugar, el apoyo político y el aumento de los precios del petróleo y el gas; fuerte impulso para el desarrollo de petróleo y gas no convencionales; cuarto, los avances en campos importantes requieren investigación teórica básica e investigación técnica Preparación; el quinto son los malentendidos, que son áreas prohibidas para la exploración. Sólo liberando la mente podemos liberar el petróleo. y gas y promover la conversión de recursos no convencionales en recursos convencionales. Tomando el gas de esquisto como ejemplo, los avances en la exploración y el desarrollo del gas de esquisto son de gran importancia en términos de aumento de recursos, teoría de formación de yacimientos y tecnología de desarrollo, y han tenido un profundo impacto en la expansión del campo de exploración y el desarrollo de la industria del petróleo y el gas: ① Al atravesar el área de recursos restringidos, el tipo y la cantidad de recursos aumentan en la exploración convencional, el esquisto se considera como un no yacimiento y se ignora su cantidad efectiva de recursos como fuente y yacimiento integrados; ② Rompe la teoría de la acumulación tradicional y supera el límite inferior de la existencia de yacimientos convencionales. La visión tradicional de la acumulación de trampas confirma que los yacimientos con gargantas de poros a nanoescala también pueden acumular gas natural. ③ Los avances en tecnologías no convencionales han permitido la mejora del petróleo y; tecnología de exploración y desarrollo de gas, impulsar el desarrollo de tecnologías de desarrollo de petróleo y gas convencionales y no convencionales y promover recursos no convencionales como el petróleo y el gas de aguas compactas y el petróleo de esquisto se han convertido en recursos convencionales.

1. El gas de arena compacta se ha convertido en un área clave de exploración de gas natural no convencional.

El gas de arena compacta es el más desarrollado en el mundo y representa alrededor del 75 % de la producción de gas no convencional. En la actualidad, Estados Unidos ha descubierto más de 900 campos de gas compacto en 23 cuencas, con recursos recuperables de 13×1012m3, reservas recuperables de 5×1012m3 y más de 100.000 pozos de producción. La producción en 2009 fue de 1890×108m3. El rápido desarrollo del gas compacto se debe principalmente a los avances en la comprensión geológica y a los avances en la tecnología de fracturación.

Mi país ha descubierto abundantes recursos de gas de arenas compactas en las cuencas de Ordos, Sichuan, Tuha y otras cuencas. Actualmente, las reservas y la producción de gas de arenas compactas representan alrededor del 30% del total del país. Los resultados de la evaluación de siete cuencas importantes de mi país muestran que el área de exploración favorable para el gas compacto es de 27×104 km2 y el volumen de recursos es de aproximadamente (9-12)×1012 m3. Es un campo realista importante para la futura exploración de gas natural.

2. El petróleo de arena compacta se ha convertido en un punto brillante en la exploración mundial de petróleo no convencional.

El petróleo de arena compacta de Bakken en América del Norte es otro punto caliente en el extranjero después del avance del petróleo de esquisto. También se le ha llamado "oro negro". En 2006, el descubridor Findley ganó el premio AAPG al Explorador Destacado del Año. En 2008, el petróleo de arenas compactas de Bakken logró un desarrollo a gran escala y fue identificado como uno de los diez mayores descubrimientos del mundo. El yacimiento es arenisca fina limosa, roca carbonatada, etc. intercalada en la roca fuente de petróleo. El área del yacimiento de petróleo de Bakken es de 7 × 104 km2, la profundidad de enterramiento es de 2590 ~ 3200 m, la limolita dolomítica tiene un espesor de 5 ~ 10 m y la permeabilidad. es (0,1 ~1)×10-3μm2, porosidad 10~13, calidad del petróleo ligero API 41°~44°, el volumen de recursos es de aproximadamente 566×108t (USGS). En la actualidad, se han descubierto 19 cuencas de petróleo compacto en América del Norte, con 4 conjuntos de capas principales productoras de petróleo compacto, como arenisca compacta de Bakken, piedra caliza compacta de Eagle Ford, etc., con reservas recuperables probadas de 6,4×108t y producción en 2009. de 1230×104t. El desarrollo a gran escala del petróleo de arenas compactas en América del Norte se debe principalmente a la aplicación a gran escala de la tecnología de fracturación por etapas de pozos horizontales después de 2005. La producción inicial de petróleo de los pozos horizontales es de 500 t/d, y la producción estable es de 15-25 t/d. d, logrando un rápido desarrollo industrial.

El petróleo compacto está ampliamente distribuido en mi país, centrándose en el Jurásico Central de Sichuan en la Cuenca de Sichuan, la arenisca compacta Ordos Chang 7, la roca carbonatada lacustre de la Formación Shahejie en la Bahía de Bohai, la marga del Cretácico en la cuenca de Jiuquan y en Junggar. Las rocas dolomíticas del Pérmico en la cuenca tienen las condiciones geológicas para la formación de petróleo compacto a gran escala.

3. El metano de carbón se ha convertido en un campo importante de exploración de gas natural no convencional.

Se estima que los recursos totales de metano de carbón implementados actualmente en el mundo son aproximadamente (91~260) ×1012m3, las últimas estadísticas El resultado es 256,1×1012m3 (Oil & GasJournal on Line, 2007). En 2001, el Instituto Americano de Investigación de Gas Natural anunció que los recursos de metano de yacimientos de carbón en los Estados Unidos eran 21,19×1012m3, y los recursos de metano de yacimientos de carbón en Rusia eran (17~113)×1012m3. Los principales países productores de carbón del mundo conceden gran importancia al desarrollo del metano de yacimientos de carbón. Actualmente, 35 de los 74 países productores de carbón del mundo han llevado a cabo investigación y desarrollo de metano de yacimientos de carbón, y aproximadamente la mitad de ellos lo han hecho. llevó a cabo exploraciones y pruebas especiales de metano de yacimientos de carbón. El desarrollo y utilización de metano de carbón en Estados Unidos, Reino Unido, Alemania, Rusia y otros países comenzaron antes. Desde finales de la década de 1970 hasta principios de la década de 1980, la extracción de metano de capas de carbón comenzó en los Estados Unidos y tuvo éxito. En los 12 años transcurridos entre 1983 y 1995, la producción anual de metano de capas de carbón aumentó de 1,7 × 108 m3 a 250 × 108 m3, y se creó una industria. se formó rápidamente escala. En 2005, la producción superó los 500 × 108 m3, lo que representa del 8 al 10% de la producción total de gas natural en los Estados Unidos. Se ha convertido en un importante recurso energético en los Estados Unidos. La velocidad de desarrollo de la industria del metano de carbón en los Estados Unidos. Estados Unidos ha atraído la atención mundial. Canadá comenzó a realizar pruebas de extracción de metano en capas de carbón en 1978. La producción anual de metano en capas de carbón fue de aproximadamente 1 × 108 m3 en 2002, aumentó a 15,5 × 108 m3 en 2004 y se espera que alcance 207 × 108 m3 en 2020 y 310 × 108 m3 en 2024. Australia ha producido 12,85 × 108 m3 de metano de carbón anualmente entre 1996 y 2004. El desarrollo de metano de capas de carbón de Australia se concentra principalmente en varias cuencas carboníferas del Pérmico-Triásico en el este, incluidas Sydney, Gunnedah, Galilea, Bonn, etc., de las cuales el 78% de la producción de metano de capas de carbón proviene de la cuenca de Bonn en Queensland.

El desarrollo del metano de yacimientos de carbón en mi país comenzó tarde. Desde la exploración especial de metano de yacimientos de carbón en 1994, la producción industrial de metano de yacimientos de carbón sólo se ha logrado en la cuenca de Qinshui. En la actualidad, mi país está entrando en una etapa. etapa de avance en el desarrollo del metano de yacimientos de carbón. En 2010, la capacidad de producción de metano de yacimientos de carbón de mi país alcanzó 25×108m3, lo que permitirá el rápido desarrollo de la industria de metano de yacimientos de carbón de mi país. Algunos otros países, como la República Checa, Polonia, Bélgica, el Reino Unido, Rusia, Ucrania, India y Zimbabwe, también participan en la evaluación y exploración de metano de yacimientos de carbón. En términos generales, el desarrollo a gran escala de metano de yacimientos de carbón es un hecho. todavía no es posible.

En 2007, la producción mundial de metano de capas de carbón fue de aproximadamente 700 × 108 m3, de los cuales Estados Unidos, Canadá y Australia son los principales productores mundiales de metano de capas de carbón. La producción de Estados Unidos es de aproximadamente 540 × 108 m3, la producción de Canadá es de casi 100 ×. 108m3, y la producción de Australia es de aproximadamente 50×108m3.

4. El gas de esquisto se ha convertido en un punto caliente para la exploración de gas natural no convencional.

En los últimos años, se ha desencadenado una "revolución" del gas de esquisto en todo el mundo. Los avances son: aumentar el tipo y la cantidad de recursos, superar el límite inferior de los yacimientos convencionales y los conceptos tradicionales de acumulación de trampas, impulsar el desarrollo de tecnologías de desarrollo de petróleo y gas convencionales y no convencionales, y lograr la mejora de las tecnologías de cuello de botella en la producción de petróleo y gas. En 2006, la producción de gas de esquisto en América del Norte superó los 200×108m3 y, en 2009, superó los 900×108m3. El rápido desarrollo del gas de esquisto se debe principalmente a los avances en la tecnología de fracturación y pozos horizontales posteriores a 2003. En la actualidad, se han formado ocho importantes áreas de producción de gas de esquisto en América del Norte, incluidas Barnett, Fayetteville y Haynesville. Las reservas recuperables probadas son de aproximadamente 1 × 1012 m3 y la producción en 2009 fue de 1000 × 108 m3. La producción fue de 930×108m3 y la producción de gas de esquisto canadiense fue de 930×108m3. La producción de gas es de 70×108m3. El esquisto desarrolla principalmente poros de 100 a 200 nm. Las primeras perforaciones confirmaron que el esquisto casi no tiene permeabilidad. La permeabilidad "artificial" se logra mediante la fractura de pozos horizontales, formando "gas artificial" de esquisto.

China desarrolla tres tipos de esquisto: marino, de fase de transición marino-continental y esquisto continental. Entre ellos, el gas de esquisto marino es el más realista, y el Paleozoico Inferior en el sur de Sichuan es el área central de los últimos tiempos. avances. La investigación de exploración de gas de esquisto de mi país ha logrado avances importantes, como la selección de áreas centrales en estudios regionales, el descubrimiento de poros a nanoescala en Well Wei 201 por primera vez y el primer lote de zonas de demostración de industrialización de gas de esquisto en China, como Changning y Zhaotong establecidos por la Corporación Nacional de Petróleo de China El progreso fue fluido y se hicieron descubrimientos importantes. Sin embargo, el gas de esquisto de China tiene características especiales, como una alta evolución térmica, un enterramiento profundo, una superficie subterránea compleja y una falta de recursos hídricos. Se debe prestar especial atención a la exploración y el desarrollo.

En la historia de la exploración de petróleo y gas, los malentendidos son las áreas prohibidas de la exploración. El pensamiento convencional no puede encontrar petróleo y gas no convencionales. La comprensión de los yacimientos continuos de petróleo y gas rompe la discontinuidad convencional y atraviesa el área prohibida de exploración.