破解中外低效气藏成因之谜

沉积相类型和成岩作用是导致储层低效的两大地质因素：沉积相类型决定了储集层的物性和连续性，成岩过程中的压实作用和胶结作用是破坏原生孔隙、造成砂岩致密的主要原因

低效气藏特指低孔（孔隙度小于10%）、低渗（渗透率小于50毫达西）、低丰度和低产能的天然气藏。我国66%的天然气探明储量属低效储量，65%的天然气藏属低效气藏。因此，低效气藏是我国今后天然气勘探开发的主要对象。

低效气藏之所以储量丰度低，与其成藏过程有密切关系。天然气聚集成藏的过程同时也是天然气不断散失的过程，若没有气源的继续供给和适当的保存条件，随着时间的推移，聚集起来的天然气会因扩散作用而丧失殆尽。

我国低效气藏储量主要分布在古生界，地质时代较老，具有早期生烃成藏的特点，目前已处于聚集量小于散失量的气藏晚期发展阶段。

低效气藏属煤系地层

煤型气气藏是国内外低效气藏中的重要气藏类型。我国低效气藏包括煤型气、凝析气、生物气和油型气4种，储量上以煤型气和凝析气为主；国外99%的低效气藏的流体性质为煤型气，占低效气藏储量的99%。这说明绝大多数低效气藏的源岩都属于煤系地层。

与国内低效气藏相比，国外低效气藏埋深偏浅。

国外55%以上的低效气藏埋藏深度为1000米～3000米，埋深小于1000米的气藏占19%，大于3000米的气藏占23%。因此，国外低效气藏以中浅层为主。我国低效气藏埋藏深度为400米～5600米，探明储量以中深层（2000米～3500米）为主（占63%），超深层（大于4500米）占22%，浅层（小于2000米）占6%，深层（3500米～4500米）占8%。

在圈闭类型上，国内外低效气藏特征一致，都以构造—岩性复合圈闭为主。54%的国外低效气藏属构造—岩性圈闭。我国66%低效气藏探明储量富集于构造—岩性复合圈闭中。可见，低效气藏很大程度上受储层沉积或成岩作用控制。在层位分布上，国外低效气藏比国内低效气藏偏年轻。我国地质条件复杂，气田具有多种生储盖组合和多含气层系的特征，低效气藏在地质年代上的分布较广。目前我国古生界低效气藏探明储量最大（占60%），其次是中生界（占27%），储层地质年代较老。而国外低效气藏以新生界第三系为主（占77%）。

从储层沉积环境和沉积相特征来看，国外低效气藏中，海相储层占55%以上，陆相储层最少。而在陆相储层中，以河流、湖泊相储层最为重要。我国低效气藏普遍属于陆相沉积环境，以河流、河流—三角洲相为主。

形成低效气藏的因素是多方面的，可以概括为储层条件（储层沉积类型和成岩作用阶段）和成藏过程（构造作用、源岩质量与有效气源岩生排烃规模、保存条件等）。从储层角度分析，沉积和成岩是导致气藏低效的两大地质因素。

压实和胶结作用导致砂岩致密

一般而言，成熟度低的储集砂岩其长石、岩屑以及黏土矿物含量高。这些塑性物质在成岩过程中易破碎变形，导致储层孔隙结构复杂、物性变差，而黏土矿物造成的储层伤害进一步降低了气藏产能。

对同类砂岩储集层而言，砂岩胶结类型与低效气藏储量丰度存在关联，钙质胶结砂岩储层低效气藏的平均储量丰度，往往是同类砂岩中最高的。这是因为，钙质胶结的储集砂岩易因地质改造而改善其物性。

沉积相类型一方面是影响储集层物性的最基本因素，另一方面又控制了砂体的空间展布，进而决定了储层空间的连续性。

首先，储层沉积类型决定储层的成熟度和粒度，从而决定孔隙结构的成熟度，并控制孔隙毛管压力大小，影响流体渗流特征。

国内外陆相低效气藏的储层沉积类型以三角洲相和河流相为主，储集砂岩类型以长石砂岩和岩屑砂岩为主。这种沉积类型泥质含量高，导致储层孔隙结构复杂、毛管压力大，孔隙中含水饱和度高、含气饱和度低，致使气藏低效。以昌德气田为例，其主要储集层下白垩统登娄库组属于辫状河—三角洲相沉积，以细粒砂岩为主，分选较差；砂岩主要成分为岩屑、长石和石英，属混合型砂岩类型，成分成熟度较低；泥质含量4.8%，砂岩胶结类型以薄膜—再生式为主；孔隙度一般为5%～10%，属致密孔隙型砂岩储集层。

其次，沉积相类型决定了储层空间的连续性。三角洲和河流相储集层横向相变快、砂体规模小、连续性差、储层非均质性强是造成低丰度的重要原因。以鄂尔多斯盆地苏里格气田为例，其主力气层下石盒子组八段砂体为三角洲平原分流河道沉积，从下石盒子组八段砂体沉积早期至晚期，河道由平原网状特征逐步演变为具有冲积平原曲流河点坝沉积特色的辫状河道特征。网状分流河道侧向迁移、改道频繁，造成河流间相互切割，砂体纵向叠置较为普遍。曲流河点坝沉积砂体纵向上透镜状叠置，平面上呈“土豆状”分布，沉积厚度薄，储层非均质性强。再如美国奥卓拉气田的主要产气层二叠系狼营统坎昂砂层属三角洲相沉积，砂岩呈透镜体状分布，连续性差，导致低效。

成岩作用对储层物性的改造，主要以压实作用、胶结作用、溶解作用及破裂作用的影响最为明显。其中，压实作用和胶结作用是破坏原生孔隙，导致砂岩致密的重要原因。压实作用是碎屑岩固化成岩的主要作用之一，其结果使颗粒的原生粒间孔隙大为缩小。压实作用的类型及其对储层物性的影响与碎屑岩储集层的矿物成分有关。

一般而言，石英、长石和岩屑的相对含量与压实作用有关，石英颗粒的抗压能力最强，长石次之，岩屑的抗压强度最小。国内外陆相碎屑岩低效气藏砂岩储集层的成熟度普遍较低，机械压实作用普遍较强，受压实损失的孔隙较多，孔喉较细，因此物性差。如四川中坝和平落坝三叠系天然气储层均为岩屑砂岩，成岩过程中遭受较强的压实作用，致使前者为低孔特低渗，后者为特低孔低渗。

低效气藏储层普遍受胶结作用改造，导致储层物性差。如美国奥卓拉气田二叠系狼营统坎昂砂岩层为三角洲相沉积形成的灰白色中—细粒砂岩，因强烈的胶结作用，岩性致密。英国北海南部的海德气田储层为二叠系赤底统下Leman组砂岩，其渗透性因被伊利石胶结而减弱。我国川西新场气田上沙溪庙组气藏，由于晚成岩早期方解石的大量胶结，使原生、次生孔隙急剧减少，岩石不断致密，形成超低渗致密储层。 （作者：郑晓萌 长江大学地球化学系教授）