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幔源油氣理論和技術確定大慶油田重上5000萬噸

作者:新訊快遞
幔源油氣理論和技術確定大慶油田重上5000萬噸

崔永強,1965年2月出生,博士,進階工程師。工作機關:大慶油田勘探開發研究院2001年在中國石油大學(北京)完成博士論文《松遼盆地無機原因氣體無機原因的機理與模式研究》,2004年在北京大學完成博士後報告《松遼盆地深源油氣地質背景研究》,2018年發表《現代石油地質學——源頭油氣理論》。

幔源油氣理論和技術確定大慶油田重上5000萬噸

尖晶石二輝橄榄岩來自"松遼盆地油氣理論評價與研究"課題組,為大慶油田5000萬噸的産量提供了理論和技術依據。

□ 崔永強/Instagram

自然科學理論、實驗、宇宙勘探和石油勘探開發實踐的進步和成就,使傳統石油地質學從科學假設向現代石油地質學科學理論更新成為可能。

由于對石油生成問題的了解不同,提出了兩種假設:石油的有機原因和無機原因。有機原因假說是石油來自沉積有機物,富含沉積有機物的細粒沉積層是原料油層。根據油相形成的差異,傳統的有機成因石油地質學源于陸相油成理論和海相油成理論。

基岩油氣藏的發現對陸相油理論和海洋油理論都提出了挑戰。基岩是在盆地基質處形成的變質岩和火山岩,不具備有機原因所需的沉積有機物。基岩石油和天然氣已在全球30多個盆地中被發現。全球基岩油儲量為248×108噸,天然氣儲量為2681×108m3。是以,基岩油氣藏本身的存在否定了有機石油的假說,包括陸上石油理論和海洋石油理論。

此前,在石油無機事業的道路上進行了卓有成效的研究,石油來自地幔的概念越來越得到共識。

了解石油和天然氣的來源

門捷列夫于1876年首次提出"碳化物碳氫化合物"。他認為,地球深碳鐵化合物遇到水後,"鐵或其他金屬與水中的氧反應産生氧化物,水中的氫氣被分離,部分遊離,在氧化過程中,原來與鐵碳的結合也被分離,與氫結合,産生烴類,這就是油, 它們上升并冷卻,在接收層中凝結成液體并聚內建礦化。

索科洛夫還指出了1889年石油和岩漿的起源,并提出了一種基于對太陽系中行星物體的光譜分析的石油生産的"宇宙理論",這些物體發現了甲烷,以及可能由Fe-Toh反應無機合成的碳氫化合物。他認為,當地球仍處于融化狀态時,大氣中存在碳氫化合物,然後随着地球的冷卻和冷凝在上層地殼中凝結,并沿着裂縫分離,當多孔地層及其上層被不可滲透的層覆寫時,裂縫可以積聚成儲層。

Kudryantsev在1951年繼承了門捷列夫和索科洛夫的想法,提出了"岩漿理論",即碳氫化合物不僅在行星和太陽上形成,而且在地球的岩漿中形成。在岩漿上升過程中,溫度逐漸降低,高活性的甲基堿基聚合,然後變成亞甲基(CH2),甲基(CH3),甲烷(CH4),最後形成烴;

Krubutkin在1955年認為石油和天然氣與碳氫化合物岩漿的起源無關,這表明固體地球是由行星冷宇宙塵埃和氣體組成的,它們是構成地球和其他行星的原始材料中的氦,氮和碳氫化合物。1976年、1985年和1991年地球詳盡影響和構造學術會議,由克魯普特金本人主持,2002年和20年由德米特裡耶夫斯基主持 2006年、2008年和2010年全俄和獨聯體國家關于地球的學術會議:地球動力學、地球流體、石油和天然氣(碳氫化合物和生命)強調了地球是一個冷球的觀點。

上述關于碳氫化合物是否源于岩漿的差異在杜樂天于1996年提出的"碳氫化合物 - 堿流體地球化學"中統一。地幔流體是烴堿流體,烴和堿是烴堿流體的兩部分。烴堿流體不僅可以解釋地幔岩中玄武岩岩漿的形成,還可以解釋地殼岩和沉積岩中形成酸性火山岩。在上升過程中,以超臨界狀态存在的地幔烴堿流體不斷與圍岩互相作用,并從圍岩中獲得金屬和矽成分。臨界溫度(水的臨界溫度為374.2°C)的烴堿流體将轉化為含有碳氫化合物,金屬,非金屬和稀土元素的熱液流體,其差別在于在适當的溫度壓力和地層條件下形成金屬,非金屬,石油和天然氣沉積物。是以,金屬、非金屬沉積物與碳氫化合物,而石油中富含大量的金屬、非金屬、稀土等不相容元素。

石油和岩漿是地幔流體作用的不同産物,從深裂縫到泥火山的石油和岩漿排放通道,都來自碳氫化合物 - 堿性流體。碳氫化合物 - 堿流體地球化學理論不僅支援克魯普特金地球是冷球的觀點,而且還解釋了門捷列夫,索科洛夫和庫德梁采夫觀察到的石油與岩漿之間的關系。從這個意義上說,烴堿流體地球化學原理是中國版石油無機成因理論。碳氫化合物 - 堿性流體中的碳氫化合物成分是來自源頭的石油和天然氣的來源。

石油和天然氣的概念是現代石油地質學的核心。為了明确現代石油地質學與陸基石油理論、海洋石油理論與以往無機原因理論的差別,本文提出用"油氣理論"或"地幔源油氣地質學理論"來概括現代石油地質學。

值得注意的是,鈾礦地質中地幔烴堿流體的概念已經得到了上地幔和軟平流層地球化學研究、鈾礦等金屬非金屬礦物地質研究所的證明。

從源頭上看石油和天然氣的産生和演變

天然油作為H-C體系的一員,是由高度還原的烴類分子混合物組成的,而這些烴類分子具有很高的化學勢,其中大部分是液态的,是以天然油處于明顯的不平衡狀态。關于構成石油的碳氫化合物分子的存在和起源的第一個科學問題是:在什麼熱力學條件下,具有高化學勢和高還原度的分子是如何進化的?

這是一個化學熱力學穩定性問題。這個問題與石油中可能存在的岩石特征無關,也與石油中發現的微生物的特征無關。

基于現代原子和分子理論、量子統計力學和品質理論的化學熱力學研究回答了這些問題。油分子是C-H系統分子,而生物分子是C-H-O系統分子。所有C-H-O系統生物分子(以葡萄糖為代表,其分子式為C6H12O6)的化學勢(化學位,吉布斯遊離能)小于CH4。C-H-O系統中生物分子的品質越大,化學電位越低,而品質越大,化學電位越高。熱力學第二定律禁止低化學勢分子自然進化為高化學勢分子。

甲烷是唯一在标準溫度壓力下穩定的碳氫化合物。隻有當壓力大于30,000個大氣壓并且溫度大于700攝氏度(相當于地下約100公裡的深度)時,才有可能從甲烷中形成正常的烷烴烴。是以,在任何條件下,從氧化的有機分子(如碳水化合物(C6H12O6))中形成較重的碳氫化合物是不可能的。

關于現代碳氫化合物起源的高壓實驗證明了門捷列夫的願景。使用的材料也是地球上最常見的大理石CaCO3,氧化鐵FeO和蒸餾水。與地幔條件相比,實驗中使用的碳化合物CaCO3具有氧化性,化學可能性低,所有這些都使系統更難将碳轉化為重烷烴。結果表明,當壓力低于10,000個大氣壓時,不存在比CH4重的碳氫化合物分子。當壓力大于30,000個大氣壓時,碳氫化合物分子開始進化。當壓力達到50,000個大氣壓,溫度達到1500°C時,系統自發産生具有天然石油分布特性的甲烷,乙烷,丙烷等,直到甲狀腺乙烷,乙烯,或丙烯,正萜烯,正二苯。

化學熱力學和高壓的實驗研究是石油無機原因從假說發展到科學理論的重要轉折點。熱力學第二定律指出了C-H系統中分子向C-H-O分子的演化是不可逆的,進而完全否定了石油來自生命的假設。它還否定了fe噸合成反應的可能性,包括在低壓下對生命物質進行加氫,以産生天然油。由于在低壓下完成的fe-to合成受到高度控制,是以需要連續除去有用的中間體,并且在分層條件下,不存在該過程。

石油和天然氣從源頭的移動和聚集

"有機原因表明,除了描述沉積岩中應該發現什麼之外,什麼都沒有,"Krubutkin在1958年說。"它沒有給出适用于任何石油地區的尋找石油的原則"。是以,将過去石油勘探結果的有機原因歸于自己,進而證明了有機原因的正确性,這種說法沒有遵循實事求是的原則。傳統油地質學的核心工作最好是圈。有機原因理論無法回答陷阱中是否有油。是以,科學探索被降級為簡單的試錯行為。世界石油勘探的成功率為10%~30%,這是通過試錯獲得的。

"世界上99%以上的油氣田都位于沉積岩中,那裡有富含有機物的細礦床",這一地質事實曾經是石油有機原因的三大基礎之一。研究發現,沉積盆地對應于上地幔軟平流層隆起,上地幔軟平流層隆起越高,沉積盆地油氣豐度越大。

因為沉積盆地的形成不是孤立的沉積現象,而是地殼構造運動的結果。盆地中形成的大量厚厚的沉積物需要由亞伏的形成提供。由于上地殼的剛性,相應的沉積空間隻能由中地殼的塑膠層的橫向流動來提供。中心地殼與沉積層之間的密度差必然導緻重力失衡,必須由上地幔軟平流層的上升來彌補。是以,上地幔軟平流層的隆起和沉積盆地的形成是相輔相成的事件,是重力平衡的必然結果。上地幔軟平流層的上升必然導緻地幔烴堿流體上升到軟平流層的頂部,而上地幔軟平流層的凸起會引起上地幔剛性岩石圈的張力斷裂,軟平流層中的烴堿流體通過該流層進入地殼和沉積層, 其中碳氫化合物成分要麼被地層捕獲以形成石油和天然氣儲層,要麼上升到盆地表面,進入盆地水或逃逸到大氣中。

門捷列夫在140年前正确地指出,石油礦床的分布與山脊平行。在現代盆地勘探中,人們也總結了"一條裂縫、一礦"的正确結論,确定了"油源裂縫"和"氣源裂縫"。遺憾的是,由于過去缺乏構造理論的支援,不可能進一步将斷層控制油氣現象作為油氣起源于深海的直接地質證據。大陸層控制結構理論的提出解決了這一問題,證明缺乏與深海通訊的盆地缺乏油氣。例如,在南秦嶺乾魯盆地,由于南秦嶺上地殼底部的剛性結晶基質迅速俯沖到秦嶺北地殼的塑性層,盆地底部形成雙剛性上層地殼,阻礙了深層流體向沉積盆地的上升, 導緻沉積盆地缺乏石油和天然氣。基于中國大陸東部、中部和西部地區不同的構造特征,大陸層控制結構理論提出了控制源頭油氣的構造地質模型,即中國大陸東部盆地-山地系統的盆地-山地控制模式, 以松遼盆地和渤海灣盆地為例,将油藏定位為剪切近正斷層,中國大陸中心壓力盆地斜面型疊加山帶控制油控制方式,以鄂爾多斯盆地為例,油氣藏位于反斷層附近,中國大陸西部碉陷盆地厚皮垂直彎曲帶控制油畫, 以泉加爾盆地、塔裡木盆地和四川盆地為例,油氣都位于逆斷層附近。厚皮彎曲的真空吸力功能是窪地盆地油氣富集的動力源泉。随着盆地構造活動的不斷發生,深層油氣資源将繼續供應沉積盆地和已開發的油氣藏。

大陸層控制結構理論(李陽謙等,1996)以比較完整的方式闡述了地幔結構、地殼結構和沉積層結構的形成和演化。在将構造地質學從幾何學和動力學層面提升到動力學和風濕學層面的同時,也為石油地質學的發展做出了重要貢獻。

斷層盆地沉積層花斷層系統中油氣藏的精确定位由俄羅斯中央地球實體研究所的Tsymurkiev及其團隊完成。利用三維地震技術,他們在西西伯利亞盆地Yat-Plov油田侏羅紀勘探中獲得了100%的勘探井成功率。2005年至2008年,他們部署了37口勘探井,獲得了全部工業油流量,其中239口井的最高産量為700噸,49×日産量為104立方米。

Zimurkiev等人開發的小型斷裂基質滑移斷層控制油氣模型明确了油氣分布在滑移斷裂帶1.5公裡以内,油藏應力應變狀态決定了其油氣産量不同。為石油勘探開發提供強有力的技術支援。如果實踐是檢驗真理的唯一标準,那麼100%的井探成功率就證明了油氣理論的源頭的真實性。

石油和天然氣的上升力量

杜樂天(1987)結合鈾礦的地質現實,地球的廢氣理論得到了進一步的深化和完善,最終發展成為HACONS理論。地球的排氣作用被定義為來自地球深處的超臨界地幔烴流體自發向上和向外的輻射發射。

锆在地球内部垂直劃區,從深度到淺層微妙地微妙地如下:大量的氫氣儲存在核心中,固體FeH存在于核心中,大量的H和H2可以溶解在外核心液态Fe中,這在冶金學中已經衆所周知。核心和外核的強大氫流是地幔流體的起源和背襯。氫氣流動中輻射的驅動力有壓差、溫差、粘度差、品質差、密度差和濃度差等。當氫氣上動時,中地幔中,大量分散的活性陽離子(從氧化鎂和矽酸鹽晶格中擠出并在高壓下處于活化狀态)被提取并向上攜帶,其中最重要的是 Li , Na , K , Rb , Cs (以氫化形式),此時稱為氫型芒果汁( H - HACONS ), 随着H-HACONS繼續滲透到上地幔中,它演變成堿性果汁(A-HACONS)。上地幔軟平流層(體)、異常地幔和玄武岩漿、金伯利岩等的原因都取決于A-HACONS的滲透、富集和核算。當這種地幔流體繼續向上進入地殼時,它進一步演變成氧型地幔汁(O-HACONS)。它是由地殼中的低速天體和酸性岩漿引起的。

果汁的理論解釋了地球廢氣的物質來源,動力源和各種地質影響。這一理論的細節将對地球的形成和演化的研究産生重大影響。衆所周知,海洋沒有侏羅紀前的地殼,地球正在經曆大規模的不對稱擴張。深入探索海洋開裂和地球膨脹過程中的物質和能量來源将有助于了解地球的廢氣及其形成和演化。

發現油氣藏儲量供應情況

地球的廢氣或輻射汁液是地球演化的必然過程,在這個過程中,源油氣會沉積盆地和發現的油氣儲量不斷補充。

在門捷列夫時代,人們注意到田間産量下降的事實,并且提出了所有田地最終會枯竭的想法。"直到今天,石油仍在巴庫周圍的地下深處生産,這些石油起源于滲入地球深處的水,并通過地球深處的裂縫以氣态形式到達上層,積聚在油藏中,"門德列夫說,根據他的研究。"很長一段時間以來,有可能在巴庫油田找到新的,巨大的石油礦床。他敏銳地意識到,賓夕法尼亞州油田已經擴充到一個平坦的表面,自1859年以來達到了200多個尿道(約200公裡),而相當于賓夕法尼亞州産量的巴庫油田每年生産約50萬個推杆,或約81 90噸),這可以從井的加深深度中得到證明,該井的深度在1880年為80 rue(約171米),到1902年已達到150盧比(320米)。

Kudryantsev在1951年指出,由于岩漿中形成石油的過程正在進行中,并且古代石油和天然氣早已認證擴散消失,是以包括寒武紀地層在内的所有儲層都是年輕的儲層。而且,地球上的生命就是通過石油産生的,而石油中含有生物所需要的一切化學元素,是以石油不是來自有機物,相反,有機物來自石油。

加利福尼亞灣中部瓜伊馬斯盆地熱液噴口的平均年齡僅為4,692a,證明正在生産石油。中國沿海PL19-3油田的天然氣不斷沿着垂直斷層逸出,而PL19-3油田仍有巨大的儲量,表明自成立以來一直存在深厚的油氣供應。生産超過儲量的舊油田的例子,例如1971年在墨西哥灣尤金島發現的330區塊油田,到1997年底已經生産了1.59×108立方米的原油,而48.8×1 04立方米,表明出現了新的原油供應和石油和天然氣成分的變化, 俄羅斯伏爾加-烏拉爾盆地羅曼什金油田的可采儲量為200,×108噸,到2002年累計石油産量為30×108噸。此外,格羅茲尼産區的一些油田(如格羅茲尼舊油田、十月油田、馬爾戈貝克油田等)已經生産了比可以開采的更多的石油。

對碳氫化合物高壓來源的研究否定了煤炭和天然氣水合物的生物學原因。就化學成分而言,煤炭和石油之間沒有本質的差別。煤來自石油的基本結論是可以得出的。這一結論是基于普遍接受的石油瀝青和瀝青煤化的基本事實。有關詳細論證,請參閱作者的"關于煤的無機原因"。

支援大慶油田産量達5000萬噸

現代科學理論和實驗、太空探索和探索開發實踐證明,石油的大規模存在不是以生命物質的存在為前提的O系生物分子在任何條件下自然進化為C-H系的烴分子,烴類是地幔條件下地幔烴堿液的一部分, 流體與圍岩之間的堿互相作用發生在地幔中烴堿流體上升的過程中。在臨界溫度下,它被轉化為富含金屬、非金屬和稀土元素的石油熱液流體,在上升通道中分離形成金屬、非金屬、稀土和油氣礦床,而斷層盆地中的油氣上升通道是一個小的斷層滑移斷層,它隐藏在斷層控制的花卉斷層系統中, 油氣分布距離花斷層不超過2km,窪地盆地油氣上升通道是滾沖山帶内的反向斷層,隐藏在逆斷層附近 進入斷層盆地水體的殘餘油熱液将經曆分化,形成化學沉積層和油層, 由于水化和氧化,石油瀝青将進一步轉化為石油瀝青,油瀝青将通過埋藏和化膿的經驗轉化為煤層。進入海洋體和陸地苔原的天然氣将在适當的溫度壓力條件下形成天然氣水合物。海洋熱液噴口、海洋和陸地泥火山是地球現代廢氣的視窗,其強大的供應能力證明,盆地和儲層正在接受深層石油和天然氣供應。

傳統石油地質學的基本要素——生命、儲存、覆寫、運輸、環、保護都發生了變化。沉積盆地中的"原始層"已不複存在,這裡的"原始"應定義為"石油生成"或"原油",以讨論在地幔條件下如何生成石油。儲量可再生性應被列為石油研究的重要組成部分。沉積盆地的儲集層也發生了變化,不是因為沉積盆地内所有多孔發育層都富含油氣,而是局限于"氣源裂縫"和"油源裂縫"附近且不超過2公裡的地方。這裡的儲層空間無論發展程度如何,都會經曆深部烴堿流體的轉化,油氣富集的程度受儲層本身的應力應變條件的控制。儲層研究至少需要增加三個内容:堿對講、應力應變狀态、裂縫系統中的位置。關于"覆寫層",過去特别提到覆寫層,即沉積盆地的緻密層,如泥頁岩、糊狀物和鹽岩,現在應該更加注意油氣藏帽的相對性。

構造地質學在研究石油地質學的各種要素中起着特别重要的作用。縱向斷層對油氣藏的控制作用,要求對輸油的研究必須從以往的側移問題轉向垂直輸運問題。首選禁閉工作需要從靜态禁閉研究轉向特殊施工位置和閉合關系研究。

總之,俄羅斯、蘇聯、俄羅斯和烏克蘭的無機原因、油氣堿流體地球化學研究、中國大陸層控制結構研究、美俄化學熱力學理論與高壓實驗研究、俄羅斯小斷裂基地滑移斷層控制油氣研究、美歐太空探索等國内外大量石油勘探開發實踐均已取得。 為建立現代石油地質理論——燕源油氣地質理論已作好理論、技術、實驗和實踐準備。

綜上所述,可以看出,源頭油氣理論與技術為大慶油田産量回升至5000萬噸提供了支撐。理論依據:所有工業油氣均來自地幔,且供應穩定,大慶油田仍具有很大的生産潛力。2015年,2015年大慶昌裕中北2-Ding 5坡25井被日産石油70自注井,2021年大慶昌嶼南葡斜4347井被授予日産石油102側自注井。技術路線:對斷層盆地油氣藏的控制因素進行了明确研究,即小斷水底滑裂縫控制儲層。滑移斷層本身就是供油通道,工業油氣藏主要分布在滑移斷層1.5公裡以内。具體措施:在油田綜合含水量97%的大慶昌裕,調配2000口,深度2000米至3000米,日産100噸高産井。