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南海北部非烃气成因及运聚规律与资源化利用


何 家 雄 简 介
何家雄,男,研究员,博士,中国石油学会、地质学会、地球 物理学会及地球化学学会会员、 《天然气地球科学》编委、盎亿 泰地质微生物技术公司技术顾问、 中文核心期刊地质类与油气类 评审专家、地质学报/石油学报/沉积学报/中国地质/地学前缘/ 西南石油大学学报/天然气地球科学/中国海上油气等杂志审稿 专家。 曾在中石油及中海油从事油气勘探与油气地质综合研究

近 30 年,现在中科院边缘海地质重点实验室从事油气地质及资源 评价等研究工作。曽先后在中石油江汉油田、华北油田、内蒙二连油田和中海油南 海西部研究院等单位工作过,2004 年被评为中海油南海西部科技标兵。具有丰富的 油气勘探与油气资源预测评价的研究经验与工作经历。先后主持和完成过多项中海 油、 中石油科技攻关项目和国家八.五及九.五科技攻关课题以及国家 863 海洋高新技 术课题、 重大基础研究课题等,80 年代以来发表论文 100 多篇,出版专著两部。 973

《非常规天然气勘探开发与综合利用研讨会 2010.深圳》

南海北部边缘盆地非烃气成因及运聚规律 与资源化利用
何家雄1 祝有海2 马文宏3 龚晓峰1
CO2 CO2 CO2 CO2

1.中国科学院边缘海地质与油气资源重点实验室 2.中国地质科学院矿产资源研究所 3.中海石油有限公司湛江分公司 2010.10.深圳.

主题内容
1 南海北部区域地质背景 2 南海北部非烃气成因类型 3 南海北部非烃气运聚富集规律 4 南海北部非烃气资源潜力 5南海北部非烃气多重性与资源化利用

欧亚板块
喜马拉 雅

印度板块

盆地 缘 部边 海北 南

太 平 洋 板 块 俯 冲

印澳板块挤压碰撞

走滑拉分 盆地

断陷裂谷 型盆地 盆地

南海北部大陆边缘新生代沉积盆地类型及地质属性

具有巨厚海相坳陷沉积、异常高 温高压地层系统、泥底辟热流体 活动频繁、天然气及CO2丰富, 且生烃成藏时间晚,主要富集于 中新统或上新统以上地层。

浅层天然气 富集区带

基 底 基 底
剖面位置:莺歌海盆地 东南部沉降沉积最深处

基 底

海 相 坳 陷 沉 积
中央泥底辟带

基 底

莺西斜坡带

古近系 断陷沉积

莺东斜坡带

莺歌海走滑拉分盆地结构及巨厚海相坳陷沉积与底辟发育特征

SE

海相坳陷沉积

陆相断陷裂谷沉积

(79PR1050+87D-106测线)

琼东南断陷裂谷盆地断坳双层结构及沉积充填特征

E3

珠江口东部断陷裂谷盆地断坳双层结构及沉积充填特征

烃源岩

烃源岩

珠江口西部断陷裂谷型盆地含油气系统及运聚成藏模式

主题内容
1 南海北部区域地质背景 2 南海北部非烃气主要成因类型 3 南海北部非烃气运聚富集规律 4 南海北部非烃气资源潜力 5 南海北部非烃气多重性与资源化利用

根据非烃气——CO2碳同位素特征及伴生稀 有气体氦同位素特点,采用国内外通用划分标准, 南海北部边缘盆地CO2成因类型可划分为3型4 类:
①壳源型岩石化学成因CO2 (莺歌海盆地泥底辟带浅层
及中深层;R/Ra<1,δ13CCO2>-8‰);

②壳源型有机成因CO2 (莺歌海盆地泥底辟带浅层及中
深层;R/Ra<1,δ13CCO2<-14‰);

③壳幔混合型成因CO2 (莺歌海盆地泥底辟带浅层及中
深层;R/Ra=1~2,δ13CCO2>-6‰);

④火山幔源型成因CO2 (琼东南东部及珠江口盆地;
R/Ra>2,δ13CCO >-8‰);

南海北部 CO2气藏及高含 CO2油气藏中 CO2成因类型判识与划分
地区/ 盆地 气田/ 产层 深 度 天然气 代表井 (m) 构造 层位 CO2 N2 DF1-1/ DF1-1/2,3 1331-1362 64.70 5.82 Ⅲ、Ⅳ Ny2 DF1-1S/ DF1-1S/2,3 1493-1661 80.13 6.21 组 成(%) 碳(PDB‰)、氦同位素 CO2 CH4 C2+ CO2 CH4 R/Ra 成因类 27.97 1.52 -3.80 -31.90 13.30 0.47 -3.59 -32.20 2.13 0.38 -0.65 -30.08 -2.00 -32.10 -4.15 -3.47 -4.18 -0.56 7.90 -2.47 -3.65 -6.90 -4.49 -4.09 -3.66 -4.53 -4.30 -3.60 -4.00 -3.84 -3.92 -34.54 -32.04 -36.08 -26.92 -32.10 -34.33 -31.32 -39.30 -42.30 -40.00 -39.93 -41.88 -50.80 -43.19 -38.00 -37.26 -41.35 0.07 0.17 0.03 0.14 0.26 0.31 0.04 0.26 0.99 1.56 6.25 5.15 4.11 3.67 3.06 2.81 壳源 岩石 化学型

Ⅱ、Ⅲ DF1-1中 DF1-1-11 Nh1 2785-2799 49.52 5.24 43.11 DF29-1/ DF29-1-1 Ny2 1832-1842 88.91 5.45 5.26 莺歌海 Ⅳ、Ⅴ

盆地

LD15-1 LD20-1 LD21-1 LD22-1S LD28-1

琼东南 盆地东 珠江口 盆地 西部 珠江口 盆地 东部

LD15-1-1 2200-2225 75.17 4.17 18.70 1.99 1471-1490 36.57 2.80 57.56 3.09 LD20-1-1 LD21-1-1 Ny1 1553-1566 83.97 6.63 8.71 0.69 LD22-1-1 1486-1510 80.42 5.29 13.44 0.85 LD28-1-1 1655-1690 88.10 3.50 7.10 1.30 LD8-1-3 342-352 78.90 2.27 17.34 1.49 LD8-1 Ny1 LD8-1-1 1723-1737 71.20 4.21 22.73 2.02 BD19-2 BD19-2-2 5100.0 81.56 1.52 16.06 0.00 Els BD15-3 BD15-3-1 2254.0 98.32 0.28 1.32 0.00 1088-1096 76.98 4.81 12.46 5.76 WC15-1 WC15-1-1 N1zj1 1250-1257 85.76 2.13 14.24 5.10 WC14-3 WC14-3-1 E3zh1 2285-2308 38.87 1.31 43.62 16.20 WC19-1 WC19-1-6 N1zj1 1009-1018 79.00 6.20 12.00 2.80 HZ18-1 HZ18-1-1 E3np3127-3135.5 93.56 5.25 0.61 0.16 HZ22-1 HZ22-1-1 Nzj 2431-2452.5 99.53 0.06 0.20 0.13 Nzj 2943.0 73.73 7.72 9.08 0.99 PY28-2 PY28-2-1 E3zh 3301.0 82.70 9.02 5.68 0.90

壳幔 混合型

火山 幔源型

10
◆ 中国东部松辽、济 阳、苏北、三水盆地 ●莺歌海盆地东方区 ●莺歌海盆地乐东区 ■琼东南盆地东部 ■琼东南盆地西部 ▲珠江口盆地西部

幔源区 壳幔过渡区 壳源区

火山幔源型 CO2 壳幔混合型 CO2

1

R/Ra
0.1

壳源型有机 CO2
0.01 -30.0 -20.0 -10.0

壳源型 (岩化成因 ) 无机 CO2

中国东部及南海北部边缘盆地CO2成因分类 的R/Ra~δ13CCO2图版

δ CCO2(‰)

13

0.0

10.0

主题内容
1 南海北部区域地质背景 2 南海北部非烃气成因类型 3 南海北部非烃气运聚富集规律 4 南海北部非烃气资源潜力 5南海北部非烃气多重性与资源化利用

① CO2区域分布规律
幔● ● 源 型 CO 区 2

● ● ●幔

珠江口盆地 火山幔源型 CO2富集区

壳 源 型 CO 2 区

型 CO ● ● 区 2



琼东南盆地 火山幔源型 CO2富集区

南海北部大陆架边缘盆地CO2区域分布特征

②局部分布规律:Ⅰ 壳源型CO2富集于泥底辟带
LT1-1


DF1-1

LT9-1

海南岛

Ⅰ 号


DF29-1

海 泥
LD8-1 LD15-1

断 底 层
YA13-1 LD30-1

LD14-1

LD22-1


LD21-1 LD21-

CO2 >60% CO2 35%-60% CH4 >60%

LD20-1


LD28-1

莺歌 海 盆地 壳源 型 及 壳幔 混合 型 CO2 分布 规律

CO2(%)
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 深 度 (m) 2400 2700 3000 3300 3600 3900 4200 4500 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1100m

2380m

●东方区 ▲乐东区

莺歌海盆地泥底辟带浅层壳源型 CO2纵向分布特征

莺歌海盆地泥底辟带壳源型CO2分块分带分层运聚特征

Ⅱ 火山幔源CO2富集于深大断裂附近及火山活动区
火 山 幔 源 型
CO2 F.琼东南盆地东部宝岛15-3构造CO2 气藏形成模式

火山慢源 型CO2

CO2 BD19-2 构造

E.琼东南盆地东部宝岛19-2构造CO2 气藏形成模式

火 山 幔 源 型
G.珠江口盆地西部CO2气藏形成模式 H.珠江口盆地东部CO2气藏形成模式

0 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000 4200 4400 4600 4800 5000 5200 5400

10

20

30

CO2(%) 40 50 60

70

80

90

100

BD15-3-1 幔源型CO2

崖南 区壳 源型 CO2

深 度 (m)

BD19-2-2 幔源型CO2

南海北部琼东南盆地天然气藏中壳源型/ 慢源型CO2纵向分布特点

主题内容
1 南海北部区域地质背景 2 南海北部非烃气成因类型 3 南海北部非烃气运聚富集规律 4 南海北部非烃气资源潜力 5南海北部非烃气多重性与资源化利用

15%

CO2地质储量 (3000亿立方米)

南海北部 二氧化碳 资源量及 储量居我 国首位

85%

CO2资源量 (20000亿立方米)

南海莺-琼盆地CO2地质储量与资源量预测

南海北部部分气田及含气构造CO2地质储量统计表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

气田及 含气构造
东方 1-1浅层 东方 1-1S 东方 1-1N 东方 29-1 乐东 8-1 乐东 15-1 乐东 20-1 乐东 21-1 乐东 22-1 乐东 28-1 东方 1-1 浅中层 DST3 宝岛 19-2S 宝岛 15-3A 合计

含气面积 km2
287.7 51.6 18.7 120.0 210.8 36.5 51.0 47.8 165.8 33.1 199.0 85.9 10.1

地质储量(10 8 m 3 ) 混合气 CO2
996.8 423.8 18.8 965.0 533.0 178.8 51.6 70.0 431.0 51.6 426.0 501.5 302.5 4750.40 225.0 356.7 6.3 828.2 456.7 60.8 23.8 49.0 26.2 36.1 213.0 501.5 272.3 3036.30

CO2 成因类型

壳源型 岩石化学 成因

火山 幔源型成因

※地质储量为探明+控制+预测

主题内容
1 南海北部区域地质背景 2 南海北部非烃气成因类型 3 南海北部非烃气运聚富集规律 4 南海北部非烃气资源潜力 5南海北部非烃气多重性与资源化利用

非烃气——CO2自然界分布及多重性特征
●CO2分布的不均匀性

水圈CO2 60万亿吨

大气圈CO2 2.3-2.4万亿吨

地壳沉积层CO2 2198万亿吨

上地幔CO2 210000万亿吨

地壳沉积层和上 地幔CO2丰富

CO2资 源 在 地 球 各 圈 层 中 分 布 特 征

● CO2具有明显的多重性

CO2是天然气中常见的非烃气组分,但 其具明显的多重性,人类在认识和改造自 然的过程中,必须充分利用CO2资源的有 利方面,并将其广泛应用于地球科学研 究、工农业生产、化工化肥、石油开发 及食品饮料工业等领域;

● CO2多重性主要表现在以下方面:

① 以勘探烃类天然气为目的之海上高技术、
高成本及高风险的勘探开发过程中, CO2非烃 气的存在无疑将降低天然气的经济价值,并给 海洋天然气开发开采工程带来诸多不利因素;

② 一旦CO2富集到一定的程度(含量高达70%
以上),则可成为珍贵的非烃气资源,而被广泛 地应用于石油开采、工业、农业、化工、气 象、环保、医疗及食品饮料等领域;

CO2在国民经济及工农业生产中应用广泛
CO2是天然气中常见的非烃气资源,在国民 经济许多领域及工农业生产上均有广泛的应用, 科学研究上亦有重要的研究价值,据不完全统计, 迄今CO2成熟的应用项目已达43项(其中化工方 面37项),潜在的应用项目则更多,故其综合利用 与市场开发应用前景非常广阔。 目前CO2综合 开发利用主要集中于以下几个方面:

生产碳酸 系列饮料

制备液体 及固体CO2 可降解塑料 生产化肥 生产各类 化工产品 金属加工 与钢铁工业 医药卫生 与食品加工

用于医药工业 、玻璃制造中的防裂剂 饮料添加剂、食品保鲜剂、冷冻、防腐 剂、烟丝膨胀技术、汽车空调制冷剂等 环保快餐盒、饮料瓶、农用薄膜等 生产尿素及铵肥等各类碳肥 碳酸二甲酯、甲醇、合成双氰胺、 硼砂、纯碱、碳酸丙烯酯、碳酸乙二 醇酯、合成碳胺、蛋白、人造纤维等 弧光焊接及金属热处理,炼钢中 可取代昂贵的氩气在转炉顶底复吹 制作灭菌剂及反应剂,制造 药品以及食品与花卉的储存 利用 CO2地质信息 进行地球科学研究

CO2

石油开发开采

监测CO2浓度 进行环境研究

CO2在国民经济及工农业生产中的综合应用

国内外市场上CO2综合利用现状 国内CO2生产与综合利用简况:
我国CO2综合利用率总体上非常低。 20 世纪 70-80 年代 , 每年最多能产销 3-5 万吨 CO2 。 20世纪90年代初,CO2生产与消费增长到20万 吨/年以上,且多集中在食品保鲜和贮存领域。 目前国内 CO2 生产能力约 80 万吨 / 年 , 年消费 量约70多万吨,生产与消费利用基本持平。

国外CO2生产和综合利用概况:
●美国CO2总生产能力约800万吨/年,年综合 利用与消费总量约485万吨; ● 日本 CO2 的年产量约为 125 万吨 。年综合 利用消费总量116万吨; ● 西欧 CO2综合利用与消费总量约 160万吨/ 年。

③ CO2的地质地化信息可用于地球科学研 究,尤其是分析了解和研究地球深部构造 运动及其发展演化与地球动力学过程; ④ CO2属酸性氧化物对金属物质有一定的 腐蚀作用,海上及陆地油气集输设施与处 理装置系统均须考虑其防腐问题; ⑤ CO2在大气环境中排放量过多,则会严 重破坏生态平衡产生温室效应,导致气温升 高以及产生酸雨等环境恶化问题,因此必须 采取有效措施严格控制人为产生大量CO2 的排放问题。

人 为 增 加 量

人 为 增 加 量

自然界中CO2的循环平衡以及人类活动对CO2 循环平衡的破坏与生态环境的影响

综合开发与资源化利用的难题

● 南海北部CO2资源丰富,但面临如何

南海北部CO2资源丰富,迄今油气勘探表明, 其CO2资源量逾2万亿立方米,地质储量超过3千 亿立方米, CO2资源居国内首位,因此,如何综 合开发利用这种巨大的非烃气资源, 促进国家 社会经济全面、协调、可持续发展,是该区油 气勘探开发目前所面临的重大科技攻关课题,急 需国家组织跨部门多学科全方位的联合科技攻 关!

从东海盆 地、珠江 口盆地到 琼东南盆 地和莺歌 海盆地油 气勘探中 已发现16 个CO2气 藏及含 CO2油气 藏。
莺歌海盆地5个 壳源型CO2气藏

1- 石 门 潭 ; 2- 温 州 131 ; 3- 丽 水 36-1 ; 4- 惠 州 18-1 ; 5惠 州 22-1 ; 6- 番 禺 282 ; 7- 宝 岛 19-2 ; 8宝 岛 153 ; 9- 文 昌 15-1 ; 10-

3个火山幔源 型CO2气藏

珠江口盆地西部 3个火山幔源型 CO2气藏

文 昌 191 ; 11- 文 昌 14-3 12乐 东 15-1 ; 13- 乐 东 211 ; 14- 乐 东 8-1 ; 15- 东 方 1-1 ; 16东方29-1

珠江口盆地东部 3个火山幔源型 CO2气藏 琼东南盆地东部 2个火山幔源型 CO2气藏

主题内容
1 南海北部区域地质背景 2 南海北部CO2成因类型 3 南海北部CO2运聚富集规律 4 南海北部CO2资源潜力 5 南海北部CO2多重性与资源化利用

二氧化碳资源化利用思路及措施
① 落实与评价CO2资源规模及总资源量和 地质储量(摸清家底及资源基础)
确定与落实评价南海北部CO2资源规模和地质 储量,是CO2资源综合开发与资源化利用的一项最基 础的研究工作,亦是制定和选择及设计规划未来CO2 资源综合开发与资源化利用方案的地质基础和基本 的资源依据。因此, 精细落实CO2资源的地质储量是 综合开发利用CO2首当其冲的主要研究任务,亦是综 合开发利用CO2资源.优选经济有效的综合开发利用 CO2的最佳项目最基础的研究工作,其亦是国家立项 进行经济评价的基础和依据。

② 根据市场需要及经济可行性优选CO2资源化 利用的最佳项目
根据国家重大需求,深入开展CO2资源综合利用 与市场开发应用的系统调研与经济评价及可行性研究, 优选经济可行适应国家社会经济发展及市场重大需求 的最佳CO2综合开发利用项目。(中海油通过市场调 研及可行性经济评价与研究,目前已在海南省东方市 化工城建成了利用东方1-1气田开发生产的CO2天然气 生产可降解环保型塑料的综合开发利用CO2项目,年生 产CO2可降解环保型塑料三千吨,目前正向更大规模 化、产业化进军和发展,以获取最佳之经济效益)

③开展海上油田充注 CO2 提高原油采收率的 可行性研究与试验(大规模利用CO2的重要措施)
CO2作为油田开发晚期剩余油的有效驱替剂和 强化采油剂,在油田二次或三次采油开发过程中,尤 其是低渗透油气田开发及难开采的特殊油气田,均 可有效地提高原油采收率,故已广泛应用于油气田开 发。在海上油气田开发过程中,由于海上采油平台注 采系统及处理设施装备比较复杂,而且尚须考虑CO2 的防腐问题,故对海上油田注CO2提高原油采收率项 目尚须进行更为系统的可行性经济评价研究,并在海 上油田的采油平台上进行注CO2提高原油采收率的 可行性试验,方可最终实施。

④ 开展CO2制备各类化工产品及化工原料的 经济可行性研究
通过对 CO2 生产制备各种各类化工产品及化 工原料 ( 如干冰、液态 CO2 、 碳酸二甲酯、碳酸丙 烯酯、二甲醚、聚碳酸亚乙酯及可降解型聚氨酯泡 沫等) 的系统调研,对迄今所有利用CO2生产的各种 类型的化工产品及化工原料 , 进行工业化、产业化 生产的经济可行性研究与经济效益评价以及市场需 求调查和预测 , 优选和拓宽多种 CO2 综合开发利用 的渠道与途径 , 选择既能产生规模经济效益又能大 规模利用CO2的最佳项目,进行系统的经济评价与工 业化试生产。

⑤ 开展海上油气田CO2综合开发利用配套 系统设施总体规划方案研究
海上油气田CO2综合开发利用配套系统设 施是一项复杂的系统工程。欲在海上油田实施 充注CO2提高原油采收率措施,必须提前规划设 计好最佳的海上油气田CO2综合开发利用配套系 统设施及输注CO2气的工艺流程。因此,必须尽 快开展海上油田注CO2提高采收率及CO2气田综 合开发利用系统配套设施及总体开发规划方案 设计之综合研究与可行性经济评价。

⑥ 充分利用科研院校技术及信息优势与 企业资源优势之整合互惠双赢
充分利用和发挥科研院校的研究力量、技术 优势及情报信息优势并与石油企业资源优势紧密结 合和有效配置,实现合作多方技术及信息优势与资 源优势的整合共享,促进合作多方的互惠多赢,齐心 协力共同攻克“CO2综合开发与资源化利用”的各种 技术难关。因此,建议尽快组建企业与科研院校跨 部门跨专业多学科的“南海CO2综合开发与资源化 利用联合科技攻关”项目组,全面系统地开展CO2资 源综合开发利用项目的可行性研究, 攻克CO2综合 开发与资源化利用的各种技术难题。

⑦“二氧化碳减排”应采取积极的防治措施, 封存和储存不是最佳途径和方法。
无论是采取措施捕集工业化生产和人们生活过 程中排出的CO2,还是地下天然CO2气藏产出的 CO2,均应采取积极的防治态度,首先应考虑CO2 综合开发与资源化利用问题,不宜采取消极的防治 措施,仅将其作为“废物”封存和储存(封存仍然存 在一系列物理化学及生态平衡等问题),而更重要 的是应采取积极有效措施(微生物固碳、植被吸 碳、成岩作用固碳、注碳驱油及综合利用),充分 利用CO2资源的特殊性,使之“变废为宝”,为自然 与人类进步及社会经济全面、协调、可持续发展作 出贡献!

我国利用植物光合作用吸碳主要分布区(植物碳汇

结语
南海北部边缘盆地非烃气——CO2资源丰富,其资源 量及地质储量居全国之首,但勘探与综合开发及资源化利 用程度非常低。对于CO2资源潜力评价,有利CO2富集区 带预测与资源规模及地质储量的落实等,均属勘探与研究 的薄弱环节,应该引起有关方面的高度重视!今后国家应 加大CO2综合开发及资源化利用的力度, 深入开展CO2资 源综合开发利用的系统研究与攻关。因此,建议设立 CO2资源化利用国家科技攻关项目,组织跨部门多专业 全方位的联合科技攻关。对CO2减排应采取积极防治措 施,充分有效地利用CO2资源,促进人类及自然与社会经 济的全面、协调、可持续发展!


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