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科學探秘天然氣成因
瀏覽次數 1209 , 日期 2011-04-30 , 燃氣設備 加入收藏
《中國天然氣成因及鑒別》提出煤系烴源巖以成氣為主成油為輔，形成了完善的煤成烴理論；建立了中國無機成因二氧化碳地質理論，發現并證實了世界上第一個無機成因烷烴氣工業氣藏，推動指導天然氣理論由二元論走向多元論；建立了含硫化氫天然氣的形成機制和預測技術，發現TSR對儲層具有明顯的溶蝕改造作用、對原油裂解的發生具有驅動和催化作用等建設性作用。
該項目創造性地發展了各類天然氣的鑒別理論和方法，形成了完善的天然氣成因鑒別理論，使我國天然氣成因鑒別理論處于國際前沿水平，對指導中國天然氣成因判識與氣田的預測和發現發揮了重要作用。
“十二五”剛剛開啟，中國石油科技領域傳來好消息，由中國石油勘探開發研究院中科院院士戴金星率領張水昌、郝芳、李劍、朱光有等完成的“中國天然氣成因及鑒別”重大成果榮獲國家自然科學二等獎(一等獎空缺)。
30年來，《中國天然氣成因及鑒別》研究項目組，圍繞三大科學問題，即煤系能否成為天然氣勘探的主體和無機成因烷烴氣能否形成商業性天然氣藏、原油裂解成氣過程中硫酸鹽熱還原作用（TSR），先后從石油與天然氣地質學、有機地球化學、實驗地球化學等方面，對煤成烴作了連續深入的研究，取得了“三個重要科學發現”，建立了被國際公認的“一套鑒別方法”。
在這三個重要理論和一套鑒別方法的指導下，中國在煤成氣領域、無機成因氣領域和含硫化氫天然氣領域均取得重大勘探突破和發現，中國煤成氣地質儲量較煤成氣理論出現前增長了217倍，煤成氣儲量在全國探明天然氣儲量中占的比例從9%增長到69%。
如果說陸相生油理論的提出，支撐了半個世紀以來中國石油工業的快速發展；那么天然氣成因理論的建立，則成為支撐中國現在和將來天然氣工業發展的重要理論，與陸相生油理論并駕齊驅，推動中國油氣工業快速可持續發展。
煤系能否成為天然氣勘探的主體？
從一元論走向二元成氣論，我國煤成氣理論日趨完善，改變了單一成因的油型氣勘探歷史和勘探方向，為開辟中國天然氣勘探新領域奠定了扎實的理論基礎
天然氣的來源和成因是決定天然氣資源潛力的重大理論問題。長期以來，世界上主體天然氣資源一直以有機的油型烷烴氣為主，直到上世紀40年代，德國人提出煤系（煤與其中泥巖）不僅能形成天然氣，而且可運移出來形成氣田。煤成氣在世界上引起重視。
上世紀80年代之前，我國陸相生油理論占主導地位的觀點是“低等水生生物來源的有機質(腐泥型有機質)生油、高等植物來源的有機質成煤，有工業價值的天然氣主要來源于腐泥型有機質及原油裂解(油型氣)”，煤系可形成瓦斯氣（以甲烷為主），但煤系沒有被作為氣源巖，被視為油氣勘探的禁區。
基于傳統認識，我國指導勘探天然氣理論的是只有腐泥型泥質巖和碳酸鹽巖才是氣源巖，即以油型氣理論指導勘探天然氣（一元論），中國天然氣勘探進展相當緩慢，而且主要限于四川盆地。1978年我國天然氣累計探明儲量為2264億立方米，僅相當于2009年以前累計天然氣儲量的3.5％。
我國煤炭資源十分豐富，煤系有機質生氣機理是什么？煤系能否形成大量天然氣并聚集成藏，成為勘探新領域？上世紀70年代末，戴金星開始研究煤系成烴，特別是80年代初煤成氣的開發研究被國家確立為重點科技攻關以來，針對拓展天然氣勘探領域的關鍵科學問題，揭示出煤成氣理論“在成煤的過程中成烴作用，以氣為主，以油為輔”的本質。80年代中期，戴金星運用煤成氣理論先后預測了5個大氣田，但由于當時地質界對煤成氣認識所限，這些論點在以后的十幾年中才逐漸得以證實。其中，克拉2是現在中國儲量最大、豐度最高的氣藏。煤成氣研究被勘探證實后，豁然開朗。
從一元論走向二元成氣論，我國煤成氣理論日趨完善，改變了單一成因的油型氣勘探歷史和勘探方向，為開辟中國天然氣勘探新領域奠定了扎實的理論基礎。
經典生烴理論建立于正常壓力環境，項目組發現了超壓對煤系有機質熱演化和天然氣生成過程的抑制作用，并系統論證了超壓抑制作用的產生條件、動力學機理及其對天然氣組成的影響，突破了傳統生油氣窗的界限，為深部發現大量天然氣提供了理論依據。在煤成氣理論的指導下，中國天然氣地質儲量近30年來快速增長，對國民經濟的健康發展具有不可替代的作用。
無機成因天然氣能否形成有工業價值的氣藏？
世界上首例具有商業價值的無機成因烷烴氣藏——松遼盆地昌德氣田的存在得到證實，成為無機成因烷烴氣藏勘探的典型范例，將成為全球無機成因油氣勘探的新起點
油氣有機或無機成因理論爭論兩個多世紀，特別是油氣無機成因理論至今仍然是科學研究的熱點之一。
近幾十年來，科學界已肯定存在無機成因的天然氣，并發現一批無機成因二氧化碳氣藏（田）。在油氣能源日益短缺，特別是能源枯竭擔憂日益明顯的今天，是否存在能源和科學上有重大意義的無機成因烷烴氣（田），一直是科學界十分關心的。無機成因天然氣能否形成有工業價值的氣藏，已成為中國乃至全世界關注的焦點。
針對天然氣成因理論的重大國際前沿問題，戴金星率項目組通過對火山期后溫泉、泥火山和大量油氣井的天然氣調查和研究，論證了松遼盆地昌德氣田含量達90%的烷烴氣是無機成因的，成為有充分地球化學依據的世界上第一個無機成因烷烴氣藏。世界上首例具有商業價值的無機成因烷烴氣藏的存在得到證實，成為無機成因烷烴氣藏的勘探的典型范例，將成為全球無機成因油氣勘探的新起點。近3年來，項目組又論證了松遼盆地的興城氣田和升平氣田是無機成因烷烴氣藏。
高含硫化氫天然氣如何高效勘探開發？
通過進一步揭示TSR反應機理，建立了一套識別硫化氫成因機制和分布預測的方法和手段，使高含硫化氫氣藏的安全勘探與生產成為現實；發現了TSR對原油裂解與甲烷的大規模生成具有重要的驅動、催化和促進作用
硫化氫是劇毒氣體，在人們的印象中是要人命的“破壞分子”。但氣藏中的硫化氫是怎樣形成的？與烴類氣體有何關系？如何預測硫化氫的分布？此類研究是實現高含硫化氫天然氣安全勘探開發的關鍵一步。
多數學者認為，高含硫化氫天然氣屬于硫酸鹽熱還原作用（TSR）成因。自上個世紀70年代首次提出TSR以來，多數學者將TSR反應的本質表述為烴類的消耗和非烴類的生成，認為TSR對油藏主要起破壞作用、影響天然氣的工業價值，對TSR一直是負面評價，在油氣勘探中更多的是回避。
因為硫化氫的成因機制及分布預測難度大，含硫化氫天然氣勘探遭遇重大安全難題。從21世紀開始，中國石油對含硫化氫氣田勘探開發進行立項研究。項目組通過研究，不僅進一步揭示了TSR反應機理，建立了一套識別硫化氫成因機制和分布預測的方法和手段，使高含硫化氫氣藏的安全勘探與生產成為現實，而且修正了國際學術界認為的TSR對油氣藏只是一個負面因素的傳統認識，發現了TSR對原油裂解與甲烷的大規模生成具有重要的驅動、催化和促進作用，即在形成硫化氫的同時，也促使原油快速裂解和天然氣的大規模生成。原油裂解成氣的新模型改變了傳統認識，我國深層天然氣的勘探潛力大大提高。
他們還發現，TSR過程對碳酸鹽巖儲層具有的明顯溶蝕改造作用，促進了碳酸鹽巖次生孔洞的發育和高孔高滲優質集層的形成；并在實驗室中證實了這一過程，從而提出碳酸鹽巖深層存在一個由TSR作用形成的次生孔隙發育帶，油氣勘探深度下限會有較大幅度下移的認識，為深層油氣勘探提供了重要依據。
天然氣身份如何鑒定?
對天然氣進行DNA鑒定，是預測天然氣資源量和分布的基礎。論證并研制的一系列判識指標、理論公式和經驗圖版，使中國天然氣的成因鑒別有了一套可行的標準規范和科學依據
天然氣組分與石油相比，分子結構和組成元素均簡單。天然氣組分看不見摸不著、無色無味，對其成因鑒別比石油的難度大得多。如何科學、有效地鑒別不同成因的天然氣，一直是國際難題。
幾十年來，戴金星等通過在我國油氣井、煤礦井下、溫泉、泥火山取得3000多個氣樣，分析組分、碳、氫、硫、氦、氬同位素5萬多個第一手數據；同時開發了從天然氣中提取輕烴檢測和分析技術，從天然氣伴生的凝析油和儲層瀝青提取生物標志物的檢測與分析技術，使天然氣鑒別指標從以往單一以氣相分子擴展到液相（凝析油、輕質油）和固相（儲層瀝青、干酪根），即從與天然氣相關的氣液固三相中提取有關鑒別因子分子，使其從簡單的元素組成和結構擴展到多元素分子和復雜結構，不僅擴大了鑒別指標的信息范圍，而且提高了鑒別精度。
對天然氣進行DNA鑒定，是預測天然氣資源量和分布的基礎。論證并研制的一系列判識指標、理論公式和經驗圖版，使中國天然氣成因鑒別有了可行的標準規范和科學依據。
該項目創造性地發展了各類天然氣的鑒別理論和方法，形成了完善的天然氣成因鑒別理論，使我國天然氣成因鑒別理論處于國際前沿水平，對指導中國天然氣成因判識與氣田的預測和發現發揮了重要作用。
“十二五”剛剛開啟，中國石油科技領域傳來好消息，由中國石油勘探開發研究院中科院院士戴金星率領張水昌、郝芳、李劍、朱光有等完成的“中國天然氣成因及鑒別”重大成果榮獲國家自然科學二等獎(一等獎空缺)。
30年來，《中國天然氣成因及鑒別》研究項目組，圍繞三大科學問題，即煤系能否成為天然氣勘探的主體和無機成因烷烴氣能否形成商業性天然氣藏、原油裂解成氣過程中硫酸鹽熱還原作用（TSR），先后從石油與天然氣地質學、有機地球化學、實驗地球化學等方面，對煤成烴作了連續深入的研究，取得了“三個重要科學發現”，建立了被國際公認的“一套鑒別方法”。
在這三個重要理論和一套鑒別方法的指導下，中國在煤成氣領域、無機成因氣領域和含硫化氫天然氣領域均取得重大勘探突破和發現，中國煤成氣地質儲量較煤成氣理論出現前增長了217倍，煤成氣儲量在全國探明天然氣儲量中占的比例從9%增長到69%。
如果說陸相生油理論的提出，支撐了半個世紀以來中國石油工業的快速發展；那么天然氣成因理論的建立，則成為支撐中國現在和將來天然氣工業發展的重要理論，與陸相生油理論并駕齊驅，推動中國油氣工業快速可持續發展。
煤系能否成為天然氣勘探的主體？
從一元論走向二元成氣論，我國煤成氣理論日趨完善，改變了單一成因的油型氣勘探歷史和勘探方向，為開辟中國天然氣勘探新領域奠定了扎實的理論基礎
天然氣的來源和成因是決定天然氣資源潛力的重大理論問題。長期以來，世界上主體天然氣資源一直以有機的油型烷烴氣為主，直到上世紀40年代，德國人提出煤系（煤與其中泥巖）不僅能形成天然氣，而且可運移出來形成氣田。煤成氣在世界上引起重視。
上世紀80年代之前，我國陸相生油理論占主導地位的觀點是“低等水生生物來源的有機質(腐泥型有機質)生油、高等植物來源的有機質成煤，有工業價值的天然氣主要來源于腐泥型有機質及原油裂解(油型氣)”，煤系可形成瓦斯氣（以甲烷為主），但煤系沒有被作為氣源巖，被視為油氣勘探的禁區。
基于傳統認識，我國指導勘探天然氣理論的是只有腐泥型泥質巖和碳酸鹽巖才是氣源巖，即以油型氣理論指導勘探天然氣（一元論），中國天然氣勘探進展相當緩慢，而且主要限于四川盆地。1978年我國天然氣累計探明儲量為2264億立方米，僅相當于2009年以前累計天然氣儲量的3.5％。
我國煤炭資源十分豐富，煤系有機質生氣機理是什么？煤系能否形成大量天然氣并聚集成藏，成為勘探新領域？上世紀70年代末，戴金星開始研究煤系成烴，特別是80年代初煤成氣的開發研究被國家確立為重點科技攻關以來，針對拓展天然氣勘探領域的關鍵科學問題，揭示出煤成氣理論“在成煤的過程中成烴作用，以氣為主，以油為輔”的本質。80年代中期，戴金星運用煤成氣理論先后預測了5個大氣田，但由于當時地質界對煤成氣認識所限，這些論點在以后的十幾年中才逐漸得以證實。其中，克拉2是現在中國儲量最大、豐度最高的氣藏。煤成氣研究被勘探證實后，豁然開朗。
從一元論走向二元成氣論，我國煤成氣理論日趨完善，改變了單一成因的油型氣勘探歷史和勘探方向，為開辟中國天然氣勘探新領域奠定了扎實的理論基礎。
經典生烴理論建立于正常壓力環境，項目組發現了超壓對煤系有機質熱演化和天然氣生成過程的抑制作用，并系統論證了超壓抑制作用的產生條件、動力學機理及其對天然氣組成的影響，突破了傳統生油氣窗的界限，為深部發現大量天然氣提供了理論依據。在煤成氣理論的指導下，中國天然氣地質儲量近30年來快速增長，對國民經濟的健康發展具有不可替代的作用。
無機成因天然氣能否形成有工業價值的氣藏？
世界上首例具有商業價值的無機成因烷烴氣藏——松遼盆地昌德氣田的存在得到證實，成為無機成因烷烴氣藏勘探的典型范例，將成為全球無機成因油氣勘探的新起點
油氣有機或無機成因理論爭論兩個多世紀，特別是油氣無機成因理論至今仍然是科學研究的熱點之一。
近幾十年來，科學界已肯定存在無機成因的天然氣，并發現一批無機成因二氧化碳氣藏（田）。在油氣能源日益短缺，特別是能源枯竭擔憂日益明顯的今天，是否存在能源和科學上有重大意義的無機成因烷烴氣（田），一直是科學界十分關心的。無機成因天然氣能否形成有工業價值的氣藏，已成為中國乃至全世界關注的焦點。
針對天然氣成因理論的重大國際前沿問題，戴金星率項目組通過對火山期后溫泉、泥火山和大量油氣井的天然氣調查和研究，論證了松遼盆地昌德氣田含量達90%的烷烴氣是無機成因的，成為有充分地球化學依據的世界上第一個無機成因烷烴氣藏。世界上首例具有商業價值的無機成因烷烴氣藏的存在得到證實，成為無機成因烷烴氣藏的勘探的典型范例，將成為全球無機成因油氣勘探的新起點。近3年來，項目組又論證了松遼盆地的興城氣田和升平氣田是無機成因烷烴氣藏。
高含硫化氫天然氣如何高效勘探開發？
通過進一步揭示TSR反應機理，建立了一套識別硫化氫成因機制和分布預測的方法和手段，使高含硫化氫氣藏的安全勘探與生產成為現實；發現了TSR對原油裂解與甲烷的大規模生成具有重要的驅動、催化和促進作用
硫化氫是劇毒氣體，在人們的印象中是要人命的“破壞分子”。但氣藏中的硫化氫是怎樣形成的？與烴類氣體有何關系？如何預測硫化氫的分布？此類研究是實現高含硫化氫天然氣安全勘探開發的關鍵一步。
多數學者認為，高含硫化氫天然氣屬于硫酸鹽熱還原作用（TSR）成因。自上個世紀70年代首次提出TSR以來，多數學者將TSR反應的本質表述為烴類的消耗和非烴類的生成，認為TSR對油藏主要起破壞作用、影響天然氣的工業價值，對TSR一直是負面評價，在油氣勘探中更多的是回避。
因為硫化氫的成因機制及分布預測難度大，含硫化氫天然氣勘探遭遇重大安全難題。從21世紀開始，中國石油對含硫化氫氣田勘探開發進行立項研究。項目組通過研究，不僅進一步揭示了TSR反應機理，建立了一套識別硫化氫成因機制和分布預測的方法和手段，使高含硫化氫氣藏的安全勘探與生產成為現實，而且修正了國際學術界認為的TSR對油氣藏只是一個負面因素的傳統認識，發現了TSR對原油裂解與甲烷的大規模生成具有重要的驅動、催化和促進作用，即在形成硫化氫的同時，也促使原油快速裂解和天然氣的大規模生成。原油裂解成氣的新模型改變了傳統認識，我國深層天然氣的勘探潛力大大提高。
他們還發現，TSR過程對碳酸鹽巖儲層具有的明顯溶蝕改造作用，促進了碳酸鹽巖次生孔洞的發育和高孔高滲優質集層的形成；并在實驗室中證實了這一過程，從而提出碳酸鹽巖深層存在一個由TSR作用形成的次生孔隙發育帶，油氣勘探深度下限會有較大幅度下移的認識，為深層油氣勘探提供了重要依據。
天然氣身份如何鑒定?
對天然氣進行DNA鑒定，是預測天然氣資源量和分布的基礎。論證并研制的一系列判識指標、理論公式和經驗圖版，使中國天然氣的成因鑒別有了一套可行的標準規范和科學依據
天然氣組分與石油相比，分子結構和組成元素均簡單。天然氣組分看不見摸不著、無色無味，對其成因鑒別比石油的難度大得多。如何科學、有效地鑒別不同成因的天然氣，一直是國際難題。
幾十年來，戴金星等通過在我國油氣井、煤礦井下、溫泉、泥火山取得3000多個氣樣，分析組分、碳、氫、硫、氦、氬同位素5萬多個第一手數據；同時開發了從天然氣中提取輕烴檢測和分析技術，從天然氣伴生的凝析油和儲層瀝青提取生物標志物的檢測與分析技術，使天然氣鑒別指標從以往單一以氣相分子擴展到液相（凝析油、輕質油）和固相（儲層瀝青、干酪根），即從與天然氣相關的氣液固三相中提取有關鑒別因子分子，使其從簡單的元素組成和結構擴展到多元素分子和復雜結構，不僅擴大了鑒別指標的信息范圍，而且提高了鑒別精度。
對天然氣進行DNA鑒定，是預測天然氣資源量和分布的基礎。論證并研制的一系列判識指標、理論公式和經驗圖版，使中國天然氣成因鑒別有了可行的標準規范和科學依據。
