纳米油气与常规油气的特征比较表 比较内容 常规油气 纳米油气
储集空间尺度
赋存状态 流动状态
毫米、微米级为主
游离为主 管流、渗流
纳米级
吸附为主，部分溶 解 滞留
流动规律
作用力 定律
静水力学，渗流力学
水动力，浮力 浮力力学，达西定律
扩散
分子力（粘滞）力 费克定律
纳米效应
无
有
纳米油气与常规油气特征的巨大差异，必然导致非常规油气与常规油气特征的巨大不同
地质学学科前沿课--2017课件
纳米石油地质学
—指导未来油气勘探开发的基础理论
罗
群
中国石油大学（北京）非常规天然气研究院
2017年11月9日
汇报提纲
1 问题的提出 2 纳米石油地质学的概念与研究内容
3 纳米石油地质学提出的背景和条件
4 纳米石油地质学的意义与展望
1
问题的提出
（1）石油产量峰值的变化
自从1859年美国第一口油井诞生以来，近代世界石油工业走过了150年 的历程，伴随着一个又一个石油地质理论的诞生和创新，掀起了一个又一个 的油气发现的高潮。使得预言家们预测的世界油气产量的峰值不断后延。
背斜理论 圈闭理论 隐蔽油气藏理论 非常规油气聚集理论
经典石油地质学
2000 1972
经典石油地质学？？？
我国----致密储层孔喉绝大多数位于纳米级别
杨华，李士祥等（2013）在鄂尔多斯盆地长６和长７段致密储层的纳米孔隙中发现石油。
鄂尔多斯盆地延长组不同储集层微观孔隙结构特征
结论：非常规油气的主体是纳米油气，纳米油气也是整个油气资源的主体
中国石油大学（北京）非常规天然气研究院
（5）非常规油气主体是纳米油气
Sichuan Jurassic Tight Oil
致密储层纳米孔隙（邹才能等2010）
非常规油气储层储集流动空间绝大多数处于纳米级。
非常规储层
致密 灰岩
致密 砂岩
泥岩 页岩
纳米级
微米级
全球典型非常规油气储层纳米孔喉直径（nm）分布（邹才能,朱如凯,吴松涛，2012）
各类致密储层纳米级孔喉分布范围。 页岩气储层：5~200nm
中国石油大学（北京）非常规天然气研究院
中国石油大学（北京）非常规天然气研究院
原油在鄂尔多斯盆地延长组长 6 段致密砂岩微观孔喉中呈现不同赋存状 态和特征（图 8）：①原油以薄膜状涂抹在颗粒表面（图 8a）；②原油 以发散丝状发育于颗粒间微孔内，相互黏连分布（图 8b）；③原油黏 结于裂缝两壁，相互连接，呈黏连状分布（图 8c）
经典石油地质学是否遵循非常规油气规律？？？ -----什么是非常规油气，有什么不同
（5）非常规油气主体是纳米油气
非常规油气（藏）是指用目前常规的理论难以指导发现、常规技术难以开 发的油气资源，它们赋存于地下极其致密的储层中。邹才能等（2011、2012） 通过纳米-CT、高分辨率发射电子显微镜等纳米技术，发现页岩气主要赋存于 20-500nm的页岩层纳米孔隙中，致密油主要赋存于50-900nm的致密岩孔隙中， 统计发现储层中纳米级孔隙占到总孔隙的85%，不久，他们又在纳米孔隙中发 现了石油。并将赋存于纳米孔隙中油气----纳米油气，由此可知，占据绝对比例 的非常规油气资源主要由纳米油气组成，它们赋存于致密储层的纳米级孔隙系 统之中。
北美的非常规油气异军突 起，打破油气格局，建立 新的平衡 中东、西伯利亚 等长期占据常规 油气富集中心
西半球
东半球
（3）非常规油气是未来油气勘探开发的主要领域
研究越来越清楚地表明，以页岩油、页岩气、致密油、致密气和煤层气等 为代表的非常规油气资源，具有巨大的勘探潜力，常规油气资源只是油气资源 “冰山的一角”。随着理论、技术和市场的不断发展，非常规油气资源将成为 未来油气勘探开发的主要领域，这是不言而喻的。
（5）非常规油气主体是纳米油气
中国石油大学（北京）非常规天然气研究院
常规 油气
非纳米油气
常规油气
非纳米油气
纳米油气 非常规油气 纳米 油气
非常规油气
现在的比例
将来的比例
结论：非常规油气的主体是纳米油气，纳米油气也是整个油气资源的主体
中国石油大学（北京）非常规天然气研究院
（6）纳米油气可能存在神秘纳米效应—与常规油气的重要区别之一
（7）非常规油气与常规油气的特征存在巨大差异
常规油气与常规油气的特征比较表
比较内容
储层类型 赋存状态 成藏要素 运移距离 分布状态
常规油气
非致密储层 游离为主 生、储、盖及其组合 中、长距离 局部（单体或群体） 分布
非常规油气（纳米油气主体）
致密储层（包括页岩） 吸附为主，部分游离和溶解 源、储及其空间匹配关系 短距离或原地滞留 大面积连续分布
纳米石油地质学的研究思路如图。
纳米科技理念
石油地质学原理
纳米技术手段
典型实例剖析
理论分析研究
物理模拟试验
样品高精度分析测试
源储组合关系 及其共生机制
纳米孔隙结构与纳 米孔喉网络体系
纳米有机质 （干酪根） 成烃演化
纳米油气滞留、 运移、聚集、散 失机理
纳米油气的 赋存与分布 规律
纳米油气的形成，产出状态与分布模式
的，其分布规律是什么？换句话说，在纳米尺度空间里，纳米油气的生、
留、聚（富）、散和分布的机理和规律是什么，主要控制因素又是什么？
即纳米尺度下石油地质学要解决的科学问题。
可以预见，伴随着这些科学问题的逐渐解决和非常规油气勘探开发的 不断发展，必将诞生一门新的学科——纳米石油地质学。
2 纳米石油地质学的概念、研究思路与研究内容
传统石油地质学
×
纳米科技
=
传统 石油 地质 学
纳米 石油 地质 学
纳米 科技
和传统石油地质学不同，纳米石油地质学研究的是纳米油气在地壳中的形成过程、 产出状态和分布规律，其理论来自于纳米油气在特定的纳米空间中特殊的运动规律 的总结，又将具体指导非常规油气的勘探开发。
“纳米石油地质学”的发表受到业界肯定，在业界产生影响（中国石化报， 中国石油海外勘探开发公司网站、中国科技期刊数据库等媒体）
常规油 气 —冰 山一角
毫米、微米储集 空间，浮力为主。 生储盖组合，圈 闭…….经典石油 地质学规律 纳米储集空间为 主，浮力几乎不 起作用。源储一 体或源储共生， 甜点…….油地质 学经典石？？？
邹才能，2012
非常规油 气—冰山 主体
非常规油气是常规油气资源的4-8倍甚至更多
（4）常规油气藏遵循的规律----经典石油地质学
（6）纳米油气的神秘纳米效应
例如，一块不大的页岩（300克重），放在水中能连续密集不停地大量冒气达 数天，2个月以后还有气泡冒出，这是用传统的石油地质理论知识难以解释的。 显然，传统的石油地质学不能解释非常规油气的成因、特征与规律，不适用 于非常规油气资源的勘探开发。
页岩在水中大量冒气照片
（7）纳米油气与常规油气的特征存在巨大差异
2020
2000年
2008年
不同时期预测石油峰值的变化
（2）油气产地世界格局的变化
进入新世界以来，包括我国在内的世界石油工业出现新的变化，勘探 难度越来越大，勘探风险越来越高，这是因为经过一个半世纪的勘探，容 易发现的常规油气藏已经找到差不多了。 然而，以美国为代表的北美一些国家，却在页岩气、页岩油、致密油、 致密气、煤层气等非常规的油气藏勘探取得重大突破，改变了世界油气分 布的格局。
现代科技研究表明，处于纳米级尺度的物体与其在常规尺度（毫米-微米 级）相比具有截然不同的特性，即所谓的“纳米效应”，如小尺寸效应、表 面效应、量子效应、界面效应等。（1mn=10-9m） 如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电。原来绝缘的二氧化硅、晶 体等，在某一纳米级界限时开始导电。这是由于纳米材料具有颗粒尺寸小、 比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点，以及其特有的三大效 应：表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。从而产生如下一系列新奇 的性质和特征—纳米效应。
“纳米石油地质学”的发表受到业界肯定，在业界产生影响（中国石化报， 中国石油海外勘探开发公司网站、中国科技期刊数据库等媒体）
2.2 纳米石油地质学的研究思路
由于纳米油气在纳米尺度空间（如纳米孔隙结构、纳米孔喉网络体系）
具有独特的特性和效应，使得他们与常规油气在赋存状态、流动方式、聚
集机制和分布规律等方面存在巨大的差异，因而，纳米石油地质学的研究 思路与传统石油地质学的研究思路也有重大的不同。
中国石油大学（北京）非常规天然气研究院
赋存机制研究进展—赋存状态
环扫描电镜-X射线能谱 联机观察油水赋存状态
激光扫描共聚焦显 微镜观察原油产状 重质油 黄色-黄褐
凝块状
膜状
普通油
黄绿-亮黄
浸染状
轻质油
蓝白-蓝绿
油质不同、赋存方式不同
油质不同、荧光颜色不同 Sla研究院
系统控制论
纳米石油地质学理论体系
非常规油气的勘探与开发
纳米石油地质学研究思路
2.3 纳米石油地质学的研究内容与研究方法
2.3.1 纳米石油地质学的研究内容
与传统的石油地质学不同，纳米石油地质学研究内容是纳米油气在 地壳中的形成过程、产出状态和分布规律。具体涉及到纳米油气的生成、 滞留、排出、运移、聚集（富集）、赋存、散失和分布等多个方面。 （1）非常规油气的源储组合关系及其共生机制 源储一体或源储共生是以纳米油气为主体的非常规油气藏的基本地 质特征，也是纳米石油地质学研究的最基础内容。
2.1纳米石油地质学的概念
纳米石油地质学是石油地质学与纳米科技相结合而形成的、在纳米尺 度空间研究油气的生成、滞留、排出、运移、聚（富）集、散失机理和分 布规律的一门交叉学科。由于纳米尺度下纳米油气所表现出的与常规油气 （毫米—微米级尺度空间的油气）截然不同的特性，使得纳米石油地质学 将是一门与传统石油地质完全不同的崭新的学科。