頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)方法與關(guān)鍵參數(shù)

王世謙, 王書(shū)彥, 滿 玲, 董大忠, 王玉滿

(1.中國(guó)石油西南油氣田公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，成都 610051； 2.成都理工大學(xué) 地球物理學(xué)院，成都 610059；3.中國(guó)石油西南油氣田公司 勘探事業(yè)部，成都 610041； 4.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京100083)

頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)方法與關(guān)鍵參數(shù)

王世謙1, 王書(shū)彥2,3, 滿 玲1, 董大忠4, 王玉滿4

(1.中國(guó)石油西南油氣田公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，成都 610051； 2.成都理工大學(xué) 地球物理學(xué)院，成都 610059；3.中國(guó)石油西南油氣田公司 勘探事業(yè)部，成都 610041； 4.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京100083)

頁(yè)巖氣是產(chǎn)自泥頁(yè)巖等細(xì)粒沉積巖層中，并需要通過(guò)水平井鉆探以及多段水力壓裂技術(shù)才能商業(yè)開(kāi)采的一類(lèi)非常規(guī)天然氣。在北美地區(qū)“頁(yè)巖氣革命”取得巨大成功的示范下，以及對(duì)頁(yè)巖氣資源量樂(lè)觀評(píng)估結(jié)果的鼓舞下,國(guó)內(nèi)近年來(lái)掀起了頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)熱潮。然而，北美地區(qū)頁(yè)巖氣取得的成功并非一蹴而就，經(jīng)驗(yàn)之一是通過(guò)20世紀(jì)70年代以來(lái)即已實(shí)施的地質(zhì)研究與工程技術(shù)研發(fā)計(jì)劃，選擇了一批頁(yè)巖氣資源稟賦高的頁(yè)巖氣區(qū)開(kāi)展水平井鉆探與多級(jí)水力加砂壓裂。通過(guò)頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)工作，按照頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)選頁(yè)巖氣資源稟賦較高的有利區(qū)塊以及具有商業(yè)開(kāi)采價(jià)值的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層(即含氣頁(yè)巖)進(jìn)行勘探，這是頁(yè)巖氣開(kāi)采能否取得商業(yè)成功的關(guān)鍵一步。本文論述了頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)的一些具體方法，對(duì)影響頁(yè)巖氣藏規(guī)模和產(chǎn)能大小的關(guān)鍵評(píng)價(jià)參數(shù)及其取值標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了探討，并且對(duì)目前在頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)認(rèn)識(shí)上存在的一些問(wèn)題進(jìn)行了初步討論。分析認(rèn)為，有機(jī)質(zhì)含量是評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣資源稟賦高低的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。北美地區(qū)主要頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)區(qū)的含氣頁(yè)巖TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在2%以上。四川盆地南部龍馬溪組底部伽馬值最高的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層段的TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在3%以上，為整個(gè)龍馬溪組頁(yè)巖層系中頁(yè)巖氣資源稟賦最高的層段，也是目前頁(yè)巖氣勘探的重要目的層段。埋藏淺、有機(jī)質(zhì)高度富集的頁(yè)巖以吸附氣資源為主，而深層、高溫高壓條件下的頁(yè)巖則以游離氣資源占主導(dǎo)地位。頁(yè)巖儲(chǔ)層壓力異常高有利于頁(yè)巖氣的保存與富集。在構(gòu)造條件極為復(fù)雜、油氣保存條件較差的中國(guó)南方地區(qū)開(kāi)展海相頁(yè)巖氣勘探工作，不僅要面臨鉆完井工程技術(shù)上的巨大挑戰(zhàn)，而且更要面臨頁(yè)巖氣資源規(guī)模、水資源、地面管網(wǎng)設(shè)施以及開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)性等諸多方面的挑戰(zhàn)。

頁(yè)巖氣;評(píng)價(jià)方法;評(píng)價(jià)參數(shù);資源稟賦;異常高壓;保存條件;有利區(qū)

根據(jù)美國(guó)能源信息署(EIA)最新公布的數(shù)據(jù)[1]，自21世紀(jì)初美國(guó)開(kāi)始大規(guī)模開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣以來(lái)，其頁(yè)巖氣產(chǎn)量在近10年間突飛猛進(jìn)，2002年頁(yè)巖氣產(chǎn)量剛上百億立方米，2010年則跨入千億立方米，2011年更是突破了2千億立方米；頁(yè)巖氣產(chǎn)量已占天然氣年產(chǎn)量的34%，預(yù)計(jì)在2035年左右頁(yè)巖氣產(chǎn)量將占居美國(guó)天然氣年產(chǎn)量的半壁江山。毋庸置疑，美國(guó)已走上了能源獨(dú)立之路。而且，這場(chǎng)源自北美地區(qū)的“頁(yè)巖氣革命”已席卷全球，擁有頁(yè)巖氣資源的國(guó)家都在試圖復(fù)制美國(guó)的成功。

中國(guó)可能是北美地區(qū)以外受關(guān)注度最高的國(guó)家之一，也被認(rèn)為是勘探頁(yè)巖氣潛力最大的國(guó)家之一，這主要是源于EIA在2011年4月發(fā)布的《世界頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)》報(bào)告[2]。這份報(bào)告認(rèn)為中國(guó)的頁(yè)巖氣技術(shù)可采資源量達(dá)36.08×1012m3，排在世界各國(guó)之首。盡管這一評(píng)價(jià)結(jié)果存在極大的不確定性[3]，但目前已在國(guó)內(nèi)被各界人士廣泛引用，作為促發(fā)國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣開(kāi)采熱潮的一個(gè)重要依據(jù)。國(guó)土資源部在2012年3月公布的中國(guó)陸域頁(yè)巖氣地質(zhì)資源潛力為134.42×1012m3，可采資源潛力為25.08×1012m3(不含青藏區(qū))；并且在將頁(yè)巖氣設(shè)立為獨(dú)立新礦種之后，在其所優(yōu)選的頁(yè)巖氣資源富集有利區(qū)內(nèi)(主要集中在渝東鄂西地區(qū)、黔湘地區(qū))開(kāi)展了2輪頁(yè)巖氣勘探招標(biāo)，由此推動(dòng)了整個(gè)中國(guó)南方海相頁(yè)巖氣勘探工作的全面展開(kāi)。

盡管眾多非油氣公司參與中國(guó)南方海相頁(yè)巖氣開(kāi)采的熱情很高，但據(jù)媒體報(bào)道，迄今為止在招標(biāo)區(qū)塊內(nèi)開(kāi)展實(shí)質(zhì)性工作的卻不多，有的企業(yè)甚至開(kāi)始打退堂鼓。許多公司在油氣勘探方面缺乏必要的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，而且在這些區(qū)塊內(nèi)未開(kāi)展頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)工作就盲目開(kāi)采頁(yè)巖氣，可能隱藏著巨大的投資風(fēng)險(xiǎn)。只有通過(guò)頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)，優(yōu)選出有利的勘探區(qū)和具有經(jīng)濟(jì)開(kāi)采價(jià)值的目的層，才能最大限度地減少勘探上可能面臨的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。本文試圖通過(guò)近幾年在四川盆地開(kāi)展的頁(yè)巖氣勘探評(píng)價(jià)工作，并結(jié)合與一些國(guó)外公司在頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)方面交流的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)中的一些關(guān)鍵地質(zhì)參數(shù)及其取值標(biāo)準(zhǔn)，為中國(guó)南方海相頁(yè)巖氣的勘探與開(kāi)發(fā)提供借鑒。

1 頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)方法

目前，國(guó)內(nèi)廣泛采用的頁(yè)巖氣定義(例如，財(cái)政部2012年出臺(tái)的“頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)利用補(bǔ)貼政策”中采用的頁(yè)巖氣界定標(biāo)準(zhǔn)及補(bǔ)貼條件)似乎過(guò)于復(fù)雜而概念模糊不清[4]。本文所稱的“頁(yè)巖”是一個(gè)廣義的“頁(yè)巖”概念，泛指顆粒直徑<63 μm且質(zhì)量分?jǐn)?shù)>50%的所有細(xì)粒沉積巖，其中包括泥巖、頁(yè)巖、黏土巖、粉砂巖等眾多低能量環(huán)境中沉積的碎屑巖類(lèi)[5]。按照石油工程師協(xié)會(huì)(SPE)等多家機(jī)構(gòu)對(duì)非常規(guī)油氣資源的定義[6]，與常規(guī)油氣資源相比，非常規(guī)油氣資源的商業(yè)開(kāi)采需要采用特殊的技術(shù)(如水平井與壓裂技術(shù))。因此，本文認(rèn)為對(duì)“頁(yè)巖氣”的科學(xué)界定也應(yīng)該考慮地質(zhì)與工程2個(gè)方面，即“頁(yè)巖氣”系指產(chǎn)自細(xì)粒沉積巖層中，并需要通過(guò)水平井鉆探以及多段水力壓裂技術(shù)才能規(guī)?；?jīng)濟(jì)開(kāi)采的一類(lèi)天然氣。

一個(gè)完整的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)程序主要包括勘探、評(píng)價(jià)、先導(dǎo)試驗(yàn)和商業(yè)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)等4個(gè)階段。在決策進(jìn)入鉆井勘探階段之前的頁(yè)巖氣選區(qū)地質(zhì)評(píng)價(jià)階段，需要搞清頁(yè)巖氣含氣系統(tǒng)是否普遍存在，以及頁(yè)巖氣資源勘探的潛力與規(guī)模有多大等關(guān)鍵問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)選區(qū)、選層評(píng)價(jià)工作，圈定有利區(qū)以及具有商業(yè)開(kāi)采價(jià)值的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層開(kāi)展鉆探和壓裂工作，以證實(shí)頁(yè)巖層經(jīng)壓裂是否可以工業(yè)化產(chǎn)出。

頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)是指在頁(yè)巖層系發(fā)育區(qū)通過(guò)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、鉆探取樣分析、頁(yè)巖氣成藏地質(zhì)條件與資源潛力評(píng)價(jià)，優(yōu)選出頁(yè)巖氣勘探目的層與目標(biāo)區(qū)，并確定頁(yè)巖氣先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)實(shí)施鉆探評(píng)價(jià)的整個(gè)過(guò)程。在頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)的選擇方法與標(biāo)準(zhǔn)上，不同的學(xué)者或者不同的油氣公司盡管都不完全相同，但是所考慮的選區(qū)地質(zhì)評(píng)價(jià)基本條件是大體一致的，主要涉及以下幾個(gè)方面的評(píng)價(jià)內(nèi)容。

1.1 頁(yè)巖層系的區(qū)域地質(zhì)特征評(píng)價(jià)

通過(guò)頁(yè)巖層系發(fā)育區(qū)的區(qū)域調(diào)查工作，以及早期鉆井、錄井、測(cè)井等資料，開(kāi)展區(qū)域地層、構(gòu)造、沉積、烴源巖等方面的區(qū)域地質(zhì)特征研究，以了解頁(yè)巖層系的沉積環(huán)境、埋藏深度、烴源巖以及區(qū)域斷層、構(gòu)造分布等特征，其中重點(diǎn)是了解頁(yè)巖層系(特別是富有機(jī)質(zhì)的黑色頁(yè)巖層系)的區(qū)域沉積分布與烴源巖地球化學(xué)(有機(jī)質(zhì)含量、類(lèi)型與成熟度)特征，由此可以在一個(gè)頁(yè)巖氣勘探評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)初步選定出具有頁(yè)巖氣勘探潛力的頁(yè)巖層段。

在區(qū)域地質(zhì)特征的研究中，還有一個(gè)值得關(guān)注的頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)內(nèi)容，即區(qū)域斷裂構(gòu)造可能引發(fā)的油氣保存條件問(wèn)題，尤其在中國(guó)南方海相頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)中顯得特別重要。根據(jù)油氣成藏地質(zhì)理論，常規(guī)油氣勘探尋找的是自烴源巖中運(yùn)移出去的油氣，而頁(yè)巖氣等“資源型”油氣勘探(resource play)的對(duì)象則是未經(jīng)運(yùn)移而殘留下來(lái)的油氣(圖1)。由于運(yùn)移通道暢通或疏導(dǎo)條件有利而運(yùn)移出去的油氣越多，則殘留下來(lái)的油氣就越少，勘探的潛力自然就會(huì)降低。反之，若泥頁(yè)巖中生成的大量油氣基本都能保存下來(lái)而未發(fā)生運(yùn)移或散失，其頁(yè)巖氣勘探潛力自然就大。近年來(lái)頁(yè)巖氣年產(chǎn)量已超過(guò)著名的Barnett頁(yè)巖而躍居美國(guó)第一的Haynesville頁(yè)巖，據(jù)研究認(rèn)為就未曾發(fā)生過(guò)油氣的大規(guī)模運(yùn)移而現(xiàn)今顯示出明顯的超壓特征(與殼牌專(zhuān)家Alan Rolph交流，2010)。因此，在斷裂構(gòu)造極為復(fù)雜的中國(guó)南方地區(qū)開(kāi)展海相頁(yè)巖氣勘探工作，不僅要面臨地質(zhì)工程技術(shù)上的巨大挑戰(zhàn)，而且更重要的是，由于油氣保存問(wèn)題，這些地區(qū)究竟還有多大的頁(yè)巖氣資源勘探潛力，是需要認(rèn)真思考與深入研究的一個(gè)課題。

圖1 常規(guī)油氣與非常規(guī)油氣成藏關(guān)系模式圖

1.2 頁(yè)巖氣藏分布特征評(píng)價(jià)

頁(yè)巖氣藏具有“生、儲(chǔ)、蓋”三位一體的連續(xù)型氣藏特征[7]，因此需要從頁(yè)巖的烴源巖特征、儲(chǔ)層特征以及保存特征等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。近年來(lái)在四川盆地開(kāi)展的頁(yè)巖氣初步勘探結(jié)果表明，并非所有的泥頁(yè)巖都可以作為頁(yè)巖氣儲(chǔ)層，只有滿足一定劃分標(biāo)準(zhǔn)的含氣頁(yè)巖(gas shale)才具有商業(yè)開(kāi)采價(jià)值，即北美學(xué)者所稱的“經(jīng)濟(jì)性含氣頁(yè)巖”(economic gas shales)[8]。按照一定的評(píng)價(jià)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)(詳見(jiàn)下述)，綜合頁(yè)巖的巖相特征、有機(jī)質(zhì)特征、礦物組成特征以及伽馬曲線特征等，準(zhǔn)確地識(shí)別與劃分頁(yè)巖氣儲(chǔ)層，才能最終優(yōu)選出可供商業(yè)開(kāi)采的壓裂層段，這對(duì)于開(kāi)展頁(yè)巖氣水平井地質(zhì)導(dǎo)向以及加砂壓裂都具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

圖2 美國(guó)阿帕拉契亞盆地Marcellus頁(yè)巖縱向分布特征剖面圖

作為頁(yè)巖氣勘探目的層的含氣頁(yè)巖一般是黑色富有機(jī)質(zhì)的泥頁(yè)巖，特別是那些伽馬值一般大于100～150 API的高伽馬黑色頁(yè)巖[9]。因此，頁(yè)巖氣儲(chǔ)層主要是指高伽馬富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，即北美地區(qū)所稱的“熱頁(yè)巖”(hot shales)。圖2示意美國(guó)目前頁(yè)巖氣年產(chǎn)量排第三的Marcellus頁(yè)巖縱向分布特征。Marcellus頁(yè)巖總厚度一般在100 m左右，由上部灰色頁(yè)巖段和下部黑色頁(yè)巖段組成。自上而下，Marcellus頁(yè)巖具有密度逐漸降低而伽馬值和TOC含量逐漸增高的變化特征。在下部黑色段中，有機(jī)質(zhì)含量(wTOC)>2%的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖分布在1 750 ft (1 ft=30.48 cm)以下的黑色層段，厚度約60 m；而目前正在開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖氣層則主要位于Marcellus頁(yè)巖層段的底部，特別是Oatka Creek頁(yè)巖層段的底部以及最底部的Union Spring高伽馬黑色頁(yè)巖層段，其wTOC值一般大于3%，厚度一般只有30～45 m[2]。目前正在四川盆地南部開(kāi)展頁(yè)巖氣先導(dǎo)試驗(yàn)的上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖與此特征基本相似，其上部為幾乎沒(méi)有頁(yè)巖氣開(kāi)采價(jià)值的灰色泥頁(yè)巖段，中部為頁(yè)巖氣儲(chǔ)層質(zhì)量和完井質(zhì)量均較差的黑色泥頁(yè)巖段，而具有商業(yè)開(kāi)采價(jià)值的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層段集中分布在龍馬溪組底部到五峰組、厚度一般為30～60 m的高伽馬富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層段[10]。

在頁(yè)巖氣選區(qū)地質(zhì)評(píng)價(jià)階段，應(yīng)該通過(guò)野外地質(zhì)調(diào)查或淺井取心鉆探，系統(tǒng)地測(cè)定頁(yè)巖層段的伽馬值，并且針對(duì)頁(yè)巖的巖石礦物學(xué)、地球化學(xué)、儲(chǔ)集物性以及含氣性等特征開(kāi)展分析測(cè)試，建立起評(píng)價(jià)區(qū)頁(yè)巖層系的單井柱狀剖面，劃分、確定頁(yè)巖氣儲(chǔ)層，編制頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的區(qū)域分布格架，這樣才能準(zhǔn)確地確定出頁(yè)巖氣儲(chǔ)層段的總厚度、區(qū)域埋深等重要評(píng)價(jià)參數(shù)，為頁(yè)巖氣資源潛力的評(píng)價(jià)提供可靠依據(jù)。

1.3 頁(yè)巖氣資源潛力評(píng)價(jià)

頁(yè)巖氣資源是含油氣盆地中蘊(yùn)藏量最豐富、分布最廣泛的一類(lèi)連續(xù)性聚集成藏的非常規(guī)油氣資源。頁(yè)巖氣藏的形成規(guī)模與產(chǎn)能高低主要取決于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的有機(jī)質(zhì)含量、有效厚度、成熟度、礦物組成、脆性、孔隙壓力、基質(zhì)滲透率以及原始天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量(GIP)等8項(xiàng)關(guān)鍵地質(zhì)要素[11]。其中，頁(yè)巖氣的地質(zhì)資源量決定著頁(yè)巖氣藏的規(guī)模大小，是頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)的一個(gè)重要評(píng)價(jià)內(nèi)容。

目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)的常用方法可以大致劃分為容積法、類(lèi)比法、統(tǒng)計(jì)法和動(dòng)態(tài)法等4種[12]。其中，資源豐度類(lèi)比法主要適用于尚未或已少量開(kāi)展勘探工作的新區(qū)評(píng)價(jià)，而后2種方法則適用于已有開(kāi)發(fā)單元的頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)區(qū)塊。分別計(jì)算游離氣量和吸附氣量的GIP法以及以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試頁(yè)巖含氣量為主的容積法則是處于頁(yè)巖氣勘探與評(píng)價(jià)階段常常采用的資源評(píng)價(jià)方法。北美地區(qū)由于有許多頁(yè)巖氣區(qū)已進(jìn)入開(kāi)發(fā)階段或已有大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，在頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)中多采用的是統(tǒng)計(jì)法(如USGS采用的Forspan模型法[12])或頁(yè)巖氣生產(chǎn)動(dòng)態(tài)法，因此其公布的頁(yè)巖氣資源數(shù)據(jù)可靠性高，而且資源等級(jí)也較高，可以相當(dāng)于國(guó)內(nèi)的儲(chǔ)量級(jí)別。與此相反，目前中國(guó)頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)方法比較單一，多以類(lèi)比法或含氣量法為主，使用的數(shù)據(jù)直接取自過(guò)去生油巖的研究成果，針對(duì)頁(yè)巖氣的研究工作和認(rèn)識(shí)還不夠完整和系統(tǒng)，加之對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的認(rèn)識(shí)不足，劃分標(biāo)準(zhǔn)太低(詳見(jiàn)下述)，尤其缺乏一些關(guān)鍵評(píng)價(jià)參數(shù)的實(shí)際數(shù)據(jù)，因此資源評(píng)價(jià)結(jié)果存在較大的不確定性，可信度較低。

EIA在2011年公布的中國(guó)頁(yè)巖氣資源量?jī)H僅包括了四川和塔里木2個(gè)盆地[2]。通過(guò)分析它所公布的四川盆地頁(yè)巖氣資源計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，它所采用的頁(yè)巖氣資源計(jì)算參數(shù)(如頁(yè)巖氣分布面積、富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度、有效厚度以及平均有機(jī)質(zhì)含量等)基本與實(shí)際情況不符合，所列出的筇竹寺組和龍馬溪組2套頁(yè)巖氣層的特征參數(shù)的數(shù)據(jù)總體上都偏大很多。因此，EIA的評(píng)價(jià)結(jié)果與筆者通過(guò)實(shí)際鉆井分析數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)的結(jié)果[10]相差甚遠(yuǎn)，前者是后者的5倍多。

需要特別指出的是，北美地區(qū)頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)中計(jì)算的是儲(chǔ)藏在高伽馬富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖中的那部分具有商業(yè)開(kāi)采價(jià)值的頁(yè)巖氣。然而，目前國(guó)內(nèi)發(fā)布的一些頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定過(guò)低，例如頁(yè)巖wTOC值下限標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為0.5%[13]。這實(shí)際上計(jì)算的是整個(gè)泥質(zhì)烴源巖中的頁(yè)巖氣，基本上還停留在“有頁(yè)巖就有頁(yè)巖氣”的烴源巖初級(jí)認(rèn)識(shí)階段，缺乏對(duì)“頁(yè)巖氣儲(chǔ)層”或“經(jīng)濟(jì)性含氣頁(yè)巖”這一頁(yè)巖氣開(kāi)采本質(zhì)性的認(rèn)識(shí)，從而導(dǎo)致所公布的計(jì)算結(jié)果過(guò)于樂(lè)觀。

國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)工作應(yīng)該是在對(duì)頁(yè)巖氣藏形成與分布特征的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)之上，通過(guò)鉆探一批頁(yè)巖取心淺井，取準(zhǔn)、取全頁(yè)巖氣各套評(píng)價(jià)參數(shù)與數(shù)據(jù)，并且在統(tǒng)一的評(píng)價(jià)方法與參數(shù)取值標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上開(kāi)展資源量計(jì)算與選區(qū)評(píng)價(jià)工作。目前國(guó)內(nèi)一些推動(dòng)頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政府組織機(jī)構(gòu)對(duì)頁(yè)巖氣的認(rèn)識(shí)可能還停留在“有頁(yè)巖就有頁(yè)巖氣，有頁(yè)巖氣就能商業(yè)開(kāi)采”的模糊認(rèn)識(shí)階段，在未經(jīng)過(guò)一定程度的頁(yè)巖氣鉆探與評(píng)價(jià)研究，便匆匆發(fā)布了頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)與選區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果[14]，并且根據(jù)一個(gè)處于資源分布金字塔底座、開(kāi)發(fā)成本和技術(shù)需求最高而不確定性最大的“頁(yè)巖氣資源量”來(lái)制定頁(yè)巖氣“十二五”發(fā)展規(guī)劃，進(jìn)而通過(guò)2輪頁(yè)巖氣招標(biāo)帶動(dòng)了全社會(huì)各行各業(yè)都踴躍參與的頁(yè)巖氣熱潮，這種做法本身是欠科學(xué)的。未經(jīng)過(guò)深入、認(rèn)真的科學(xué)論證而盲目地降低頁(yè)巖氣開(kāi)采門(mén)檻對(duì)民營(yíng)企業(yè)開(kāi)放市場(chǎng)，這將會(huì)造成社會(huì)資源的極大浪費(fèi)。

1.4 頁(yè)巖氣有利勘探區(qū)優(yōu)選

北美地區(qū)頁(yè)巖氣勘探實(shí)踐結(jié)果表明，盡管在一個(gè)頁(yè)巖氣勘探區(qū)帶(shale gas play)內(nèi)頁(yè)巖氣呈連續(xù)性的廣泛分布，但是仍然存在頁(yè)巖氣相對(duì)富集的所謂 “核心”區(qū)。例如，美國(guó)東部阿帕拉契亞盆地的Marcellus頁(yè)巖氣勘探區(qū)帶經(jīng)勘探評(píng)價(jià)證實(shí)存在北東和南西2個(gè)核心區(qū)[15,16]。這2個(gè)核心區(qū)的高伽馬頁(yè)巖都具有高有機(jī)碳、高孔隙度和異常高壓特征。美國(guó)德州Fort Worth盆地的Barnett頁(yè)巖氣勘探區(qū)也呈現(xiàn)出自東北部的核心區(qū)(面積4 000 km2，單井EUR 0.71×108m3)向西南部1號(hào)和2號(hào)擴(kuò)展區(qū)面積逐步增大(分別達(dá)6 000 km2和11 000 km2)而單井EUR逐漸降低(分別為0.42×108m3和0.23×108m3)的資源分布格局[2](圖3)。因此，頁(yè)巖氣勘探評(píng)價(jià)工作應(yīng)該是從頁(yè)巖氣地質(zhì)條件最有利、資源豐度最高的核心區(qū)逐步向資源豐度較低的有利區(qū)擴(kuò)展。通過(guò)頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)工作，優(yōu)選出核心區(qū)和有利區(qū)，這對(duì)于取得頁(yè)巖氣成功至關(guān)重要。

通過(guò)頁(yè)巖氣成藏地質(zhì)條件各項(xiàng)因素的分析，編制頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的埋深、厚度、有機(jī)質(zhì)含量、成熟度、孔隙度、巖石脆性、殘留氣量、資源豐度、地層溫度和壓力以及構(gòu)造斷裂與裂縫分布等各項(xiàng)重要地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)因素分布圖，然后將這些地質(zhì)因素圖疊加在一起，再按照一定的選區(qū)地質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，即可篩選出頁(yè)巖氣有利區(qū)和核心區(qū)(圖4)。只有在這些評(píng)價(jià)優(yōu)選出來(lái)的有利區(qū)和核心區(qū)進(jìn)行頁(yè)巖氣勘探，最終才能取得頁(yè)巖氣商業(yè)開(kāi)發(fā)的成功。

而北美地區(qū)頁(yè)巖氣取得的“革命性成功”正是選擇了頁(yè)巖氣資源稟賦較高的Haynesville、Barnett、Marcellus、Fayetteville、Woodford、Eagle Ford等多套含氣頁(yè)巖勘探的結(jié)果。表1列出了上述頁(yè)巖氣藏已開(kāi)發(fā)區(qū)的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層厚度、有機(jī)質(zhì)含量、資源豐度與年產(chǎn)量等數(shù)據(jù)，其頁(yè)巖氣資源稟賦之高可見(jiàn)一斑。

圖3 美國(guó)Fort Worth盆地Barnett頁(yè)巖氣資源分布區(qū)劃圖

圖4 頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)勘探有利區(qū)優(yōu)選程序示意圖

表1 美國(guó)6大頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)區(qū)的頁(yè)巖氣基本地質(zhì)特征與年產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表

①據(jù)EIA(2011)資料[17]； ②綜合All Consulting(2008)、Chesapeake(2009)、Shell(2012)等公司交流資料；

③據(jù)EIA(2012)資料[1]。

2 選區(qū)評(píng)價(jià)關(guān)鍵參數(shù)

從油氣地質(zhì)理論上講，任何富含有機(jī)質(zhì)的頁(yè)巖只要其熱成熟度處于生氣窗范圍，所生成的天然氣經(jīng)初次運(yùn)移后殘留下來(lái)，即可形成頁(yè)巖氣。然而，北美地區(qū)頁(yè)巖氣開(kāi)采實(shí)踐表明[18]，頁(yè)巖氣的商業(yè)開(kāi)采要達(dá)到一定的經(jīng)濟(jì)、規(guī)模，必須滿足一些基本的地質(zhì)和工程技術(shù)條件(表2)。在頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)的參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)上，不同的學(xué)者或油氣公司盡管都不完全相同，但是所考慮的選區(qū)基本地質(zhì)條件卻是大體一致的，其中重點(diǎn)關(guān)注圖5所示的幾項(xiàng)關(guān)鍵地質(zhì)參數(shù)，這些選區(qū)評(píng)價(jià)參數(shù)的取值高低將直接影響到頁(yè)巖氣藏的規(guī)模和產(chǎn)能大小。

表2 影響頁(yè)巖氣產(chǎn)量與最終可采儲(chǔ)量(EUR)的地質(zhì)與工程因素

2.1 有效厚度

表2和圖5中的頁(yè)巖有效厚度是指含氣頁(yè)巖儲(chǔ)層的厚度，也即黑色巖系中高伽馬富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層(氣層)的厚度。要達(dá)到頁(yè)巖氣的規(guī)模、效益化開(kāi)發(fā)目標(biāo)，一般要求頁(yè)巖氣儲(chǔ)層在區(qū)域上呈連續(xù)穩(wěn)定分布(數(shù)千至上萬(wàn)平方千米)，而且在縱向上連續(xù)分布的厚度也較大。根據(jù)北美地區(qū)已開(kāi)發(fā)的6套主力頁(yè)巖氣藏統(tǒng)計(jì)資料(表1)，頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的厚度平均值都在30 m以上。圖3所示美國(guó)Fort Worth盆地Barnett頁(yè)巖氣區(qū)的核心區(qū)即位于厚度高值區(qū)。頁(yè)巖有效厚度越大，頁(yè)巖氣資源越豐富，其勘探潛力亦越大。一般而言，頁(yè)巖氣藏的頁(yè)巖有效厚度最好>15 m，核心區(qū)的頁(yè)巖有效厚度最好>30～50 m。

2.2 有機(jī)質(zhì)含量

研究表明，有機(jī)質(zhì)含量往往與頁(yè)巖的含氣量成正相關(guān)關(guān)系(圖6)，而且有機(jī)質(zhì)含量越高，其生烴作用后產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)孔隙也會(huì)越多[18,19]。因此，頁(yè)巖氣藏形成的最基本條件應(yīng)該是頁(yè)巖中富含有機(jī)質(zhì)。從圖6中可以看出，頁(yè)巖中的有機(jī)質(zhì)含量(wTOC)<2%時(shí)，其含氣量往往較低；而wTOC值>2%時(shí)，則頁(yè)巖的含氣量明顯增高。而且，在四川盆地南部五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖層系中，高伽馬黑色頁(yè)巖層段與wTOC值>2%的富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖層段具有較好的一致性[9,10]。

圖5 頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)關(guān)鍵地質(zhì)參數(shù)及取值標(biāo)準(zhǔn)

圖6 Barnett頁(yè)巖與龍馬溪組頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)含量-含氣量關(guān)系曲線圖

表1所列出的美國(guó)6套主力頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)區(qū)頁(yè)巖氣層的wTOC值均在2%以上，一些甚至高于10%。也即，美國(guó)目前開(kāi)發(fā)的主要是wTOC值在2%以上的富有機(jī)質(zhì)含氣頁(yè)巖。這些含氣頁(yè)巖在測(cè)井曲線上往往具有伽馬值高—極高、電阻率高、中子和聲波孔隙度高以及巖石密度低的特征[20]。需要指出的是，國(guó)內(nèi)一些文獻(xiàn)中引用的美國(guó)頁(yè)巖氣區(qū)wTOC值可低至0.3%，這應(yīng)該是整套頁(yè)巖巖系的wTOC值而非頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)層段的wTOC值。國(guó)內(nèi)有些單位甚至將此0.3%的wTOC值作為海相頁(yè)巖氣遠(yuǎn)景區(qū)優(yōu)選的下限標(biāo)準(zhǔn)[21]。這幾乎等同于“哪里有頁(yè)巖哪里就有頁(yè)巖氣”。因此，必須強(qiáng)調(diào)具有頁(yè)巖氣經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)價(jià)值的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層其wTOC值應(yīng)該>2%，而且wTOC值最好在3%～4%以上。例如，龍馬溪組最底部伽馬值最高的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層段的wTOC值一般在3%以上(表3)，為整個(gè)龍馬溪組頁(yè)巖層系中頁(yè)巖氣儲(chǔ)層質(zhì)量最佳的層段[10]，也正是目前四川盆地龍馬溪組頁(yè)巖氣勘探的主要產(chǎn)氣層段。

2.3 成熟度

要形成頁(yè)巖氣藏，頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)成熟度應(yīng)處在生氣窗的范圍內(nèi)。盡管也有頁(yè)巖生物成因氣藏，如美國(guó)密西根盆地的Antrim頁(yè)巖氣藏Ro值分布在0.4%～0.6%[22]，但是目前北美地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的絕大多數(shù)頁(yè)巖氣藏為熱成因氣藏。對(duì)于Ⅱ型有機(jī)質(zhì)類(lèi)型而言，鏡質(zhì)體反射率(Ro)>1.1%時(shí)液態(tài)烴便開(kāi)始熱裂解轉(zhuǎn)化成氣態(tài)烴[18]，因此美國(guó)Fort Worth盆地Barnett頁(yè)巖氣主要分布在Ro>1.1%的區(qū)域內(nèi)(圖3)。頁(yè)巖氣核心區(qū)的Ro值最好在1.3%以上，此時(shí)液態(tài)烴已熱裂解成凝析氣或干氣，而且頁(yè)巖氣的生產(chǎn)由于不會(huì)受到液態(tài)烴存在的影響而產(chǎn)量明顯增加[18]。

2.4 礦物組成

由于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的基質(zhì)滲透率一般為納達(dá)西級(jí)，巖性致密，需要加砂壓裂產(chǎn)生裂縫網(wǎng)絡(luò)來(lái)提高頁(yè)巖氣體的滲流能力，因此頁(yè)巖氣儲(chǔ)層本身應(yīng)該具有一定的脆性(如硅質(zhì)碎屑物、海綿骨針、放射蟲(chóng)等生物硅質(zhì)含量豐富等)，從而在外力作用下容易產(chǎn)生裂縫。北美地區(qū)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的礦物組成中，Barnett、Woodford、Fayetteville等頁(yè)巖氣藏的平均石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)>40%，而且主要是生物硅質(zhì)成因[18,23]。這為頁(yè)巖氣的大規(guī)模壓裂開(kāi)采提供了有利條件。

四川盆地南部長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣勘探區(qū)的頁(yè)巖巖心樣品分析結(jié)果表明，五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)含量與礦物組成呈現(xiàn)出規(guī)律性變化特征(表3)。自上而下，五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖可以分為3個(gè)層段，即上部灰色段、下部黑色段及底部高伽馬段，其有機(jī)質(zhì)含量、石英和黃鐵礦含量逐漸增加，而長(zhǎng)石、碳酸鹽和黏土含量則呈降低趨勢(shì)。目前正在開(kāi)發(fā)的底部頁(yè)巖氣儲(chǔ)層段的石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值>50%，而黏土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)則<20%，導(dǎo)致該套頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的巖石脆性極強(qiáng)，有利于頁(yè)巖氣壓裂增產(chǎn)改造。

頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)中對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層礦物組成的一般標(biāo)準(zhǔn)是，石英和/或碳酸鹽類(lèi)礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)>40%，最低限度不能低于25%(據(jù)Rimrock能源公司[2008]交流資料)。相反，黏土礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般要求<30%(據(jù)斯倫貝謝公司[2010]交流資料)，而且黏土礦物中的膨脹性礦物如蒙脫石的含量越低越好。

2.5 儲(chǔ)層物性條件

盡管頁(yè)巖氣藏在某種意義上稱得上是一種“人工氣藏”，因?yàn)轫?yè)巖氣的商業(yè)開(kāi)采主要靠加砂壓裂改造，但是較好的頁(yè)巖儲(chǔ)層物性條件以及發(fā)育的天然裂縫無(wú)疑會(huì)極大地提高頁(yè)巖氣的產(chǎn)能規(guī)模。

目前，北美地區(qū)廣泛采用一種由美國(guó)天然氣研究所(GRI)在1996年研制的致密巖石分析方法來(lái)測(cè)試頁(yè)巖的儲(chǔ)集物性。GRI分析方法是將頁(yè)巖樣品粉碎后再處理分析，而不是采用常規(guī)的巖塞樣品進(jìn)行分析。這主要是因?yàn)轫?yè)巖紋層發(fā)育, 很難鉆取到合格的巖塞樣品；而且?guī)r塞樣品的鉆取和處理過(guò)程中, 容易產(chǎn)生人工微裂縫，從而人為地增加基質(zhì)滲透率甚至孔隙度分析數(shù)值,再加之常規(guī)分析過(guò)程往往耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)。而國(guó)內(nèi)目前基本上還是采用常規(guī)的巖石物性分析方法，因此在與北美頁(yè)巖氣儲(chǔ)層資料對(duì)比分析時(shí)，需特別注意分析方法上存在的差異性。

北美地區(qū)目前開(kāi)采的幾大主力頁(yè)巖氣藏都具有較好的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層物性條件[17]，其用GRI方法測(cè)定的基質(zhì)孔隙度一般>4%，含氣孔隙度一般>2%。例如，北美地區(qū)最大的Haynesville頁(yè)巖氣田其總孔隙度一般分布在8%～14%，含氣孔隙度則可達(dá)5%～11%。北美地區(qū)頁(yè)巖氣藏的GRI基質(zhì)滲透率一般分布在(50～1 000)×10-9μm2，除Barnett頁(yè)巖氣藏的基質(zhì)滲透率較低外(一般<100×10-9μm2)，大部分主力氣藏核心開(kāi)發(fā)區(qū)的基質(zhì)滲透率一般>300×10-9μm2。北美頁(yè)巖氣藏的含水飽和度一般<40%，主力頁(yè)巖氣藏的核心開(kāi)發(fā)區(qū)一般<30%。

表3 五峰組--龍馬溪組不同頁(yè)巖層段的平均有機(jī)質(zhì)含量與礦物組成統(tǒng)計(jì)

圖7 北美地區(qū)各套頁(yè)巖與五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖的含氣量對(duì)比直方圖

2.6 巖石力學(xué)性質(zhì)

為獲得理想的壓裂效果，頁(yè)巖儲(chǔ)層本身應(yīng)該具有一定的硬度，例如Barnett和Woodford頁(yè)巖的Brinell硬度指數(shù)介于Ohio砂巖與德州東部的Carthage灰?guī)r之間(據(jù)哈丁謝爾頓公司[2010]交流資料)。在巖石力學(xué)參數(shù)上，頁(yè)巖氣有利勘探區(qū)一般要求頁(yè)巖儲(chǔ)層的楊式模量應(yīng)>2×104MPa，靜態(tài)泊松比應(yīng)<0.25(據(jù)Rimrock能源公司[2008]和斯倫貝謝公司[2010]交流資料)。

2.7 儲(chǔ)層壓力與含氣性

頁(yè)巖儲(chǔ)層壓力如果異常高，意味著頁(yè)巖中已有大量的油氣生成，而且可能在地質(zhì)歷史時(shí)期未發(fā)生過(guò)大規(guī)模的運(yùn)移或散失。頁(yè)巖儲(chǔ)層壓力高也意味著頁(yè)巖含氣量和初始產(chǎn)量高。從北美地區(qū)多套頁(yè)巖氣藏的勘探結(jié)果來(lái)看，埋藏深度較淺的(一般<1.5 km)Antrim、Ohio、New Albany和Lewis等頁(yè)巖氣藏的壓力系數(shù)均為1.0，其平均含氣量均為<2.5 m3/t(圖7)，而且頁(yè)巖氣初始產(chǎn)量也較低[22]。與此相反，埋藏較深、儲(chǔ)層壓力異常高壓的Haynesville、Barnett、Marcellus和Eagle Ford等頁(yè)巖氣藏，則具有較高的含氣量(圖7)、初始產(chǎn)量、EUR以及年產(chǎn)量特征(據(jù)殼牌公司[2011]交流資料)。目前，四川盆地南部五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣勘探也初步揭示出上述規(guī)律。深度<1.5 km的五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣儲(chǔ)層表現(xiàn)為壓力低、含氣量低(圖7)、初始產(chǎn)量亦低的特征；深度>2 km的五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣儲(chǔ)層則表現(xiàn)出異常高壓(壓力系數(shù)可高達(dá)2.2)、較高含氣量(圖7)和產(chǎn)氣量的特征。

需要指出的是，北美地區(qū)開(kāi)采的Antrim等多套淺層頁(yè)巖氣藏主要是以吸附氣資源為主。埋深不足1 km的Antrim和New Albany頁(yè)巖氣藏以及埋深在1.5 km以內(nèi)的Ohio和Lewis頁(yè)巖氣藏，頁(yè)巖氣中吸附氣所占的比例一般在50%～85%之間[22]；而埋深較大的Barnett、Marcellus和Haynesville等頁(yè)巖氣藏的吸附氣含量一般僅在20%～30%之間，甚至可以低于20%，但其頁(yè)巖氣儲(chǔ)量規(guī)模和產(chǎn)量均較前者大得多。由此可見(jiàn)，財(cái)政部在去年底發(fā)布的“財(cái)建[2012]847號(hào)”有關(guān)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)利用補(bǔ)貼政策中，將“吸附氣含量>20%”作為頁(yè)巖氣界定標(biāo)準(zhǔn)之一的做法是值得商榷的。

根據(jù)四川盆地南部五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖的等溫吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果，頁(yè)巖的吸附氣量隨有機(jī)質(zhì)含量的增加而明顯增加(圖8)。北美地區(qū)那些埋藏淺而吸附氣含量高的頁(yè)巖氣藏主要得益于其有機(jī)質(zhì)含量高。Antrim和New Albany頁(yè)巖的wTOC值高達(dá)25%左右[22]，因此盡管埋藏淺而游離氣量低，但由于有機(jī)質(zhì)富集程度高而能夠吸附大量的頁(yè)巖氣。Antrim頁(yè)巖氣藏目前的年產(chǎn)量可達(dá)30×108m3[1]。

圖8 四川盆地南部五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖等溫吸附曲線圖

在鉆井過(guò)程中，頁(yè)巖具有的較高氣測(cè)值，頻繁出現(xiàn)的氣侵、井涌甚至井噴等油氣顯示，以及頁(yè)巖巖心取出后直接冒氣等現(xiàn)象，都指示頁(yè)巖具有較好的含氣性。頁(yè)巖的含氣量以及資源豐度可以直接反映頁(yè)巖氣藏的規(guī)模和產(chǎn)能大小，也是頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)的一個(gè)重要參數(shù)指標(biāo)。北美地區(qū)頁(yè)巖氣藏的含氣量從<2 m3/t到>9 m3/t均有分布(圖7)，但在選區(qū)評(píng)價(jià)中一般要求頁(yè)巖含氣量>2 m3/t(據(jù)Rimrock能源公司[2008]交流資料)。

2.8 蓋層與保存條件

頁(yè)巖氣儲(chǔ)層段上下若有致密堅(jiān)硬的巖石作隔擋層，一方面可以較大限度地阻止頁(yè)巖氣(特別是其中的游離氣)的運(yùn)移與散失，使更多的頁(yè)巖氣盡可能保存下來(lái)；另一方面，在加砂壓裂過(guò)程中，可以起壓裂阻隔層作用，使“人工”裂縫集中產(chǎn)生在頁(yè)巖氣儲(chǔ)層中，而且可以防止將下伏可能存在的水層溝通。若不存在壓裂阻隔層，那么在加砂壓裂設(shè)計(jì)時(shí)則需作特殊的考慮。

盡管頁(yè)巖氣藏具有生、儲(chǔ)、蓋、運(yùn)、聚、保自成一體的含油氣系統(tǒng)特征，但保存條件仍是頁(yè)巖氣能否成藏或者是影響頁(yè)巖氣成藏規(guī)模的一個(gè)關(guān)鍵因素，特別是在構(gòu)造擠壓變形強(qiáng)烈、上沖斷層發(fā)育的中國(guó)南方海相頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)中更應(yīng)重視頁(yè)巖氣的保存條件問(wèn)題。中國(guó)南方油氣勘探實(shí)踐證明，在經(jīng)歷了加里東、印支和燕山等多期多階段強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)改造之后，其中包括隆升剝蝕、褶皺變形、斷裂切割、地表水的下滲以及壓力體系的破壞等,幾乎已使海相地層中的大量油氣散失殆盡[24]。油氣保存條件已成為制約中國(guó)南方油氣勘探的一個(gè)關(guān)鍵因素。這些構(gòu)造不穩(wěn)定區(qū)的地面構(gòu)造特征多表現(xiàn)為背斜寬緩、向斜窄陡、斷裂發(fā)育、頁(yè)巖層系多出露地表，頁(yè)巖氣保存條件無(wú)疑較差。即便是在一些未遭到完全破壞的拗陷區(qū)仍然殘存有頁(yè)巖氣，但其規(guī)模必定受限，頁(yè)巖氣勘探的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)極大。此外，這些構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)的地表?xiàng)l件極差，寬緩背斜區(qū)多見(jiàn)平壩，窄陡向斜區(qū)多為高山深谷。這又為頁(yè)巖氣鉆探和壓裂作業(yè)帶來(lái)了極大的工程技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

近兩年內(nèi)中國(guó)石油、中國(guó)石化和國(guó)土資源部等多家單位在滇東北、黔東南以及渝東南等海相地區(qū)實(shí)施的頁(yè)巖氣勘探工作已遭遇了極大的地質(zhì)與工程技術(shù)挑戰(zhàn)。頁(yè)巖氣保存條件的重要性已在這些構(gòu)造復(fù)雜區(qū)的頁(yè)巖氣勘探實(shí)踐中得到了充分的證實(shí)。因此，在頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)中，應(yīng)盡可能摒棄發(fā)育深大斷裂和上沖斷塊的構(gòu)造復(fù)雜區(qū)，選擇已有油氣田(藏)發(fā)現(xiàn)、頁(yè)巖氣資源稟賦高的含油氣盆地或拗陷開(kāi)展頁(yè)巖氣勘探評(píng)價(jià)工作，否則將會(huì)面臨極大的地質(zhì)、工程與經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié) 論

a.對(duì)“頁(yè)巖氣”的科學(xué)界定應(yīng)該考慮地質(zhì)與工程2個(gè)方面?！绊?yè)巖氣”系指產(chǎn)自顆粒直徑<63 μm且質(zhì)量分?jǐn)?shù)>50%的細(xì)粒沉積巖層中，并需要通過(guò)水平井鉆探以及多段水力壓裂技術(shù)才能規(guī)?；?jīng)濟(jì)開(kāi)采的一類(lèi)天然氣。

b.頁(yè)巖氣開(kāi)采需遵循基本的油氣勘探開(kāi)發(fā)程序。在決策進(jìn)入鉆井勘探階段之前，必須開(kāi)展頁(yè)巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)工作，以搞清評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)頁(yè)巖氣含氣系統(tǒng)是否普遍存在、頁(yè)巖儲(chǔ)層是否能夠有效壓裂改造以及頁(yè)巖氣資源勘探的潛力與規(guī)模有多大等關(guān)鍵問(wèn)題。

c.頁(yè)巖氣選區(qū)、選層評(píng)價(jià)工作的主要內(nèi)容是通過(guò)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、鉆探取樣分析、頁(yè)巖氣成藏地質(zhì)條件與資源潛力評(píng)價(jià)，優(yōu)選出頁(yè)巖氣勘探有利區(qū)以及具有商業(yè)開(kāi)采價(jià)值的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層，開(kāi)展頁(yè)巖氣鉆探與壓裂先導(dǎo)試驗(yàn)。

d.與常規(guī)油氣勘探的思路不同，頁(yè)巖油氣勘探的對(duì)象是未經(jīng)運(yùn)移而殘留下來(lái)的油氣。由于運(yùn)移通道暢通或疏導(dǎo)條件有利而運(yùn)移出去的油氣越多，則殘留下來(lái)的油氣就越少，頁(yè)巖油氣勘探的潛力自然就低。在斷裂構(gòu)造極為復(fù)雜的中國(guó)南方地區(qū)開(kāi)展海相頁(yè)巖氣勘探工作，不僅要面臨鉆探與壓裂工程技術(shù)上的巨大挑戰(zhàn)，而且還要面臨頁(yè)巖氣資源規(guī)模、水資源、地面管網(wǎng)設(shè)施以及開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)性等諸多方面的挑戰(zhàn)。

e.并非所有的泥頁(yè)巖都可以作為頁(yè)巖氣儲(chǔ)層，只有到達(dá)一定下限標(biāo)準(zhǔn)的含氣頁(yè)巖才具有商業(yè)開(kāi)采價(jià)值。準(zhǔn)確地識(shí)別與劃分頁(yè)巖氣儲(chǔ)層，優(yōu)選出可供商業(yè)開(kāi)采的壓裂層段，這對(duì)于水平井鉆探以及加砂壓裂都至關(guān)重要。四川盆地南部五峰組—龍馬溪組具有商業(yè)開(kāi)采價(jià)值的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層段集中分布在底部厚度一般為30～60 m的高伽馬富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層段。

f.頁(yè)巖氣勘探評(píng)價(jià)工作應(yīng)該是從頁(yè)巖氣地質(zhì)條件最有利、資源豐度最高的核心區(qū)逐步向資源豐度較低的有利區(qū)擴(kuò)展。頁(yè)巖氣的商業(yè)開(kāi)采要達(dá)到一定的經(jīng)濟(jì)、規(guī)模，必須滿足一些基本的地質(zhì)和工程技術(shù)條件。根據(jù)頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，選擇頁(yè)巖氣資源稟賦較高的區(qū)塊和含氣頁(yè)巖進(jìn)行勘探，才有希望取得頁(yè)巖氣商業(yè)開(kāi)采的成功。

g.有機(jī)質(zhì)含量是制約頁(yè)巖含氣量與資源潛力的關(guān)鍵參數(shù)。北美地區(qū)主要頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)區(qū)的含氣頁(yè)巖wTOC值均在2%以上。四川盆地南部龍馬溪組最底部伽馬值最高的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層段的wTOC值一般在3%以上，為整個(gè)龍馬溪組頁(yè)巖層系中頁(yè)巖氣儲(chǔ)層質(zhì)量最佳的層段，也是目前龍馬溪組頁(yè)巖氣勘探的主要產(chǎn)氣層段。

h.淺層、高有機(jī)質(zhì)含量的頁(yè)巖中以吸附氣資源為主，而深層、高溫高壓條件下的頁(yè)巖中則以游離氣資源占主導(dǎo)地位。頁(yè)巖儲(chǔ)層壓力異常高可能意味著有更多的頁(yè)巖氣殘留在地層中而未發(fā)生運(yùn)移或散失，由此造成頁(yè)巖含氣量和初始產(chǎn)量高的特征。

i.受實(shí)際鉆探資料與研究認(rèn)識(shí)程度的影響，目前發(fā)布的國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣資源量、頁(yè)巖氣公開(kāi)招標(biāo)以及未來(lái)頁(yè)巖氣發(fā)展規(guī)劃等諸多政策與計(jì)劃可能存在極大的不確定性與風(fēng)險(xiǎn)。頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還需遵循其循序漸進(jìn)、科學(xué)發(fā)展的自身規(guī)律。拔苗助長(zhǎng)式的加快開(kāi)發(fā)將會(huì)造成社會(huì)資源的極大浪費(fèi)。

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Appraisalmethodandkeyparametersforscreeningshalegasplay

WANG Shi-qian1, WANG Shu-yan2,3, MAN Ling1, DONG Da-zhong4, WANG Yu-man4

1.ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,PetroChinaSouthwestOil&GasFieldCompany,Chengdu610051,China;2.GeophysicalCollege,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China;3.ExplorationDepartment,PetroChinaSouthwestOil&GasFieldCompany,Chengdu610041,China;4.PetroChinaResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,Beijing100083,China

Shale gas is a kind of unconventional gas from the fine-grain sedimentary rocks such as argillaceous rocks and needs to be produced commercially by special techniques such as horizontal drilling and multi-stage hydraulic fracturing. Inspired by successful shale gas revolution in North America and by the optimistic assessment of shale gas resources, China has set off a wave of shale gas development in recent years. However, the successful development of shale gas has not been accomplished in one move in North America. The successful experience lies in selecting shale gas plays with higher resource endowment for horizontal drilling and multi-stage hydraulic fracturing through the implementation of geological research and engineering technology development project since the seventies of the 20th century. In accordance with the standards of shale gas evaluation parameters, the screening of shale gas play is to select the favorable block and the shale gas reservoir (i.e. the gas shale) with higher resource endowment for drilling and fracking. This is the first key step to the commercial success of shale gas exploitation. Some specific methods for shale gas screening and the key evaluation parameters affecting the shale gas reservoir scale and production are discussed, with a preliminary analysis of some problems existing in the shale gas assessment. It is suggested that the total organic content in shales is one of the key parameters in the assessment of the shale gas resource endowment. The mass fraction of TOC in gas shales is usually greater than 2.0% in the leading shale gas plays in North America. In Sichuan Basin, the mass fraction of TOC in the Longmaxi shale gas reservoir is generally greater than 3.0%. The bottom of Longmaxi Formation with the highest gamma radiation is the highest shale gas resource endowment interval and also is the most important target zone for shale gas exploitation at present. The shale gas there is generally dominated by adsorbed gas in the shallower shales with high enrichment of organic matter. On the other hand, the shales in the deep and under high pressure and temperature are expected to have more free gases. Abnormally pressurized shale gas reservoir has better conditions for the preservation and enrichment of shale gas. The marine shale gas exploration in South China with the characteristics of complex structures and unfavorable preservation of shale gases not only has to face great challenges from the drilling and completion technology, but also to face enormous challenges from shale gas volumetric potential, water resource, pipeline infrastructure and the economic exploitation of shale gas.

shale gas; appraisal method; assessment parameter; resource endowment; abnormally high pressure; preservation; favorable block

10.3969/j.issn.1671-9727.2013.06.01

1671-9727(2013)06-0609-12

TE132.2

A

2013-09-20

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)(2012ZX05018-006)

王世謙(1963-)，男,碩士,教授級(jí)高級(jí)工程師,主要從事油氣勘探綜合研究與資源評(píng)價(jià)工作, E-mail:wsq-618@petrochina.com.cn。