印度頁巖氣發(fā)展現(xiàn)狀及勘探方法綜述

李 盼，徐朝陽，李尚洪，黃麗鵑

（1.西南石油大學(xué) 天然氣地質(zhì)四川省高校重點實驗室，成都 610500；2.新疆恒泰艾普能源服務(wù)有限公司，新疆 庫爾勒 841000；3.蘇里格氣田指揮中心第四項目部地質(zhì)研究所，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300；4.川慶鉆探工程有限公司地球物理勘探公司物探研究中心，成都 610213）

印度頁巖氣發(fā)展現(xiàn)狀及勘探方法綜述

李 盼1，徐朝陽2，李尚洪3，黃麗鵑4

（1.西南石油大學(xué) 天然氣地質(zhì)四川省高校重點實驗室，成都 610500；2.新疆恒泰艾普能源服務(wù)有限公司，新疆 庫爾勒 841000；3.蘇里格氣田指揮中心第四項目部地質(zhì)研究所，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300；4.川慶鉆探工程有限公司地球物理勘探公司物探研究中心，成都 610213）

印度作為亞洲少數(shù)幾個發(fā)現(xiàn)了頁巖氣的國家之一，有著較大的資源潛力。據(jù) EIA 估算，印度頁巖氣原地總儲量為8.3×1012m3，可采儲量為1.8×1012m3。頁巖氣勘探工作主要分為六個步驟，其中尤為注重地球化學(xué)、地球物理和力學(xué)性質(zhì)的研究。干酪根成熟度的確定主要采用鏡質(zhì)體反射率與聲波時差的經(jīng)驗關(guān)系計算，TOC值的計算綜合運用干酪根體積法、電阻率-孔隙度交會法，核磁共振和密度測井相結(jié)合的方法。

頁巖氣；勘探；成熟度；TOC；印度

1 頁巖氣資源潛力

印度油氣勘探巨頭印度石油天然氣公司(ONGC)選擇了達摩德爾（Damodar）和Cambay（Cambay）盆地作為最佳的頁巖氣勘探區(qū)，并且于2011年1月在西孟加拉邦東部的一個試點項目中發(fā)現(xiàn)了頁巖氣，成為亞洲少數(shù)發(fā)現(xiàn)頁巖氣的國家之一。據(jù)美國能源資料協(xié)會（EIA） 估算，印度頁巖氣原地總儲量為 8.3 ×1012m3，可采儲量為1.8×1012m3，斯倫貝謝公司也對其進行了評估，認為其原地量大約為（8.5~59.5）×1012m3。印度的有關(guān)學(xué)者已經(jīng)對其本國的頁巖氣資源潛力進行過相關(guān)研究，認為印度有多個地區(qū)的頁巖氣勘探開發(fā)潛力巨大，主要有Cambay盆地、Assam-Arakan盆地、 Pranhita-Godavari盆地等（表1）。其中Cambay盆地是最重要的頁巖氣盆地之一，其頁巖氣預(yù)計資源量大約為2.05×109t[2]。

表1 印度主要頁巖氣盆地的相關(guān)參數(shù)表（據(jù)V.K.Rao）

從古新世中期快速海侵開始到始新世中期，Cambay盆地廣泛沉積了一套巨厚的富有機質(zhì)和黃鐵礦的黑色頁巖，被稱為“Cambay頁巖”，是該盆地最主要的目的頁巖層段之一?！癈ambay頁巖”TOC值多大于2%[2，3]，在構(gòu)造高部位厚50~70m，但沉積坳陷附近可達 500~2 000m[4]，顯示單位體積的有機質(zhì)豐度較高。干酪根類型主要以腐殖型和混合型為主[2，5，6]，但是成熟度較低，多未達到主生氣期（主生氣期，Ro-II型：1.1%~2.6%，III型：0.7%~2.0%）[7]，頁巖氣主要為生物成因氣，與北美Illinois盆地相似，有著較大的資源潛力。

2 勘探開發(fā)現(xiàn)狀

Cambay盆地是印度頁巖氣勘探的核心區(qū)域之一，也是目前可查閱到的相關(guān)文獻中研究最詳盡的印度頁巖氣盆地，印度的首次水力壓裂也是在該盆地進行的，因此其勘探開發(fā)的歷史充分展示了印度頁巖氣的發(fā)展歷程。

早在1958年，在Cambay盆地古吉拉特邦（Gujarat）安納德（Anand）打了第一口井，到如今，盆地內(nèi)已有5 000多口鉆井，產(chǎn)油量達到1.150×109噸，是印度最大的陸上油氣盆地。但是目前大多數(shù)油田已經(jīng)進入消耗階段，多依靠注水和火燒油層等方法來提高采收率。而在2009年5月，位于該區(qū)Dholka油田的DK#30井，在鉆至“Cambay頁巖”附近地層時見氣浸、井涌等顯示，進行水力壓裂后獲氣，穩(wěn)產(chǎn)200m3/d[2]。目前，已經(jīng)在該區(qū)成功水力壓裂兩口井，A井氣產(chǎn)量為300m3/天，油1.6t/天，B井穩(wěn)產(chǎn)氣600 m3/天，油1.6t/天[3]。

3 頁巖氣勘探工作流程

由于頁巖氣藏的特殊性，其勘探方法相對于常規(guī)油氣也有著很大的不同。印度 Cambay盆地的頁巖氣首先發(fā)現(xiàn)于巖屑錄井過程中，而其后的工作流程主要分為以下六個步驟：

圖1 勘探工作流程圖[5]

地球化學(xué)和地球物理研究在頁巖氣勘探工作中至關(guān)重要，因為地化研究是為了判斷頁巖地層中是否含有天然氣，而地球物理研究又側(cè)重于巖石物理性質(zhì)和礦物成分的研究，直接關(guān)系到該地層是否有利于水力壓裂以及采取正確的壓裂方式。

另外，運用巖心實驗獲取含氣量的研究十分關(guān)鍵。眾所周知，頁巖氣主要以吸附狀態(tài)和游離狀態(tài)分別存在于干酪根、粘土顆粒表面和巖石孔隙縫中，同時，頁巖作為生油層，其在滿足一定條件下會將其生成的油氣運移到相鄰的砂巖地層。因此，若要評估該油田的經(jīng)濟可采儲量，必須要清楚“目前”該頁巖地層中到底含有多少天然氣。常規(guī)的方法多是通過巖心的吸附-解吸實驗來進行研究，計算在孔隙壓力變化時的Langmuir體積和天然氣量。

4 頁巖氣重要參數(shù)的確定

4.1 成熟度的確定

成熟度通常指示著沉積盆地的沉積物溫度史，一般來說，成熟度隨著深度增大而增高。而在所有沉積盆地中，除了超壓力區(qū)和一些高含有機物的層段，聲波時差（縱波時差）也都是隨著深度加深而降低的。W.H.Lang通過大量研究表明，在頁巖的正常壓實帶，實測Ro與聲波時差（△t）之間存在很好的對數(shù)關(guān)系。

在印度Cambay盆地內(nèi)，根據(jù)很多井的相關(guān)數(shù)據(jù)，可得出聲波時差和鏡質(zhì)體反射率RO的關(guān)系式（1），而且這一方程在Cambay盆地廣泛運用且效果良好[8]。

值得注意的是，盡管某些地區(qū)的頁巖成熟度與聲波時差相關(guān)性非常好，但是由于不同地區(qū)的頁巖組分不同，這些相關(guān)系數(shù)并沒有普適性，需要對不同盆地或盆地內(nèi)不同區(qū)域進行相關(guān)系數(shù)的調(diào)整。例如R.K.Mallick和S.V.Raju深入研究發(fā)現(xiàn)印度Assam盆地的Ro和△t之間不是對數(shù)關(guān)系，而是較理想的反線性關(guān)系。

4.2 TOC的計算

4.2.1 干酪根體積法

干酪根的體積通常是通過隨機模型得出而后被轉(zhuǎn)化為TOC（wt%）。然而，這種方法沒有考慮在干酪根中發(fā)揮作用的其他元素（如H，O，N，S）。因此，運用了一個換算因子，把那些丟失的元素、干酪根類型及成熟度都考慮進去。這種方法計算出來的Cambay盆地的TOC值，與實驗室?guī)r心測量結(jié)果基本一致[8]。

K：干酪根換算因子，其由干酪根的類型和沉積成巖階段決定。

干酪根類型

沉積成巖階段 I II III

成巖作用 1.25 1.34 1.48

后生作用 1.20 1.19 1.18

4.2.2 電阻率-孔隙度交會法

由 Passey等人創(chuàng)立的電阻率-孔隙度（中子、密度、聲波測井）交會法，把非同源的孔隙度曲線疊加在電阻率曲線上，來計算TOC。在貧有機質(zhì)的地層中，這兩條曲線互相平行或重合在一起。而當(dāng)測量地層為富含有機質(zhì)的烴源巖時，這兩條曲線之間便存在差異。這些曲線的差異便用△log R（判斷有機質(zhì)豐富的區(qū)域）來確定[8]。計算關(guān)系式如下：

圖2 Henderson巖石物理學(xué)轉(zhuǎn)換圖（VRO轉(zhuǎn)換成LOM）[8]

其中，△log R是對數(shù)電阻率的間距； R是通過普通測井方法得到的電阻率（Ω/m）；R_基線是對應(yīng)于△t_基線的電阻率值，以富粘土的非源巖區(qū)為基線；C是常數(shù)（電阻率和聲波測井范圍的比例）=0.02；LOM是由VRo值計算得到的，由Henderson巖石物理轉(zhuǎn)換圖（圖2）表獲得。

4.2.3 用NMR(核磁共振)和密度測井計算

因為干酪根是一種低密度有機物，它極大地影響了密度值，會使地層密度減小，同時使密度孔隙度增加，但這個增量并不是由于孔隙空間，而是受有機質(zhì)影響。但是 NMR只能讀出地層中的孔隙空間，其得到的密度值不會受這種有機質(zhì)影響。 因此，NMR孔隙度減去密度孔隙度就代表地層中存在的干酪根體積[8]，再運用式子（2）將干酪根體積轉(zhuǎn)換為TOC。

5 結(jié)論

1）印度頁巖氣資源量較大，其原地總儲量為8.3×1012m3，可采儲量為1.8×1012m3（EIA） 。Cambay盆地作為印度頁巖氣核心勘探區(qū)，TOC值多大于 2%，厚度較大，干酪根以腐殖型和混合型為主，主要產(chǎn)生物成因氣，預(yù)計資源量大約為2.05×109t。

2）頁巖氣的勘探工作有其特殊性，地球化學(xué)、巖石物理和力學(xué)的研究對于頁巖氣基礎(chǔ)地質(zhì)研究來說，顯得尤為關(guān)鍵，其直接關(guān)系到泥頁巖地層中是否有天然氣存在，以及該地層是否能進行壓裂措施穩(wěn)產(chǎn)獲氣。

3）干酪根成熟度是通過聲波時差與鏡質(zhì)體反射率Ro的關(guān)系來確定的，這一關(guān)系在不同地區(qū)可表現(xiàn)為對數(shù)關(guān)系或反線性關(guān)系，因此相關(guān)系數(shù)無法普遍適用。

4）由于獲取巖心有限，因此TOC多基于測井?dāng)?shù)據(jù)來計算，其結(jié)果與實驗室測量結(jié)果有較好的可比性，其中電阻率-孔隙度交會法運用較多。

[1] 王祥，劉玉華，張敏，等．頁巖氣形成條件及成藏影響因素研究[J]．天然氣地球科學(xué)，2010，21(2)：22~26．

[2] SS Sharma, PK Kulkarni, SPE, et.al. Gas Strike in Shale Reservoir in Dholka Field in Cambay Basin[R]. SPE 129082, 2010

[3] T.K.Mathuria, A.C.Julka, P.K.Dimri, et. al. Hydrocarbon Prospectivity in Stratigraphic Traps within Cambay Shale, Broach Sub Block, Cambay Basin, India[J]. Search and Discovery Article, 2011, 10326

[4] Somen Mishra, B.K.Patel. Gas Shale Potential of Cambay Formation, Cambay Basin, India[J].Search and Discovery Article, 2011, 10317

[5] Shyam Sundar Sharma, P.K.Kulkami, Anil Kumar, et. al. Successful Hydrofracturing Leads to Opening of NewFrontiers in Shale Gas Production in the Cambay Basin in Gujarat, India[R]. SPE 135664, 2010

[6] Bandana Samant, Sunil Bajpai. Fish Otoliths from the Subsurface Cambay Shale(Lower Econe), Surat lignite field, Gujarat(India)[J]. Scientific Correspondence, 2011, 81(7):758~759

[7] 孫贊東，賈承造，李相方，等．非常規(guī)油氣勘探與開發(fā)（下冊）[M]．北京：石油工業(yè)出版社，2011：872~936．

[8] Anil Tyagi, Ainul Abedeen, Tanmoy Dutta, et. al. Petrophysical Evaluation of Shale Gas Resesrvoir: A case study from Cambay Basin, India[R]. SPE 149039, 2011

Present Situation of Development and Exp loration M ethods of Shale Gas in India

LI Pan1，XU Chao-yang2，LI Shang-hong3， HUANG Li-juan4
(1-Sichuan Provincial University Key Laboratory of Natural Gas Geology, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500; 2- Landocean Energy Service Cor. Ltd., Korla, Xinjiang 841000; 3-Geological Institute of Fourth Project Department, Sulige Gas Field, Erdos, Inner Mongolia 017300; 4-Geophysical Prospecting Company, Chuanqing Drilling Engineering Co. Ltd. CNPC, Chengdu 610500)

India is one of the countries rich in shale gas in Asia, w ith great potential of shale gas resources. According to EIA, its gas-in-place reserve is up to 8.3×1012m3w ith recoverable reserve of 1.8×1012 m3. Its exploration is divided into 6 steps w ith special emphasis on geochem ical, geophysical and mechanical studies. Maturity is computed by the empirical relationship between Ro and acoustic. And TOC value is calculated by means of the volume of kerogen, resistivity-porosity overlay technique and NMR data in combination w ith density logging.

exploration of shale gas; maturity; TOC; India

P618.130.2

A

1006-09950（2014）01-0049-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2014.01.012

2013-01-22

李盼（1988 -），女，四川南充人，碩士，研究方向為頁巖氣沉積相與儲層評價