美國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及對(duì)國(guó)內(nèi)的啟示

張　昱（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）人文經(jīng)管學(xué)院,北京　100083）

美國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及對(duì)國(guó)內(nèi)的啟示

張昱
（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）人文經(jīng)管學(xué)院,北京100083）

頁(yè)巖氣是一種非常規(guī)資源，因此也需要一個(gè)非常規(guī)地質(zhì)勘探的概念。然而，在美國(guó)經(jīng)常被提起的五個(gè)經(jīng)典的頁(yè)巖氣有兩個(gè)共同的參數(shù)：高TOC（總有機(jī)碳）含量和層厚，但是這不同于鏡質(zhì)體反射率、吸附氣含量、原始天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量（GIP）這些參數(shù)。此外，美國(guó)已知的頁(yè)巖氣系統(tǒng)在年齡、盆地史以及甲烷氣（熱解氣或者生物氣）的起源上是不同的。通過(guò)這些復(fù)雜的相互作用的因素，每個(gè)頁(yè)巖氣系統(tǒng)都具有獨(dú)特的地質(zhì)特征，像高TOC含量、層厚等等這種特征值的簡(jiǎn)單對(duì)比，在理解頁(yè)巖氣形成過(guò)程中更沒(méi)有意義。

頁(yè)巖氣；TOC；原因

1　引言

隨著美國(guó)頁(yè)巖氣藏的產(chǎn)量的持續(xù)增長(zhǎng)，在西加盆地出現(xiàn)了向頁(yè)巖氣藏勘探的范式轉(zhuǎn)換。這些在成分上不同的地層間隔（比如泥盆系、侏羅系和石炭系地層）中的低滲（一般小于1md）、邊緣氣藏潛在地含有大量的天然氣資源，是因?yàn)槠溆袡C(jī)質(zhì)豐度、孔隙度、厚度和橫向展布程度。加拿大的頁(yè)巖氣資源的原始天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量預(yù)計(jì)超過(guò)1000萬(wàn)億立方英尺。

2　美國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)成功的原因

在美國(guó)，自1821年來(lái)天然氣均產(chǎn)自頁(yè)巖和泥巖。其中頁(yè)巖產(chǎn)量占總產(chǎn)氣量的8%，具有超過(guò)39500個(gè)活躍的產(chǎn)氣井。美國(guó)頁(yè)巖的原始天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量評(píng)估在497-783tcf范圍內(nèi)。如此巨大的天然氣資源促進(jìn)了大家對(duì)各種各樣富含有機(jī)質(zhì)、細(xì)粒單元層的興趣，其中最著名的頁(yè)巖是德克薩斯州的沃斯堡盆地的巴涅特頁(yè)巖。美國(guó)其他的頁(yè)巖氣資源分布在凱尼、伍德福德、費(fèi)耶特維爾、安特里姆、俄亥俄、新奧爾巴尼以及路易斯頁(yè)巖中。美國(guó)頁(yè)巖氣的勘探和開(kāi)發(fā)主要?dú)w因于常規(guī)天然氣資源的消耗，然而稅務(wù)的減免、較厚的地層、熱成熟度、滲透率（天然裂縫和裂縫單元）以及之前存在的基礎(chǔ)設(shè)施都對(duì)于頁(yè)巖氣的成功開(kāi)發(fā)有重要作用。頁(yè)巖氣區(qū)，通常指技術(shù)可采區(qū)，得利于水平井鉆井、裂縫設(shè)計(jì)和壓裂以及三位地震技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

3　美國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)展瓶頸

隨著頁(yè)巖氣系統(tǒng)的勘探邊緣向新地區(qū)開(kāi)進(jìn)，一些跟美國(guó)氣藏類(lèi)似的氣藏被發(fā)現(xiàn)，用以改進(jìn)西加盆地的勘探策略。隨著北美的頁(yè)巖氣的持續(xù)研究，很明顯，頁(yè)巖和泥巖的非均質(zhì)性限制了氣藏模擬的應(yīng)用。頁(yè)巖氣的非均質(zhì)性一直延伸到納米孔尺度。因此，不同的頁(yè)巖氣藏需要在模擬應(yīng)用之前進(jìn)行單獨(dú)和系統(tǒng)處理。一些重要的參數(shù)包括有機(jī)質(zhì)類(lèi)型（油型或氣型干酪根）和豐度、頁(yè)巖和泥巖的垂向和橫向伸展、埋深（影響氣藏的溫度、壓力和熱成熟度）和孔隙度（包括孔隙大小和分布）。礦物學(xué)成分也是決定頁(yè)巖氣潛能的關(guān)鍵因素，是因其影響自然裂縫的產(chǎn)生和壓裂的設(shè)計(jì)。

同致密砂巖氣藏一樣，游離氣在頁(yè)巖氣藏的所有類(lèi)型中占有重要的比重，研究表明，含氣量高于臨界飽和度。因此，量化全孔隙度是必要的，但也需要估算游離氣的含量。

在頁(yè)巖氣勘探的早期，很多地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為地震分析相對(duì)于直井和水平井來(lái)說(shuō)并不是一個(gè)必要條件。在頁(yè)巖氣勘探的當(dāng)前階段，用三維地震數(shù)據(jù)可以用來(lái)確定那些可以影響水平分支井的鉆進(jìn)的構(gòu)造異常（斷層或者尖滅），可以用來(lái)預(yù)測(cè)橫向目標(biāo)區(qū)的深度（速度分析），也可以用來(lái)確定潛在的壓裂液漏失帶和含水滲透性區(qū)域（噶斯特地形）。地震分析也為水力壓裂的過(guò)程提供了實(shí)時(shí)監(jiān)控。這對(duì)于誘發(fā)裂隙生長(zhǎng)的理解有著不可估量的影響。

4　三維地震技術(shù)促進(jìn)頁(yè)巖氣發(fā)展

現(xiàn)在的三維地震技術(shù)的發(fā)展旨在預(yù)測(cè)頁(yè)巖的彈性常數(shù)，這些彈性常數(shù)會(huì)提供應(yīng)力各向異性和裂縫方向趨勢(shì)、構(gòu)造斷層組合模式、孔隙度趨勢(shì)、裂縫和含氣頁(yè)巖孔隙中流體飽和度方面的信息。

5　總結(jié)及對(duì)中國(guó)的啟示

北美頁(yè)巖氣的成功開(kāi)發(fā)引起了全球頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)熱潮。很多學(xué)者專(zhuān)注于海外的頁(yè)巖氣頁(yè)巖油的研究成果和勘探開(kāi)發(fā)業(yè)績(jī)，考慮到中國(guó)的地質(zhì)背景，還研究了其形成條件、產(chǎn)生和聚集機(jī)理、資源潛力和有利區(qū)域。頁(yè)巖中油氣的殘余量可以用現(xiàn)有的烴源巖定量評(píng)價(jià)方法來(lái)計(jì)算。然而，多種頁(yè)巖中的含烴量由沉積環(huán)境，巖石學(xué)成分、豐度、類(lèi)型、成熟度，有機(jī)質(zhì)排驅(qū)效率影響。此外，由于頁(yè)巖致密而且低孔低滲，頁(yè)巖油和頁(yè)巖氣比常規(guī)油氣更難開(kāi)采。結(jié)果顯示中國(guó)具有頁(yè)巖油和頁(yè)巖氣的巨大潛力。

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