鄂爾多斯盆地陸相頁巖氣特殊性及面臨的挑戰(zhàn)

吳辰泓，高勝利，高 潮,3.

(1.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西西安 710064；2.陜西延長石油(集團)有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075；3.陜西省陸相頁巖氣成藏與開發(fā)重點實驗室，陜西西安 710075)

鄂爾多斯盆地陸相頁巖氣特殊性及面臨的挑戰(zhàn)

吳辰泓1,2，高勝利2，高 潮2,3.

(1.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西西安 710064；2.陜西延長石油(集團)有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075；3.陜西省陸相頁巖氣成藏與開發(fā)重點實驗室，陜西西安 710075)

國內(nèi)外海相頁巖氣產(chǎn)量的突破得益于工程技術(shù)的成功研發(fā)，其基礎(chǔ)是對頁巖氣地質(zhì)特征研究的長期攻關(guān)。陸相頁巖與之相比存在較多特殊性，筆者以鄂爾多斯盆地三疊系延長組陸相頁巖氣為典型實例，在地質(zhì)特征、資源背景及勘探開發(fā)技術(shù)等方面進行研究分析，與國內(nèi)外海相頁巖氣進行對比后認為：延長探區(qū)長7、長9頁巖形成于陸相湖泊沉積背景，分布范圍廣，含氣頁巖層單層厚度大，有機質(zhì)干酪根類型總體以II1型為主，有機質(zhì)豐度大，各項指標相近或優(yōu)于國外頁巖氣盆地，生氣條件有利；但是，長7、長9陸相頁巖氣為偏腐泥型干酪根初次裂解形成的低成熟度油型氣，頁巖吸附能力大，以吸附氣為主。黏土礦物含量高，地層壓力低，地質(zhì)條件復(fù)雜，鉆井壓裂施工困難。目前我國陸相頁巖氣仍處于勘探開發(fā)初期，成本高，初期產(chǎn)量低，在頁巖生成機理、“甜點”識別、儲層精細刻畫、資源落實方面的認識尚不成熟，還需通過開展頁巖氣勘探開發(fā)先導(dǎo)性試驗，實現(xiàn)科技突破，形成資源接替，促進陸相頁巖氣產(chǎn)業(yè)取得經(jīng)濟效益。

頁巖氣勘探；海相頁巖氣；陸相頁巖氣；鄂爾多斯盆地；三疊系延長組

美國是世界上最早實現(xiàn)頁巖氣大規(guī)模商業(yè)性開采的國家，也是開采頁巖氣最久的國家，距今已近200年開采歷史。主要以海相頁巖為主，其“頁巖氣革命”的成功得益于鉆完井和壓裂工藝技術(shù)的突破。據(jù)美國能源信息署(EIA)2013年數(shù)據(jù)，中國頁巖氣技術(shù)可采資源量達31.57×1012m3，排名世界第二[1]；中國頁巖資源分布于海相、陸相、海陸過渡相頁巖中，其中陸相頁巖氣可采資源潛力為7.9×1012m3，與海相、海陸過渡相頁巖氣可采資源潛力相近[1-2]。由于我國陸相頁巖氣勘探開發(fā)起步時間較晚、地質(zhì)條件存在較多特殊性、關(guān)鍵技術(shù)尚未突破、鉆完井成本居高不下等因素的影響，陸相頁巖氣目前難以實現(xiàn)商業(yè)性開發(fā)。

根據(jù)美國頁巖氣勘探開發(fā)的成功經(jīng)驗，頁巖氣關(guān)鍵技術(shù)的成熟依賴于頁巖氣地質(zhì)特征的準確認識。我國沉積盆地廣泛發(fā)育陸相頁巖[3-4]，除川西坳陷以外，具有頁巖氣資源潛力的陸相暗色頁巖主要發(fā)育在中國北方地區(qū)。近年來，陸相頁巖氣勘探在鄂爾多斯盆地延長石油探區(qū)實現(xiàn)突破，2011 年4月，LP177 井長7頁巖層段成功壓裂并點火試氣[5]，成為中國第一口陸相頁巖氣出氣井。通過對該區(qū)中生界三疊系延長組陸相頁巖氣進行早期評價及勘探開發(fā)先導(dǎo)試驗，取得一系列地質(zhì)認識和技術(shù)突破[6-7]。筆者以鄂爾多斯盆地三疊系延長組陸相頁巖氣資源為典型實例，在與海相頁巖氣進行特征對比的基礎(chǔ)上，對鄂爾多斯盆地頁巖氣勘探開發(fā)實踐中取得的地質(zhì)認識進行歸納，對目前的技術(shù)難點進行分析，以期在陸相頁巖氣發(fā)展進程中，有效利用機遇并及時應(yīng)對挑戰(zhàn)。

1 沉積背景

頁巖發(fā)育具有廣泛性，在海相、陸相及海陸交互相沉積環(huán)境下均可發(fā)育[2]。國內(nèi)外海相頁巖多形成于深水陸棚環(huán)境，形成于此背景下的海相頁巖分布范圍廣、厚度大、礦物成分較單一、硅質(zhì)含量高。鄂爾多斯盆地是中國第二大沉積盆地，中三疊紀湖相頁巖發(fā)育在此[8]，為晚三疊世大型坳陷湖盆沉積，發(fā)育長7(T3ch7)、長9(T3ch9)兩套頁巖層系，主要分布在盆地中南部；其中富含頁巖氣資源，平面上主要分布在盆地中部及南部[7]。三疊系延長組長7 期，盆地基底整體由于受強烈拉張而下陷，水體加深，湖盆進入全盛時期，沉積中心位于下寺灣鎮(zhèn)西南部，呈西厚東薄趨勢(圖1)。主要發(fā)育有深湖相、淺湖相和三角洲前緣亞相，全盆地范圍內(nèi)暗色泥巖層系沉積范圍可達10×104km2。在長9期，以湖侵為主，南部大范圍被湖水淹沒，湖岸線向外推移，湖盆面積擴大。主要發(fā)育三角洲前緣相，三角洲相為南—西南延伸；湖盆主體位于延長探區(qū)南部，以濱淺湖亞相為主，半深湖—深湖亞相發(fā)育于下寺灣鎮(zhèn)西部，基本以泥質(zhì)類細粒沉積為主，有機質(zhì)豐富，為陸相頁巖的建造提供了良好沉積條件。相對于海相頁巖，高頻湖進湖退的水動力環(huán)境使得陸相頁巖中砂質(zhì)夾層發(fā)育，縱向上分割頁巖，因此頁巖單層厚度及平面展布規(guī)模相對海相頁巖要小，非均質(zhì)性強，黏土礦物含量高。沉積背景的不同也進一步造成陸相頁巖在地質(zhì)特征各方面與海相頁巖不同。

圖1 延長探區(qū)分布位置示意圖

2 陸相頁巖氣地質(zhì)特征

2.1 厚度及埋深

相對于北美海相頁巖沉積盆地，鄂爾多斯盆地長7、長9湖相黑色頁巖在分布時代、沉積背景、發(fā)育規(guī)模上存在一定差異，海相暗色頁巖大多形成于深水陸棚相沉積，分布廣泛并夾有硅質(zhì)頁巖、炭質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)頁巖和砂質(zhì)頁巖，水下環(huán)境比較穩(wěn)定，頁巖呈書頁狀、板片狀產(chǎn)出，累計厚度較大，最厚可超過350 m(Ohio、Lewis頁巖)[9]。在延長探區(qū)范圍內(nèi)，長7頁巖最大厚度區(qū)呈北西—南東向展布(圖2)，厚度為50～110 m，東北部最薄，一般小于10 m，頁巖分布穩(wěn)定，連續(xù)性較好。長9頁巖厚度變化較大，最小為6 m，下寺灣東南部最厚，可達29.6 m。砂質(zhì)隔夾層發(fā)育，橫向變化快，頁巖呈塊狀、紋層狀、薄層狀產(chǎn)出，頁巖發(fā)育規(guī)模與Antrim、Fayetteville、Woodford頁巖相當(dāng)。

長7、長9頁巖埋深受陜北斜坡西傾單斜構(gòu)造影響，自西向東逐漸變淺，長7頁巖頂面埋深變化在500～2000 m之間，平均埋深1500 m；長7頁巖層頂面埋深由西北部向東南、由西向東、由北向南逐漸變淺。延長探區(qū)內(nèi)長9頁巖頂面埋深變化在800～1900 m之間，最深達2100 m，平均近1500 m。美國產(chǎn)氣頁巖埋深差別較大，如Haynesville頁巖埋深最大可達3500 m；最淺埋深的Antrim頁巖僅500 m[7-11]。相比較而言，延長組頁巖埋深適中，與Lewis頁巖相近。

圖2 長7段暗色頁巖厚度分布特征

圖3 延長探區(qū)陸相頁巖與美國主要產(chǎn)氣頁巖的厚度對比

2.2 有機地球化學(xué)特征

2.2.1 干酪跟類型

根據(jù)顯微鏡下鑒定特征，長7、長9頁巖樣品的干酪根具有腐泥型和混合型特點，腐泥組含量從46%～91%不等；鏡質(zhì)組所占百分比從1%～39%不等，平均約為20%；惰質(zhì)組百分含量為0.6%～3.2%，平均為1.5%；殼質(zhì)組含量為3.5%～20%，平均為8.5%。干酪根類型總體以Ⅱ1型為主，還有少量Ⅱ2型。北美頁巖干酪根主要以Ⅰ型與Ⅱ型為主，也有部分是Ⅲ型的。如北美地區(qū)Antrim頁巖的主要產(chǎn)氣層段以Ⅰ型干酪根為主，而NewAlbany頁巖和Barnett頁巖干酪根類型為Ⅱ型，Lewis頁巖以Ⅲ型為主。也有Ohio頁巖和英屬哥倫比亞東北部侏羅系Gordondale頁巖等，干酪根類型以Ⅰ型或Ⅱ型為主[9]。總體分析認為，海相頁巖形成于沉積速率較快、地質(zhì)條件較為封閉、有機質(zhì)供給豐富的臺地或陸棚環(huán)境中，以Ⅰ、Ⅱ型干酪根為主，陸相頁巖的干酪根類型與海相頁巖無較大差別。

2.2.2 總有機碳含量(TOC)

根據(jù)實測總有機碳含量結(jié)果，延長探區(qū)延長組長7頁巖有機碳含量主要變化在2.0%～8.0%，峰值3.0%～6.0%，最大值約13.3%，最小值約0.14%，平均約4.7%(圖4)。延長組長9頁巖有機碳含量呈雙峰分布，一部分樣品主要分布在0.3%～1.0%之間，另一部分有機碳含量分布在2.0%～11.0%之間，峰值4.0%～8.0%，最大值約10.3%，平均約4.9%(圖4)。美國含氣頁巖有機碳含量在1.5%～25.0%之間，其中Antrim頁巖TOC最高[10-19]。以密歇根盆地Antrim頁巖為例，總有機碳含量上部Lachine段至Norwood段較高，在0.5%～24.0%，較深的Paxton段較小，為0.3%～8.0%[10]。對比發(fā)現(xiàn)，長7、長9頁巖TOC與北美地區(qū)Barnett、Woodford、Fayetteville頁巖近似，比Ohio、Antrim、New Albany頁巖TOC小，比Lewis、Haynesville頁巖TOC大。

圖4 延長探區(qū)長7(a)和長9段(b)TOC統(tǒng)計結(jié)果

2.2.3 鏡質(zhì)組反射率(Ro)

目前全球頁巖氣源巖的熱成熟度差異較大，從未成熟到成熟甚至過成熟均有發(fā)現(xiàn)。根據(jù)烴源巖熱演化程度，可將頁巖氣藏劃分為三大類，即高成熟度頁巖氣藏、低成熟度頁巖氣藏以及高低成熟度混合頁巖氣藏。根據(jù)實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，長7頁巖Ro在0.51%～1.39%，平均為0.95 %；長9頁巖Ro在0.65%～1.40%之間，平均為1.025 %；長7和長9泥頁巖鏡質(zhì)組反射率多數(shù)小于1.3%。美國Barnett頁巖氣藏是源巖在高成熟度(Ro≥1.1%)條件下裂解形成的，其Ro平均為1.7%。阿巴拉契亞盆地Marcellus頁巖成熟度較高的地區(qū)才有頁巖氣產(chǎn)出，西弗吉尼亞州南部Ro為4.0%，賓夕法尼亞州西部Ro為2.0%；New Albany頁巖和Ohio頁巖的Ro較低，分別在0.44%～1.50%和0.4%～1.3%[9]。對比發(fā)現(xiàn)，延長探區(qū)三疊系Ro除比北美地區(qū)具生物成因氣的Antrim頁巖和具生物氣、熱解氣混合成因的New Albany頁巖的高外，明顯低于其他具有熱解成因的頁巖的成熟度(圖5)，多數(shù)處于生油窗內(nèi)。延長探區(qū)長7、長9頁巖主要處于生油窗后期，生濕氣窗的高峰期，尚未進入過成熟生干氣階段。

2.3 成因類型

根據(jù)氣體樣品碳同位素數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，長7頁巖氣甲烷的碳同位素值(δ13C1)為-52.0‰～46.4‰，乙烷的碳同位素值(δ13C2)為-39.7‰～34.4‰，丙烷的碳同位素值為-38.6‰～30.7‰。甲烷氫同位素組成主要為-240‰～270‰，相對較輕；乙烷氫同位素組成為-220‰～250‰，略重于甲烷，體現(xiàn)了成熟度較低的特征。長9頁巖氣甲烷的碳同位素值(δ13C1)為-51.1‰～-48.1‰，乙烷的碳同位素值(δ13C2)為-38.6‰～-36.7‰，丙烷的碳同位素值為-38.6‰～-32.4‰。長7、長9頁巖氣中的碳同位素值特征基本一致。同時長7、長9頁巖氣中甲烷及其同系物的δ13Cn值隨烷烴分子中碳原子數(shù)的增加而增加，表現(xiàn)為正常碳同位素序列，δ13Cn與1/n(n為烴類氣體的碳原子數(shù))之間存在線性關(guān)系，表明沒有外來氣體的混入，也未經(jīng)歷后期的改造作用。結(jié)合有機質(zhì)類型和熱演化資料分析認為，長7、長9陸相頁巖氣為偏腐泥型干酪根初次裂解形成的低成熟度油型氣，與原油伴生氣具有相同的來源和成因類型，未見明顯外來天然氣或生物成因天然氣的混入，也未經(jīng)歷明顯的次生改造作用。

圖5 延長探區(qū)陸相頁巖與美國主要產(chǎn)氣頁巖的鏡質(zhì)組反射率對比

海相頁巖氣按其天然氣成因可分為3種主要類型：熱成因型和生物成因型及混合成因型[9,20-21]。3種類型在美國海相頁巖中均有所發(fā)現(xiàn)，其中美國Fort Worth 盆地的Barnett頁巖氣藏為熱成因型典型代表[22]，美國Williston 盆地上白堊統(tǒng)Carlile頁巖氣藏為生物成因型典型代表。

2.4 儲層特征

2.4.1 巖性組分

圖6 長7、長9 陸相頁巖與美國海相頁巖礦物含量三角圖

目前對頁巖地層進行壓裂是解決開發(fā)經(jīng)濟性的唯一方法，而頁巖的脆性對水力壓裂效率以及誘導(dǎo)裂縫的穩(wěn)定性十分重要。為此對地層進行了脆性礦物含量統(tǒng)計。脆性參數(shù)主要受礦物組成和成巖作用的影響，石英含量高，則頁巖的脆性隨之提高。延長組頁巖中碎屑成分主要為石英、長石、云母、少量酸性噴出巖、變質(zhì)巖等屑巖。脆性礦物含量與海相頁巖存在差異，石英含量為20%～30%，平均為26.3%(圖6)。除了石英含量相對較低外，相比海相頁巖，陸相頁巖長石含量和黏土礦物含量較高，長石含量為10.0%～36.9%，平均為24.2%；黏土礦物含量高且變化大，一般為37.4%～72.8%，平均為40%。而美國海相頁巖脆性礦物含量相對較高[9,12,16-17]，如美國Barnett頁巖黏土礦物含量只有25%。延長組陸相頁巖主要包含4類黏土礦物，其中伊/蒙混層礦物的相對含量最高，為61.0%～94.0%，平均為80.0%；其次為伊利石，含量為2.0%～26.0%，平均為9.1%；隨后是綠泥石，含量為4.0%～14.0%，平均為9.0%；還有少量高嶺土，平均含量為2.0%。鐵鎂質(zhì)巖石和蒙脫石會在鉆井和水力壓裂中出現(xiàn)膨脹，而高嶺土和伊利石對鉆井和壓裂的影響較小。整體而言，陸相頁巖塑形強，可壓性相對較弱。

2.4.2 物性

陸相頁巖孔隙度偏小，而優(yōu)質(zhì)頁巖氣層的孔隙度一般應(yīng)大于4%。北美主要頁巖氣田儲層分選較好，如通過電纜測井分析和電鏡圖像觀察，具有較高最終可采儲量的Barnett頁巖中通常含有石英粉砂夾層，具有很高的孔隙度和滲透率，總孔隙度在4.0%～15.0%之間。據(jù)Curtis統(tǒng)計[9]，美國典型海相產(chǎn)氣頁巖孔隙度最高為14.0%，阿科馬盆地Woodford 頁巖基質(zhì)總孔隙度為6.51%，有效孔隙度為4.22%；密歇根盆地Antrim 頁巖孔隙度為5.0%～6.0%；其他盆地普遍高于4.0%(圖7)。而鄂爾多斯盆地長7和長9頁巖以微—中孔隙為主，孔隙度最高為3.4%，平均為2.0%，表明該區(qū)陸相頁巖物性較差，游離氣儲集條件相對較差。而延長組長7頁巖孔隙度分布范圍為1.2%～4.1%，平均為2.4%，滲透率平均為0.16 mD。

圖7 長7、長9陸相頁巖與美國主要產(chǎn)氣頁巖的孔隙度對比

2.5 含氣性及資源潛力

2.5.1 含氣性

現(xiàn)場解吸試驗發(fā)現(xiàn)，長7、長9巖心剛出筒時，在巖心側(cè)面層理處可見大量氣泡冒出，最大氣泡直徑可達4 mm以上。同時應(yīng)用解吸儀器在現(xiàn)場測試頁巖的含氣量，結(jié)果表明延長組長7頁巖含氣量在2.14～7.71 m3/t之間，平均為3.0 m3/t；長9頁巖含氣量在4.98～8.99 m3/t之間，平均為3.2 m3/t。其中游離氣所占比例有限，吸附氣含量所占比例超過70%。

美國各盆地典型海相頁巖氣的含氣量存在較大差異[9]，Haynesville、Woodford、Barnett、Fayetteville頁巖的含氣量均高于5 m3/t，Barnett頁巖氣含氣量最高超過9.0 m3/t；其他盆地頁巖氣含量較低，其中Lewis頁巖氣含量甚至低于1 m3/t(圖8)。海相頁巖物性優(yōu)于陸相頁巖，游離氣賦存條件有利，游離氣所占比例超過40%。延長探區(qū)陸相頁巖含氣量除比北美地區(qū)Haynesville、Woodford、Barnett、Fayetteville頁巖低外，比其他盆地頁巖都高，但是以吸附氣為主，如何有效開發(fā)，技術(shù)手段面臨很大挑戰(zhàn)。

圖8 長7、長9陸相頁巖與美國主要產(chǎn)氣頁巖的含氣量對比

2.5.2 資源潛力

目前用于頁巖氣藏量計算的方法有3種：類比法、靜態(tài)法和動態(tài)法[21-22]。計算方法的選擇取決于頁巖氣不同階段勘探開發(fā)數(shù)據(jù)的豐富程度。曾有學(xué)者應(yīng)用類比法和靜態(tài)法中的成因法和統(tǒng)計法對長7的資源量進行計算[5]，對比發(fā)現(xiàn)，不同方法計算的結(jié)果差別較大，其中利用條件概率賦值的方法較為準確。已有學(xué)者對頁巖氣資源量計算的新方法進行了探討[23-26]，但目前較為成熟、應(yīng)用較多的方法為靜態(tài)法中的容積法[27-28]。延長探區(qū)陸相頁巖氣地質(zhì)特點認識清楚，含氣量測試數(shù)據(jù)比較充足，選擇容積法對頁巖氣的資源量進行計算準確程度較高。應(yīng)用概率容積法對延長探區(qū)內(nèi)延長組長7、長9的頁巖氣資源量進行計算，長7頁巖的地質(zhì)資源量為2845.80×108m3，長9頁巖的地質(zhì)資源量為1365.84×108m3。

3 陸相頁巖氣面臨的挑戰(zhàn)

目前我國頁巖氣資源勘探開發(fā)上已展露良好機遇，也在現(xiàn)有先導(dǎo)試驗區(qū)取得了較大的進展，在陸相頁巖氣勘探實踐和技術(shù)研發(fā)方面取得了一些突破，但要實現(xiàn)具有經(jīng)濟效益的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)發(fā)展，還面臨一系列重大挑戰(zhàn)[29-30]。

3.1 資源量落實程度低

據(jù)北美第一口頁巖氣井，美國頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷經(jīng)近200年，其發(fā)展過程艱辛而復(fù)雜，具有長期性、階段性特征。隨著技術(shù)的突破，美國在經(jīng)歷了數(shù)十年頁巖氣勘探開發(fā)實踐的基礎(chǔ)上，才逐步解決了頁巖氣資源問題。頁巖氣于2000年以后正式成為美國勘探開發(fā)的新目標，其資源量估算采用了單井(生產(chǎn))最終可采儲量法，在不同經(jīng)濟、技術(shù)條件下，仍然會隨時有較大的變化[31]。根據(jù)國內(nèi)外多個機構(gòu)對我國頁巖氣資源評價的結(jié)果，我國頁巖氣資源非常豐富，位居世界第二，但由于目前資源預(yù)測的基礎(chǔ)較差，這些數(shù)據(jù)存在較大不確定性。我國頁巖氣資源前景在目前乃至今后一段時期內(nèi)仍難以準確獲取，需加大地質(zhì)研究，獲取大量的鉆井、試驗測試和生產(chǎn)數(shù)據(jù)。目前，鄂爾多斯盆地的陸相頁巖氣資源也面臨同樣的問題，相對于海相頁巖，其在地質(zhì)特征方面存在一定差異，且目前的鉆井?dāng)?shù)量較少，所獲取的資料仍然有限，鄂爾多斯盆地陸相頁巖氣資源量仍需進一步落實。此外，頁巖儲集性能評價、分析試驗測試及“甜點”預(yù)測等地質(zhì)評價技術(shù)均需要進一步完善、提高。

3.2 生成機理復(fù)雜

20世紀70年代以來, 世界各地未熟—低熟烴類不斷發(fā)現(xiàn)，90年代初期中國幾乎所有的中、新生代陸相沉積盆地都被報道過發(fā)現(xiàn)有未熟—低熟油。在此期間，研究者對低熟氣高度重視，認為低熟氣的形成與低熟油有關(guān)，但直接關(guān)于低熟氣的研究甚少。既然低成熟度的烴源巖可以生油，低熟烴源巖也可以生氣(相比常規(guī)生烴的熱演化程度)。按照烴源巖熱演化成烴過程的原理，在比低熟生油烴源巖的熱演化程度略高的情況下，低熟烴源巖一定是可以生烴的。

目前在盆地延長探區(qū)獲得的頁巖氣流，盡管烴源巖熱演化程度不是很高、處于主要生成頁巖油階段，然而鉆井勘探實踐證實具有一定試氣產(chǎn)量。與此同時，鄂爾多斯盆地三疊系烴源巖中是否存在低熟油氣生烴機制，低熱演化源巖背景下不同類型、不同成熟度有機質(zhì)生、排烴機理值得深入摸索研究。

3.3 頁巖儲層識別與刻畫難度大

陸相頁巖儲層砂質(zhì)紋層極為發(fā)育，非均質(zhì)性極強[7]，頁巖儲層結(jié)構(gòu)特征認識不清，薄互層型的儲層油藏識別難度特別大，不同尺度下砂泥巖互層的發(fā)育規(guī)模及配置關(guān)系研究尚不深入。其次，孔喉尺寸大小和分布是決定儲集層儲集能力和滲流能力的直接參數(shù)，確定喉道的大小和分布是研究巖石孔隙結(jié)構(gòu)的核心問題。頁巖儲層微米—納米孔喉系統(tǒng)的非均質(zhì)性研究尚屬空白：不同尺度的孔喉系統(tǒng)在頁巖儲層中的比例及組成的復(fù)雜孔隙網(wǎng)絡(luò)特征未做系統(tǒng)研究，以及烴類流體在儲層微米—納米孔喉系統(tǒng)中的賦存狀態(tài)及其分布特征認識不足。以上均導(dǎo)致強非均質(zhì)儲層內(nèi)部多相流體聚散及成藏過程有待深化，強非均質(zhì)頁巖“甜點”識別難度較大，地球物理快速識別技術(shù)還需進一步完善。

3.4 產(chǎn)能評價方法尚未建立

頁巖中納米級孔隙占主導(dǎo)地位，是頁巖氣的主要儲集空間，儲層中微裂縫和壓裂裂縫是流體流通的主要通道。頁巖氣從儲層基質(zhì)孔隙到井筒的運移經(jīng)歷了基質(zhì)孔隙表面氣體的解吸、基質(zhì)中納米級孔隙內(nèi)氣體擴散/滲流以及儲層中微米級裂隙內(nèi)氣體滑脫、達西流階段，基本涵蓋了從擴散到達西流的多種運移形態(tài)。通過對頁巖儲層物性試驗技術(shù)、滲流理論及產(chǎn)能預(yù)測等相關(guān)領(lǐng)域研究成果的整理和分析，可以看出目前陸相頁巖氣產(chǎn)能評價工作仍然存在亟待解決的技術(shù)難題。首先缺乏有針對性的儲層物性物理模擬試驗。目前的試驗技術(shù)條件沒有切實反映實際地層的溫壓條件，而溫壓條件直接影響到孔道內(nèi)頁巖氣滲流機理。其次，頁巖儲層內(nèi)流體滲流機理缺乏系統(tǒng)性研究。相關(guān)領(lǐng)域研究重點在于對儲層物性靜態(tài)參數(shù)的研究，而缺乏對于儲層孔滲動態(tài)特性的研究。第三，儲層滲流模型的建立多延續(xù)煤層氣建模思路。煤儲層滲流模型多為儲層天然裂隙滲透率的表征，而頁巖儲層的孔隙結(jié)構(gòu)以納米級孔隙為主，存在少部分的微米級裂隙。其內(nèi)部頁巖氣滲流機理與煤層氣存在差異，不能簡單地以裂隙滲透率表征全巖滲透率，應(yīng)考慮基質(zhì)中納米級孔隙內(nèi)頁巖氣滲流機理，同時陸相頁巖吸附氣含量較高，其解吸附過程應(yīng)是滲流研究的重點。最后，頁巖儲層產(chǎn)能預(yù)測缺乏對實際產(chǎn)氣過程中儲層孔滲動態(tài)特性的認識，儲層產(chǎn)能預(yù)測不能真實地反映實際的產(chǎn)量情況。因此從生產(chǎn)實踐的角度出發(fā)，解決陸相頁巖氣滲流及產(chǎn)能評價領(lǐng)域存在的技術(shù)難題，有助于提高對頁巖氣井產(chǎn)能規(guī)律的認識，滿足生產(chǎn)實踐的需要。

3.5 鉆完井及壓裂技術(shù)需完善

由于頁巖氣特殊的地質(zhì)條件，陸相頁巖黏土礦物含量較高，巖石脆性弱，需要有適合于頁巖氣開發(fā)各個階段的配套工藝技術(shù)。突破產(chǎn)能的關(guān)鍵就是頁巖氣水平井和大規(guī)模分級水力壓裂技術(shù)，而這兩項技術(shù)在我國正處于試驗摸索階段。目前，鄂爾多斯盆地陸相頁巖氣已鉆探多口水平井，并實現(xiàn)了多級壓裂，但在技術(shù)細節(jié)上仍需改進，要在自主研發(fā)的基礎(chǔ)上不斷借鑒國外新技術(shù)。

3.6 井下工具及設(shè)備待改進

為實現(xiàn)頁巖氣田規(guī)?；a(chǎn)，控制生產(chǎn)成本，美國頁巖氣開發(fā)過程中還常采取集中批量鉆井、“工廠化”作業(yè)，涉及多項配套設(shè)備，這些設(shè)備多被國際大公司“把控”[29]。目前中國涉足頁巖氣時間較短，相關(guān)頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)還不成熟，關(guān)鍵核心設(shè)備在國內(nèi)尚為空白。同時這些成熟的技術(shù)設(shè)備在海相地層中應(yīng)用具有良好效果，在陸相頁巖中未必能夠成功應(yīng)用，因此，我國頁巖氣技術(shù)設(shè)備研發(fā)不可完全移植國外，需自主創(chuàng)新，進行攻關(guān)；鄂爾多斯盆地陸相頁巖氣井在施工過程中，關(guān)鍵設(shè)備仍有待自主研發(fā)和攻關(guān)，如隨鉆測井儀器、橋塞、滑套等，需要進一步研發(fā)、改進。

3.7 勘探開發(fā)成本偏高

根據(jù)美國頁巖氣井生產(chǎn)經(jīng)驗，頁巖氣井具有單井產(chǎn)量低、遞減快等顯著特征，需要大量鉆井才能實現(xiàn)頁巖氣規(guī)模產(chǎn)量與穩(wěn)產(chǎn)。2009年，美國頁巖氣生產(chǎn)井?dāng)?shù)增至98590口，產(chǎn)量超過878×108m3[1]。頁巖氣勘探開發(fā)投資巨大，成本高。美國的頁巖氣勘探開發(fā)是在較為完善的天然氣管網(wǎng)和發(fā)育的消費市場基礎(chǔ)上，不斷改善技術(shù)、優(yōu)化作業(yè)流程、降低成本，才使其勘探開發(fā)成本明顯降低。而中國頁巖的賦存地質(zhì)條件比美國復(fù)雜，天然氣管網(wǎng)和消費市場基礎(chǔ)仍不完善，頁巖氣勘探開發(fā)成本本身就可能會高于美國，因此在短期之內(nèi)根本無法達到經(jīng)濟效益。在鄂爾多斯盆地陸相頁巖氣勘探區(qū)域，地貌條件十分復(fù)雜，勘探難度較大，施工作業(yè)成本較高，同時，受技術(shù)和設(shè)備條件影響，其工作效率及產(chǎn)出投入比都需要提高。

3.8 環(huán)境保護壓力大

雖然頁巖氣本身是潔凈能源，但其在勘探開發(fā)中會引發(fā)嚴重的環(huán)境污染問題。歐洲許多國家因擔(dān)心頁巖氣勘探開發(fā)存在環(huán)境隱患而叫停了多個頁巖氣項目[30]。目前，鄂爾多斯盆地陸相頁巖氣水平井壓裂需要耗費大量水資源，同時會產(chǎn)生大量返排液，進而影響地表環(huán)境。CO2壓裂技術(shù)替代水力壓裂，可在一定程度上緩解該問題，但壓裂機理及注入設(shè)備仍需進一步研究和攻關(guān)。

4 結(jié)論

(1)延長探區(qū)長7、長9頁巖主要發(fā)育有深湖相、淺湖相和三角洲前緣亞相，暗色頁巖層系沉積范圍廣，含氣頁巖層單層厚度大，干酪根以Ⅱ1型為主，有機質(zhì)豐度大，各項指標相近或優(yōu)于國外頁巖氣盆地，生氣條件有利，為陸相頁巖氣的形成提供了良好地質(zhì)條件。

(2)延長探區(qū)長7、長9陸相頁巖氣為偏腐泥型干酪根初次裂解形成的低成熟度油型氣，頁巖儲層物性較差，孔隙度較低，頁巖吸附氣比例較高，黏土礦物含量高，地層壓力低，實現(xiàn)經(jīng)濟開發(fā)面臨諸多地質(zhì)難題。

(3)鄂爾多斯盆地資源潛力較大，延長組長7、長9陸相頁巖氣已成為油氣勘探開發(fā)重要目標。目前對其的理論認識還很薄弱，尤其在成因機理、富集規(guī)律、非均質(zhì)儲層精細刻畫、“甜點”識別方面尚無成熟認識。陸相頁巖氣勘探開發(fā)難度大，成本高，要實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化開采，需要持續(xù)加強理論技術(shù)攻關(guān)，產(chǎn)、學(xué)、研、用共同參與，突出有效頁巖氣資源的落實，夯實發(fā)展基礎(chǔ)，全面總結(jié)陸相頁巖氣勘探開發(fā)過程中的經(jīng)驗教訓(xùn)，開展陸相頁巖氣地質(zhì)理論創(chuàng)新，促進頁巖氣產(chǎn)業(yè)取得經(jīng)濟效益，以實現(xiàn)長效發(fā)展。

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Characteristics and Challenges of Continental Shale Gas in Ordos Basin

Wu Chenhong1,2, Gao Shengli2, Gao Chao2,3

(1.CollegeofEarthScienceandResources,Chang＇anUniversity,Xi＇an,Shaanxi710054,China; 2.ResearchInstituteofShaanxiYanchangPetroleum(Group)Co.,Ltd.,Xi＇an,Shaanxi710075,China;3.ShaanxiKeyLaboratoryofLacustrineShaleGasAccumulationandExploitation,Xi＇an,Shaanxi710075,China)

The foundation of the success of exploration and development of North America marine shale gas is a rich understanding of reservoir characteristics from decades of experience, and the production breakthrough is mainly attributed to engineering technology research and development. Learn from North America successful experience, we studied the Triassic continental shale gas horizon of Yanchang formation by analyzing the sedimentary-tectonic setting, geological characteristics and exploration technology comprehensively， and come to a conclusion when comparing to the marine shale gas formation. In Yanchang exploration area, Chang7 and Chang9 strata are mainly deep lacustrine, shallow lacustrine and delta front deposits. The dark shale strata are widespread and the single shale gas bearing layer is thick with generally large amount of Type II1kerogen. The geochemical and geophysical parameters are similar or even better compared to other overseas shale gas bearing basins which are quite favorable for gas generation and accumulation. The shale gas from Chang7 and Chang9 strata is oil type gas with low maturity from primary pyrolysis, because the kerogen is sapropelic. Therefore the shale have large absorption capacity which is favorable for different phases of shale gas to accumulate. However, the drilling and fracturing work is difficult because of complicated formation mechanical properties. Comparing to marine shale, continental shale has its own characteristic, and high development cost and low production is mainly because of the utilizing of shale gas is still in a early stage. We need to launch pilot projects aiming to promote the shale gas economical to finally realize the energy resources replacement.

shale gas exploration; marine shale gas; continental shale gas; Ordos Basin; Triassic Yanchang formation

吳辰泓(1988—)，女，碩士研究生，主要從事非常規(guī)油氣科研工作。郵箱：wuchenhong@sxycpc.com.

TE122

A