中國頁巖氣選區(qū)評價研究進展概論及思考

張 虎,甘 輝

(四川省煤田地質(zhì)局一三七隊，四川 達州 635006)

與常規(guī)油氣一樣，為尋找有利的靶區(qū)，便形成了一系列頁巖氣選區(qū)評價工作流程。中國頁巖氣基本地質(zhì)特征與國外存在差異，其選區(qū)評價發(fā)展歷程、選區(qū)評價參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)、選區(qū)評價方法有特殊性。本文調(diào)研了大量文獻資料，從選區(qū)評價對象、層次、標(biāo)準(zhǔn)等方面總結(jié)了中國頁巖氣選區(qū)評價發(fā)展歷程；以南方頁巖氣選區(qū)評價為例，進一步分析選區(qū)評價過程，提出一套選區(qū)評價參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)，旨在為以后的頁巖氣選區(qū)評價提供借鑒；最后總結(jié)選區(qū)評價方法的優(yōu)缺點，為選區(qū)評價方法選取提供參考。

1 頁巖氣選區(qū)評價發(fā)展歷程

1.1 選區(qū)評價對象

中國的頁巖氣資源在陸相、海陸交互相、海相層系均有分布，涉及震旦系、寒武系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系[1]。因此，中國頁巖氣選區(qū)評價對象具有多相、多層系的特點，建議按沉積相劃分評價對象。

1.2 選區(qū)評價層次

中國頁巖氣勘探開發(fā)起步于2000年，經(jīng)歷了跟蹤調(diào)研→資源調(diào)查→目標(biāo)優(yōu)選→先導(dǎo)試驗→開發(fā)建設(shè)→快速上產(chǎn)的過程，而中國頁巖氣選區(qū)評價始于2008年，選區(qū)評價經(jīng)歷了遠景區(qū)→有利區(qū)→核心區(qū)→工程甜點區(qū)的過程，評價分為四個層次是基于勘探開發(fā)過程中資料的不斷更新?？碧匠跗谟捎谫Y料缺乏，僅能滿足遠景區(qū)選區(qū)評價精度要求，后期由于勘探開發(fā)資料不斷的增加，依次滿足有利區(qū)、核心區(qū)、工程甜點區(qū)的選區(qū)評價工作。文獻發(fā)表時間也有類似規(guī)律：2009～2013年主要為遠景區(qū)選擇的文獻[2-5]；2014～2015年主要為有利區(qū)預(yù)測評價的文獻[6-9]；2016～2018年主要為核心區(qū)、工程甜點區(qū)選區(qū)評價文獻[10-13]。選區(qū)評價初期出現(xiàn)核心區(qū)的文獻僅是理論研究或是建立模型[14-15]。不同地區(qū)所經(jīng)歷的選區(qū)評價過程不同，如長寧、威遠、涪陵焦石壩等地區(qū)經(jīng)歷了完整的過程，而多數(shù)地區(qū)選區(qū)評價還處于遠景區(qū)、有利區(qū)、核心區(qū)評價層次，近期出現(xiàn)關(guān)于有利區(qū)優(yōu)選的文獻一般都是基于這些地區(qū)的優(yōu)選實踐，如趙瞻(2017)對滇黔北地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣有利區(qū)進行的預(yù)測[16]。

1.3 公開標(biāo)準(zhǔn)

目前中國還未建立起系統(tǒng)的頁巖氣選區(qū)評價標(biāo)準(zhǔn)。公開文獻主要是依據(jù)某研究區(qū)進行遠景區(qū)、有利區(qū)、核心區(qū)、工程甜點區(qū)中某一層次的選區(qū)評價實踐[3,5,11,14]，原國土資源部組織編制的《頁巖氣勘查開發(fā)相關(guān)技術(shù)規(guī)程》中的《頁巖氣資源評價及選區(qū)規(guī)程》(征求意見稿)，針對遠景區(qū)、有利區(qū)、核心區(qū)提出了參考標(biāo)準(zhǔn)，GB∕T 31483-2015 《頁巖氣地質(zhì)評價方法》是唯一一個提出了選區(qū)評價標(biāo)準(zhǔn)的，但標(biāo)準(zhǔn)中只是提出了海相、過渡相-湖沼相煤系、湖相頁巖氣有利區(qū)下限標(biāo)準(zhǔn)。因此，亟待建立系統(tǒng)的分層次、分沉積相的頁巖氣選區(qū)評價標(biāo)準(zhǔn)。

2 頁巖氣選區(qū)評價參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)

以南方海相頁巖氣選區(qū)評價為例。初期由于資料的缺乏，僅基于已有的老井、露頭、地震等少量資料進行了遠景區(qū)評價，評價參數(shù)主要考慮頁巖氣生氣能力，涉及參數(shù)為TOC、R0、厚度等[2-3]。不同學(xué)者所選用的參數(shù)不同，主要是由于不同地區(qū)頁巖氣富集主控因素不同，次要是掌握資料程度不同。

有利區(qū)的選區(qū)評價主要在遠景區(qū)選區(qū)結(jié)果的范圍內(nèi)進行，由于有一定的勘探投入，選區(qū)評價參數(shù)增多，主要考慮儲氣能力等參數(shù)，選擇了南方有利區(qū)，如長寧、威遠、昭通等頁巖氣勘查示范區(qū)(有利區(qū))。遠景區(qū)、有利區(qū)選區(qū)評價標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，遠景區(qū)、有利區(qū)只是頁巖氣選區(qū)評價過程的初選，為避免排除了有利的區(qū)域，建議評價標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)降低。

目前，中國頁巖氣選區(qū)評價已開展了遠景區(qū)、有利區(qū)的優(yōu)選；威遠、長寧、焦石壩地區(qū)海相頁巖進行核心區(qū)、工程甜點區(qū)優(yōu)選，進入了頁巖氣勘探開發(fā)階段，生產(chǎn)數(shù)據(jù)對選區(qū)評價標(biāo)準(zhǔn)進行了驗證；另外局部地區(qū)海陸過渡相、陸相獲得了具有開采價值的工業(yè)氣流。因此本文以上述地區(qū)頁巖氣選區(qū)評價為例，提出中國頁巖氣核心區(qū)、工程甜點區(qū)的優(yōu)選評價參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)。考慮到沉積差異性，海陸過渡相和陸相頁巖與海相頁巖參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)略有差異，僅供頁巖氣選區(qū)評價參考(表1)。

核心區(qū)選區(qū)評價主要考慮可采性，在有利區(qū)內(nèi)部署鉆井、物探等工作，通過鉆井、物探獲取的資料，結(jié)合室內(nèi)綜合研究分析，最終選擇核心區(qū)。對于核心區(qū)選區(qū)評價，長寧、威遠地區(qū)選用了優(yōu)質(zhì)頁巖氣儲層厚度(大于30 m)、埋深(2 000～4 000 m)、資源豐度(大于3×108m3/km2)、壓力系數(shù)(大于1.2)、地應(yīng)力(較低)、地面條件(好)六個方面[17]，其中優(yōu)質(zhì)頁巖氣儲層滿足如下要求：TOC大于2%，含氣量大于2 m3/t，孔隙度大于4%，脆性礦物大于40%等為優(yōu)質(zhì)頁巖氣儲層。

工程甜點區(qū)的優(yōu)選是在核心區(qū)優(yōu)選的基礎(chǔ)之上，從參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)來說本來已經(jīng)能滿足工程甜點區(qū)的要求，但是核心區(qū)優(yōu)選中基本是基于井點數(shù)據(jù)，由于頁巖也具有非均質(zhì)性，因此工程甜點區(qū)的優(yōu)選更多的是利用地震預(yù)測手段排除不能滿足參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域，所以參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)變化不大，某些在核心區(qū)選用的參數(shù)可一次性排除不符合的區(qū)域，在工程甜點區(qū)中便不選用該參數(shù)，所以參數(shù)更少，主要選取偏向于工程可操作性的參數(shù)[10-13]。本次選用了優(yōu)質(zhì)頁巖氣儲層厚度、脆性指數(shù)、應(yīng)力、裂縫密度四個參數(shù)。

長寧、威遠、焦石壩測試氣產(chǎn)量與優(yōu)質(zhì)頁巖厚度正相關(guān)，在優(yōu)質(zhì)頁巖厚度大于30 m時測試氣產(chǎn)量增加迅速[17-18]。因此，對于工程甜點區(qū)則把優(yōu)質(zhì)頁巖厚度下限定為30 m。

由于頁巖低孔低滲的特征，頁巖一般采用體積壓裂改造，提高產(chǎn)能。脆性指數(shù)是判斷頁巖可壓裂性的重要參數(shù)，脆性指數(shù)越大，可壓裂性越好。郭旭升(2014)認(rèn)為脆性指數(shù)((石英+長石+方解石)/(石英+長石+方解石+黏土))%大于等于60，容易形成縫網(wǎng)，提高壓裂效果[18]。

地應(yīng)力差異系數(shù)可對壓裂效果進行表征，一般地應(yīng)力差異系數(shù)越小，壓裂效果越好，北美一般認(rèn)為小于0.25，焦石壩地區(qū)0.11的壓裂效果較好[18]，本次定為0.2。

天然裂縫發(fā)育程度越高，壓裂時易于形成網(wǎng)絡(luò)裂縫，但發(fā)育程度過高不利于保存，焦石壩地區(qū)選擇裂縫發(fā)育區(qū)內(nèi)的相對不發(fā)育區(qū)，數(shù)據(jù)資料可通過微地震手段獲取。

表1 中國頁巖氣核心區(qū)、工程甜點區(qū)選區(qū)評價參考標(biāo)準(zhǔn)

3 選區(qū)評價方法

中國頁巖氣選區(qū)評價主要形成了三種方法：綜合信息疊合法、權(quán)重系數(shù)法、地震屬性預(yù)測法，每種方法有其適用范圍、優(yōu)缺點。前兩種方法主要用于遠景區(qū)、有利區(qū)、核心區(qū)的優(yōu)選，地震屬性預(yù)測法主要針對工程甜點區(qū)。綜合信息疊合法根據(jù)評價參數(shù)的分布特征，采用多參數(shù)疊加選擇目標(biāo)區(qū)域；權(quán)重系數(shù)法，通過給每個參數(shù)權(quán)重，然后對每個參數(shù)分級，并進行無量綱化處理，最后利用某種數(shù)學(xué)方法，得到綜合評價系數(shù)，根據(jù)系數(shù)的大小分級，得到不同級別的目標(biāo)區(qū)；地震屬性預(yù)測法是采用地震的手段預(yù)測各屬性參數(shù)，選擇適合的頁巖氣選區(qū)評價標(biāo)準(zhǔn)，最后選用前兩種任何一種方法進行相應(yīng)的區(qū)塊優(yōu)選(表2)。

中國頁巖氣選區(qū)評價方法較多，綜合信息疊合法是最為適用的頁巖氣選區(qū)評價方法，該方法適用、操作性強。

表2 中國頁巖氣選區(qū)評價方法統(tǒng)計表

4 結(jié)論與認(rèn)識

(1)中國頁巖氣選區(qū)評價對象具有多相、多層系的特點；評價層次分為遠景區(qū)、有利區(qū)、核心區(qū)、工程甜點區(qū)四個層次。

(2)中國頁巖氣選區(qū)評價參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，遠景區(qū)側(cè)重于物質(zhì)基礎(chǔ)(生氣能力)等參數(shù)；有利區(qū)側(cè)重于頁巖氣富集主控因素(儲氣能力)參數(shù)；核心區(qū)、工程甜點區(qū)側(cè)重于地應(yīng)力、壓力系數(shù)、脆性指數(shù)、天然裂縫等可采性參數(shù)。頁巖氣核心區(qū)、工程甜點區(qū)選區(qū)評價參考標(biāo)準(zhǔn)的提出可為其它區(qū)域頁巖氣選區(qū)評價提供參考。

(3)頁巖氣選區(qū)評價方法各有優(yōu)缺，但綜合信息疊合法適用性和操作性強，是最為適用的頁巖氣選區(qū)評價方法。