頁巖氣資源評(píng)價(jià)方法研究進(jìn)展與發(fā)展方向

宋振響 ，徐旭輝，王保華，趙琳潔，楊國橋，邱 岐

(1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所, 江蘇 無錫 214126； 2.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院, 北京 100083)

繼2012年中國第一個(gè)商業(yè)頁巖氣田——涪陵頁巖氣田發(fā)現(xiàn)以來，國家不斷加大頁巖氣勘探開發(fā)力度，相繼在四川盆地探明了涪陵、威遠(yuǎn)、長寧和威榮4個(gè)整裝頁巖氣田，為打好中國“十三五”階段的“穩(wěn)油增氣”攻堅(jiān)戰(zhàn)作出了積極貢獻(xiàn)。盡管四川盆地五峰組-龍馬溪組頁巖氣獲得了重大突破，但較中國21.81×1012m3(2017年國土資源部評(píng)價(jià))的頁巖氣可采資源量來看，目前探明的頁巖氣僅為冰山一角。下一步如何借鑒四川盆地頁巖氣的成功勘探開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，有效指導(dǎo)其他盆地(地區(qū))的頁巖氣資源潛力評(píng)價(jià)和有利區(qū)優(yōu)選工作，盡快發(fā)現(xiàn)下一個(gè)“涪陵頁巖氣田”，成為中國頁巖氣勘探開發(fā)面臨的重要問題。

現(xiàn)階段來看，“資源摸底、甜點(diǎn)優(yōu)選”仍是當(dāng)前中國頁巖氣發(fā)展的首要問題?？陀^、準(zhǔn)確評(píng)價(jià)重點(diǎn)盆地主要泥頁巖段的頁巖氣資源潛力是頁巖氣獲得突破的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，也是下一步頁巖氣有利區(qū)優(yōu)選的前提。近年來，頁巖氣資源評(píng)價(jià)方法得到了不斷的完善與發(fā)展[1-8]，由于不同評(píng)價(jià)方法也有一定的局限性和適用性，導(dǎo)致不同時(shí)期、不同機(jī)構(gòu)對(duì)頁巖氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果可比性較差。因此，有必要系統(tǒng)總結(jié)目前頁巖氣資源評(píng)價(jià)中采用的主要方法及其適用性，結(jié)合資評(píng)方法研究進(jìn)展和頁巖氣勘探開發(fā)需求，建立適合中國地質(zhì)實(shí)際的頁巖氣資源評(píng)價(jià)方法及關(guān)鍵參數(shù)體系。這將為客觀評(píng)價(jià)頁巖氣資源潛力奠定理論基礎(chǔ)，并將有效指導(dǎo)中國新一輪的頁巖氣資源評(píng)價(jià)和有利區(qū)優(yōu)選工作。

1 頁巖氣資評(píng)方法研究現(xiàn)狀及應(yīng)用情況

1.1 資評(píng)方法分類

近20年來，隨著國內(nèi)外頁巖氣資源勘探開發(fā)的快速的發(fā)展，頁巖氣地質(zhì)評(píng)價(jià)與勘探開發(fā)力度逐年加大，這也帶動(dòng)了頁巖氣資源評(píng)價(jià)方法的完善與進(jìn)步。頁巖氣資源評(píng)價(jià)方法較多，依據(jù)各資評(píng)方法基于的原理，筆者將目前常用的頁巖氣資評(píng)方法劃分為3大類，分別為靜態(tài)法、動(dòng)態(tài)法和綜合法，每種方法下又可細(xì)分為若干種具體評(píng)價(jià)方法(圖1)。

1.1.1 靜態(tài)法

靜態(tài)法主要依據(jù)富有機(jī)質(zhì)泥頁巖層系的靜態(tài)地質(zhì)指標(biāo)計(jì)算頁巖氣資源量，具體又可以劃分為成因法、統(tǒng)計(jì)法和類比法。

圖1 頁巖氣資源評(píng)價(jià)方法分類Fig.1 Classification of shale gas assessment methods

1) 成因法

成因法主要是從泥頁巖生、排、滯留烴演化過程出發(fā)，通過計(jì)算待評(píng)價(jià)區(qū)泥頁巖生/排油、氣量和原油裂解氣量，得到泥頁巖中殘余天然氣量[2]。成因法主要包括地球化學(xué)法和盆地模擬法兩種[5]。地球化學(xué)法計(jì)算頁巖氣資源量的思路分為兩種：一種是用泥頁巖的總生氣量減去總排氣量及天然氣運(yùn)聚過程中的各種損耗量，得到殘留在泥頁巖層系中的天然氣量[3]；另外一種更直接的方法是在生、排烴模擬實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，直接得到不同演化階段生-排-滯留油氣產(chǎn)率[9]、干酪根裂解氣產(chǎn)率[10]和殘留油裂解氣產(chǎn)率[11-12]，在此基礎(chǔ)上采用成因法計(jì)算頁巖氣資源量。

2) 統(tǒng)計(jì)法

統(tǒng)計(jì)法是常規(guī)油氣資源評(píng)價(jià)中常用的一種評(píng)價(jià)方法，也是一種較成熟的評(píng)價(jià)方法，是通過對(duì)中、高勘探程度區(qū)大量靜態(tài)地質(zhì)參數(shù)或動(dòng)態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，建立相關(guān)數(shù)學(xué)預(yù)測模型，進(jìn)而預(yù)測頁巖氣資源量的一種方法。依據(jù)依靠原始資料的不同，統(tǒng)計(jì)法主要包括體積法(容積法)、FORSPAN模型法、隨機(jī)模擬法和趨勢分析法等(圖1)。

① 體積法

體積法也叫容積法，其實(shí)質(zhì)是根據(jù)泥頁巖的含氣性，直接計(jì)算泥頁巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間內(nèi)的油氣體積或重量，是目前國內(nèi)頁巖氣資源評(píng)價(jià)中最常用的方法之一。根據(jù)含氣量獲取方式的不同，可以直接計(jì)算頁巖氣資源量；也可以根據(jù)頁巖氣賦存方式的不同，分別計(jì)算游離氣及吸附氣含量?？紤]到泥頁巖空間展布、生烴、儲(chǔ)集性能和含氣性具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，為保證評(píng)價(jià)結(jié)果的可信度，需要對(duì)資評(píng)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行合理性分析，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理確定參數(shù)變化范圍及分布規(guī)律，由此發(fā)展出了概率體積法[13]。

② FORSPAN模型法

FORSPAN模型是USGS(美國地質(zhì)調(diào)查局)在1999年為評(píng)價(jià)連續(xù)型油氣藏資源評(píng)價(jià)提出的，并在國外頁巖油氣和致密油氣評(píng)價(jià)過程中得到廣泛應(yīng)用，多用于已開發(fā)單元的剩余資源潛力預(yù)測。該方法涉及的參數(shù)眾多，主要包括評(píng)價(jià)單元基礎(chǔ)信息、地質(zhì)地球化學(xué)特征和勘探開發(fā)歷史數(shù)據(jù)等，經(jīng)過近幾年的發(fā)展，該方法已經(jīng)比較完善[14-15]。該方法在實(shí)際應(yīng)用過程中常和類比法和動(dòng)態(tài)法綜合使用。

③ 隨機(jī)模擬法

針對(duì)傳統(tǒng)類比法的不足，Olea等[16]提出了采用隨機(jī)模擬法開展非常規(guī)油氣資源評(píng)價(jià)。這是一種以統(tǒng)計(jì)法為主、類比法為輔的綜合性評(píng)價(jià)方法，其原理主要是采用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法(主要是序貫高斯算法)模擬有生產(chǎn)井區(qū)的單元格的EUR(最終可采儲(chǔ)量)，綜合得到已鉆井區(qū)域的可采儲(chǔ)量；在無井區(qū)，主要采用類比法得到EUR的空間關(guān)系及相關(guān)參數(shù)，綜合模擬未鉆井區(qū)的可采儲(chǔ)量。

④ 趨勢分析法

趨勢分析法是通過分析高勘探程度區(qū)的勘探工作量和油氣儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)情況等，建立相關(guān)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)模型，進(jìn)而預(yù)測油氣資源規(guī)模與結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)方法。目前，該類資評(píng)發(fā)展已比較成熟，并在常規(guī)油氣資源評(píng)價(jià)中得到廣泛應(yīng)用，具體方法主要包括油藏規(guī)模序列法、地質(zhì)帕萊托法和發(fā)現(xiàn)趨勢法等[17]。由于中國現(xiàn)階段頁巖氣勘探開發(fā)程度總體較低，缺少趨勢分析法應(yīng)用的基礎(chǔ)，故該類方法較少采用。

3) 類比法

類比法采用的是由已知推測未知的經(jīng)典地質(zhì)思想，是根據(jù)低勘探程度區(qū)與高勘探程度區(qū)頁巖氣形成地質(zhì)條件的相似性粗略估算資源量的一種方法。根據(jù)類比參數(shù)的不同，類比法可以分為資源豐度類比法、含氣量類比法[18]和EUR類比法[7](圖1)。

① 資源豐度類比法

這是根據(jù)待評(píng)價(jià)區(qū)與刻度區(qū)頁巖氣形成地質(zhì)條件的相似性，由刻度區(qū)頁巖氣面積(體積)資源豐度推測待評(píng)價(jià)區(qū)頁巖氣資源豐度[1]，結(jié)合泥頁巖空間展布，簡單、快速估算頁巖氣資源量的一種方法。

② 含氣量類比法

該方法主要根據(jù)待評(píng)價(jià)區(qū)頁巖氣形成地質(zhì)條件與頁巖氣資評(píng)刻度區(qū)的相似性及刻度區(qū)頁巖氣含氣量來推測待評(píng)價(jià)區(qū)的含氣量[18]，然后采用體積法估算頁巖氣資源量。

③ EUR類比法

該方法是由生產(chǎn)區(qū)單井EUR值，根據(jù)單井泄氣面積預(yù)測評(píng)價(jià)單元所需鉆井?dāng)?shù)，結(jié)合鉆井成功率，來估算待評(píng)價(jià)區(qū)頁巖氣資源量的一種方法[7]。評(píng)價(jià)單元的EUR值主要通過與生產(chǎn)周期較長井的EUR值類比獲得，常用來計(jì)算頁巖氣可采資源量。

1.1.2 動(dòng)態(tài)法

動(dòng)態(tài)法根據(jù)頁巖氣在實(shí)際開發(fā)過程中的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)資料計(jì)算資源量，根據(jù)采用生產(chǎn)數(shù)據(jù)的不同又可以細(xì)分為物質(zhì)平衡法、遞減曲線法和數(shù)值模擬法(圖1)。

1) 物質(zhì)平衡法

該方法通過對(duì)氣田平均地層壓力和采氣量之間的隱含關(guān)系進(jìn)行分析，建立適合頁巖氣藏的物質(zhì)平衡方程[19]，通過描繪p/Z(產(chǎn)層壓力/氣體壓縮因子)-Gp(天然氣體積)圖，進(jìn)而計(jì)算出頁巖氣資源量。該方法需要的參數(shù)眾多，主要適用于氣田開發(fā)的中、后期。

2) 遞減曲線法

該方法主要是基于頁巖氣初期產(chǎn)量高、后期遞減快和產(chǎn)氣周期長的生產(chǎn)特征提出的，以大量生產(chǎn)井的歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立適合研究區(qū)的遞減趨勢模型，從而預(yù)測頁巖氣可采儲(chǔ)量。根據(jù)遞減趨勢的不同，遞減曲線法又分為指數(shù)遞減、雙曲線遞減和調(diào)和遞減3個(gè)模型，目前頁巖氣產(chǎn)量計(jì)算中一般采用雙曲線遞減模型[20]。

3) 數(shù)值模擬法

該方法以進(jìn)入開發(fā)生產(chǎn)期后的頁巖氣生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用數(shù)值模擬軟件，對(duì)頁巖氣儲(chǔ)層參數(shù)和實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，模擬得到氣井的預(yù)計(jì)生產(chǎn)曲線和最終可采儲(chǔ)量[4]。

1.1.3 綜合法

隨著勘探程度和地質(zhì)認(rèn)識(shí)程度的提高，某一地區(qū)的資源量也是動(dòng)態(tài)變化的；即使一個(gè)地區(qū)達(dá)到了高勘探程度，也很獲得準(zhǔn)確的資源量評(píng)價(jià)結(jié)果。因此，在資源評(píng)價(jià)過程中，還有必要進(jìn)行專家評(píng)斷，根據(jù)多組資評(píng)結(jié)果和專家經(jīng)驗(yàn)，獲得更可靠的資源量估算結(jié)果。綜合法又分為特爾菲法和專家系統(tǒng)法(圖1)。

1) 特爾菲法

該方法系統(tǒng)綜合了專家小組的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，專家組成員考慮不同評(píng)價(jià)方法的可信度，按照各自的地質(zhì)認(rèn)識(shí)分別給予一定的權(quán)系數(shù)，綜合得到待評(píng)價(jià)區(qū)的資源量。這種方法相對(duì)簡單、有效，需要在其他多種資評(píng)方法開展評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上應(yīng)用。

2) 專家系統(tǒng)法

專家系統(tǒng)法是特爾菲法的發(fā)展與延伸，完備的基礎(chǔ)資料庫、評(píng)價(jià)參數(shù)庫、資評(píng)成果庫和圖形庫是該方法應(yīng)用的基礎(chǔ)，同時(shí)還要有一系列嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)規(guī)范和邏輯關(guān)系[5]，在此基礎(chǔ)上根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)給出待評(píng)價(jià)區(qū)的資源量。

1.2 資評(píng)方法應(yīng)用情況

美國和加拿大是世界上最早進(jìn)行頁巖氣勘探開發(fā)，并成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化開采的國家，頁巖氣資源評(píng)價(jià)方法體系也最為完善。由于北美頁巖氣勘探開發(fā)程度相對(duì)較高，目前主要以基于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)法(體積法、FORSPAN法、EUR法)和動(dòng)態(tài)法(遞減曲線法、物質(zhì)平衡法等)開展頁巖氣資源量計(jì)算。如Decker等1993年利用體積法計(jì)算了Antrim頁巖的資源量[21]，USGS在2003年、2007年采用FORSPAN法估算了沃斯堡盆地Barnett頁巖氣資源量[15]，ARI(先進(jìn)資源國際公司) 2006年用EUR類比法估算了全美48州的頁巖氣資源[15]，EIA(美國能源信息署) 2012年采用EUR方法評(píng)價(jià)了美國未探明致密油技術(shù)可采資源量[22]；Valko[23]和Duong[24]等針對(duì)頁巖氣遞減模型作了改進(jìn)。2002—2013 年期間，多家機(jī)構(gòu)陸續(xù)開展了加拿大不同地區(qū)的頁巖氣資源評(píng)價(jià)工作[25-26]，采用的方法也主要是統(tǒng)計(jì)法和動(dòng)態(tài)法。除采用統(tǒng)計(jì)法和動(dòng)態(tài)法外，國外在頁巖氣的資源評(píng)價(jià)過程中也采用了成因法和類比法，如Jarvie[27]和Talukdar[28]等采用成因法計(jì)算了頁巖中殘留天然氣的資源量，澳大利亞和德國學(xué)者對(duì)美國Marcellus頁巖和Bakken頁巖的含油氣性進(jìn)行了盆地模擬[29]；英國能源與氣候變化部[30]通過與美國頁巖氣成藏條件的類比預(yù)測英國頁巖氣資源潛力。

從2002年開始，國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)、企事業(yè)單位和專家學(xué)者對(duì)中國頁巖氣資源開展了多輪系統(tǒng)評(píng)價(jià)工作(表1)。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，中國頁巖氣可采地質(zhì)資源量分布在(10～36.1)×1012m3，不同時(shí)期和機(jī)構(gòu)的評(píng)價(jià)結(jié)果存在較大的差異。從采用的評(píng)價(jià)方法來看，國外機(jī)構(gòu)由于掌握的實(shí)際地質(zhì)資料較少，主要是采用類比法粗略估算中國主要盆地和地區(qū)的頁巖氣資源量；而中國主要是采用靜態(tài)法中的體積法和類比法[31]開展頁巖氣資評(píng)工作。除體積法和類比法外，也有學(xué)者采用成因法估算頁巖氣資源量，如王香增[32]和朱華[33]等采用體積法計(jì)算了鄂爾多斯盆地延長油區(qū)長7段和川西凹陷須五段的頁巖氣資源量。隨著四川盆地頁巖氣勘探開發(fā)程度的提高，也有學(xué)者嘗試采用EUR法[34]和動(dòng)態(tài)法中的遞減曲線法[35]預(yù)測頁巖氣可采儲(chǔ)量。

從頁巖氣資評(píng)方法應(yīng)用情況來看，國內(nèi)外存在較大差別。國外主要采用統(tǒng)計(jì)法和動(dòng)態(tài)法開展高勘探程度地區(qū)頁巖氣可采儲(chǔ)量的計(jì)算，采用類比法和成因法開展中、低勘探程度地區(qū)的頁巖氣地質(zhì)資源量評(píng)價(jià)。而中國目前主要采用統(tǒng)計(jì)法中的體積法開展中、高勘探程度地區(qū)頁巖氣資源評(píng)價(jià)，采用類比法估算低勘探程度區(qū)頁巖氣資源量，動(dòng)態(tài)法和成因法應(yīng)用較少。另外，且中國目前主要強(qiáng)調(diào)的是頁巖氣地質(zhì)資源量的評(píng)價(jià)，而國外更重視可采資源量的評(píng)估。

2 頁巖氣資評(píng)方法適用性及研究進(jìn)展

2.1 成因法

成因法最大的優(yōu)點(diǎn)是通過分析復(fù)雜的油氣成藏過程來評(píng)估油氣資源潛力，對(duì)資源潛力的宏觀把控具有獨(dú)到的優(yōu)勢；缺點(diǎn)是評(píng)價(jià)過程復(fù)雜，難以準(zhǔn)確預(yù)測泥頁巖在地質(zhì)歷史時(shí)期的生-排-滯留烴演化過程，造成計(jì)算殘留在泥頁巖層系中的油氣量十分困難(表2)。

針對(duì)成因法計(jì)算頁巖氣資源量時(shí)存在的上述問題，近年來專家學(xué)者主要在頁巖氣賦存方式、成因來源和泥頁巖生-排-滯留烴過程方面開展了針對(duì)性研究工作，主要取得以下兩方面的進(jìn)展。

一是針對(duì)頁巖氣資源評(píng)價(jià)的盆地模擬技術(shù)取得了進(jìn)展。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，盆地模擬技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，并在油氣資源評(píng)價(jià)中也發(fā)揮了越來越重要的作用[17]，盆地模擬技術(shù)同樣適用于頁巖氣的資源評(píng)價(jià)。與常規(guī)油氣盆地模擬流程不同，頁巖氣盆地模擬計(jì)算中只需考慮油氣的生成與初次運(yùn)移，不用考慮常規(guī)油氣盆地模擬中的油氣二次運(yùn)移及聚集過程[29]，模擬過程相對(duì)更簡單，評(píng)價(jià)結(jié)果也更可靠。近年來，德國IES公司的PetroMod和法國石油研究院的TemisFlow盆地模擬軟件都新增了頁巖氣資源評(píng)價(jià)模塊，針對(duì)頁巖氣形成過程的特殊性，新增了基于生烴動(dòng)力學(xué)的泥頁巖生烴模型和逾滲法流動(dòng)運(yùn)移模型，并基于烴類多組分模型和Langmuir吸附模型計(jì)算不同賦存方式下的頁巖氣量。

表1 中國頁巖氣資源量歷次評(píng)價(jià)結(jié)果Table 1 List of previous assessment results of shale gas resources in China

表2 頁巖氣主要資評(píng)方法原理及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比Table 2 Principles and comparison of advantages and disadvantages of major shale gas resource assessment methods

二是明確了頁巖氣的來源及構(gòu)成，在此基礎(chǔ)上完善了泥頁巖生-排-滯留烴模式。研究表明，頁巖氣主要來源于干酪根裂解氣和滯留油裂解氣兩部分：早期以干酪根裂解氣為主，如鄂爾多斯盆地三疊系頁巖氣[36]；高-過成熟演化階段以滯留油裂解氣為主，如四川盆地志留系頁巖氣[37]。目前，地層孔隙熱壓模擬實(shí)驗(yàn)[38]已能夠定量評(píng)價(jià)各演化階段的生油量、排出油量、殘留油量和總生氣量?？倸庵饕ㄈ糠謥碓矗号懦鲇土呀鈿?、烴源巖中的干酪根裂解氣和滯留在烴源層系中的殘留油裂解氣。干酪根裂解氣可以直接通過熱模擬實(shí)驗(yàn)的方式獲得[39]；排出油和滯留油裂解氣可根據(jù)各演化階段排出油量和原油性質(zhì)，根據(jù)原油向天然氣的轉(zhuǎn)化效率[11]計(jì)量。從位置上來說，滯留油裂解氣和干酪根生氣都屬于烴源巖層系內(nèi)生氣，即源內(nèi)生氣(圖2)。隨著生、排烴作用的進(jìn)行，源內(nèi)生氣又分為兩部分：一部分排出烴源巖層系外；另外一部分殘留在烴源巖層系內(nèi)，形成頁巖氣。根據(jù)地層孔隙熱壓模擬實(shí)驗(yàn)，再結(jié)合盆地模擬技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)不同地質(zhì)時(shí)期總生氣量及源內(nèi)生氣量的定量計(jì)算，這在解決頁巖氣資源量定量計(jì)算方面前進(jìn)了一大步。下一步要重點(diǎn)研究目前殘留在泥頁巖層系中的頁巖氣占源內(nèi)生成氣的比例，即“存滯系數(shù)”的問題。

2.2 統(tǒng)計(jì)法

統(tǒng)計(jì)法主要基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，計(jì)算方法和過程簡單，參數(shù)取值客觀，資評(píng)結(jié)果可信度較高，除體積法常用于計(jì)算頁巖氣地質(zhì)資源量外，其他統(tǒng)計(jì)法主要用于計(jì)算頁巖氣探明儲(chǔ)量和可采資源量。統(tǒng)計(jì)法在應(yīng)用中存在的主要問題包括：①未充分考慮到參數(shù)取值的非均質(zhì)性，也不能給出資源的空間展布；②參與計(jì)算的某些參數(shù)過于簡單，缺乏地質(zhì)分析；③需要大量的勘探開發(fā)歷程和儲(chǔ)、產(chǎn)量數(shù)據(jù)等，多適用于高勘探程度地區(qū)中、后期的資源評(píng)價(jià)(表2)。

圖2 泥頁巖完整的生-排-滯留烴演化模式Fig.2 The generation-expulsion-retention hydrocarbon evolution model of mud shale

經(jīng)過近幾年的發(fā)展，統(tǒng)計(jì)法在頁巖氣資源評(píng)價(jià)中也取得了一定的進(jìn)展：一是體積法評(píng)價(jià)更為精細(xì)，在傳統(tǒng)概率體積法評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上考慮到了泥頁巖分布的非均質(zhì)性，提出了改進(jìn)的曲面積分法，也叫小面元容積法[40]。二是計(jì)算機(jī)技術(shù)和地質(zhì)建模技術(shù)的發(fā)展提高了隨機(jī)模擬法的可信度，包括算法的發(fā)展、參數(shù)分布模型的確立及網(wǎng)格單元的劃分[41]等方面都取得了長足的進(jìn)步。

2.3 類比法

類比法是目前中國頁巖氣資源評(píng)價(jià)中最常用的方法，它的評(píng)價(jià)思路和評(píng)價(jià)過程都十分簡單，主要用于勘探早期的評(píng)價(jià)。該方法應(yīng)用的關(guān)鍵是刻度區(qū)的選取和類比參數(shù)體系的確定；缺點(diǎn)是類比過程較為復(fù)雜，類比標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)體系主觀性強(qiáng)(表2)，導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果存在較大的誤差。

隨著中國頁巖氣勘探程度的不斷提高，類比法在頁巖氣資源評(píng)價(jià)中也取得了較大的進(jìn)步。一是類比法應(yīng)用更細(xì)致、更有針對(duì)性，在前期資源豐度類比法的基礎(chǔ)上提出了分級(jí)資源豐度類比法和分類EUR類比法等[41]，進(jìn)一步體現(xiàn)了連續(xù)性資源分布的非均質(zhì)性。二是頁巖氣資評(píng)刻度區(qū)建設(shè)初見苗頭。繼涪陵頁巖氣獲得重大突破后，中國相繼探明了威遠(yuǎn)、長寧和威榮3個(gè)整裝頁巖氣田，滿足了建設(shè)中國南方海相頁巖氣刻度區(qū)的需求；此外，在四川盆地海-陸過渡相的二疊系、四川盆地陸相的侏羅系和鄂爾多斯盆地陸相的三疊系也有望實(shí)現(xiàn)頁巖氣的勘探突破。頁巖氣的重大勘探進(jìn)展和地質(zhì)認(rèn)識(shí)為我們下一步建立不同類型頁巖氣資評(píng)刻度區(qū)奠定了基礎(chǔ)。

2.4 動(dòng)態(tài)法

動(dòng)態(tài)法是基于頁巖氣的流動(dòng)及生產(chǎn)規(guī)律提出的，用于已進(jìn)入生產(chǎn)階段，且有一批長期生產(chǎn)井地區(qū)頁巖氣可采儲(chǔ)量的評(píng)價(jià)。動(dòng)態(tài)法計(jì)算頁巖氣資源量的關(guān)鍵參數(shù)是生產(chǎn)井的產(chǎn)層壓力和產(chǎn)量數(shù)據(jù)等，參數(shù)取值較為客觀，評(píng)價(jià)結(jié)果具有較強(qiáng)的指導(dǎo)性。其缺點(diǎn)是：①需要大量生產(chǎn)井的歷史數(shù)據(jù)，主要用于生產(chǎn)階段中、后期的產(chǎn)量評(píng)價(jià)；②頁巖氣壓力和產(chǎn)量變化大，遞減規(guī)律難以準(zhǔn)確把握；③頁巖氣滲流模型預(yù)測困難，開展數(shù)值模擬難度大(表2)?？傮w看來，中國在動(dòng)態(tài)法計(jì)算頁巖氣儲(chǔ)量方面仍比較落后。近年來，中國部署了大批頁巖氣專探井，尤其是在四川盆地有一批頁巖氣生產(chǎn)井的產(chǎn)氣周期已超過5年，為動(dòng)態(tài)法計(jì)算頁巖氣資源量積累了大批歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)。下一步需加強(qiáng)頁巖氣滲流機(jī)理和生產(chǎn)規(guī)律研究，改進(jìn)與完善符合頁巖氣生產(chǎn)規(guī)律的遞減曲線模型[34]和數(shù)值模擬[42]方法，進(jìn)一步提高了動(dòng)態(tài)法計(jì)算頁巖氣可采資源量的可靠性。

2.5 綜合法

綜合法原理和評(píng)價(jià)思路都很簡單，主要適用于低勘探程度地區(qū)，評(píng)價(jià)的關(guān)鍵是依靠其他資評(píng)方法獲得的資評(píng)結(jié)果和專家的地質(zhì)認(rèn)識(shí)，優(yōu)點(diǎn)是在綜合給出資評(píng)結(jié)果時(shí)充分考慮了不同資評(píng)方法得到的資評(píng)結(jié)果和專家經(jīng)驗(yàn)，缺點(diǎn)是評(píng)價(jià)過程中不同資評(píng)結(jié)果賦予的權(quán)重和專家賦值主觀性較強(qiáng)。目前，特爾菲法在油氣資源評(píng)價(jià)中得到了廣泛應(yīng)用；而專家系統(tǒng)法進(jìn)展緩慢，是未來頁巖氣資源評(píng)價(jià)的重要發(fā)展方向之一。隨著中國頁巖氣勘探開發(fā)進(jìn)程的不斷深入，未來有必要建立不同類型頁巖氣資評(píng)關(guān)鍵參數(shù)和資評(píng)結(jié)果數(shù)據(jù)庫，同時(shí)要加強(qiáng)資評(píng)專家?guī)斓慕ㄔO(shè)，發(fā)揮專家經(jīng)驗(yàn)在資源評(píng)價(jià)中的作用，保證資評(píng)結(jié)果更符合地質(zhì)實(shí)際。

3 頁巖氣資評(píng)方法發(fā)展方向

盡管我國頁巖氣資評(píng)方法取得了長足的進(jìn)步，但面臨快速發(fā)展的頁巖氣勘探開發(fā)形勢，目前的資評(píng)方法已滿足不了頁巖氣目標(biāo)優(yōu)選、精細(xì)評(píng)價(jià)和效益勘探的需求。展望未來，頁巖氣資評(píng)方法的發(fā)展方向主要包括以下幾點(diǎn)。

3.1 資源分級(jí)評(píng)價(jià)及空間分布預(yù)測

頁巖氣資源分布非均質(zhì)性強(qiáng)，只算一個(gè)總量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到頁巖氣目標(biāo)優(yōu)選和勘探開發(fā)的需求。研究表明，優(yōu)質(zhì)泥頁巖段對(duì)頁巖氣資源量和產(chǎn)量貢獻(xiàn)大，如四川盆地五峰組-龍馬溪組頁巖氣產(chǎn)量主要來自于厚度不足5 m的“甜點(diǎn)段”[43]，這些“甜點(diǎn)段”和優(yōu)質(zhì)富集資源分布在哪兒是我們開展頁巖氣資源評(píng)價(jià)必須要回答的問題。目前，分級(jí)資源豐度類比法、盆地模擬法、曲面積分法和數(shù)值模擬法等都在資源分級(jí)評(píng)價(jià)和資源空間分布預(yù)測方面做了積極的探索，并在指導(dǎo)頁巖氣有利區(qū)優(yōu)選、井位部署和產(chǎn)量預(yù)測方面取得了較好的應(yīng)用效果。下一步如何完善符合頁巖氣生成、聚集及保存過程規(guī)律的評(píng)價(jià)參數(shù)和地質(zhì)模型，建立泥頁巖和頁巖氣資源分級(jí)分類評(píng)價(jià)方案，提高資源空間分布定量預(yù)測精度，是頁巖氣資源評(píng)價(jià)的重要發(fā)展方向之一。

3.2 頁巖氣資評(píng)刻度區(qū)建設(shè)和大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)

隨著中國頁巖氣勘探開發(fā)工作的深入，頁巖氣形成地質(zhì)條件和富集規(guī)律研究取得了突破性進(jìn)展，也積累了一大批頁巖氣勘探開發(fā)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為中國頁巖氣刻度區(qū)建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。下一步需盡快建立中國不同類型頁巖氣資源評(píng)價(jià)刻度區(qū)，分析不同類型刻度區(qū)頁巖氣形成地質(zhì)條件差異及資源分布、富集和生產(chǎn)特征[44-45]，建立完善的頁巖氣資源評(píng)價(jià)類比參數(shù)體系，為統(tǒng)計(jì)法、類比法和動(dòng)態(tài)法計(jì)算資源量提供客觀的評(píng)價(jià)參數(shù)，進(jìn)一步提高資評(píng)結(jié)果的可信度。此外，隨著人工智能技術(shù)的進(jìn)步，可以將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用到統(tǒng)計(jì)樣本數(shù)據(jù)分析、刻度區(qū)數(shù)據(jù)庫管理和頁巖氣數(shù)值模擬中。大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠讓人們從繁雜的地質(zhì)大數(shù)據(jù)中找出規(guī)律，優(yōu)選評(píng)價(jià)模型，使油氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果更精確[17]。

3.3 多方法綜合應(yīng)用的頁巖氣資源評(píng)價(jià)體系

資源評(píng)價(jià)作為一門綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，評(píng)價(jià)結(jié)果具有較強(qiáng)的不確定性，資源評(píng)價(jià)的過程就是隨著油氣勘探進(jìn)展和地質(zhì)新認(rèn)識(shí)一步步去偽存真、不斷逼近“地質(zhì)實(shí)際”的過程。目前，中國頁巖氣資源評(píng)價(jià)主要采用靜態(tài)法中的體積法和類比法；而隨著盆地模擬技術(shù)的進(jìn)步和中國頁巖氣勘探進(jìn)程的不斷推進(jìn)，部分地區(qū)已滿足了采用成因法和動(dòng)態(tài)法計(jì)算頁巖氣資源量的要求；另外，基于目前已建立的頁巖氣資評(píng)刻度區(qū)，類比法的應(yīng)用也將更有針對(duì)性。采用多種方法開展頁巖氣資源評(píng)價(jià)將有效降低資評(píng)結(jié)果的不確定性，為頁巖氣有利區(qū)優(yōu)選和勘探部署提供依據(jù)。

3.4 頁巖氣經(jīng)濟(jì)可采資源量評(píng)價(jià)

與國外相比，當(dāng)今中國頁巖氣資源評(píng)價(jià)主要側(cè)重于地質(zhì)資源量的評(píng)價(jià)，經(jīng)濟(jì)可采資源量研究較少，這主要和中國油氣行業(yè)勘探與開發(fā)剝離的體制有關(guān)[17]。目前，常規(guī)油氣主要采用“現(xiàn)金流法”開展經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，該方法是基于氣藏總體開發(fā)方案的項(xiàng)目全過程經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)流程[46]；而頁巖氣作為連續(xù)性氣藏的一種，其非均質(zhì)性很強(qiáng)，單井產(chǎn)量差異大，勘探開發(fā)方案往往會(huì)隨著開發(fā)井試氣效果的進(jìn)行而調(diào)整，經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)參數(shù)及結(jié)果不確定性因素較多；此外，頁巖氣開采多需要大型的水力壓裂才有產(chǎn)能，勘探開發(fā)成本更高，頁巖氣在經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)思路、方法和流程上應(yīng)該有別于常規(guī)油氣。此前，有學(xué)者針對(duì)頁巖氣資源經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)開展過一些針對(duì)性的研究工作，并提出了改進(jìn)的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法[46-48]，但總體研究仍較落后。下一步亟需盡快建立一套符合頁巖氣地質(zhì)特點(diǎn)和生產(chǎn)方式的勘探開發(fā)一體化分級(jí)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法。

3.5 生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)

頁巖氣勘探一般采用水平井和水力壓裂技術(shù)。水平井壓裂除消耗大量的水資源外，壓裂過程中還需要注入大量的化學(xué)試劑，壓裂后也會(huì)產(chǎn)生大量的返排廢水，施工過程中若控制不好，很容易對(duì)地下水和周邊生態(tài)環(huán)境造成污染。一些歐洲國家(如瑞典、法國等)不支持大力開采頁巖氣，就是因?yàn)榭紤]到頁巖氣開采的壓裂技術(shù)可能會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞。在國家不斷加大環(huán)境保護(hù)力度的前提下，中國的頁巖氣資源評(píng)價(jià)工作也必須考慮到生態(tài)環(huán)境的因素，目前正在進(jìn)行的“十三五”全國油氣資源評(píng)價(jià)中已將生態(tài)環(huán)境評(píng)估納入到資源評(píng)價(jià)工作中。與美國相比，中國頁巖氣勘探開發(fā)總體還處于起步階段，無論是頁巖氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，還是生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系和生態(tài)環(huán)境法律法規(guī)制定等方面，都存在較大的差距[49]。國家在綜合考慮頁巖氣資源經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)上，必須盡快出臺(tái)嚴(yán)格、有效的環(huán)境保護(hù)監(jiān)管體系和有利的政策扶植體系，加快推進(jìn)頁巖氣生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

4 結(jié)論

1) 目前的頁巖氣資源評(píng)價(jià)方法主要包括靜態(tài)法、動(dòng)態(tài)法和綜合法。靜態(tài)法又包括成因法、統(tǒng)計(jì)法和類比法；動(dòng)態(tài)法主要包括物質(zhì)平衡法、遞減曲線法和數(shù)值模擬法；綜合法包括特爾菲法和專家系統(tǒng)法。從資評(píng)方法應(yīng)用情況來看，國外主要采用統(tǒng)計(jì)法和動(dòng)態(tài)法開展高勘探程度地區(qū)的頁巖氣可采儲(chǔ)量計(jì)算；而中國目前主要采用統(tǒng)計(jì)法中的體積法和類比法開展頁巖氣地質(zhì)資源量的評(píng)價(jià)，動(dòng)態(tài)法較少采用。

2) 每種頁巖氣資評(píng)方法都有一定的適用性和優(yōu)、缺點(diǎn)。成因法在盆地模擬和泥頁巖生-排-滯留烴演化過程研究方面取得了重要進(jìn)展；統(tǒng)計(jì)法進(jìn)一步修正了預(yù)測模型和關(guān)鍵參數(shù)，提高了預(yù)測精度；類比法在資評(píng)刻度區(qū)建設(shè)和分級(jí)、分類資源評(píng)價(jià)中前進(jìn)了一大步；動(dòng)態(tài)法中進(jìn)一步改進(jìn)與補(bǔ)充了符合頁巖氣生產(chǎn)規(guī)律的遞減曲線模型和數(shù)值模擬方法；綜合評(píng)價(jià)法研究相對(duì)薄弱，未來亟需加強(qiáng)研究。

3) 資源分級(jí)評(píng)價(jià)和空間分布定量預(yù)測可為頁巖氣有利區(qū)優(yōu)選和勘探部署提供重要依據(jù)。未來亟需建立不同類型的頁巖氣資評(píng)刻度區(qū)數(shù)據(jù)庫和多方法綜合應(yīng)用的頁巖氣資源評(píng)價(jià)技術(shù)，并需進(jìn)一步加強(qiáng)頁巖氣經(jīng)濟(jì)可采性和生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)。