遼寧省阜新市劉家區頁巖氣資源勘查開發淺析

王金龍

（東北煤田地質局107勘探隊，遼寧 阜新 123000）

1 概述

頁巖氣是一種清潔、高效的氣體能源。它是一種以游離或吸附狀態賦存于暗色泥、頁巖層或富有機質高碳泥、頁巖層中的低（負）壓、低飽和度（30%左右）、非常規天然氣。與常規儲層氣藏不同，頁巖既是天然氣生成的源巖，也是聚集和保存天然氣的儲層和蓋層。因此有機質含量高的黑色頁巖、高碳泥巖等是最好的頁巖氣發育條件。中國主要盆地和地區頁巖氣資源量約15萬億－30萬億立方米，與美國相當，經濟價值巨大。另外生產周期長也是頁巖氣的特點。頁巖氣田開采壽命一般達30～50年。根據《頁巖氣發展規劃（2011-2015年）》，“十二五”期間，我國將完成探明頁巖氣地質儲量6000億立方米，可采儲量2000億立方米，實現2015年頁巖氣產量65億立方米，2020年力爭達到頁巖氣年開采量為600億至1000億立方米。中國頁巖氣資源豐富，技術可采資源量為26 萬億立方米，是常規天然氣的1.6 倍。在開采技術成熟、經濟性適當時，將會產生巨大的商業價值。經權威機構對頁巖氣成藏機理進行了全面分析，獲得以下認識。①頁巖氣成藏機理兼具煤層吸附氣和常規圈閉氣藏特征，體現了復雜的多機理遞變特點。②在頁巖氣的成藏過程中，天然氣的賦存方式和成藏類型逐漸改變，含氣豐度和富集程度逐漸增加。③完整的頁巖氣成藏與演化可分為3個主要的作用過程，自身構成了從吸附聚集、膨脹造隙富集到活塞式推進或置換式運移的機理序列。④相應的成藏條件和成藏機理變化對頁巖氣的成藏與分布產生了控制和影響作用，巖性特征變化和裂縫發育狀況對頁巖氣藏中天然氣的賦存特征和分布規律具有控制作用。

《遼寧阜新盆地劉家區頁巖氣資源勘查設計報告》顯示，遼寧阜新盆地頁巖氣資源潛力巨大，僅劉家區資源量就達87.34億立方米，這標志著遼寧頁巖氣勘查開發進入新階段。東北煤田地質局完成方案，將阜新盆地劉家區設為首選勘查開發區。劉家區位于阜新盆地中部，白堊系沙海組四段地層以黑色頁巖、泥巖為主，富含動物化石，厚度500～600米，埋深1000～1600米，是較好的生氣巖層。該區多年的煤層氣勘查開發資料顯示，該地區具有良好的頁巖氣資源條件。勘查方案設計的3個鉆孔在劉家區一寬緩向斜構造內，鉆孔深度均為1700多米；首眼井選擇在韓家店鎮西瓦房村。通過鉆探施工掌握地層埋深、厚度、結構和TOC、成熟度、物質成分等情況，進而通過固井、射井、壓裂、排采試驗等環節獲取頁巖氣賦存層位和開采相關參數。分析盆地、有機質類型、巖石礦物學成分，探索頁巖氣的賦存空間、成因機制及其性質。LY-1井是東北煤田地質局107勘探隊承擔的“遼寧省陸相斷陷盆地頁巖氣勘探開發示范基地”產能建設重點井，肩負陸相頁巖氣開發實現突破的重任。該井設計為直井生產套管完井、固井、射井、沙海組四段（K1sh4）分段清水攜砂壓裂激勵開采頁巖氣。當前LY-1井已經套管完井；敬待射井、沙海組四段（K1sh4）分段清水攜砂壓裂激勵開采工藝的實施。

圖1 劉家～王家營子沙海組四段等高線圖

2 阜新市劉家區地質概況

2.1 區內地層

阜新盆地是新華夏系早白堊紀斷陷盆地。據三維地震及鉆井資料，盆地基底是在太古界變質巖系基礎上發育的下白堊統早期，伴隨著一系列NE、NNE向斷裂活動，形成多期噴發的中基性火山巖，即義縣組火山巖系及間歇性沉積層，隨后在地殼熱脆化基礎上形成了斷陷湖盆，并先后沉積了下白堊統的義縣組（K1y）；九佛堂組（K1jf）；沙海組（K1sh）；阜新組（K1f）；孫家灣組（K1s）；新生界第四系（Q）地層。

2.2 區內構造

該區構造位置處于劉家～王家營子向斜。軸向NE，長約13公里，寬平均5公里，面積約65平方公里。舒緩、兩翼較對稱，傾角10-20°。核部地層厚度大，有巨厚的阜新組煤層賦存。該向斜從劉家區、王營子區向西南延至伊嗎圖區。

3 阜新市劉家區頁巖氣資源地質條件分析

3.1 頁巖氣成藏條件分析

劉家區中生界白堊系下統沙海組四段（K1sh4）：以黑色、灰黑色厚層泥巖、頁巖、粉砂巖為主，夾有各種粒級的砂巖層和礫巖、角礫巖層。該段以厚層湖相泥巖、頁巖沉積為特征，下部多夾有水下泥石流沉積的礫巖和角礫巖，中上部多夾有深水濁流沉積的砂巖層。其頂部出現進積扇三角洲體系沉積。總體垂向序列指示了盆地淺水湖泊向較深水湖泊發展，隨后又逐漸淤淺的演化過程。沙海組有機碳含量平均值4.04 ，深湖相2.68 ；潛量烴含量（沙4段）8.03毫克/克 ；沙海組泥巖產氣率165m3/噸。富集大量動、植物化石。孢粉組合為 Liaoxisporis-Pilosiporites-Classopollis具備頁巖氣的良好成藏機理。其有利的佐證：加拿大是繼美國后第二個對頁巖氣勘探開發的國家，頁巖氣生產已有數十年歷史。加拿大頁巖氣資源豐富，且資源分布廣、涉及地質層位多，主要分布在西部盆地地區，包括不列顛哥倫比亞省東北部中泥盆統的霍恩河盆地的三疊系Montney頁巖；還有艾伯塔省與薩斯喀徹溫省的白堊系Colorado群。現在已經進入商業性開發階段。

3.2 蓋層條件分析

孫家灣組（K1s）、阜新組（K1f）為頁巖氣理想的蓋層；由兩套巨厚的、深色的、陸源細砕屑巖構成，厚度在700-1200米。有效保護了烴源巖內的非常規天然氣的成生儲集成藏。

3.3 兩種非常規天然氣共生分析

該區煤層氣目的層是：水泉煤層群；孫本煤層群；中間煤層群；太平煤層群；高德煤層群。即阜新組（K1f）五大煤層群。其下伏的沙海組四段（K1sh4）就是頁巖氣之目的層。在劉家區，煤層氣、頁巖氣是兩種共生的，且均為性質相近的非常規天然氣。這種奇異的共生組合是罕見的，是自然對阜新人民的恩賜。

4 非常規天然氣—煤層氣、頁巖氣的共生同采

以往劉家區商業性開發的煤層氣井均是采用套管完井、固井、射井、壓裂激勵開采之工藝。特點是單井產能大，日產氣量穩定，利于長期穩控定量供氣。因為在劉家區，煤層氣、頁巖氣是兩種共生的，性質相近的非常規天然氣。可用分期、分批射井、壓裂開采；或同步激勵開采。滿足一井多用，單井超高產的理念。

5 建議

頁巖氣開發的地面工程圍繞著水力壓裂和氣體儲運而開展，其中水力壓裂注入系統及壓裂液的應用決定了頁巖氣開發的經濟效益，是重要的開發環節。非常規天然氣的碳含量較低，是較潔凈的化石能源。我國非常規天然氣資源豐富，大力勘探開發非常規天然氣資源是調整能源結構，實現低碳發展的重要途徑。發展非常規天然氣是我國在一次能源消費中降低碳排放的最好選擇。

[1]中國頁巖氣網新聞中心.頁巖氣資源潛力調查評價及有利區優選成果[Z].

[2]東北煤田地質局107勘探隊.遼寧阜新盆地劉家區頁巖氣資源勘查設計報告[Z].