美國頁巖氣開發現狀及對國內的啟示

張　昱（中國地質大學（北京）人文經管學院,北京　100083）

美國頁巖氣開發現狀及對國內的啟示

張昱
（中國地質大學（北京）人文經管學院,北京100083）

頁巖氣是一種非常規資源，因此也需要一個非常規地質勘探的概念。然而，在美國經常被提起的五個經典的頁巖氣有兩個共同的參數：高TOC（總有機碳）含量和層厚，但是這不同于鏡質體反射率、吸附氣含量、原始天然氣地質儲量（GIP）這些參數。此外，美國已知的頁巖氣系統在年齡、盆地史以及甲烷氣（熱解氣或者生物氣）的起源上是不同的。通過這些復雜的相互作用的因素，每個頁巖氣系統都具有獨特的地質特征，像高TOC含量、層厚等等這種特征值的簡單對比，在理解頁巖氣形成過程中更沒有意義。

頁巖氣；TOC；原因

1　引言

隨著美國頁巖氣藏的產量的持續增長，在西加盆地出現了向頁巖氣藏勘探的范式轉換。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，是因為其有機質豐度、孔隙度、厚度和橫向展布程度。加拿大的頁巖氣資源的原始天然氣地質儲量預計超過1000萬億立方英尺。

2　美國頁巖氣開發成功的原因

在美國，自1821年來天然氣均產自頁巖和泥巖。其中頁巖產量占總產氣量的8%，具有超過39500個活躍的產氣井。美國頁巖的原始天然氣地質儲量評估在497-783tcf范圍內。如此巨大的天然氣資源促進了大家對各種各樣富含有機質、細粒單元層的興趣，其中最著名的頁巖是德克薩斯州的沃斯堡盆地的巴涅特頁巖。美國其他的頁巖氣資源分布在凱尼、伍德福德、費耶特維爾、安特里姆、俄亥俄、新奧爾巴尼以及路易斯頁巖中。美國頁巖氣的勘探和開發主要歸因于常規天然氣資源的消耗，然而稅務的減免、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設施都對于頁巖氣的成功開發有重要作用。頁巖氣區，通常指技術可采區，得利于水平井鉆井、裂縫設計和壓裂以及三位地震技術的應用和發展。

3　美國頁巖氣發展瓶頸

隨著頁巖氣系統的勘探邊緣向新地區開進，一些跟美國氣藏類似的氣藏被發現，用以改進西加盆地的勘探策略。隨著北美的頁巖氣的持續研究，很明顯，頁巖和泥巖的非均質性限制了氣藏模擬的應用。頁巖氣的非均質性一直延伸到納米孔尺度。因此，不同的頁巖氣藏需要在模擬應用之前進行單獨和系統處理。一些重要的參數包括有機質類型（油型或氣型干酪根）和豐度、頁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）。礦物學成分也是決定頁巖氣潛能的關鍵因素，是因其影響自然裂縫的產生和壓裂的設計。

同致密砂巖氣藏一樣，游離氣在頁巖氣藏的所有類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。

在頁巖氣勘探的早期，很多地質學家認為地震分析相對于直井和水平井來說并不是一個必要條件。在頁巖氣勘探的當前階段，用三維地震數據可以用來確定那些可以影響水平分支井的鉆進的構造異常（斷層或者尖滅），可以用來預測橫向目標區的深度（速度分析），也可以用來確定潛在的壓裂液漏失帶和含水滲透性區域（噶斯特地形）。地震分析也為水力壓裂的過程提供了實時監控。這對于誘發裂隙生長的理解有著不可估量的影響。

4　三維地震技術促進頁巖氣發展

現在的三維地震技術的發展旨在預測頁巖的彈性常數，這些彈性常數會提供應力各向異性和裂縫方向趨勢、構造斷層組合模式、孔隙度趨勢、裂縫和含氣頁巖孔隙中流體飽和度方面的信息。

5　總結及對中國的啟示

北美頁巖氣的成功開發引起了全球頁巖氣的勘探開發熱潮。很多學者專注于海外的頁巖氣頁巖油的研究成果和勘探開發業績，考慮到中國的地質背景，還研究了其形成條件、產生和聚集機理、資源潛力和有利區域。頁巖中油氣的殘余量可以用現有的烴源巖定量評價方法來計算。然而，多種頁巖中的含烴量由沉積環境，巖石學成分、豐度、類型、成熟度，有機質排驅效率影響。此外，由于頁巖致密而且低孔低滲，頁巖油和頁巖氣比常規油氣更難開采。結果顯示中國具有頁巖油和頁巖氣的巨大潛力。

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