中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀與優(yōu)選方向

于春楠

【摘 要】頁(yè)巖氣的勘探開發(fā)最早始于美國(guó)，1821年紐約州Chautauqua縣Fredonia鎮(zhèn)氣體滲漏帶附近鉆了北美第1口天然氣井，在8m深的泥盆系Dunkirk黑色頁(yè)巖中生產(chǎn)頁(yè)巖氣，當(dāng)時(shí)由于產(chǎn)氣量少而沒有引起人們的重視，但這為美國(guó)開創(chuàng)了一個(gè)全新的時(shí)代.我國(guó)頁(yè)巖氣研究和勘探起步較晚，但如果算上裂縫性泥頁(yè)巖油氣藏的研究和勘探，也是起步較早的.自20世紀(jì)60年代以來(lái)，我國(guó)開始在不同盆地陸續(xù)發(fā)現(xiàn)裂縫性泥頁(yè)巖油氣藏，由于著眼點(diǎn)不盡相同，對(duì)于裂縫性泥頁(yè)巖油氣藏的研究主要集中在裂縫的評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)上，即主要尋找裂縫為儲(chǔ)集空間的頁(yè)巖油氣藏。基于此，本文對(duì)中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀與優(yōu)選方向進(jìn)行研究，作出以下討論僅供參考。

【關(guān)鍵詞】中國(guó)頁(yè)巖氣;勘探開發(fā)現(xiàn)狀;優(yōu)選方向

引言

與常規(guī)油氣相比，頁(yè)巖氣在勘探開發(fā)過(guò)程中存在著更多不確定因素，主要體現(xiàn)在地質(zhì)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等多個(gè)方面。不確定性即意味著風(fēng)險(xiǎn)，美國(guó)依靠先進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，雖然大幅提高了頁(yè)巖氣單井產(chǎn)量，卻無(wú)法避免鉆井失敗率，有半數(shù)以上的井產(chǎn)量并不達(dá)標(biāo)。即使是大型油氣公司，在高風(fēng)險(xiǎn)、高潛力的油氣勘探項(xiàng)目中，平均成功率也只有10%，最終只有1%能產(chǎn)生實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益。在當(dāng)前自然資源與生態(tài)環(huán)境并重的新理念下，對(duì)頁(yè)巖氣資源潛力的評(píng)價(jià)，不能只停留在資源數(shù)量上，還要對(duì)資源開發(fā)中的各類風(fēng)險(xiǎn)及其社會(huì)、生態(tài)環(huán)境影響進(jìn)行一體化綜合考量，才能科學(xué)認(rèn)識(shí)頁(yè)巖氣資源潛力。只有充分認(rèn)識(shí)和分析這些風(fēng)險(xiǎn)因素，加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作，采取積極對(duì)策以降低風(fēng)險(xiǎn)，才能切實(shí)提高資源的可采性。

1中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀

1.1富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖沉積

隨著技術(shù)的進(jìn)步，鉆探發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖氣變得越來(lái)越容易，但要發(fā)現(xiàn)具有商業(yè)開采價(jià)值的頁(yè)巖氣田仍然比較困難.在眾多控制因素中，富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的品質(zhì)是最重要的因素之一，以四川盆地以及南方廣大地區(qū)的五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖為例，早在2009年，威201井就獲得了頁(yè)巖氣產(chǎn)出，但直到2013年焦頁(yè)1井的鉆探才獲得高產(chǎn)頁(yè)巖氣流，主要原因是焦頁(yè)1井水平井穿行在最優(yōu)質(zhì)的頁(yè)巖層段.隨后，各石油公司在不同地區(qū)持續(xù)優(yōu)化調(diào)整水平井穿行軌跡，相繼發(fā)現(xiàn)了威遠(yuǎn)、長(zhǎng)寧、昭通和威榮等頁(yè)巖氣田.因此，頁(yè)巖氣富集層段需要根據(jù)不同地區(qū)和層位持續(xù)攻關(guān)研究的方向.頁(yè)巖的構(gòu)造和沉積背景控制了富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的分布，優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)層和頁(yè)巖油氣富集受構(gòu)造位置、盆地構(gòu)造形態(tài)和物源供給等多種因素綜合控制，遠(yuǎn)離物源區(qū)的深水區(qū)通常為較好的頁(yè)巖儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)和頁(yè)巖油氣富集區(qū).在區(qū)域上，從構(gòu)造角度分析板塊運(yùn)動(dòng)與盆地原型，分析原型盆地、古生物與優(yōu)質(zhì)烴源巖的關(guān)系，找出有利于優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖沉積的構(gòu)造區(qū)域;進(jìn)一步，依據(jù)沉積地貌與水體的類型、水動(dòng)力條件、古生物與生產(chǎn)力、氧化還原條件、脆性礦物的成因與發(fā)育條件以及巖相與沉積相等條件，綜合評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育的地區(qū)和層段.

1.2地質(zhì)參數(shù)的不確定性

不確定因素包含在所有的地質(zhì)預(yù)測(cè)過(guò)程中。地質(zhì)參數(shù)是頁(yè)巖氣資源量計(jì)算和有利區(qū)優(yōu)選的主要依據(jù)，其不確定性帶來(lái)了風(fēng)險(xiǎn)。勘探目標(biāo)評(píng)價(jià)所需的所有參數(shù)幾乎都是基于不確定因素條件下的評(píng)價(jià)，這種不確定性變化范圍可能很大。地質(zhì)參數(shù)的不確定性主要來(lái)源于幾個(gè)方面。①德國(guó)物理學(xué)家海森堡的“測(cè)不準(zhǔn)原理”。該原理雖源于量子力學(xué)，但其表征了現(xiàn)實(shí)意義上大自然最基本的模糊性，這種模糊性不是測(cè)量方法和精度引起的，而是其本身就不存在準(zhǔn)確。②測(cè)試樣品代表性不足。相對(duì)于研究對(duì)象的地質(zhì)規(guī)模，測(cè)試樣品的采集數(shù)量通常是極為有限的，采樣的平面位置和縱向分布具有偶然性，難以完整描述研究對(duì)象全貌。③樣品的各向異性。非均質(zhì)性是地下巖層的普遍特性，即使緊密相鄰的樣品，部分地質(zhì)參數(shù)也可能具有顯著差異，樣品的各向異性也會(huì)導(dǎo)致樣品處理方法不同，得到的測(cè)試值也不同。④實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)試條件、儀器設(shè)備的精度差異。樣品測(cè)試儀器、型號(hào)、精度直接決定了測(cè)試結(jié)果，測(cè)試時(shí)樣品所處的溫度、壓力、濕度等環(huán)境因素也會(huì)影響測(cè)試精度。⑤人為誤差。我國(guó)頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)中，地質(zhì)參數(shù)的不確定性尤為顯著。這是因?yàn)橐环矫妫覈?guó)目前頁(yè)巖氣勘探開發(fā)程度仍然較低，只在局部地區(qū)有產(chǎn)量突破，積累的針對(duì)性資料較少，既有的規(guī)律性認(rèn)識(shí)仍然薄弱，開展預(yù)測(cè)依據(jù)不夠充足;另一方面，頁(yè)巖氣儲(chǔ)層致密，尤其是我國(guó)特色的陸相頁(yè)巖儲(chǔ)層更加復(fù)雜，在參數(shù)獲取中，對(duì)測(cè)試技術(shù)和設(shè)備的精度要求更高，往往出現(xiàn)的誤差也相對(duì)較大。這兩方面原因使得我國(guó)頁(yè)巖氣前景和勘探風(fēng)險(xiǎn)仍不夠清晰。

2中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)優(yōu)選方向

2.1形成綠色礦山建設(shè)模式

頁(yè)巖氣勘探開發(fā)過(guò)程中，堅(jiān)持資源與環(huán)境并重，秉持節(jié)能環(huán)保、集約高效的理念，逐步形成“大平臺(tái)網(wǎng)電鉆井、電動(dòng)泵壓裂、泥漿不落地、廢棄物達(dá)標(biāo)處理、水資源循環(huán)利用、土地綜合利用”的一體化綠色勘探開發(fā)模式。優(yōu)化地面工程布局，統(tǒng)籌規(guī)劃電網(wǎng)、路網(wǎng)、水網(wǎng)、訊網(wǎng)、管網(wǎng)“五網(wǎng)”建設(shè)，攤薄成本，推廣1臺(tái)6～9井大平臺(tái)，集約用地，創(chuàng)新實(shí)踐電動(dòng)泵壓裂，降本減排。配建一體化引水工程，集中收集生產(chǎn)廢水，達(dá)標(biāo)處理，循環(huán)利用。鉆井全過(guò)程采用泥漿、巖屑不落地工藝，固廢無(wú)害化處理后制成建筑用磚，變廢為寶。嚴(yán)格土地征用程序，認(rèn)真履行土地復(fù)墾責(zé)任，強(qiáng)化生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理，整體推進(jìn)綠色礦山建設(shè)。

2.2建立頁(yè)巖孔隙分類方法及儲(chǔ)層分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

孔隙是頁(yè)巖氣儲(chǔ)藏的重要空間，也是確定游離氣含量的關(guān)鍵參數(shù)。根據(jù)成因，頁(yè)巖儲(chǔ)集空間主要分為無(wú)機(jī)孔、有機(jī)孔和微裂縫3大類。基于氬離子拋光、掃描電鏡和原子力顯微鏡的頁(yè)巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)表征技術(shù)，對(duì)頁(yè)巖孔隙分布、形態(tài)、大小和規(guī)模進(jìn)行精細(xì)刻畫，對(duì)3大類儲(chǔ)集空間進(jìn)行亞類劃分：根據(jù)孔隙發(fā)育位置和成因，將無(wú)機(jī)孔分為粒間孔、粒內(nèi)孔和晶間孔等，其中粒間孔主要發(fā)育于碎屑顆粒間，粒內(nèi)孔主要發(fā)育于長(zhǎng)石或碳酸鹽礦物顆粒內(nèi)部，而晶間孔主要發(fā)育于黏土礦物和黃鐵礦晶間。根據(jù)有機(jī)質(zhì)類型和成因，將有機(jī)質(zhì)孔分為干酪根孔和瀝青孔，其中根據(jù)有機(jī)質(zhì)形態(tài)和結(jié)構(gòu)，將干酪根孔分為無(wú)定形干酪根孔和結(jié)構(gòu)型干酪根孔，根據(jù)孔隙形狀和成因，可將瀝青孔分為固體瀝青孔和瀝青球粒孔。根據(jù)成因?qū)⑽⒘芽p分為應(yīng)力縫和收縮縫，其中應(yīng)力縫是由局部構(gòu)造運(yùn)動(dòng)或異常高壓形成的高應(yīng)力破壞所致，收縮縫則多為有機(jī)質(zhì)或黏土礦物脫水形成，多發(fā)育于有機(jī)質(zhì)與礦物接觸面上。

2.3初步形成頁(yè)巖氣開發(fā)技術(shù)政策

通過(guò)微地震監(jiān)測(cè)、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)及數(shù)值模擬確定小層水平井的合理井距為300～350m。現(xiàn)有水平井鉆探結(jié)果統(tǒng)計(jì)顯示，隨著水平段的增加，無(wú)阻流量增加，考慮現(xiàn)有工藝，推薦水平段長(zhǎng)為1800～2000m，結(jié)合構(gòu)造及地面條件可適當(dāng)調(diào)整。已投產(chǎn)井情況表明，水平段方位與最小水平主應(yīng)力的夾角越小，無(wú)阻流量越大，夾角在40°以內(nèi)時(shí)，無(wú)阻流量較高。除此之外，水平井的方位部署要考慮水平段兩靶高差。兩靶高差小于180m時(shí)，靶點(diǎn)高差對(duì)無(wú)阻流量影響較小;隨著靶點(diǎn)高差增大，歸一化無(wú)阻流量呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在研究上，建議加強(qiáng)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育、、頁(yè)巖含氣量尤其是損失氣量恢復(fù)、頁(yè)巖氣藏富集主控因素和分布規(guī)律等研究，同時(shí)加強(qiáng)新層系和新領(lǐng)域的早期評(píng)價(jià)，建立不同頁(yè)巖類型的選區(qū)評(píng)價(jià)方法并優(yōu)選有利區(qū)，以拓展頁(yè)巖氣勘探開發(fā)領(lǐng)域。

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（作者單位：山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院）