遼寧省阜新市劉家區(qū)頁(yè)巖氣資源勘查開發(fā)淺析

王金龍

（東北煤田地質(zhì)局107勘探隊(duì)，遼寧 阜新 123000）

1 概述

頁(yè)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(tài)賦存于暗色泥、頁(yè)巖層或富有機(jī)質(zhì)高碳泥、頁(yè)巖層中的低（負(fù)）壓、低飽和度（30%左右）、非常規(guī)天然氣。與常規(guī)儲(chǔ)層氣藏不同，頁(yè)巖既是天然氣生成的源巖，也是聚集和保存天然氣的儲(chǔ)層和蓋層。因此有機(jī)質(zhì)含量高的黑色頁(yè)巖、高碳泥巖等是最好的頁(yè)巖氣發(fā)育條件。中國(guó)主要盆地和地區(qū)頁(yè)巖氣資源量約15萬億－30萬億立方米，與美國(guó)相當(dāng)，經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大。另外生產(chǎn)周期長(zhǎng)也是頁(yè)巖氣的特點(diǎn)。頁(yè)巖氣田開采壽命一般達(dá)30～50年。根據(jù)《頁(yè)巖氣發(fā)展規(guī)劃（2011-2015年）》，“十二五”期間，我國(guó)將完成探明頁(yè)巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量6000億立方米，可采儲(chǔ)量2000億立方米，實(shí)現(xiàn)2015年頁(yè)巖氣產(chǎn)量65億立方米，2020年力爭(zhēng)達(dá)到頁(yè)巖氣年開采量為600億至1000億立方米。中國(guó)頁(yè)巖氣資源豐富，技術(shù)可采資源量為26 萬億立方米，是常規(guī)天然氣的1.6 倍。在開采技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)性適當(dāng)時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生巨大的商業(yè)價(jià)值。經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)對(duì)頁(yè)巖氣成藏機(jī)理進(jìn)行了全面分析，獲得以下認(rèn)識(shí)。①頁(yè)巖氣成藏機(jī)理兼具煤層吸附氣和常規(guī)圈閉氣藏特征，體現(xiàn)了復(fù)雜的多機(jī)理遞變特點(diǎn)。②在頁(yè)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(yè)巖氣成藏與演化可分為3個(gè)主要的作用過程，自身構(gòu)成了從吸附聚集、膨脹造隙富集到活塞式推進(jìn)或置換式運(yùn)移的機(jī)理序列。④相應(yīng)的成藏條件和成藏機(jī)理變化對(duì)頁(yè)巖氣的成藏與分布產(chǎn)生了控制和影響作用，巖性特征變化和裂縫發(fā)育狀況對(duì)頁(yè)巖氣藏中天然氣的賦存特征和分布規(guī)律具有控制作用。

《遼寧阜新盆地劉家區(qū)頁(yè)巖氣資源勘查設(shè)計(jì)報(bào)告》顯示，遼寧阜新盆地頁(yè)巖氣資源潛力巨大，僅劉家區(qū)資源量就達(dá)87.34億立方米，這標(biāo)志著遼寧頁(yè)巖氣勘查開發(fā)進(jìn)入新階段。東北煤田地質(zhì)局完成方案，將阜新盆地劉家區(qū)設(shè)為首選勘查開發(fā)區(qū)。劉家區(qū)位于阜新盆地中部，白堊系沙海組四段地層以黑色頁(yè)巖、泥巖為主，富含動(dòng)物化石，厚度500～600米，埋深1000～1600米，是較好的生氣巖層。該區(qū)多年的煤層氣勘查開發(fā)資料顯示，該地區(qū)具有良好的頁(yè)巖氣資源條件。勘查方案設(shè)計(jì)的3個(gè)鉆孔在劉家區(qū)一寬緩向斜構(gòu)造內(nèi)，鉆孔深度均為1700多米；首眼井選擇在韓家店鎮(zhèn)西瓦房村。通過鉆探施工掌握地層埋深、厚度、結(jié)構(gòu)和TOC、成熟度、物質(zhì)成分等情況，進(jìn)而通過固井、射井、壓裂、排采試驗(yàn)等環(huán)節(jié)獲取頁(yè)巖氣賦存層位和開采相關(guān)參數(shù)。分析盆地、有機(jī)質(zhì)類型、巖石礦物學(xué)成分，探索頁(yè)巖氣的賦存空間、成因機(jī)制及其性質(zhì)。LY-1井是東北煤田地質(zhì)局107勘探隊(duì)承擔(dān)的“遼寧省陸相斷陷盆地頁(yè)巖氣勘探開發(fā)示范基地”產(chǎn)能建設(shè)重點(diǎn)井，肩負(fù)陸相頁(yè)巖氣開發(fā)實(shí)現(xiàn)突破的重任。該井設(shè)計(jì)為直井生產(chǎn)套管完井、固井、射井、沙海組四段（K1sh4）分段清水?dāng)y砂壓裂激勵(lì)開采頁(yè)巖氣。當(dāng)前LY-1井已經(jīng)套管完井；敬待射井、沙海組四段（K1sh4）分段清水?dāng)y砂壓裂激勵(lì)開采工藝的實(shí)施。

圖1 劉家～王家營(yíng)子沙海組四段等高線圖

2 阜新市劉家區(qū)地質(zhì)概況

2.1 區(qū)內(nèi)地層

阜新盆地是新華夏系早白堊紀(jì)斷陷盆地。據(jù)三維地震及鉆井資料，盆地基底是在太古界變質(zhì)巖系基礎(chǔ)上發(fā)育的下白堊統(tǒng)早期，伴隨著一系列NE、NNE向斷裂活動(dòng)，形成多期噴發(fā)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(chǔ)上形成了斷陷湖盆，并先后沉積了下白堊統(tǒng)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(qū)內(nèi)構(gòu)造

該區(qū)構(gòu)造位置處于劉家～王家營(yíng)子向斜。軸向NE，長(zhǎng)約13公里，寬平均5公里，面積約65平方公里。舒緩、兩翼較對(duì)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(qū)、王營(yíng)子區(qū)向西南延至伊嗎圖區(qū)。

3 阜新市劉家區(qū)頁(yè)巖氣資源地質(zhì)條件分析

3.1 頁(yè)巖氣成藏條件分析

劉家區(qū)中生界白堊系下統(tǒng)沙海組四段（K1sh4）：以黑色、灰黑色厚層泥巖、頁(yè)巖、粉砂巖為主，夾有各種粒級(jí)的砂巖層和礫巖、角礫巖層。該段以厚層湖相泥巖、頁(yè)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(xiàn)進(jìn)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(fā)展，隨后又逐漸淤淺的演化過程。沙海組有機(jī)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(chǎn)氣率165m3/噸。富集大量動(dòng)、植物化石。孢粉組合為 Liaoxisporis-Pilosiporites-Classopollis具備頁(yè)巖氣的良好成藏機(jī)理。其有利的佐證：加拿大是繼美國(guó)后第二個(gè)對(duì)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)的國(guó)家，頁(yè)巖氣生產(chǎn)已有數(shù)十年歷史。加拿大頁(yè)巖氣資源豐富，且資源分布廣、涉及地質(zhì)層位多，主要分布在西部盆地地區(qū)，包括不列顛哥倫比亞省東北部中泥盆統(tǒng)的霍恩河盆地的三疊系Montney頁(yè)巖；還有艾伯塔省與薩斯喀徹溫省的白堊系Colorado群。現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)性開發(fā)階段。

3.2 蓋層條件分析

孫家灣組（K1s）、阜新組（K1f）為頁(yè)巖氣理想的蓋層；由兩套巨厚的、深色的、陸源細(xì)砕屑巖構(gòu)成，厚度在700-1200米。有效保護(hù)了烴源巖內(nèi)的非常規(guī)天然氣的成生儲(chǔ)集成藏。

3.3 兩種非常規(guī)天然氣共生分析

該區(qū)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(yè)巖氣之目的層。在劉家區(qū)，煤層氣、頁(yè)巖氣是兩種共生的，且均為性質(zhì)相近的非常規(guī)天然氣。這種奇異的共生組合是罕見的，是自然對(duì)阜新人民的恩賜。

4 非常規(guī)天然氣—煤層氣、頁(yè)巖氣的共生同采

以往劉家區(qū)商業(yè)性開發(fā)的煤層氣井均是采用套管完井、固井、射井、壓裂激勵(lì)開采之工藝。特點(diǎn)是單井產(chǎn)能大，日產(chǎn)氣量穩(wěn)定，利于長(zhǎng)期穩(wěn)控定量供氣。因?yàn)樵趧⒓覅^(qū)，煤層氣、頁(yè)巖氣是兩種共生的，性質(zhì)相近的非常規(guī)天然氣。可用分期、分批射井、壓裂開采；或同步激勵(lì)開采。滿足一井多用，單井超高產(chǎn)的理念。

5 建議

頁(yè)巖氣開發(fā)的地面工程圍繞著水力壓裂和氣體儲(chǔ)運(yùn)而開展，其中水力壓裂注入系統(tǒng)及壓裂液的應(yīng)用決定了頁(yè)巖氣開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益，是重要的開發(fā)環(huán)節(jié)。非常規(guī)天然氣的碳含量較低，是較潔凈的化石能源。我國(guó)非常規(guī)天然氣資源豐富，大力勘探開發(fā)非常規(guī)天然氣資源是調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展的重要途徑。發(fā)展非常規(guī)天然氣是我國(guó)在一次能源消費(fèi)中降低碳排放的最好選擇。

[1]中國(guó)頁(yè)巖氣網(wǎng)新聞中心.頁(yè)巖氣資源潛力調(diào)查評(píng)價(jià)及有利區(qū)優(yōu)選成果[Z].

[2]東北煤田地質(zhì)局107勘探隊(duì).遼寧阜新盆地劉家區(qū)頁(yè)巖氣資源勘查設(shè)計(jì)報(bào)告[Z].