涪陵頁巖氣難復制

○ 文／張 抗

涪陵頁巖氣難復制

○ 文／張 抗

截至目前，涪陵頁巖氣雖然高產穩產，但不能以此為例盲目外推。

●從從第第一一口口探探井井計計起起，，頁頁巖巖氣氣僅僅經經過過33年年時時間間就就取取得得國國家家認認可可的的探探明明儲儲量量、、建建設設第第一一批批產產能能并并實實現現商商業業開開發發、、實實現現向向區區內內外外用用戶戶的的穩穩定定供供氣氣。。 供供圖圖//CCFFPP

兩年來，涪陵頁巖氣田幾乎所有試采井獲高產穩產，儲量豐度值亦相當高。該氣田有明顯的特殊性且與常規構造裂隙油氣藏有一定相似性、過渡性。顯然，不可僅按焦石壩的情況簡單外推，去規劃四川盆地內外的頁巖氣近期的儲產量增長。而要更重視在實踐中認識中國各地區、各時代、不同類型富有機質頁巖含氣的特殊性。

中國頁巖氣的突破經驗

如果從第一口探井焦頁1井計起，僅經過3年時間就完成了區塊勘探、取得經國家認可的探明儲量、建設了第一批產能并實現商業開發、實現向區內外用戶的穩定供氣，空前的速度達到國際先進水平。這一成果至少說明兩個問題。

首先，中國頁巖氣開拓選擇了正確的突破口。在一批專家及時推介北美頁巖氣進展的基礎上，國家組織了由國土資源部油氣資源戰略研究中心牽頭產學研相結合跨部門的研究，完成了對全國頁巖氣資源潛力的初步評估和選區評價，提出四川盆地及東南緣等一批優選的地區。

擔負著開拓頁巖氣主力并占據有利區塊的中石油、中石化在分析評價頁巖氣富集條件基礎上首選了四川盆地東南緣的下古生界為主攻的方向，各自在其已登記的礦權區優選了目標部署勘探。在目標選擇中明確提出：以頁巖品質為基礎、以保存條件為關鍵、以經濟性為目的。中石化在優選的焦石壩地區，以五峰組—龍馬溪組一段為目的層，在部署的第一口預探井焦頁1井直井發現了優質的富有機質頁巖和良好頁巖氣顯示，進一步選擇各項指標最好的五峰組—龍馬溪組一段下亞段井深2395～2415m的20m厚作為水平井靶窗，果斷決定不經直井壓裂而直接進行長達1007.9m的水平段鉆進（焦頁1HF）和15段的大型加砂壓裂，測試獲得初產11萬～50萬立方米/天的高產氣流。

●涪涪陵陵頁頁巖巖氣氣田田儲儲層層裂裂隙隙發發育育為為壓壓裂裂改改造造創創造造了了優優越越條條件件。。 攝攝影影//胡胡慶慶明明

這種高強度的“火力偵察”取得成功后又迅速布署三口新探井的鉆井、壓裂和試采，從而實現我國第一個頁巖氣田的發現。經綜合研究認為其為彈性氣驅、中深層、高壓、干氣氣藏，用數據證明這是“源儲合一”的頁巖氣。

需要強調指出的是，這種選區、選點的正確是有雄厚基礎的。數十年不間斷的基礎地質、油氣地質研究和大量的勘探工作，使我們對該四川盆地的地層、構造、油氣生儲蓋組合、成藏和保存條件已有相當程度的認識。對涪陵首選的目的層五峰組—龍馬溪組頁巖的巖相古地理、厚度分布、有機質特點和埋深等已有比較詳細的了解。沒有這樣的基礎，首口預探井就獲得突破，后續勘探的順利完成和快速開發等很難一氣呵成。

其次，中國非常規氣的技術已有相當基礎并在實踐中取得快速發展。在中國頁巖氣開拓起步時，許多人認為缺乏必要的技術和設備是重大難點，也是“美國頁巖氣模式難以在中國復制”的原因之一。但事實上，中國規模開發致密（砂巖）氣已有十余年的歷史，逐步掌握了水平井和壓裂的成套技術，甚至作為關鍵設備的壓裂車已達到2500水馬力的國際水平并開始出口。依托川東南頁巖氣示范區的實踐，我國從事非常規油氣的企業（包括設備制造）一開始就把工藝設備趕超國際水平和提高國產化率作為當務之急，發揮了“后發優勢”在短短數年中取得顯著進步。得力于此，涪陵頁氣田勘探開發后期的工藝技術已初步形成配套，國產設備的使用也促進了成本的降低。

涪陵試采高產井可穩產逾兩年

試采兩年以來的產氣特點

涪陵頁巖氣田采取了勘探開發一體化的方針，壓裂成功的氣井投入試采，初期曾用壓縮天然氣（CNG）外供，后逐步納入集輸系統對外供氣。對試采井基本上采用兩種方式：定產生產和不同壓差生產。

其中，定產生產以焦頁1HF、焦頁1-3HF為代表，投入了8口井；不同壓差生產有以1/4～1/3無阻流量生產井5口、1/5～1/4無阻流量生產井14口，以定壓放噴試采的1口—焦頁6-2HF。

焦頁1HF是第一口投產井，2013年1月9日開始試采，單井產量4.5萬～7萬立方米/天，在538天采氣中累計產氣3300萬立方米、平均日產氣6.13萬立方米。至今年1月9日,該井試采兩周年之際累計產量4498萬立方米、套壓仍穩定在15 MPa。與焦頁1HF在同一平臺上的焦頁1-3HF試采情況與之相似，在363天采氣中平均日產氣6.03萬立方米，至去年6月30日仍保持產量6.16萬立方米/天、套壓24.20MPa、油壓21.10 MPa。

不同壓差生產有以1/4～1/3無阻流量生產井5口、1/5～1/4無阻流量生產井14口、以定壓放噴試采的1口—焦頁6-2HF，后者2013年9月30日開始試采，單井產量在18.6萬 ～39.68萬立方米/天，在274天采氣中累計產氣8393萬立方米、平均日產氣30.71萬立方米。該井保持持續高產550天、累計產氣1.5億立方米，據此預計單井（可采）儲量可超過3億立方米。

按照針對常規氣的儲量規范，千米井深日產量大于10萬立方米/km.d為高產、3萬～10萬立方米/km.d為中產。上述定產試采的井以平均6萬立方米/天的產量，對應的千米井深日為2.5萬立方米/km.d，接近規范的中產下限。對大壓差生產的焦頁6-2HF，以平均日產25萬立方米/天計，可屬高產范疇。對于頁巖氣來說，涪陵試采井的產量應屬高產，至少可穩產兩年以上，壓力僅有緩慢平穩（無明顯突變拐點）下降。焦石壩氣田試采所表現出的高產、穩產特點對非常規氣田來說相當少見。

一般非常規氣藏單井產量曲線特征

原無工業產能的非常規氣產層經水平井多段壓裂后，單井產量變化曲線一般皆成“兩段式”，尤以頁巖氣更為典型。

前段高產但急劇下降，因而持續時間相當短；后段低產但相對平穩地下降，因而可持續相當長的時間，美國的大量頁巖氣井便屬于此類，中國已開發的致密氣田（如鄂爾多斯盆地的蘇里格、大牛地等）也符合此規律。前段的氣主要產自新壓開裂縫和頁巖原存縫孔中的游離氣，后半段的氣主要產自頁巖中的吸附氣，兩段間的過渡曲線所產者來自兩種氣的混合。

涪陵頁巖氣田儲量豐度高

在相當數量鉆井及其試采數據的支撐下，中石化申報的該氣田第一批儲量，針對五峰組—龍馬溪組一段產層在106.45平方千米面積上獲得探明地質儲量1067.5億立方米，計算儲量豐度為10.03億立方米／平方千米?？梢宰鳛閷Ρ鹊氖瞧溧徑乃拇ㄅ璧刂胁可顚幼鳛槌Ｒ帤馓矫鞯凝埻鯊R大型氣田。其第一批儲量的主要參數為：面積805 平方千米、儲量4402億立方米 、儲量豐度5.47億立方米／平方千米、壓力系數1.65、氣層厚36.4米?？梢钥闯觯浜髢蓚€參數與涪陵相近，儲量豐度卻明顯較小。另外，作為該盆地最早開發的背斜氣田，震旦系碳酸鹽巖威遠氣田，氣藏含氣高度達241米、探明面積216平方千米、地質儲量400億立方米，儲量豐度也僅為1.85億立方米／平方千米。

鄂爾多斯盆地蘇里格氣田是我國最大、開發最成功的致密（砂巖）氣田，在其6365平方千米面積上探明儲量8715億立方米、儲量豐度為1.37億立方米／平方千米。以上不同類型的著名氣田儲量豐度都明顯低于涪陵頁巖氣田。

按照針對常規氣的有關規范，天然氣可采儲量豐度大于2.5億立方米／平方千米、小于8億立方米／平方千米即屬中等豐度。即使以采收率25%計，涪陵頁巖氣田儲量豐度也達到常規氣田中等豐度的下限。而其從非常規氣角度看即使目前尚無明確規范界定，將其歸為較高豐度是可行的。

巖石裂隙為壓裂效果錦上添花

目前對涪陵頁巖氣富集條件已在許多論著中做了全面論述，筆者同意這些中肯的分析，僅想更強調廣義的構造活動所造成的裂隙的重要影響。這首先就要涉及其賦存的構造背景。

焦石壩箱狀背斜的構造形變較強

從區域構造上看，上楊子地塊東南部越近邊緣構造變形越強烈。該區內以齊岳山大斷裂為界，東南以隔槽式向斜發育為特征，后期隆起強烈，天然氣的保存條件欠佳；北西側以隔擋式背斜發育為特征，屬四川盆地邊緣，天然氣的保存條件較好。焦石壩背斜鄰近齊岳山大斷裂 ，恰位于四川盆地邊緣內的構造形變較強帶背景上。它處于幾個大型復向斜復背斜在縱向上交會的鞍狀隆起上。這種多種構造交會的部位業內稱為“構造結”，形變較復雜。

具體看，也可說是被負向構造三面包圍，被北東向、北西向斷裂切割成菱形斷塊控制。箱狀背斜兩陡翼上與軸向平行的吊水巖斷層（北西翼）、石門斷層（南東翼）影響最大。前者實際上是個波及寬度較大的斷層組。

在燕山早期到晚期箱狀背斜形成過程中兩翼傾角逐漸加大、導致撓曲和地層破碎，而后發育成有主破裂面的正斷層組，最后因喜山期背斜主體部分的大幅抬升和區域擠壓的影響而使早期正斷層轉變成以逆斷層為主體的斷層組，對頁巖中的天然氣形成封閉條件。

野外露頭研究揭示，斷層實際上是一個破碎帶。在地震剖面圖上，只是將能使同相軸有明顯錯開處標出，許多兩側位移小的斷層和破碎帶則難以展示。詳細的大比例尺填圖也證明在構造形變強烈的箱狀背斜上（包括地層傾角較平緩的頂部）還有若干次級的平行和垂直軸向（亦有少量斜交）的斷裂、破碎帶、撓曲，其上和其附近裂隙是相當發育的。焦石壩箱狀背斜亦屬此情況。

焦石壩背斜五峰組—龍馬溪組段有發育的層間滑動

巖層構造形變（特別是褶皺）的發生總要伴隨層間滑動，兩套地層間的巖性差異越大層間滑動越集中，影響也越大。在同一地層內相對塑性強的地層更容易發生層間滑動，其實，常說的造成塑性層厚度變化的“流變”也與大量細小的層間滑動的積累有關。而作為勘探目的層的五峰組—龍馬溪組一段下亞段恰同時具備以上兩因素。

從縱向上看，奧陶系五峰組到志留至下統的龍馬溪組和小河壩組是一套厚度四五百米的以泥巖為主的地層，其下是數百米厚的不易變形的下古生界碳酸鹽巖地層。伴隨構造形變而產生的層間滑動顯然易集中在相對軟弱的大套泥巖底部。從該目的層內看，不但泥巖水平紋層發育而且有不少斑脫巖和硅質薄夾層（條帶），這也使其易發生層間滑動。露頭和巖芯描述記錄了大量這種層間滑動現象，不但產生許多肉眼可見的裂隙，更重要的是造成大量微觀和超微裂隙。主要因為層間縫的發育作為該套頁巖底部的五峰組巖心裂隙密度（12.8條/米）分別為龍馬溪組一段二亞段底部（3.83條/米）、頂部（2.88條/米）的3.3、4.3倍。正是由于層間滑動造成大量宏、微觀裂隙，使目的層巖芯順層方向滲透率為垂向滲透率的2～8倍。

儲層裂隙發育為壓裂改造創造了優越條件

巖石內已存在的各種裂隙，特別是封閉性強的微—超微裂隙的存在（不管其是否被充填），不僅使其在壓裂作業時易被起裂壓開，而且影響人造裂縫的延伸狀態，使之發生暫堵、轉向，使分枝裂縫延伸更遠，從而與多種產狀的原生裂隙一起構成網狀縫、形成體積性復雜裂縫網絡。這正是壓裂所追求的理想結果。這不僅為我國的勘探開發實踐和模似實驗所證實，而且在北美頁巖氣發展中有良好的例證。很可能，頁巖氣先存的各種裂隙對儲層改造中可壓裂性的影響比脆性礦物含量更重要。

焦石壩背斜上已試氣井的產量無阻流量與其距主斷裂距離的關系圖可作為上述觀點的旁證。筆者分別以各井水平段中點到大耳山斷層、吊水巖斷層的水平距離與無阻流量的關系作圖，發現各井水平段單位長度的日無阻流量與其與大耳山斷層之距離無關，而與其到吊水巖斷層的距離有一定關系。這顯示出在形成箱狀背斜的構造形變中產生的各種裂隙對壓裂效果的重要影響。

涪陵頁巖氣不可簡單復制

涪陵頁巖氣田的特殊性

發育在四川盆地東南緣線狀褶皺帶上的涪陵頁巖氣田構造形變和裂隙的發育有著重要的影響。這顯然與北美發育在穩定地塊背景上大面積單斜（或可有微弱次級褶皺）上的頁巖氣田不同。有業內專家將川東五峰組—龍馬溪組頁巖氣分為兩種富集模式：構造斜坡-裂縫型、以長寧區塊寧201井為代表；背斜-裂縫型、以焦石壩焦頁1井為代表，正是強調了構造形變中裂縫的作用。還有專家在成藏模式中提出“箱狀成藏”和“斷-滑控縫”的認識也是強調了構造形變和裂縫體系對頁巖氣富集的影響。

可以借鑒的是致密油“甜點”預測的觀點也有類似思路。這一預測將準噶爾盆地風城組云質巖致密油甜點分為三類：Ⅰ類為孔隙裂縫型或裂縫型，為最有利區；Ⅱ類為脆性云質巖發育區，是有利區；Ⅲ類為白云巖薄且脆性差的裂縫欠發育區，屬有潛力區。顯然，這里也突出了裂縫對非常規油氣富集的作用。

可以說，上述觀點都提出了裂縫型作為非常規油氣中一種類型的概念。從含油氣盆地發育過程看，頁巖氣所在地層的構造形變中所形成的裂隙和后期隆升剝蝕超壓釋放所形成的組構選擇裂縫（頁理縫）都屬于盆地改造的研究范疇；從儲層性質上看，后期形成的多類型、從宏觀到微觀-超微觀裂隙是與孔隙相并列的流體儲存運移控制因素。

在常規油氣研究念中我們常將其分為兩大類：構造（圈閉）油氣藏和地層巖性（圈閉）油氣藏，前者既包括了大量的背斜油氣藏，也包括了少量的裂隙油氣藏。從該角度出發，可把涪陵頁巖氣看作與常規構造油氣藏有一定相似性甚至過渡性的油氣藏。上面所提到的單井高產量和儲量高豐度正是其特殊性的表現之一。

涪陵目前試采氣主要為游離氣

對比非常規氣的單井產量的兩段式曲線，一般是前段相對高產但產量急劇下降時主要產出的是游離氣，后段低產但可保持相當長期穩產時主要產出的是吸附氣。因此，可以認為涪陵頁巖氣田目前試采各井已產出的氣主要是游離氣。氣田的異常高壓顯然有利于壓裂后氣體迅速向裂縫中匯聚并以游離氣高產產出。試采中既有定產限產的井，也有定壓放噴的井（焦頁6-2HF）。前者還沒出現產量曲線的第二階段，對于后者兩年來保持高產，井口套壓已由30MPa降到6MPa，是否能出現明顯的第二階段尚不確定。

從頁巖氣試采角度看來，焦石壩區塊的工作還沒全部完成。這也再次提醒我們，在中國頁巖氣開拓的初期必須進行多種方式更長期的試采（某些條例草案中僅給予一年甚至半年時間顯然是不夠的），以充分暴露它的特點，為儲量計算和以后的正式開發提供更準確的數據。

不可簡單以涪陵作外推

焦石壩頁巖氣的高產穩產給業內外人士以巨大鼓舞，但隨之也產生一些認識的偏向。有人提出：假設單位面積上的儲、產量為該區塊一半，以四川盆地一半面積計就可以達到若干儲、產量……這往往是某些規劃中高指標產生的根源之一。

首先要看優質頁巖形成的條件。這一輪工作和研究證實，頁巖氣僅分布在宜賓—涪陵—石柱的北東向古地理的槽形狹長帶上。這套頁巖地層越向下含氣性和巖石可壓性越好，但越向下（五峰組—龍馬溪組一段）分布的范圍也越小且厚度中心僅限于此槽的中心部位。優質頁巖分布及厚度的限制使我們對頁巖氣富集高產區帶的外推應相當謹慎。

第二看其保存條件。因四川盆地外側的保存條件欠缺，從常規氣勘探角度而使國家油企在多年工作后退出許多區塊。從頁巖氣吸附氣發育的特點上看，曾設想其可能有一定前景，但新一輪工作結果證明并不理想。這使我們對其中勘探條件優越區塊的選擇更加慎重。除地質條件外還應注意：該帶新構造隆起程度超過四川盆地內緣，海拔比之高一個臺階，地表高差大，近地表巖溶更發育，交通條件亦更困難，可使相應的工程施工成本更高。至于在四川盆地內的優質頁巖埋藏區，除應評價區塊的具體構造情況外還應注意目的層埋深。希望隨技術水平提高后，作業成本降低，限制頁巖氣勘探開發的深度下限將大幅下移。

美國主要頁巖氣田單井產量典型遞減曲線

重視中國不同類型頁巖氣特殊性

在認識到中國有許多優良頁巖存在并肯定前景的同時，還應注意中國頁巖氣與北美頁巖氣賦存上的不同。

一為頁巖氣的保存條件。中國地質構造的許多特點使頁巖中的游離氣和吸附氣保存條件不同程度地變差，富氣程度的降低是影響經濟可采性的重要因素。此外，埋深過大也不利于經濟開發。

二是不同于北美成功開發者多集中于晚古生代和中生代海相地層中，中國的富有機質頁巖時代分布廣，類型也很多。從時代上看有老者至新元古代、新者到新生代，從類型上看有海相、海陸交互相煤系和陸相。在頁巖氣的開拓中，必須通過大量實踐分時代、分類型、分地區的逐步認識其特殊性，找到富集規律，形成相匹配的工藝路線和技術設備體系并降低成本。面對這個艱苦而又不平坦的過程，除了開發者要有清醒的認識和思想準備外，還必須有油氣體制改革的保障和足夠投資的依托。

責任編輯：趙 雪

znzhaoxue@163.com