中國頁巖氣勘探開發現狀與優選方向

于春楠

【摘 要】頁巖氣的勘探開發最早始于美國，1821年紐約州Chautauqua縣Fredonia鎮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黑色頁巖中生產頁巖氣，當時由于產氣量少而沒有引起人們的重視，但這為美國開創了一個全新的時代.我國頁巖氣研究和勘探起步較晚，但如果算上裂縫性泥頁巖油氣藏的研究和勘探，也是起步較早的.自20世紀60年代以來，我國開始在不同盆地陸續發現裂縫性泥頁巖油氣藏，由于著眼點不盡相同，對于裂縫性泥頁巖油氣藏的研究主要集中在裂縫的評價和預測上，即主要尋找裂縫為儲集空間的頁巖油氣藏。基于此，本文對中國頁巖氣勘探開發現狀與優選方向進行研究，作出以下討論僅供參考。

【關鍵詞】中國頁巖氣;勘探開發現狀;優選方向

引言

與常規油氣相比，頁巖氣在勘探開發過程中存在著更多不確定因素，主要體現在地質、技術、經濟、環境等多個方面。不確定性即意味著風險，美國依靠先進的技術和經驗，雖然大幅提高了頁巖氣單井產量，卻無法避免鉆井失敗率，有半數以上的井產量并不達標。即使是大型油氣公司，在高風險、高潛力的油氣勘探項目中，平均成功率也只有10%，最終只有1%能產生實際經濟效益。在當前自然資源與生態環境并重的新理念下，對頁巖氣資源潛力的評價，不能只停留在資源數量上，還要對資源開發中的各類風險及其社會、生態環境影響進行一體化綜合考量，才能科學認識頁巖氣資源潛力。只有充分認識和分析這些風險因素，加強風險評價工作，采取積極對策以降低風險，才能切實提高資源的可采性。

1中國頁巖氣勘探開發現狀

1.1富有機質頁巖沉積

隨著技術的進步，鉆探發現頁巖氣變得越來越容易，但要發現具有商業開采價值的頁巖氣田仍然比較困難.在眾多控制因素中，富有機質頁巖的品質是最重要的因素之一，以四川盆地以及南方廣大地區的五峰組—龍馬溪組頁巖為例，早在2009年，威201井就獲得了頁巖氣產出，但直到2013年焦頁1井的鉆探才獲得高產頁巖氣流，主要原因是焦頁1井水平井穿行在最優質的頁巖層段.隨后，各石油公司在不同地區持續優化調整水平井穿行軌跡，相繼發現了威遠、長寧、昭通和威榮等頁巖氣田.因此，頁巖氣富集層段需要根據不同地區和層位持續攻關研究的方向.頁巖的構造和沉積背景控制了富有機質頁巖的分布，優質頁巖儲層和頁巖油氣富集受構造位置、盆地構造形態和物源供給等多種因素綜合控制，遠離物源區的深水區通常為較好的頁巖儲層發育區和頁巖油氣富集區.在區域上，從構造角度分析板塊運動與盆地原型，分析原型盆地、古生物與優質烴源巖的關系，找出有利于優質頁巖沉積的構造區域;進一步，依據沉積地貌與水體的類型、水動力條件、古生物與生產力、氧化還原條件、脆性礦物的成因與發育條件以及巖相與沉積相等條件，綜合評價和預測富有機質頁巖發育的地區和層段.

1.2地質參數的不確定性

不確定因素包含在所有的地質預測過程中。地質參數是頁巖氣資源量計算和有利區優選的主要依據，其不確定性帶來了風險。勘探目標評價所需的所有參數幾乎都是基于不確定因素條件下的評價，這種不確定性變化范圍可能很大。地質參數的不確定性主要來源于幾個方面。①德國物理學家海森堡的“測不準原理”。該原理雖源于量子力學，但其表征了現實意義上大自然最基本的模糊性，這種模糊性不是測量方法和精度引起的，而是其本身就不存在準確。②測試樣品代表性不足。相對于研究對象的地質規模，測試樣品的采集數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象全貌。③樣品的各向異性。非均質性是地下巖層的普遍特性，即使緊密相鄰的樣品，部分地質參數也可能具有顯著差異，樣品的各向異性也會導致樣品處理方法不同，得到的測試值也不同。④實驗室分析測試條件、儀器設備的精度差異。樣品測試儀器、型號、精度直接決定了測試結果，測試時樣品所處的溫度、壓力、濕度等環境因素也會影響測試精度。⑤人為誤差。我國頁巖氣資源評價中，地質參數的不確定性尤為顯著。這是因為一方面，我國目前頁巖氣勘探開發程度仍然較低，只在局部地區有產量突破，積累的針對性資料較少，既有的規律性認識仍然薄弱，開展預測依據不夠充足;另一方面，頁巖氣儲層致密，尤其是我國特色的陸相頁巖儲層更加復雜，在參數獲取中，對測試技術和設備的精度要求更高，往往出現的誤差也相對較大。這兩方面原因使得我國頁巖氣前景和勘探風險仍不夠清晰。

2中國頁巖氣勘探開發優選方向

2.1形成綠色礦山建設模式

頁巖氣勘探開發過程中，堅持資源與環境并重，秉持節能環保、集約高效的理念，逐步形成“大平臺網電鉆井、電動泵壓裂、泥漿不落地、廢棄物達標處理、水資源循環利用、土地綜合利用”的一體化綠色勘探開發模式。優化地面工程布局，統籌規劃電網、路網、水網、訊網、管網“五網”建設，攤薄成本，推廣1臺6～9井大平臺，集約用地，創新實踐電動泵壓裂，降本減排。配建一體化引水工程，集中收集生產廢水，達標處理，循環利用。鉆井全過程采用泥漿、巖屑不落地工藝，固廢無害化處理后制成建筑用磚，變廢為寶。嚴格土地征用程序，認真履行土地復墾責任，強化生態環境恢復治理，整體推進綠色礦山建設。

2.2建立頁巖孔隙分類方法及儲層分級評價標準

孔隙是頁巖氣儲藏的重要空間，也是確定游離氣含量的關鍵參數。根據成因，頁巖儲集空間主要分為無機孔、有機孔和微裂縫3大類。基于氬離子拋光、掃描電鏡和原子力顯微鏡的頁巖微觀孔隙結構表征技術，對頁巖孔隙分布、形態、大小和規模進行精細刻畫，對3大類儲集空間進行亞類劃分：根據孔隙發育位置和成因，將無機孔分為粒間孔、粒內孔和晶間孔等，其中粒間孔主要發育于碎屑顆粒間，粒內孔主要發育于長石或碳酸鹽礦物顆粒內部，而晶間孔主要發育于黏土礦物和黃鐵礦晶間。根據有機質類型和成因，將有機質孔分為干酪根孔和瀝青孔，其中根據有機質形態和結構，將干酪根孔分為無定形干酪根孔和結構型干酪根孔，根據孔隙形狀和成因，可將瀝青孔分為固體瀝青孔和瀝青球粒孔。根據成因將微裂縫分為應力縫和收縮縫，其中應力縫是由局部構造運動或異常高壓形成的高應力破壞所致，收縮縫則多為有機質或黏土礦物脫水形成，多發育于有機質與礦物接觸面上。

2.3初步形成頁巖氣開發技術政策

通過微地震監測、經濟評價、生產動態及數值模擬確定小層水平井的合理井距為300～350m。現有水平井鉆探結果統計顯示，隨著水平段的增加，無阻流量增加，考慮現有工藝，推薦水平段長為1800～2000m，結合構造及地面條件可適當調整。已投產井情況表明，水平段方位與最小水平主應力的夾角越小，無阻流量越大，夾角在40°以內時，無阻流量較高。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，靶點高差對無阻流量影響較小;隨著靶點高差增大，歸一化無阻流量呈現減小趨勢。

結束語

綜上所述，在研究上，建議加強富有機質頁巖發育、、頁巖含氣量尤其是損失氣量恢復、頁巖氣藏富集主控因素和分布規律等研究，同時加強新層系和新領域的早期評價，建立不同頁巖類型的選區評價方法并優選有利區，以拓展頁巖氣勘探開發領域。

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（作者單位：山東省第一地質礦產勘查院）