摘要：近10年來，在高天然氣價(jià)格、水平井鉆井技術(shù)和壓裂技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下，頁巖氣成為美國最重要的天然氣開發(fā)目標(biāo)，形成了適合于不同勘探開發(fā)階段的頁巖氣資源潛力評(píng)價(jià)方法，對(duì)頁巖氣資源的認(rèn)識(shí)不斷得到深化。在詳細(xì)研究美國頁巖氣資源評(píng)價(jià)方法基礎(chǔ)上，探索了我國現(xiàn)階段頁巖氣資源評(píng)價(jià)方法，并針對(duì)四川盆地西南部地區(qū)及威遠(yuǎn)氣田區(qū)下古生界下寒武統(tǒng)筇竹寺組的頁巖氣資源做了初步預(yù)測。結(jié)果認(rèn)為四川盆地頁巖氣資源豐富，不少于盆地常規(guī)天然氣資源量，是未來值得重視的重要天然氣勘探開發(fā)新領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞：頁巖氣；資源；評(píng)價(jià)方法；四川盆地；應(yīng)用
0 引言
與常規(guī)油氣勘探開發(fā)一樣，頁巖氣勘探開發(fā)的目標(biāo)選擇雖然細(xì)節(jié)極其復(fù)雜，但關(guān)鍵還是確定其是否具有工業(yè)價(jià)值。美國在頁巖氣資源勘探開發(fā)實(shí)踐中，將具有合適頁巖類型、有機(jī)質(zhì)含量、成熟度、孔隙度、滲透率、含氣飽和度以及天然裂縫發(fā)育等綜合條件的頁巖作為勘探開發(fā)的有利目標(biāo)[1]，不斷深化頁巖氣資源潛力認(rèn)識(shí)，形成了適合不同勘探開發(fā)階段的頁巖氣資源潛力評(píng)價(jià)方法。筆者在美國主要頁巖氣資源評(píng)價(jià)方法深入、系統(tǒng)調(diào)查與分析的基礎(chǔ)上，通過四川盆地西南部及威遠(yuǎn)氣田區(qū)古生界下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣資源的初步估算，探索適合中國現(xiàn)階段的頁巖氣資源潛力評(píng)價(jià)方法。
1 頁巖氣資源特點(diǎn)
1.1 全球頁巖氣資源
自1821年發(fā)現(xiàn)頁巖氣以來已有近200a的歷史，但近10a來的產(chǎn)量增長速度驚人，預(yù)測未來的潛在產(chǎn)量會(huì)更高。頁巖氣資源被認(rèn)為是含油氣盆地中最后一類走上開發(fā)舞臺(tái)的油氣資源[1]，在含油氣盆地中蘊(yùn)藏量最豐富。據(jù)Roger(1997)早期的不完全估算，全球頁巖氣資源量高達(dá)456×1012m3，超過全球常規(guī)天然氣資源量(436.1×1012m3)。近年來，在鉆、完井(尤其是水平井鉆井、連續(xù)油管射孔和水力壓裂等)技術(shù)進(jìn)步、天然氣價(jià)格高漲及開發(fā)速度快速增長的推動(dòng)下，發(fā)現(xiàn)頁巖氣的領(lǐng)域越來越廣，對(duì)頁巖氣資源的認(rèn)識(shí)迅速提高，估計(jì)全球最終頁巖氣資源量將超過1000×1012m3。
1.2 頁巖氣資源特點(diǎn)
有關(guān)頁巖氣資源的獨(dú)有特征，可歸納概括如下。
1.2.1 資源潛力巨大
現(xiàn)僅以沃斯堡盆地加以說明。沃斯堡盆地是北美地臺(tái)重要含油氣盆地，20世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)盆地第一個(gè)油田，1917年開始油氣生產(chǎn)，至1995年共生產(chǎn)原油大于3.87×108t、天然氣約2200×108m3；1982年在盆地Barnett頁巖發(fā)現(xiàn)Newark East頁巖氣藏，目前該氣藏已成為美國第二大氣田[2]。目前，在盆地證實(shí)的頁巖氣資源量約2.6×1012m3[3]，2007年頁巖氣產(chǎn)量315×1012m3，累計(jì)頁巖氣產(chǎn)量1200×108m3。
1.2.2 含氣面積廣
頁巖氣藏為連續(xù)型氣藏，缺少明顯的圈閉，也沒有明顯的氣水界線，分布范圍與處于生氣窗以內(nèi)的烴源巖范圍基本一致，為大面積區(qū)域含氣。
1.2.3 儲(chǔ)層致密
頁巖氣產(chǎn)自被固結(jié)至超低孔隙度和滲透率的黏土和粉砂級(jí)顆粒組成的頁巖中，頁巖儲(chǔ)層孔隙度一般為4%～6%，滲透率小于0.001×10-3μm2。與常規(guī)天然氣藏相比，頁巖氣藏的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量在很大程度上要依賴于天然裂縫。頁巖中天然裂縫的發(fā)育可以大大改善其經(jīng)濟(jì)性，在天然裂縫發(fā)育區(qū)頁巖儲(chǔ)層孔隙度可達(dá)10%、滲透率可達(dá)1×10-3μm2。
1.2.4 低產(chǎn)(一般無自然產(chǎn)能)
據(jù)美國早期頁巖氣井統(tǒng)計(jì)[3]，40%的井初期裸眼測試無氣流，55%的井初始無阻流量沒工業(yè)價(jià)值，所有井都需要實(shí)施儲(chǔ)層壓裂改造。早期開發(fā)的5個(gè)頁巖含氣盆地，直井改造后單井產(chǎn)量894～28300m3/d，平均8063m3/d。近年來，水平井、水力壓裂及分段壓裂技術(shù)的成功應(yīng)用，單井產(chǎn)量大幅提高，水平井平均單井產(chǎn)量約20000m3/d，最大水平井單井產(chǎn)量47.6×104m3/d。
1.2.5 頁巖氣井生產(chǎn)周期長
頁巖氣井年遞減率小，一般2%～3%，最大5%，生產(chǎn)周期一般30～50a。USGS(2008)甚至認(rèn)為Barnett頁巖氣藏的開采壽命可達(dá)80～100a[3]。
1.2.6 采收率變化較大
美國頁巖氣藏開發(fā)證實(shí)，頁巖氣藏采收率變化范圍在5%～60%。埋藏較淺、地層壓力低、有機(jī)碳與吸附氣含量低的頁巖氣藏采收率約60%；埋藏較深、地層壓力高、吸附氣含量高的頁巖氣藏采收率為25%～50%。
1.2.7 勘探開發(fā)投資大
美國主要頁巖氣藏勘探開發(fā)成本統(tǒng)計(jì)表明，頁巖氣井單井成本300～800萬美元，是2000～2003年美國陸上油井單井成本45萬美元的7倍、氣井單井成本65萬美元的5倍，其中Haynesville頁巖氣藏單井成本與美國2000～2003年海上油氣井的單井成本969萬美元相當(dāng)。
2 頁巖氣資源潛力評(píng)價(jià)方法
頁巖氣藏儲(chǔ)層連續(xù)分布，具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，包括多種氣體富集機(jī)制、控制產(chǎn)能的多樣性。因此，頁巖氣資源評(píng)價(jià)中既要考慮地質(zhì)因素的不確定性，也要考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上的不確定性。不同勘探開發(fā)階段適用的方法不同，關(guān)鍵參數(shù)不同，參數(shù)獲取方式不同，資源估算結(jié)果也有較大差異。美國形成了多種頁巖氣資源評(píng)價(jià)方法，如圖1所示。鑒于頁巖氣藏為連續(xù)型氣藏，區(qū)域分布，USGS在頁巖氣藏資源評(píng)價(jià)中引入了全含油氣系統(tǒng)評(píng)價(jià)單元概念。筆者在該概念闡述的基礎(chǔ)上，論述了主要頁巖氣藏資源評(píng)價(jià)方法。
2.1 全油氣系統(tǒng)評(píng)價(jià)單元概念
在頁巖氣資源評(píng)價(jià)中，基于資源評(píng)價(jià)目的，USGS把現(xiàn)有天然氣藏劃歸為兩個(gè)主要端元型氣藏和一個(gè)過渡型氣藏[4～5]。兩個(gè)主要端元型氣藏是常規(guī)氣藏和連續(xù)型氣藏，同時(shí)兼具兩個(gè)端元型氣藏特征的為過渡型氣藏。連續(xù)型氣藏(Schmoker，1996；Pollastro，2002)包括煤層氣、頁巖氣、盆地中心氣和致密砂巖氣等，其特征具有較大的三維空間延展、無明顯油氣水界線、不依賴水的浮力連續(xù)聚集成藏、源巖與儲(chǔ)層聯(lián)系緊密、在整個(gè)源巖范圍內(nèi)均有氣藏存在。連續(xù)型氣藏通過轉(zhuǎn)換帶可以漸變?yōu)槌Ｒ?guī)氣藏?；谶B續(xù)型氣藏概念，USGS(Klett、Magoon和Schmoker等，2000)在資源評(píng)價(jià)中，提出了全含油氣系統(tǒng)評(píng)價(jià)單元概念(TPS-AU)，以取代其1995年以來的成藏組合概念。全含油氣系統(tǒng)評(píng)價(jià)單元概念關(guān)注于整個(gè)烴類流體系統(tǒng)，包括了Magoon和Dow(1994)定義的所有與已知烴類成藏：油苗、輸導(dǎo)體系等油氣系統(tǒng)的元素，引入了與成熟源巖相連的所有未發(fā)現(xiàn)的油氣聚集和相應(yīng)的地理區(qū)域。評(píng)價(jià)單元建立在相似地質(zhì)單元和烴類聚集類型基礎(chǔ)上，也可以代表需要評(píng)價(jià)的一套或多套成藏組合。評(píng)價(jià)單元與成藏組合有明顯不同，成藏組合可能包括多套源巖和(或)油氣系統(tǒng)，并不局限在單個(gè)油氣系統(tǒng)內(nèi)，此外一個(gè)成藏組合內(nèi)的烴類來源于多個(gè)油氣系統(tǒng)的情況也很常見。因此，全含油氣系統(tǒng)評(píng)價(jià)單元概念對(duì)一個(gè)全油氣系統(tǒng)內(nèi)與未發(fā)現(xiàn)油氣的源巖、油氣生成、運(yùn)移和圈閉相關(guān)的主要因素和過程有更為清晰的定義。在頁巖氣資源評(píng)價(jià)中，對(duì)全含油氣系統(tǒng)中的以下地質(zhì)要素進(jìn)行確定和成圖：①烴源巖，尤其是富有機(jī)質(zhì)頁巖烴源巖；②富有機(jī)質(zhì)頁巖的地理分布；③來源于要評(píng)價(jià)的頁巖中的烴類流體數(shù)量和地理展布范圍；④處在生油窗和生氣窗內(nèi)的富有機(jī)質(zhì)頁巖分布；⑤可生氣或有生氣潛力頁巖分布范圍；⑥生氣能力最佳頁巖分布范圍。
2.2 主要頁巖氣資源評(píng)價(jià)方法
2.2.1 福斯潘(FORSPAN)法[4]
福斯潘模型(FORSPAN)法是USGS在1999年為連續(xù)型油氣藏資源評(píng)價(jià)而提出的一種評(píng)價(jià)方法。該方法以連續(xù)型油氣藏的每一個(gè)含油氣單位為對(duì)象進(jìn)行資源評(píng)價(jià)，即假設(shè)每個(gè)單元都有油氣生產(chǎn)能力，但各單元間汗油氣性(包括經(jīng)濟(jì)性)可以相差很大，以概率形式對(duì)每個(gè)單元的資源潛力作出預(yù)測。以往也用體積法對(duì)連續(xù)型油氣藏資源潛力作過評(píng)價(jià)。在體積法中，原始資源量估算常用的參數(shù)主要是一些基本地質(zhì)參數(shù)(如面積、厚度、孔隙度等)，這些參數(shù)有很大的不確定性，且各單元間關(guān)系密切、缺乏獨(dú)立性。因此，參數(shù)選取及標(biāo)準(zhǔn)確定較困難。福斯潘(FORSPAN)法建立在已有開發(fā)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上(圖2)，估算結(jié)果為未開發(fā)原始資源量。因此，該方法適合于已開發(fā)單元的剩余資源潛力預(yù)測。已有的鉆井資料主要用于儲(chǔ)層參數(shù)(如厚度、含水飽和度、孔隙度、滲透率)的綜合模擬、權(quán)重系數(shù)的確定、最終儲(chǔ)量和采收率的估算。如果缺乏足夠的鉆井和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)可依賴各參數(shù)的類比取值。
福斯潘法涉及參數(shù)眾多，基本參數(shù)有評(píng)價(jià)目標(biāo)特征、評(píng)價(jià)單元特征、地質(zhì)地球化學(xué)特征和勘探開發(fā)歷史數(shù)據(jù)等(見表1、2)[3]。USGS在2003年、2008年用該方法對(duì)沃斯堡盆地Barnett頁巖氣資源做了估算，2003年評(píng)價(jià)結(jié)果為7400×108m3，2008年評(píng)價(jià)結(jié)果為2.66×108m3。兩次評(píng)價(jià)相差3.6倍，原因在于沃斯堡盆地頁巖氣藏含氣范圍擴(kuò)大至原來的3倍，整個(gè)盆地成為有利頁巖氣產(chǎn)區(qū)，其次是頁巖氣井生產(chǎn)周期變長，由初期評(píng)價(jià)時(shí)的30a增長到50a，其核心產(chǎn)區(qū)的生產(chǎn)周期甚至估算結(jié)果不是一成不變，是動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)過程，同時(shí)也說明了頁巖氣資源的復(fù)雜性。
2.2.2 單井(動(dòng)態(tài))儲(chǔ)量估算法
單井(動(dòng)態(tài))儲(chǔ)量估算法由美國Advanced Resources Informational(ARI)提出[5]，核心是以1口井控制的范圍為最小估算單元，把評(píng)價(jià)區(qū)劃分成若干最小估算單元，通過對(duì)每個(gè)最小估算單元的儲(chǔ)量計(jì)算，得到整個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)的資源量數(shù)據(jù)，即
式中：qi為單井儲(chǔ)量，108m3；i為估算單元；f為鉆探成功率，%。
該方法在頁巖氣藏資源估算中有以下5個(gè)關(guān)鍵步驟。
1) 確定評(píng)價(jià)范圍：綜合利用評(píng)價(jià)區(qū)早期生產(chǎn)數(shù)據(jù)，盡可能準(zhǔn)確圈定頁巖含氣邊界。如利用烴源巖熱成熟度研究成果，圈定出處于生氣窗范圍內(nèi)的烴源巖，即可認(rèn)為是最大的含氣面積；或利用頁巖厚度資料，以最小凈產(chǎn)層厚度法圈定評(píng)價(jià)邊界；或利用其他資料綜合確定評(píng)價(jià)邊界。無論資料多寡，都需綜合利用各種信息，以保證所確定的評(píng)價(jià)區(qū)邊界有效。
2) 確定最小估算單元：綜合生產(chǎn)數(shù)據(jù)、儲(chǔ)層性質(zhì)和致密地層標(biāo)準(zhǔn)曲線模型(如METEOR模型)，建立經(jīng)過嚴(yán)格分析的單井排泄范圍。以單井排泄范圍為最小估算單元，并對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)做出全部劃分。
3) 確定單井儲(chǔ)量規(guī)模：依據(jù)頁巖厚度、巖性特征、有機(jī)碳含量、成熟度、吸附氣含量等有關(guān)頁巖氣藏特征數(shù)據(jù)，結(jié)合頁巖氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，建立綜合性的、精確的單井儲(chǔ)量模型。該模型可以為一個(gè)單值，或是分區(qū)建立的多個(gè)值，或是一種概率分布。
4) 確定鉆探成功率：盡管可能在生氣窗范圍內(nèi)的所有富有機(jī)質(zhì)頁巖都具有產(chǎn)氣能力，但并不能保證該范圍內(nèi)鉆探的所有頁巖氣井都成功，其原因在頁巖沉積上的差異或熱演化上的不均一等。在頁巖氣藏資源估算中，對(duì)不成功部分的估算用探井成功率給予扣除。
5) 確定氣藏“甜點(diǎn)”：通過上述4個(gè)工作環(huán)節(jié)，可以估算出每個(gè)評(píng)價(jià)單元及整個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)的資源前景。進(jìn)一步結(jié)合區(qū)域構(gòu)造、裂縫發(fā)育規(guī)律等地質(zhì)因素及地面條件、基礎(chǔ)設(shè)施等經(jīng)濟(jì)因素，評(píng)價(jià)確定具有地質(zhì)上富集、經(jīng)濟(jì)上高產(chǎn)的氣藏“甜點(diǎn)”區(qū)塊。
ARI(2006)用該方法估算了全美48州的頁巖氣資源，總可采資源量約3.97×1012m3，其中探明可采儲(chǔ)量為3398.04×108m3，待探明可采資源量為3.63×1012m3。與USGS、NPC的估算對(duì)比，USGS(2006)的估算為1.7×1012m3，NPC(2003)的估算為8212×108m3。三者差異明顯，ARI認(rèn)為對(duì)諸如頁巖氣藏這樣的連續(xù)型氣藏的資源潛力評(píng)估對(duì)大量數(shù)據(jù)的需要和資源前景的快速變化常常使評(píng)估結(jié)果的大小和“甜點(diǎn)”的選擇變得很困難，成功地引入地質(zhì)新認(rèn)識(shí)、鉆井和完井技術(shù)進(jìn)步、大量“專家論證”及動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)非常重要。
2.2.3 容積法
容積法是頁巖氣生產(chǎn)商常用的評(píng)價(jià)方法，其評(píng)價(jià)基礎(chǔ)是頁巖氣的蘊(yùn)藏方式。頁巖氣蘊(yùn)藏在頁巖的基質(zhì)孔隙空間、裂縫內(nèi)以及吸附在有機(jī)物和黏土顆粒表面。因此，容積法估算的是頁巖孔隙、裂縫空間內(nèi)的游離氣、有機(jī)物和黏土顆粒表面的吸附氣體積的總和，即
GIP總=GIP游+GIP吸
估算基本過程如下：
2.2.3.1 頁巖氣藏壓力、溫度計(jì)算
P=Hpd
式中：H為氣藏埋藏深度pd為壓力梯度，實(shí)測或pd=1.54psi/m(1psi=6.89476kPa)。
2.2.3.2 游離氣量估算
式中：h為有效頁巖厚度；φg為頁巖含氣孔隙度；Bg為體積系數(shù)，Bg=0.0283zT/p，z為氣體偏差系數(shù)。
2.2.3.3 吸附氣量估算
GJP吸=7.9V甲ρh
式中：V甲為頁巖吸附氣含量；ρ為頁巖密度；h為有效頁巖厚度。
V甲=V蘭p/(p蘭+p)
式中：V蘭為蘭格繆爾體積，V蘭=f(TOC，%)；P蘭為蘭格繆爾壓力，P蘭=f(T)，V蘭、p蘭由巖心分析或測井解釋得到，也可通過地質(zhì)類比借用。
該方法可簡化表示為：
GIP總=GIP游+GIP吸=Sh(φgSg+ρGf)
式中：S為頁巖含氣面積，km2；h為有效頁巖厚度，km；φg為含氣頁巖孔隙度，%；Sg為含氣飽和度，%；ρ為頁巖巖石密度，t/km3；Gf為吸附氣含量，108m3/t。
孔隙度(φg)、含氣飽和度(Sg)、吸附氣含量(Gf)是影響該方法結(jié)果可靠程度的關(guān)鍵參數(shù)。
2.2.4 資源豐度類比法
資源豐度類比法是勘探開發(fā)程度較低地區(qū)常用的方法，也是一種簡單快速的評(píng)價(jià)方法。簡要過程是：首先確定評(píng)價(jià)區(qū)頁巖系統(tǒng)展布面積、有效頁巖厚度；其次根據(jù)評(píng)價(jià)區(qū)頁巖吸附氣含量、頁巖地化特征、儲(chǔ)層特征等關(guān)鍵因素，結(jié)合頁巖沉積、構(gòu)造演化等地質(zhì)條件，已知含氣頁巖對(duì)比，按地質(zhì)條件相似程度，估算評(píng)價(jià)區(qū)資源豐度或單儲(chǔ)系數(shù)；最終按如下方式估算評(píng)價(jià)區(qū)頁巖氣資源量：
Q=Sk或Q=Sha
式中：Q為評(píng)價(jià)區(qū)頁巖氣資源量，108m3；S為評(píng)價(jià)區(qū)有效頁巖面積，km2；h為有效頁巖厚度，m；k為頁巖氣資源豐度，108m3/km2；a為頁巖氣單儲(chǔ)系數(shù)，108m3/(km2·m)。
上述評(píng)價(jià)方法涉及參數(shù)10余項(xiàng)，與常規(guī)油氣資源評(píng)價(jià)相比j這些參數(shù)既有內(nèi)涵上的較大差異，又存在獲取上的較大難度。尤其突出的是一些關(guān)鍵評(píng)價(jià)參數(shù)，如有效頁巖面積、有效頁巖厚度、有機(jī)碳含量、可采系數(shù)等。如有效頁巖面積有嚴(yán)格的限定，指有效厚度大于15m、有機(jī)碳含量大于2%、熱演化程度處于生氣窗以內(nèi)、埋藏深度位于氧化帶(300m)以下頁巖的展布面積。因此，在頁巖氣資源評(píng)價(jià)中參數(shù)研究非常重要。
3 四川盆地古生界頁巖氣資源潛力評(píng)價(jià)
四川盆地下寒武統(tǒng)筇竹寺組為深海陸棚環(huán)境下沉積的灰黑色碳質(zhì)頁巖、黑色頁巖、深灰色-灰色砂質(zhì)頁巖、粉砂巖及灰綠色含鈣細(xì)砂巖，厚度400～500m。區(qū)域上由威遠(yuǎn)地區(qū)向南厚度逐漸增加，南至盆地邊緣厚度增至1000m以上。四川盆地西南部下寒武統(tǒng)筇竹寺組厚度大、有機(jī)碳含量高、類型好，以往的鉆探中，普遍見到放空、井漏、氣侵、井涌及井噴等良好氣顯示，其中威5井筇竹寺組2783.2～2799.85m井段取心7.46m見309處冒氣；2795～2798m井段裂縫發(fā)育，縫洞率達(dá)1.22%～3.34%；2797.4～2797.6m井段放空0.2m，并發(fā)生漏失和井噴(噴高15～22m)，中途測試獲日產(chǎn)氣2.46×104m3，酸化后日產(chǎn)氣1.35×104m3。上述事實(shí)表明該區(qū)筇竹寺組存在頁巖氣資源并具有較好的商業(yè)前景。鑒于四川盆地乃至全國還沒有頁巖氣勘探開發(fā)成功實(shí)例的現(xiàn)實(shí)，筆者從頁巖氣資源評(píng)價(jià)方法研究的實(shí)際出發(fā)，采用資源豐度類比法和容積法對(duì)四川盆地西南部地區(qū)及威遠(yuǎn)氣田區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組的頁巖氣資源進(jìn)行估算，檢驗(yàn)兩種頁巖氣資源評(píng)價(jià)方法在中國的適應(yīng)性。
3.1 川西南下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣資源量估算
3.1.1 下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖厚度
頁巖厚度的確定是頁巖氣資源評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，方法是根據(jù)沉積環(huán)境、巖性特征、結(jié)構(gòu)組成等因素，將目的層中黑色頁巖劃分出來，單獨(dú)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。首先根據(jù)區(qū)域地質(zhì)、地震、鉆井等資料分析四川盆地下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖系統(tǒng)的區(qū)域展布規(guī)律，確定和劃分頁巖系統(tǒng)，對(duì)頁巖系統(tǒng)中的黑色頁巖、碳質(zhì)頁巖、黑灰色粉砂質(zhì)和砂質(zhì)頁巖統(tǒng)計(jì)成圖。其次，在此基礎(chǔ)上，依據(jù)有機(jī)碳含量、熱成熟度、鉆井氣顯示等特征，確定有效頁巖厚度(圖3)。四川盆地西南部地區(qū)筇竹寺組有效頁巖面積約55828km2，有效厚度20～300m，盆地南部邊界寧2井區(qū)厚度最大(約450m)。為便于頁巖氣資源估算后的進(jìn)一步經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，對(duì)不同埋深下的有效頁巖面積做了統(tǒng)計(jì)，埋深大于4500m的有效頁巖面積為27425km2，埋深4500～3200m的有效頁巖面積20684.2km2；埋深小于3200m的有效頁巖面積7718.8km2。
3.1.2 下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣資源豐度
為確定四川盆地西南部地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣資源豐度，筆者在威遠(yuǎn)氣田區(qū)實(shí)施了1口鉆井密閉取心，并對(duì)其進(jìn)行巖心吸附氣含量測試。威遠(yuǎn)氣田區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖有機(jī)碳含量為0.34%～2.8%，吸附氣含量0.43～0.86m3/t。需要說明的是根據(jù)區(qū)域地層研究，上述鉆井沒能得到該組中最好的黑色頁巖和碳質(zhì)頁巖段巖心，因此，測得的有機(jī)碳與吸附氣含量僅具有不完全代表性，這一問題有待繼續(xù)研究。將筇竹寺組頁巖特征與美國五大頁巖氣含氣盆地對(duì)比(見表3)，確定出四川盆地西南部地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣資源豐度為0.74×108～1.52×108m3/km2。
3.1.3 下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣資源量
依據(jù)資源豐度0.74×108～1.52×108m3/km2、有效頁巖面積55828km2，根據(jù)資源豐度法估算出四川盆地西南部下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣資源量為：
Q=Sk=55828km2×(0.74～1.52)×108m3/km2=(4.13～8.48)×1012m3
3.2 威遠(yuǎn)氣田區(qū)筇竹寺組頁巖氣資源量估算
威遠(yuǎn)氣田區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣資源量的估算，以中國石油與美國新田石油公司的《四川盆地威遠(yuǎn)地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)聯(lián)合研究》為基礎(chǔ)，估算方法為容積法，評(píng)價(jià)范圍以威遠(yuǎn)氣田區(qū)為主體，面積約3000km2。
3.2.1 編制有效頁巖小層厚度圖
容積法估算中，依據(jù)威遠(yuǎn)氣田區(qū)筇竹寺組巖性和電性特征(圖4)，在圖3基礎(chǔ)上，將威遠(yuǎn)氣田區(qū)筇竹寺組劃分為6個(gè)小層(見表4)。
表4 威遠(yuǎn)氣田區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣資源估算結(jié)果表
|
小層
|
有效頁巖厚度(m)
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資源量(108m3)
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資源豐度(108m3/km2)
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單儲(chǔ)系數(shù)(108m3/km2·m)
|
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1
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26.0
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972.3～5238.8
|
0.32～1.75
|
0.0123～0.0582
|
|
2
|
38.0
|
2232.8～5988.6
|
0.74～2.00
|
0.0195～0.0456
|
|
3
|
21.7
|
1156.8～3987.1
|
0.39～1.33
|
0.0180～0.0521
|
|
4
|
9.6
|
255.6～2389.5
|
0.09～0.8
|
0.0094～0.0521
|
|
5
|
22.8
|
1271.5～4858.3
|
0.42～1.62
|
0.0184～0.0618
|
|
6
|
42.0
|
2798.1～9230.6
|
0.93～3.08
|
0.0221～0.1332
|
|
合計(jì)
|
160
|
8684.1～31692.9
|
2.89～10.56
|
0.0181～0.0660
|
3.2.2 關(guān)鍵參數(shù)取值
容積法中關(guān)鍵參數(shù)為有效厚度、有機(jī)碳含量、頁巖氣藏埋深、吸附氣含量、含氣頁巖孔隙度及頁巖巖石密度等。頁巖有效厚度依據(jù)圖3、圖4確定；有機(jī)碳含量根據(jù)鉆井巖心、巖屑分析數(shù)據(jù)和測井解釋綜合確定；氣藏埋深以震旦系頂部埋深為依據(jù)計(jì)算；吸附氣含量以巖心測試為依據(jù)，結(jié)合有機(jī)碳含量綜合類比確定；含氣孔隙度(1-φw)和巖石密度以巖心實(shí)測和測井解釋綜合確定。
3.2.3 威遠(yuǎn)氣田區(qū)筇竹寺組頁巖氣資源量估算
在參數(shù)取值基礎(chǔ)上，利用有效頁巖小層等厚線圖，應(yīng)用Geographix軟件(美國新田石油公司，2008)，估算的威遠(yuǎn)氣田區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣資源量見表4。威遠(yuǎn)氣田區(qū)頁巖氣總資源量8684×108～31693×108m3，資源豐度為2.89×108～10.56×108m3/km2，單儲(chǔ)系數(shù)為0.02×108～0.07×108m3/(km2·m)。據(jù)表4反映，有效頁巖厚度上部第2小層和底部第6小層較大，兩個(gè)小層的頁巖氣豐度及資源量較高，厚度分別為38m和42m，資源量分別為2233×108～5989×108m3和2795×108～9231×108m3。據(jù)此表明威遠(yuǎn)氣田區(qū)頁巖氣藏資源豐富，有較好勘探開發(fā)前景，筇竹寺組底部是最有利頁巖氣藏勘探開發(fā)層段，值得進(jìn)一步深入研究。
4 結(jié)論
1) 頁巖氣在全球已成為現(xiàn)實(shí)的油氣勘探開發(fā)重要目標(biāo)，全球頁巖氣資源蘊(yùn)藏量巨大，具有廣泛的勘探開發(fā)前景。頁巖氣藏為具極低孔滲條件的連續(xù)型氣藏，是典型的非常規(guī)天然氣，目前對(duì)它的認(rèn)識(shí)還很局限，尤其是對(duì)其復(fù)雜的成藏機(jī)理、資源形成條件和富集規(guī)律的認(rèn)識(shí)正在形成和發(fā)展中。
2) 頁巖氣資源潛力是有利頁巖氣藏勘探開發(fā)目標(biāo)優(yōu)選的關(guān)鍵因素之一，北美已形成了多種適宜于不同勘探開發(fā)階段的頁巖氣資源評(píng)價(jià)方法。頁巖礦物組成和結(jié)構(gòu)、有機(jī)碳含量、熱成熟度、吸附氣含量、有效厚度、基質(zhì)孔隙及裂縫等是影響頁巖氣資源評(píng)價(jià)的關(guān)鍵因素。
3) 經(jīng)過嚴(yán)格分析，借用國外現(xiàn)有一些評(píng)價(jià)方法，可以概略評(píng)價(jià)我國頁巖氣資源潛力。四川盆地西南部地區(qū)和威遠(yuǎn)氣田區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖氣資源估算表明，四川盆地頁巖氣資源豐富，不少于盆地常規(guī)天然氣資源，是未來值得重視的重要天然氣勘探開發(fā)新領(lǐng)域。
4) 我國頁巖氣勘探開發(fā)尚處于探索階段，為盡快了解我國頁巖氣資源潛力、推動(dòng)我國頁巖氣藏勘探開發(fā)發(fā)展，引進(jìn)和發(fā)展我國頁巖氣資源潛力評(píng)價(jià)方法和技術(shù)刻不容緩。
參考文獻(xiàn)
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[3] 《頁巖氣地質(zhì)與勘探開發(fā)實(shí)踐叢書》編委會(huì).北美地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)新進(jìn)展[M].北京：石油工業(yè)出版社，2009.
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[5] VELLO A，KUUSKRAA.非常規(guī)氣資源潛力估計(jì)可能會(huì)有很大變化[J]. JPT，2007(9)：14-16.
(本文作者：董大忠1 程克明1 王世謙2 呂宗剛3 1.中國石油勘探開發(fā)研究院；2.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院；3.中國石油西南油氣田公司蜀南氣礦)
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