楊光慶 侯讀杰 包書景 馬 寧

1．中國地質大學（北京）能源學院 2．海相儲層演化與油氣富集機理教育部重點實驗室 3．中國石化石油勘探開發(fā)研究院

我國目前正處于頁巖氣勘探與開發(fā)的早期［1－3］，因此，建立一套統(tǒng)一可行的頁巖氣資源評價方法，全面、客觀地評價頁巖氣資源潛力并研究其分布特征顯得尤為迫切。通過文獻調研發(fā)現，國內頁巖氣縱向單元資源評價方法主要有2種：一種是對層段內所有泥巖進行厚度累加，從而計算出頁巖氣的地質資源量，這種方法計算的資源量往往偏大；另一種是對連續(xù)厚度大于30m的泥頁巖進行厚度統(tǒng)計，從而得到泥頁巖平面的有效厚度，進而計算出頁巖氣的資源量，這種方法計算的結果比較適中，但可能對開發(fā)缺乏指導意義。對比前人的成果并結合實際研究情況，筆者提出了以含氣泥頁巖層段（系統(tǒng)）作為頁巖氣資源評價單元，以致密低滲透巖層作為含氣泥頁巖層段（系統(tǒng)）的頂、底板，據此來劃分縱向評價單元的方法。實例驗證結果表明，該方法可操作性強，既可以與工程技術有效結合，也可以明確頁巖氣勘探開發(fā)的目的層段，而且能夠獲得相對客觀、可靠的頁巖氣資源量。

1 國外研究成果及其啟示

基于技術和成本方面的考慮，國外對頂、底板的研究歷來比較重視［4－5］。北美一些主要的頁巖氣盆地大都具有“三明治”式的展布特征。以美國福特沃斯盆地著名的Barnett頁巖為例，上Barnett頁巖以 Marble Falls石灰?guī)r為頂板，Forest burg石灰?guī)r作為底板，圖1顯示，頂底板處測井響應特征為低自然伽馬值、高電阻率；而上Barnett頁巖段則顯示為高伽馬值、低電阻率的特征，可以明顯區(qū)分。下Barnett頁巖則是以Forestburg石灰?guī)r和Viola石灰?guī)r分別作為頂、底板，相應的頁巖氣藏也位于頂、底板之間的含氣泥頁巖層段內，封閉性較好。頂、底板封閉的含氣泥頁巖段為主力產氣層［6］。

具有代表性的還有Marcellus頁巖，上覆為中泥盆統(tǒng)Tully石灰?guī)r，下伏為下泥盆統(tǒng)Onondaga石灰?guī)r，Marcellus頁巖進一步被Cherry Valley和Purcell石灰?guī)r分為上、下兩段。具有類似特征的還有位于東得克薩斯州和西路易斯安州的上侏羅統(tǒng)Haynesville頁巖等。在三維空間內，頂、底板并非只是頁巖層段內的夾層，一定厚度和面積的頂、底板分布可以對頁巖氣儲層進行有效的保存和分割。

圖1 Barnett頁巖頂底板測井響應特征圖（據AAPG，2007）

筆者通過文獻調研［5］，對全球主要盆地含氣泥頁巖層段（系統(tǒng)）頂、底板的地質特征進行了統(tǒng)計。結果顯示（表1），世界范圍內主要盆地頁巖地層頂、底板巖性以致密的泥頁巖、膏泥巖、膏鹽層、石灰?guī)r、白云巖、火山巖、煤層等為主，屬于非滲透或低滲透巖層。其埋深范圍從1 000m到4 000m均有分布，其中南美洲頁巖埋藏較深，為3 800～4 100m；北非、澳洲和東亞居其次，為2 700～3 000m；淺層主要分布在南亞和西歐，為1 000～1 500m。泥頁巖系統(tǒng)厚度一般不超過150m，最小為15．24m，最大達112．12m。

2 含氣泥頁巖層段劃分方法

2．1 含氣泥頁巖層段（系統(tǒng)）

含氣泥頁巖層段（系統(tǒng)）是指在鉆井剖面中，由上、下致密層封擋下的同一壓力系統(tǒng)內的巖性組合，主要由富有機碳的泥頁巖及呈夾層狀的粉砂巖、砂巖、碳酸鹽巖組成，或與之可對應的地震剖面及野外地質剖面在地層中同一壓力系統(tǒng)內的巖性組合（圖2）。含氣泥頁巖層段（系統(tǒng)）主要依據測井響應特征、巖性組合特征、有機碳含量、氣測顯示等資料來進行劃分，以富有機碳的泥頁巖作為含氣頁巖層段頂、底的界限，層段內不含明顯的水層，連續(xù)厚度一般不超過100m（水平井＋分段壓裂工藝決定）。

表1 世界主要盆地泥頁巖層段頂、底板地質特征統(tǒng)計表

圖2 含氣泥頁巖層段（系統(tǒng)）示意圖

2．2 頂、底板識別標志及含氣泥頁巖層段（系統(tǒng)）劃分原則

2．2．1 頂、底板識別標志

1）巖性以致密的泥頁巖、膏泥巖、膏鹽層、石灰?guī)r、煤等為主，一般為不滲透或低滲透巖層。

2）頂、底板厚度不應太小，國外學者通過計算認為，厚10m左右的連續(xù)隔層即可有效封堵深度為1 200～1 300m的頁巖氣。

3）頂、底板的深度范圍分布較廣（表1），一般情況下，深度增大，壓實程度變高，對泥巖的封閉性也會增強。

4）頂、底板具有區(qū)域性和局部性，一般沿著一定的地層分布，不穿時；在三維空間上，平面分布連續(xù)、厚度穩(wěn)定的頂、底板對頁巖氣的封閉效果好。

2．2．2 含氣泥頁巖層段（系統(tǒng)）劃分原則

1）以富含有機質泥頁巖為主的含氣層段，內部可以有砂巖類、碳酸鹽巖類夾層，有機碳含量達到起算標準（TOC＞0．5%、Ro＞0．5%）的泥頁巖累計厚度一般大于20m，并占含氣泥頁巖層段厚度的50%以上。

2）頂、底板為致密巖層，內部無明顯水層。

3）氣測曲線上有明顯的異常。

4）伽馬、電阻率、聲波時差、密度等測井曲線顯示含氣特征［7－8］。

5）具有一定的壓力異常［9］，在同一個壓力系統(tǒng)內。

若鉆井資料不完備，也可考慮露頭資料，以富含有機質泥頁巖發(fā)育段為目標層進行評價單元劃分。根據此原則，縱向上可劃分為多個評價單元，按層段分別評價，具有較強的針對性。

3 實例分析

根據以上方法和原則，筆者對中國南方某研究區(qū)塊下侏羅統(tǒng)大安寨段進行了資源量計算，首先確定以礦權區(qū)塊作為平面上的基本評價單元，利用測井資料、含氣性資料及TOC等確定含氣泥頁巖層段的厚度，根據上述原則和方法確定頂、底板。

實例井的含氣泥頁巖層段從3 740m到3 802m（圖3）。分別統(tǒng)計砂巖、石灰?guī)r及泥巖的厚度（表2），按照TOC的3類標準（TOC為0．5%～1．0%、TOC為1．0%～2．0%、TOC大于2．0%）分別統(tǒng)計每口井含氣泥頁巖層段泥巖的厚度。

圖3 實例井含氣泥頁巖層段縱向厚度示意圖

表2 實例井含氣泥頁巖層段厚度統(tǒng)計表

通過統(tǒng)計出的每口井含氣頁巖層段的厚度，可以繪制出含氣頁巖層段厚度等值線圖，同時結合地震資料追蹤有效層段，控制平面上等值線的走勢。根據研究區(qū)塊大安寨段巖石物性分析測試數據，大安寨段頁巖密度平均為2．61g／cm3。根據實例井大安寨段實測TOC資料及現有的測井資料進行了多元統(tǒng)計分析擬合，計算出吸附氣量，繪制TOC等值線圖及吸附氣量等值線圖，計算出吸附氣資源量；根據實測孔隙度資料、現有的測井數據分別分析擬合、計算孔隙度，進而計算含水（氣）飽和度和游離氣百分含量，最終得到游離氣資源量；最后計算出該研究區(qū)不同概率的總資源量（表3）。

表3 研究區(qū)大安寨段頁巖氣總資源量計算統(tǒng)計表 108 m3

4 結論

1）調研發(fā)現，國外一些主要頁巖氣盆地在三維空間上具有“三明治”式的分布特征，主力產氣層被致密低滲透的膏泥巖、膏鹽層、石灰?guī)r等隔開。這些致密巖層對頁巖氣儲層具有保護作用。

2）提出了以含氣泥頁巖層段（系統(tǒng)）作為頁巖氣資源評價單元，以致密低滲透巖層作為含氣泥頁巖層段（系統(tǒng)）的頂、底板，據此來劃分縱向評價單元的方法，并總結了頂、底板的劃分原則和識別標志。

3）實例驗證結果證明，該方法具有較強的可操作性，既可以與工程技術有效結合，也可以明確頁巖氣勘探開發(fā)的目的層段，而且還能夠獲得相對客觀、可靠的頁巖氣資源量。

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