王金龍

（東北煤田地質(zhì)局107勘探隊，遼寧 阜新 123000）

1 概述

頁巖氣是一種清潔、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、頁巖層或富有機質(zhì)高碳泥、頁巖層中的低（負）壓、低飽和度（30%左右）、非常規(guī)天然氣。與常規(guī)儲層氣藏不同，頁巖既是天然氣生成的源巖，也是聚集和保存天然氣的儲層和蓋層。因此有機質(zhì)含量高的黑色頁巖、高碳泥巖等是最好的頁巖氣發(fā)育條件。中國主要盆地和地區(qū)頁巖氣資源量約15萬億－30萬億立方米，與美國相當，經(jīng)濟價值巨大。另外生產(chǎn)周期長也是頁巖氣的特點。頁巖氣田開采壽命一般達30～50年。根據(jù)《頁巖氣發(fā)展規(guī)劃（2011-2015年）》，“十二五”期間，我國將完成探明頁巖氣地質(zhì)儲量6000億立方米，可采儲量2000億立方米，實現(xiàn)2015年頁巖氣產(chǎn)量65億立方米，2020年力爭達到頁巖氣年開采量為600億至1000億立方米。中國頁巖氣資源豐富，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)濟性適當時，將會產(chǎn)生巨大的商業(yè)價值。經(jīng)權(quán)威機構(gòu)對頁巖氣成藏機理進行了全面分析，獲得以下認識。①頁巖氣成藏機理兼具煤層吸附氣和常規(guī)圈閉氣藏特征，體現(xiàn)了復雜的多機理遞變特點。②在頁巖氣的成藏過程中，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完整的頁巖氣成藏與演化可分為3個主要的作用過程，自身構(gòu)成了從吸附聚集、膨脹造隙富集到活塞式推進或置換式運移的機理序列。④相應的成藏條件和成藏機理變化對頁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)育狀況對頁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)頁巖氣資源勘查設計報告》顯示，遼寧阜新盆地頁巖氣資源潛力巨大，僅劉家區(qū)資源量就達87.34億立方米，這標志著遼寧頁巖氣勘查開發(fā)進入新階段。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巖、泥巖為主，富含動物化石，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)具有良好的頁巖氣資源條件?？辈榉桨冈O計的3個鉆孔在劉家區(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，進而通過固井、射井、壓裂、排采試驗等環(huán)節(jié)獲取頁巖氣賦存層位和開采相關(guān)參數(shù)。分析盆地、有機質(zhì)類型、巖石礦物學成分，探索頁巖氣的賦存空間、成因機制及其性質(zhì)。LY-1井是東北煤田地質(zhì)局107勘探隊承擔的“遼寧省陸相斷陷盆地頁巖氣勘探開發(fā)示范基地”產(chǎn)能建設重點井，肩負陸相頁巖氣開發(fā)實現(xiàn)突破的重任。該井設計為直井生產(chǎn)套管完井、固井、射井、沙海組四段（K1sh4）分段清水攜砂壓裂激勵開采頁巖氣。當前LY-1井已經(jīng)套管完井；敬待射井、沙海組四段（K1sh4）分段清水攜砂壓裂激勵開采工藝的實施。

圖1 劉家～王家營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，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～王家營子向斜。軸向NE，長約13公里，寬平均5公里，面積約65平方公里。舒緩、兩翼較對稱，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)、王營子區(qū)向西南延至伊嗎圖區(qū)。

3 阜新市劉家區(qū)頁巖氣資源地質(zhì)條件分析

3.1 頁巖氣成藏條件分析

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、頁巖、粉砂巖為主，夾有各種粒級的砂巖層和礫巖、角礫巖層。該段以厚層湖相泥巖、頁巖沉積為特征，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)進積扇三角洲體系沉積?？傮w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、植物化石。孢粉組合為 Liaoxisporis-Pilosiporites-Classopollis具備頁巖氣的良好成藏機理。其有利的佐證：加拿大是繼美國后第二個對頁巖氣勘探開發(fā)的國家，頁巖氣生產(chǎn)已有數(shù)十年歷史。加拿大頁巖氣資源豐富，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）為頁巖氣理想的蓋層；由兩套巨厚的、深色的、陸源細砕屑巖構(gòu)成，厚度在700-1200米。有效保護了烴源巖內(nèi)的非常規(guī)天然氣的成生儲集成藏。

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）就是頁巖氣之目的層。在劉家區(qū)，煤層氣、頁巖氣是兩種共生的，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，是自然對阜新人民的恩賜。

4 非常規(guī)天然氣—煤層氣、頁巖氣的共生同采

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、壓裂激勵開采之工藝。特點是單井產(chǎn)能大，日產(chǎn)氣量穩(wěn)定，利于長期穩(wěn)控定量供氣。因為在劉家區(qū)，煤層氣、頁巖氣是兩種共生的，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；或同步激勵開采。滿足一井多用，單井超高產(chǎn)的理念。

5 建議

頁巖氣開發(fā)的地面工程圍繞著水力壓裂和氣體儲運而開展，其中水力壓裂注入系統(tǒng)及壓裂液的應用決定了頁巖氣開發(fā)的經(jīng)濟效益，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)天然氣是我國在一次能源消費中降低碳排放的最好選擇。

[1]中國頁巖氣網(wǎng)新聞中心.頁巖氣資源潛力調(diào)查評價及有利區(qū)優(yōu)選成果[Z].

[2]東北煤田地質(zhì)局107勘探隊.遼寧阜新盆地劉家區(qū)頁巖氣資源勘查設計報告[Z].