張　昱（中國地質(zhì)大學（北京）人文經(jīng)管學院,北京　100083）

美國頁巖氣開發(fā)現(xiàn)狀及對國內(nèi)的啟示

張昱
（中國地質(zhì)大學（北京）人文經(jīng)管學院,北京100083）

頁巖氣是一種非常規(guī)資源，因此也需要一個非常規(guī)地質(zhì)勘探的概念。然而，在美國經(jīng)常被提起的五個經(jīng)典的頁巖氣有兩個共同的參數(shù)：高TOC（總有機碳）含量和層厚，但是這不同于鏡質(zhì)體反射率、吸附氣含量、原始天然氣地質(zhì)儲量（GIP）這些參數(shù)。此外，美國已知的頁巖氣系統(tǒng)在年齡、盆地史以及甲烷氣（熱解氣或者生物氣）的起源上是不同的。通過這些復(fù)雜的相互作用的因素，每個頁巖氣系統(tǒng)都具有獨特的地質(zhì)特征，像高TOC含量、層厚等等這種特征值的簡單對比，在理解頁巖氣形成過程中更沒有意義。

頁巖氣；TOC；原因

1　引言

隨著美國頁巖氣藏的產(chǎn)量的持續(xù)增長，在西加盆地出現(xiàn)了向頁巖氣藏勘探的范式轉(zhuǎn)換。這些在成分上不同的地層間隔（比如泥盆系、侏羅系和石炭系地層）中的低滲（一般小于1md）、邊緣氣藏潛在地含有大量的天然氣資源，是因為其有機質(zhì)豐度、孔隙度、厚度和橫向展布程度。加拿大的頁巖氣資源的原始天然氣地質(zhì)儲量預(yù)計超過1000萬億立方英尺。

2　美國頁巖氣開發(fā)成功的原因

在美國，自1821年來天然氣均產(chǎn)自頁巖和泥巖。其中頁巖產(chǎn)量占總產(chǎn)氣量的8%，具有超過39500個活躍的產(chǎn)氣井。美國頁巖的原始天然氣地質(zhì)儲量評估在497-783tcf范圍內(nèi)。如此巨大的天然氣資源促進了大家對各種各樣富含有機質(zhì)、細粒單元層的興趣，其中最著名的頁巖是德克薩斯州的沃斯堡盆地的巴涅特頁巖。美國其他的頁巖氣資源分布在凱尼、伍德福德、費耶特維爾、安特里姆、俄亥俄、新奧爾巴尼以及路易斯頁巖中。美國頁巖氣的勘探和開發(fā)主要歸因于常規(guī)天然氣資源的消耗，然而稅務(wù)的減免、較厚的地層、熱成熟度、滲透率（天然裂縫和裂縫單元）以及之前存在的基礎(chǔ)設(shè)施都對于頁巖氣的成功開發(fā)有重要作用。頁巖氣區(qū)，通常指技術(shù)可采區(qū)，得利于水平井鉆井、裂縫設(shè)計和壓裂以及三位地震技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

3　美國頁巖氣發(fā)展瓶頸

隨著頁巖氣系統(tǒng)的勘探邊緣向新地區(qū)開進，一些跟美國氣藏類似的氣藏被發(fā)現(xiàn)，用以改進西加盆地的勘探策略。隨著北美的頁巖氣的持續(xù)研究，很明顯，頁巖和泥巖的非均質(zhì)性限制了氣藏模擬的應(yīng)用。頁巖氣的非均質(zhì)性一直延伸到納米孔尺度。因此，不同的頁巖氣藏需要在模擬應(yīng)用之前進行單獨和系統(tǒng)處理。一些重要的參數(shù)包括有機質(zhì)類型（油型或氣型干酪根）和豐度、頁巖和泥巖的垂向和橫向伸展、埋深（影響氣藏的溫度、壓力和熱成熟度）和孔隙度（包括孔隙大小和分布）。礦物學成分也是決定頁巖氣潛能的關(guān)鍵因素，是因其影響自然裂縫的產(chǎn)生和壓裂的設(shè)計。

同致密砂巖氣藏一樣，游離氣在頁巖氣藏的所有類型中占有重要的比重，研究表明，含氣量高于臨界飽和度。因此，量化全孔隙度是必要的，但也需要估算游離氣的含量。

在頁巖氣勘探的早期，很多地質(zhì)學家認為地震分析相對于直井和水平井來說并不是一個必要條件。在頁巖氣勘探的當前階段，用三維地震數(shù)據(jù)可以用來確定那些可以影響水平分支井的鉆進的構(gòu)造異常（斷層或者尖滅），可以用來預(yù)測橫向目標區(qū)的深度（速度分析），也可以用來確定潛在的壓裂液漏失帶和含水滲透性區(qū)域（噶斯特地形）。地震分析也為水力壓裂的過程提供了實時監(jiān)控。這對于誘發(fā)裂隙生長的理解有著不可估量的影響。

4　三維地震技術(shù)促進頁巖氣發(fā)展

現(xiàn)在的三維地震技術(shù)的發(fā)展旨在預(yù)測頁巖的彈性常數(shù)，這些彈性常數(shù)會提供應(yīng)力各向異性和裂縫方向趨勢、構(gòu)造斷層組合模式、孔隙度趨勢、裂縫和含氣頁巖孔隙中流體飽和度方面的信息。

5　總結(jié)及對中國的啟示

北美頁巖氣的成功開發(fā)引起了全球頁巖氣的勘探開發(fā)熱潮。很多學者專注于海外的頁巖氣頁巖油的研究成果和勘探開發(fā)業(yè)績，考慮到中國的地質(zhì)背景，還研究了其形成條件、產(chǎn)生和聚集機理、資源潛力和有利區(qū)域。頁巖中油氣的殘余量可以用現(xiàn)有的烴源巖定量評價方法來計算。然而，多種頁巖中的含烴量由沉積環(huán)境，巖石學成分、豐度、類型、成熟度，有機質(zhì)排驅(qū)效率影響。此外，由于頁巖致密而且低孔低滲，頁巖油和頁巖氣比常規(guī)油氣更難開采。結(jié)果顯示中國具有頁巖油和頁巖氣的巨大潛力。

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