董大忠 施振生 管全中 蔣 珊 張夢琪 張晨晨王書彥 孫莎莎 于榮澤 劉德勛 彭 平 王世謙

1.中國石油勘探開發(fā)研究院 2.國家能源頁巖氣研發(fā)（實驗）中心 3.中國石油天然氣集團有限公司非常規(guī)油氣重點實驗室4.中國石油大學(xué)（北京） 5.北京大學(xué)地球與空間學(xué)院 6.中國石化石油勘探開發(fā)研究院7.中國石油西南油氣田公司勘探事業(yè)部 8.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

四川盆地是中國大型含油氣盆地之一，天然氣資源豐富，在震旦系—白堊系中發(fā)現(xiàn)陡山沱組、龍王廟組、黃龍組、飛仙關(guān)組等20余套產(chǎn)氣層系及侏羅系自流井組、沙溪廟組等2套產(chǎn)油層系。同時，古生界龍?zhí)督M、五峰組—龍馬溪組、笻竹寺組、陡山沱組等多套層系賦存豐富的頁巖氣。2006年以來，中國通過借鑒、創(chuàng)新頁巖氣地質(zhì)理論、攻關(guān)勘探開發(fā)技術(shù)，自2010年在四川盆地蜀南地區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組發(fā)現(xiàn)工業(yè)頁巖氣流后，2011—2012年陸續(xù)在長寧構(gòu)造寧N201H1井、陽高寺構(gòu)造陽201H2井、焦石壩構(gòu)造JY1HF井獲得日產(chǎn)量介于15×104～43×104m3的高產(chǎn)頁巖氣流，實現(xiàn)了四川盆地頁巖氣勘探開發(fā)的重大突破，發(fā)現(xiàn)了蜀南—川東大型頁巖氣富集區(qū)；2012年起，國家先后設(shè)立了長寧—威遠、昭通、涪陵等國家級頁巖氣示范區(qū)，拉開了中國頁巖氣大規(guī)模發(fā)展的序幕[1-9]。截至2017年底，四川盆地累計探明五峰組—龍馬溪組頁巖氣地質(zhì)儲量9 210×108m3，建成了逾100×108m3頁巖氣年產(chǎn)能力，實現(xiàn)了頁巖氣年產(chǎn)量90.25×108m3，初步明確了五峰組—龍馬溪組頁巖氣形成富集規(guī)律，基本掌握了頁巖氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)。本文旨在以四川盆地五峰組—龍馬溪組為重點，總結(jié)其頁巖氣勘探開發(fā)階段與進展，明確頁巖氣富集成藏有利條件，梳理勘探開發(fā)主要挑戰(zhàn)，探討未來發(fā)展前景，以期對今后四川盆地五峰組—龍馬溪組，乃至整個中國南方地區(qū)的頁巖氣勘探開發(fā)提供指導(dǎo)和參考。

1 頁巖氣勘探開發(fā)進展

1.1 歷經(jīng)了3個勘探開發(fā)階段

四川盆地既是中國發(fā)現(xiàn)天然氣最早的盆地，也是發(fā)現(xiàn)頁巖氣最早的盆地。截至目前，四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖氣勘探開發(fā)歷程可劃分為區(qū)域評價與選區(qū)、示范區(qū)建設(shè)與產(chǎn)能評價、規(guī)模化開采與技術(shù)優(yōu)化3個階段，以下分述之。

1）區(qū)域評價與選區(qū)（2006—2012年）。四川盆地蜀南地區(qū)早期天然氣鉆探在威5、陽63及隆32等一批井中下寒武統(tǒng)筇竹寺組、五峰組—龍馬溪組頁巖地層中獲得頁巖氣流[1-8]。2005年中國引入北美頁巖氣概念，以四川盆地蜀南地區(qū)古生界為重點，開展了南方古生界海相頁巖氣形成地質(zhì)條件研究、勘探開發(fā)前景評價與有利區(qū)優(yōu)選等工作[1-10]。在廣泛開展老井復(fù)查、野外地質(zhì)調(diào)查、鉆探取心、二維地震老資料重新處理解釋、實驗測試分析等一系列工作后，明確了四川盆地下古生界海相頁巖是中國頁巖氣勘探開發(fā)最為現(xiàn)實的領(lǐng)域。采用資源豐度類比法，預(yù)測了四川盆地下古生界海相頁巖氣資源前景。借鑒北美頁巖氣有利區(qū)評選指標(biāo)，結(jié)合四川盆地頁巖地層地質(zhì)特征，建立了中國海相頁巖氣有利區(qū)評選指標(biāo)，評價優(yōu)選了威遠構(gòu)造、富順—永川（陽高寺構(gòu)造—隆昌構(gòu)造）、昭通—長寧（長寧構(gòu)造）、焦石壩構(gòu)造等一批頁巖氣有利區(qū)，明確了五峰組—龍馬溪組下段是頁巖氣勘探開發(fā)最為有利的層段[1-8]。通過鉆探威201、陽201、寧201、YS108、焦頁1等一批評價井，落實了五峰組—龍馬溪組富有機質(zhì)頁巖層段、頁巖含氣特征及資源潛力，初步圈定了蜀南—川東五峰組—龍馬溪組大型頁巖含氣區(qū)，發(fā)現(xiàn)了威遠、長寧—昭通和涪陵焦石壩等3個頁巖氣田，確定了五峰組—龍馬溪組為頁巖氣主力含氣層段，為四川盆地頁巖氣規(guī)模開發(fā)奠定了良好的地質(zhì)和資源基礎(chǔ)。

3）規(guī)?；_采與技術(shù)優(yōu)化（2016年至今）。通過示范區(qū)建設(shè)，中國石油、中國石化紛紛啟動頁巖氣規(guī)模化開發(fā)，并本著降本增效的原則，不斷優(yōu)化開發(fā)技術(shù)，尤其是關(guān)鍵開發(fā)技術(shù)。自2014年以來，四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖氣產(chǎn)量規(guī)模不斷增加，呈快速增長態(tài)勢，基本實現(xiàn)了蜀南地區(qū)和川東涪陵地區(qū)頁巖氣規(guī)模有效開發(fā)。截至2017年底，中國石油在蜀南地區(qū)確立了120×108m3/a頁巖氣產(chǎn)量規(guī)模開發(fā)方案，中國石化在川東涪陵地區(qū)確立了100×108m3/a頁巖氣產(chǎn)量規(guī)模開發(fā)方案。2017年四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖氣產(chǎn)量達到90.25×108m3，中國成為繼美國、加拿大之后，全球第三個實現(xiàn)頁巖氣規(guī)模開發(fā)的國家。

1.2 五峰組—龍馬溪組頁巖氣勘探開發(fā)進展

蜀南地區(qū)有利頁巖面積約為3.0×104km2、頁巖氣資源量約為8.84×1012m3，是中國最早開展頁巖氣勘探開發(fā)的地區(qū)，包括威遠、長寧、富順—永川和昭通等4個區(qū)塊，主力氣層為五峰組—龍馬溪組頁巖（圖1），儲層埋深介于1 500～4 500 m、厚度介于30～60 m，有機碳含量（TOC）介于2.5%～8.5%，有機質(zhì)熱演化成熟度（Ro）介于2.5%～3.8%，孔隙度介于3.4%～8.5%，地層壓力系數(shù)介于0.92～2.03。截至2017年底，累計投產(chǎn)頁巖氣井208口，建成頁巖氣產(chǎn)能30×108m3/a，探明頁巖氣地質(zhì)儲量3 200×108m3，2017年生產(chǎn)頁巖氣30.21×108m3。頁巖氣開發(fā)井垂深平均為1 500～4 000 m，水平段長度平均為1 488～1 578 m，鉆井周期為33～70 d，分13～22段體積壓裂，單井初期產(chǎn)氣量為10×104m3/d，單井最終可采儲量為0.84×108～1.38×108m3。

涪陵地區(qū)有利頁巖面積為0.78×104km2，頁巖氣資源量約為2.1×1012m3，是目前中國發(fā)現(xiàn)的最大的頁巖氣田。涪陵頁巖氣田位于四川盆地川東高陡褶皺帶萬縣復(fù)向斜包鸞—焦石壩背斜帶中的焦石壩構(gòu)造。主力氣層為五峰組—龍馬溪組頁巖，儲層埋深介于2 000～4 000 m、厚度介于40～90 m，TOC介于2.1%～8.2%，Ro平均為2.65%，孔隙度介于1.2%～8.1%，地層壓力系數(shù)平均為1.55。截至2017年底，累計投產(chǎn)頁巖氣井305口，建成頁巖氣產(chǎn)能100×108m3/a，探明頁巖氣地質(zhì)儲量6 008×108m3，2017年生產(chǎn)頁巖氣60.04×108m3。頁巖氣開發(fā)井垂深平均為2 000～3 000 m，水平段長度平均為1 500～2 000 m，鉆井周期介于30～65 d，分15～20段體積壓裂，單井初期產(chǎn)氣量為18×104m3/d，單井最終可采儲量介于1.25×108～3.25×108m3。

1.3 五峰組—龍馬溪組頁巖氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)進展

針對四川盆地五峰組—龍馬溪組的地質(zhì)特點，在頁巖氣勘探開發(fā)過程中，不斷實現(xiàn)技術(shù)進步，創(chuàng)新形成了適合于四川盆地多期構(gòu)造演化及復(fù)雜山地海相頁巖氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)體系，包括適合3 500 m以淺頁巖氣勘探開發(fā)“綜合地質(zhì)評價、開發(fā)政策優(yōu)化、水平井優(yōu)快鉆井、水平井體積壓裂、水平井組工廠化作業(yè)、高效清潔開發(fā)”六大主體技術(shù)和“地質(zhì)工程一體化建模、地質(zhì)工程一體化設(shè)計、地質(zhì)工程一體化管理”的高產(chǎn)井培育方法[4-8]，頁巖氣勘探開發(fā)主體技術(shù)及配套工藝基本成熟并可復(fù)制。綜合地質(zhì)評價技術(shù)主要包括資源評價技術(shù)、優(yōu)質(zhì)儲層識別與評價技術(shù)、“甜點”預(yù)測與評價技術(shù)等?！鞍畜w位置+軌跡方位+巷道間距+水平段長度+EUR預(yù)測”為核心的開發(fā)政策優(yōu)化技術(shù)，不僅節(jié)省了大量土地，還為“工廠化”作業(yè)創(chuàng)造了條件。水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)實現(xiàn)了水平段長度從1 000 m提高到2 500 m，埋深從2 500 m增至4 300 m，鉆井周期從175 d縮短至最短30 d。分段體積壓裂技術(shù)顯著提高了單井產(chǎn)量和施工效率，關(guān)鍵工具、壓裂液的國產(chǎn)化大幅度降低了成本。水平井組“工廠化”作業(yè)技術(shù)包括“雙鉆機作業(yè)、批量化鉆進、標(biāo)準(zhǔn)化運作”的“工廠化”鉆井技術(shù)、“整體化部署、分布式壓裂、拉鏈?zhǔn)阶鳂I(yè)”的“工廠化”壓裂技術(shù)，實現(xiàn)了鉆井、壓裂“工廠化”布置、批量化實施、流水線作業(yè)。高效清潔開采技術(shù)，包括鉆井液不落地、水基鉆屑無害化處理、油基鉆屑常溫萃取處理、壓裂液用水循環(huán)利用等[9-10]。

圖1 宮深1—宮2—宜201—寧211—寧203井儲層連井對比圖

2 頁巖氣富集規(guī)律認識進展

隨著勘探開發(fā)工作的不斷深入，五峰組—龍馬溪組頁巖氣地質(zhì)研究認識也不斷得到深化。2010年通過對威201井巖心進行分析，發(fā)現(xiàn)五峰組—龍馬溪組頁巖發(fā)育豐富的大小介于5～700 nm有機質(zhì)納米孔隙，建立了斜坡區(qū)連續(xù)型“甜點區(qū)”和構(gòu)造型“甜點區(qū)”兩種頁巖氣富集模式[2,7-8]，總結(jié)出“二元富集”規(guī)律等認識[11-14]。

2.1 深水陸棚相形成高富含有機質(zhì)頁巖，厚度大、品質(zhì)好

厚度大、品質(zhì)好的高有機質(zhì)含量頁巖是海相頁巖氣聚集和富集的物質(zhì)基礎(chǔ)[15-17]。深水陸棚相為生物原始產(chǎn)率高、欠補償缺氧環(huán)境，是形成厚層、大規(guī)模展布的富有機質(zhì)黑色頁巖的有利相帶。四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖氣主力產(chǎn)層形成于深水陸棚相沉積環(huán)境。在全球性海侵背景下，四川盆地是上揚子地臺內(nèi)克拉通盆地，晚奧陶世揚子海域由早中奧陶世的開闊陸表海環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)槭芩侣∑鹂刂频木窒藓Ｓ?，在東南部華夏板塊匯聚作用影響下，揚子地臺南緣黔中、武陵、雪峰等古隆起發(fā)生抬升，與西南緣康滇古陸相連，形成滇黔桂古陸，北部被動大陸邊緣向華北板塊俯沖，秦嶺洋開始收縮匯聚；在高度擠壓狀態(tài)下，揚子地臺形成了“三隆圍一坳”的沉積格局，大部分中上揚子海域被古隆起圍限，成為低能、缺氧半深水—深水陸棚沉積環(huán)境，藻類、放射蟲、海綿、筆石等生物繁盛的局限海盆（圖2）。在此背景之下，四川盆地發(fā)育了富含有機質(zhì)和生物硅質(zhì)鈣質(zhì)、分布廣泛、厚度穩(wěn)定的五峰組—龍馬溪組黑色頁巖，其中深水陸棚相區(qū)頁巖厚度大、分布穩(wěn)定，TOC＞2.0%的頁巖連續(xù)段厚度介于20～100 m，成為頁巖氣形成和賦存的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。深水陸棚相富有機質(zhì)黑色頁巖既是頁巖氣的氣源巖，又是頁巖氣賦存的儲集層。富有機質(zhì)黑色頁巖埋藏演化過程中所生成的頁巖氣，在有機質(zhì)孔隙、層理/紋理（頁理）、微裂縫等儲集空間內(nèi)富集形成頁巖氣藏。

2.2 構(gòu)造相對穩(wěn)定，有利于頁巖氣持續(xù)聚集與富集

四川盆地及鄰區(qū)自震旦紀(jì)以來經(jīng)歷了加里東等多期構(gòu)造疊加改造，導(dǎo)致地層發(fā)生強烈褶皺形變、抬升剝蝕，保存條件復(fù)雜。下古生界海相頁巖地層時代老，歷史埋藏深度大，有機質(zhì)熱演化程度高，處于高—過成熟階段。構(gòu)造穩(wěn)定和保存條件是南方海相頁巖氣聚集與富集的重要因素。四川盆地內(nèi)構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)大型復(fù)背（向）斜寬緩區(qū)斷層不發(fā)育，地層保存條件較好，有利于頁巖氣形成與富集[13-14,18]；盆地周緣區(qū)斷層發(fā)育，保存條件不佳，頁巖氣聚集與富集條件變差。勘探證實，長寧地區(qū)為構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)，五峰組—龍馬溪組頁巖氣層普遍超壓，壓力系數(shù)介于1.3～2.0，頁巖氣井單井產(chǎn)量高。相鄰的昭通區(qū)塊構(gòu)造改造強、保存條件差，低產(chǎn)井或失利井較多[13-15]。

五峰組—龍馬溪組發(fā)育“構(gòu)造型”和“連續(xù)型”兩種頁巖氣富集模式（圖3）[7-8]。“連續(xù)型”富集為蜀南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣主要的富集模式，屬盆地內(nèi)大型凹陷斜坡或構(gòu)造斜坡區(qū)，含氣頁巖大面積、穩(wěn)定、連續(xù)分布?！皹?gòu)造型”富集是川東構(gòu)造頁巖氣田主要的富集模式，構(gòu)造內(nèi)部穩(wěn)定、裂縫發(fā)育、含氣豐度高；不同構(gòu)造背景下，頁理縫、構(gòu)造縫、節(jié)理縫等天然裂縫性儲集空間，在構(gòu)造褶皺區(qū)構(gòu)成網(wǎng)狀裂縫體系，不僅為頁巖氣富集提供了充足的空間，而且在儲層改造過程中還能降低起裂壓力，易于形成縫網(wǎng)，增大改造總體積[19-21]。

2.3 保存條件是五峰組—龍馬溪組頁巖氣富集的關(guān)鍵因素

四川盆地五峰組—龍馬溪組黑色頁巖沉積后，經(jīng)歷了加里東晚期的華夏板塊碰撞擠壓造山構(gòu)造運動、燕山期以來的江南—雪峰持續(xù)陸內(nèi)造山運動、喜馬拉雅期印度板狀向北沖擠運動的三重作用，無論是頁巖地層還是頁巖氣藏在盆地邊部都遭受了強烈改造，即使沒有經(jīng)歷大規(guī)模改造，但只要地層有了傾斜作用，其頁巖氣富集與賦存條件就成為關(guān)乎頁巖氣能否富集成藏的關(guān)鍵因素。這主要體現(xiàn)在斷層、目的層距離剝蝕區(qū)遠近、埋深和頂?shù)装鍡l件等4個方面。斷層越少、規(guī)模越小、距離斷層越遠，氣藏保存越好。目的層距離剝蝕區(qū)越遠，氣藏保存條件越好；埋深越大，（原則上）氣藏含氣性越好，含氣飽和度越大；頂?shù)装逶街旅?，氣藏封閉條件越好。

學(xué)校計算機實驗教學(xué)中心的功能主要承擔(dān)全校計算機公共課實踐教學(xué)、部分院(系)專業(yè)課的計算機應(yīng)用軟件課程教學(xué)、學(xué)校各類無紙化考試與培訓(xùn)、學(xué)生課下業(yè)余自主學(xué)習(xí)、師生網(wǎng)絡(luò)文獻查詢等應(yīng)用需求。因此，學(xué)校計算機實驗教學(xué)中心建設(shè)要一切從學(xué)校辦學(xué)實際和特色發(fā)展出發(fā)，由學(xué)校統(tǒng)一規(guī)劃、合理布局。根據(jù)學(xué)校在校生人數(shù)、各分校區(qū)人數(shù)、學(xué)科專業(yè)特點，以學(xué)生為本位，建設(shè)一個“規(guī)模化，功能化、網(wǎng)絡(luò)化、高效化、安全化、規(guī)范化、節(jié)約化”的計算機實驗教學(xué)中心，有利于地方高校提高教學(xué)質(zhì)量，全面培養(yǎng)學(xué)生計算機實踐能力。

圖2 上揚子地區(qū)龍馬溪組一段巖相古地理圖

圖3 四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖氣富集模式圖[7]

2.4 頁理（紋理）、微裂縫發(fā)育是頁巖氣高產(chǎn)的重要因素

五峰組—龍馬溪組一段高TOC值頁巖頁理（紋理）與微裂縫發(fā)育。其中裂縫可分為順層縫和非順層縫，順層縫多為層面滑移縫、頁理縫和雁列縫。非順層縫主要為剪切縫和拉張縫?？v向上，龍馬溪組底部微裂縫密度最高，往上逐漸降低。龍馬溪組微裂縫密度與TOC、硅質(zhì)含量呈正相關(guān)關(guān)系，五峰組則與TOC、硅質(zhì)含量相關(guān)性不明顯。較清晰紋層微裂縫密度為最高，清晰紋層次之，塊狀紋層和欠清晰紋層微裂縫密度最低。微裂縫密度受控于生物成因硅質(zhì)和有機碳含量，其含量越高微裂縫密度越大。成巖收縮是形成頁理縫的主動力，區(qū)域構(gòu)造拉張是垂直裂縫、滑移縫和雁列縫形成的主動力。“甜點段”內(nèi)，生烴增壓和強成巖收縮是微裂縫大量發(fā)育的主要原因，區(qū)域性抬升是又一項重要補充[11-14,19-21]。

2.5 四川盆地內(nèi)五峰組—龍馬溪組普遍形成超壓，是頁巖氣高產(chǎn)的重要條件

地層超壓是頁巖含氣性好、單井產(chǎn)量高的重要條件。超壓表明頁巖地層具有良好的保存條件，單井產(chǎn)量與壓力系數(shù)呈明顯的正相關(guān)關(guān)系（圖4），地層壓力（系數(shù)）越高，含氣性越好，產(chǎn)量越高?？碧綄嵺`表明，五峰組—龍馬溪組海相頁巖氣產(chǎn)層壓力系數(shù)與埋深呈正比關(guān)系，埋深越大，壓力系數(shù)越高，單井初始產(chǎn)量越高[6-9]。四川盆地五峰組—龍馬溪組海相頁巖氣產(chǎn)層中部埋深介于2 000～3 800 m，壓力系數(shù)介于1.2～2.0。當(dāng)?shù)貙訅毫ο禂?shù)超過1.5時，含氣量大于4.0 m3/t，單井初始產(chǎn)量大于10×104m3/d；地層壓力系數(shù)為1.0時，含氣量介于2.0～3.0 m3/t，單井初始產(chǎn)量小于5×104m3/d。

圖4 四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖氣產(chǎn)層中部埋深與壓力系數(shù)的關(guān)系圖

3 頁巖氣勘探面臨的挑戰(zhàn)

目前，制約四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖氣發(fā)展的瓶頸和挑戰(zhàn)主要包括以下6個方面。

3.1 富有機質(zhì)頁巖沉積相與沉積模式

頁巖是指粒徑小于62.5 μm的顆粒含量大于50% 的細粒沉積物或沉積巖[22-23]，其分布約占地殼表面沉積巖的2/3。目前，細粒沉積學(xué)在細粒沉積組成和分類，剝蝕、搬運和沉積機理，搬運營力，顆粒組成特征，紋層特征與成因機理方面取得了一系列重要進展[24]，并初步建立了水體分層、海侵、門檻、洋流上涌等沉積模式[22]。對于四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖，目前的研究局限于細粒沉積元素地球化學(xué)特征、巖石相類型和沉積相等[7-8,17,22]。因此，深入開展五峰組—龍馬溪組黑色頁巖形成地球化學(xué)背景、顆粒組成、粒徑判別、物質(zhì)來源、沉積水動力和沉積過程、沉積微相識別和細分、微古地貌、有機質(zhì)富集主控因素等分析，明確富有機質(zhì)頁巖沉積相和沉積模式，為預(yù)測富有機質(zhì)頁巖分布及有利沉積相帶提供基礎(chǔ)依據(jù)，已成為必然趨勢[23]。

3.2 頁巖儲層成巖過程與評價體系

頁巖成巖過程影響儲層生烴、儲集性能和保存性質(zhì)，而評價體系決定頁巖氣資源量計算和有利區(qū)帶目標(biāo)選擇的可靠性。目前，國際上對頁巖成巖作用類型、成巖條件等有了初步認識[25]，尤其是頁巖儲層實驗技術(shù)和方法、孔隙類型和孔隙結(jié)構(gòu)研究成果豐碩。近年來，五峰組—龍馬溪組頁巖儲層研究進展飛速，尤其是頁巖儲層特征[24,26-28]、孔隙類型和結(jié)構(gòu)認識不斷深化[29-30]，并建立了包含TOC、含氣性、物性、力學(xué)性質(zhì)、地層壓力和有效厚度等6項參數(shù)的評價方法[2,22]。但對于成巖作用類型、成巖階段劃分研究，目前仍處于嘗試階段，并且不同地區(qū)儲層特征差異明顯，因而需要針對每個區(qū)塊具體地質(zhì)情況，優(yōu)選關(guān)鍵評價指標(biāo)，在實驗觀察的基礎(chǔ)上，緊密結(jié)合頁巖氣開發(fā)實踐，開展不同地區(qū)儲層特征對比和規(guī)律總結(jié)，從而更好地指導(dǎo)頁巖氣開發(fā)。

3.3 頁巖氣形成與聚集機理

近年來，針對涪陵焦石壩、長寧—威遠和昭通等五峰組—龍馬溪組頁巖氣田，勘探家們[6-9]先后提出了“階段運移、背斜匯聚、斷—滑控縫、箱狀成藏”模式[9,11-14,19-21]、復(fù)雜構(gòu)造區(qū)海相頁巖氣“二元富集”規(guī)律[11-14]或“三元富集”模式等[5]，并初步建立了高演化、超高壓海相頁巖氣成藏富集地質(zhì)理論[7-9]。這些研究成果從宏觀上認識到了頁巖氣滯留富集過程中“優(yōu)質(zhì)頁巖”的物質(zhì)基礎(chǔ)及“有利的保存、構(gòu)造條件”的關(guān)鍵作用。然而，由于不同地區(qū)的形成環(huán)境存在著差異，因而目前對于頁巖有機質(zhì)的物質(zhì)來源及組成、不同類型有機質(zhì)生烴潛力、頁巖氣賦存形式、封存機制及其與含氣性的關(guān)系等方面的認識還處于初步階段[16]，從而影響了對頁巖氣資源及頁巖氣“甜點”的正確評價。

3.4 頁巖氣層地球物理識別與預(yù)測

國外目前針對頁巖礦物組分、地球化學(xué)參數(shù)、物性參數(shù)、含氣性、可壓裂性等方面的評價，已經(jīng)形成了較為系統(tǒng)的技術(shù)方法[31]。我國對四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖目前也形成了系統(tǒng)的礦物組分、地球化學(xué)參數(shù)、物性、含氣性、可壓裂性及裂縫預(yù)測等評價技術(shù)[32-33]，使頁巖氣評價由定性進入到半定量階段。但因頁巖氣層地球物理響應(yīng)差異小，因而在氣層識別，有效儲集層劃分、參數(shù)識別、展布預(yù)測等方面仍然存在著較大的挑戰(zhàn)[23]。

3.5 資源動用率低、不確定性大

截至2017年底，四川盆地的頁巖氣年產(chǎn)量已經(jīng)超過90×108m3，這些產(chǎn)量主要來自于厚度不足于5 m的“甜點段”。四川盆地五峰組—龍馬溪組“甜點段”之外TOC＞2%的層段在蜀南地區(qū)厚度超過30 m、在涪陵地區(qū)厚度超過70 m，其資源量目前基本沒有動用。另外，資源評價還存在著以下4個方面的風(fēng)險：①有利區(qū)落實程度低、評價精度不高；②經(jīng)濟資源埋藏深度不明確，目前僅實現(xiàn)了2 000～3 500 m深度范圍資源工業(yè)產(chǎn)量的突破，更淺、更深資源的經(jīng)濟性尚不清楚；③四川盆地以外的構(gòu)造改造區(qū)頁巖氣資源前景不明確；④中國南方大面積低壓、常壓區(qū)的頁巖氣資源經(jīng)濟性尚不確定[8-9]。

3.6 3 500 m以深頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)

北美頁巖氣開采以中淺層為主，我國通過引進、吸收、消化、再創(chuàng)新初步形成了3 500 m以淺的中淺層頁巖氣技術(shù)系列。但四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖氣資源主體埋深超過3 500 m[8-9]。針對3 500 m以深頁巖儲層的評價方法、儲層精細識別與預(yù)測、資源量計算及選區(qū)評價、水平井鉆完井、分段壓裂改造、經(jīng)濟有效開發(fā)等，目前都還處于探索初期[11-14]。

4 頁巖氣勘探前景

四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖氣資源豐富、地質(zhì)條件優(yōu)越。綜合評價結(jié)果表明[7-9,34]：四川盆地五峰組—龍馬溪組海相頁巖氣有利區(qū)位于蜀南和川東（圖5），包括涪陵、長寧—威遠、富順—永川、昭通等頁巖氣產(chǎn)區(qū)。有利區(qū)富有機質(zhì)頁巖有效厚度介于30～100 m， TOC介于3.0%～5.0%，含氣量平均為4～8 m3/t，埋深介于2 000～4 000 m。有利區(qū)具有明顯的經(jīng)濟與工程優(yōu)勢，地表相對平坦，水資源豐富，地面設(shè)施和油氣管網(wǎng)有基礎(chǔ)，具備大規(guī)模頁巖氣勘探開發(fā)的基本條件，是中國頁巖氣規(guī)模開發(fā)最有利區(qū)與商業(yè)性頁巖氣開發(fā)主產(chǎn)區(qū)[11-14,34]。四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖埋深小于4 500 m有利區(qū)面積約為3.5×104～4.0×104km2，頁巖氣可采資源量為4.5×1012m3，為2020—2030年實現(xiàn)更快更大發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，成為今后相當(dāng)長一段時間內(nèi)中國頁巖氣勘探開發(fā)的重點層系。

5 頁巖氣開發(fā)建議

1）把握和利用好國家優(yōu)惠政策的窗口期，加快四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖氣勘探開發(fā)，把頁巖氣打造成為新的經(jīng)濟增長點。國家頁巖氣補貼政策2018年以前每立方米補助0.3元，2019年以后每方立方米補助0.2元。因此，未來3年是利用國家政策的窗口期，進一步降本增效，將會具有較好的經(jīng)濟效益。

2）抓好頁巖氣工程技術(shù)、降低成本的重大理論和技術(shù)攻關(guān)，進一步推動頁巖氣資源規(guī)模有效開發(fā)。四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖氣埋深3 500 m以淺資源已經(jīng)建成年產(chǎn)超過100×108m3產(chǎn)能規(guī)模，加上埋深3 500～4 000 m資源還可建成更大的產(chǎn)能規(guī)模。通過總結(jié)前期開發(fā)建設(shè)成果，在持續(xù)優(yōu)化頁巖氣開發(fā)配套工程技術(shù)的同時，加強優(yōu)質(zhì)資源和經(jīng)濟可采儲量評價，深化開采規(guī)律認識，搞好降低成本革命，優(yōu)化開采模式，進一步提高頁巖氣開采效果和效益。

3）創(chuàng)新管理體制，進一步發(fā)揮整體優(yōu)勢。頁巖氣開發(fā)難度大、管理技術(shù)要求高，需要更充分發(fā)揮整體優(yōu)勢。目前四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖氣開發(fā)采取了國際合作、國內(nèi)合作、風(fēng)險作業(yè)和自營開發(fā)等多種組織形式，形成了“統(tǒng)一規(guī)劃部署、統(tǒng)一組織機構(gòu)、統(tǒng)一技術(shù)政策、統(tǒng)一外部協(xié)調(diào)、統(tǒng)一生產(chǎn)調(diào)度、統(tǒng)一后勤支持”和“資源共享、技術(shù)共享、信息共享”的“六統(tǒng)一、三共享”管理模式。進一步創(chuàng)新管理體制，強化協(xié)調(diào)組織，實現(xiàn)物資、裝備、技術(shù)、管理經(jīng)驗等的資源共享。

圖5 四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖氣甜點區(qū)分布圖[34]

[ 1 ] 《頁巖氣地質(zhì)與勘探開發(fā)實踐叢書》編委會. 中國頁巖氣地質(zhì)研究進展[M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 2011.Editorial Committee of Shale Gas Geology and Exploration and Development Practice Series. Advances in geological research on shale gas in China[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2011.

[ 2 ] 鄒才能, 陶士振, 侯連華. 非常規(guī)油氣地質(zhì)(第二版)[M]. 北京:地質(zhì)出版社, 2013.Zou Caineng, Tao Shizhen & Hou Lianhua. Unconventional petroleum geology (Second Edition)[M]. Beijing: Geological Publishing House, 2013.

[ 3 ] 馬新華, 謝軍. 川南地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)進展及發(fā)展前景[J].石油勘探與開發(fā), 2018, 45(1): 161-169.Ma Xinhua & Xie Jun. The progress and prospects of shale gas exploration and exploitation in southern Sichuan Basin, NW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2018, 45 (1):161-169.

[ 4 ] 謝軍. 長寧—威遠國家級頁巖氣示范區(qū)建設(shè)實踐與成效[J].天然氣工業(yè), 2018, 38(2): 1-7.Xie Jun. Practices and achievements of the Changning–Weiyuan shale gas national demonstration project construction[J]. Natural Gas Industry, 2018, 38(2): 1-7.

[ 5 ] 王志剛. 涪陵頁巖氣勘探開發(fā)重大突破與啟示[J]. 石油與天然氣地質(zhì), 2015, 36(1): 1-6.Wang Zhigang. Breakthrough of Fuling shale gas exploration and development and its inspiration[J]. Oil & Gas Geology, 2015,36(1): 1-6.

[ 6 ] 董大忠, 高世葵, 黃金亮, 管全中, 王淑芳, 王玉滿. 論四川盆地頁巖氣資源勘探開發(fā)前景[J]. 天然氣工業(yè), 2014, 34(12):1-15.Dong Dazhong, Gao Shikui, Huang Jinliang, Guan Quanzhong,Wang Shufang & Wang Yuman. A discussion on the shale gas exploration & development prospect in the Sichuan Basin[J].Natural Gas Industry, 2014, 34(12): 1-15.

[ 7 ] 鄒才能, 董大忠, 王玉滿, 李新景, 黃金亮, 王淑芳, 等. 中國頁巖氣特征、挑戰(zhàn)及前景(一)[J]. 石油勘探與開發(fā), 2015,42(6): 689-701.Zou Caineng, Dong Dazhong, Wang Yuman, Li Xinjing, Huang Jinliang, Wang Shufang, et al. Shale gas in China: Characteristics, challenges and prospects (Ⅰ)[J]. Petroleum Exploration and Development, 2015, 42(6): 689-701.

[ 8 ] 鄒才能, 董大忠, 王玉滿, 李新景, 黃金亮, 王淑芳, 等. 中國頁巖氣特征、挑戰(zhàn)及前景(二)[J]. 石油勘探與開發(fā), 2016,43(2): 166-178.Zou Caineng, Dong Dazhong, Wang Yuman, Li Xinjing, Huang Jinliang, Wang Shufang, et al. Shale gas in China: Characteristics, challenges and prospects (Ⅱ)[J]. Petroleum Exploration and Development, 2016, 43(2): 166-178.

[ 9 ] 董大忠, 王玉滿, 李新景, 鄒才能, 管全中, 張晨晨, 等.中國頁巖氣勘探開發(fā)新突破及發(fā)展前景思考[J].天然氣工業(yè),2016, 36(1): 19-32.Dong Dazhong, Wang Yuman, Li Xinjing, Zou Caineng, Guan Quanzhong, Zhang Chenchen, et al. Breakthrough and prospect of shale gas exploration and development in China[J]. Natural Gas Industry, 2016, 36(1): 19-32.

[10] 周澤山, 帥建軍, 楊旸.做頁巖氣勘探開發(fā)的深耕者——中國石油西南油氣田開發(fā)長寧區(qū)塊啟示錄[N]. 中國能源報, 2017-09-11(013).Zhou Zeshan, Shuai Jianjun & Yang Yang. cultivator for shale gas exploration and development—shale gas fi eld development revelation of the Changning block, PetroChina Southwest Oil &Gasf i eld Company [N]. China Energy News, 2017-09-11(013).[11] 郭彤樓, 張漢榮.四川盆地焦石壩頁巖氣田形成與富集高產(chǎn)模式[J].石油勘探與開發(fā), 2014, 41(1): 28-36.Guo Tonglou & Zhang Hanrong. Formation and enrichment mode of Jiaoshiba shale gas fi eld, Sichuan Basin[J]. Petroleum Exploration and Development, 2014, 41(1): 28-36.

[12] 郭旭升.南方海相頁巖氣“二元富集”規(guī)律: 四川盆地及周緣龍馬溪組頁巖氣勘探實踐認識[J].地質(zhì)學(xué)報, 2014, 88(7):1209-1218.Guo Xusheng. Rules of two-factor enrichment for marine shale gas in southern China—Understanding from the Longmaxi Formation shale gas in Sichuan Basin and its surrounding area[J].Acta Geologica Sinica, 2014, 88(7): 1209-1218.

[13] 郭彤樓, 劉若冰. 復(fù)雜構(gòu)造區(qū)高演化程度海相頁巖氣勘探突破的啟示——以四川盆地東部盆緣JY1井為例[J]. 天然氣地球科學(xué), 2013, 24(4): 643-651.Guo Tonglou & Liu Ruobing. Implication from marine shale gas exploration breakthrough in complicated structural area at high thermal stage: Taking Longmaxi Formation in Well JY1 as an example[J]. Natural Gas Geoscience, 2013, 24(4): 643-651.

[14] 郭彤樓.中國式頁巖氣關(guān)鍵地質(zhì)問題與成藏富集主控因素[J].石油勘探與開發(fā), 2016, 43(3): 317-326.Guo Tonglou. Key geological issues and main controls on accumulation and enrichment of Chinese shale gas[J]. Petroleum Exploration and Development, 2016, 43 (3): 317-326.

[15] 金之鈞, 胡宗全, 高波, 趙建華. 川東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖氣富集與高產(chǎn)控制因素[J]. 地學(xué)前緣, 2016, 23(1):1-10.Jin Zhijun, Hu Zongquan, Gao Bo & Zhao Jianhua. Controlling factors on the enrichment and high productivity of shale gas in the Wufeng–Longmaxi Formations, southeastern Sichuan Basin[J]. Earth Science Frontiers, 2016, 23(1): 1-10.

[16] 騰格爾, 申寶劍, 俞凌杰, 仰云峰, 張文濤, 陶成, 等.四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖氣形成與聚集機理[J].石油勘探與開發(fā), 2017, 44(1): 69-78.Borjigin Tenger, Shen Baojian, Yu Lingjie, Yang Yunfeng, Zhang Wentao, Tao Cheng, et al. Mechanisms of shale gas generation and accumulation in the Ordovician Wufeng-Longmaxi Formation, Sichuan Basin, SW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2017, 44(1): 69-78.

[17] 王玉滿, 李新景, 董大忠, 張晨晨, 王淑芳.上揚子地區(qū)五峰組—龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖沉積主控因素[J].天然氣工業(yè), 2017,37(4): 9-20.Wang Yuman, Li Xinjing, Dong Dazhong, Zhang Chenchen &Wang Shufang. Main factors controlling the sedimentation of high-quality shale in Wufeng–Longmaxi Fm, Upper Yangtze region [J]. Natural Gas Industry, 2017, 37(4): 9-20.

[18] 魏志紅.四川盆地及其周緣五峰組—龍馬溪組頁巖氣的晚期逸散[J].石油與天然氣地質(zhì), 2015, 36(4): 659-665.Wei Zhihong. Late fugitive emission of shale gas from Wufeng-Longmaxi Formation in Sichuan Basin and its periphery[J]. Oil & Gas Geology, 2015, 36(4): 659-665.

[19] 王玉滿, 王宏坤, 張晨晨, 李新景, 董大忠.四川盆地南部深層五峰組—龍馬溪組裂縫孔隙評價[J].石油勘探與開發(fā),2017, 44(4): 531-539.Wang Yuman, Wang Hongkun, Zhang Chenchen, Li Xinjing &Dong Dazhong. Fracture pore evaluation of the Upper Ordovician Wufeng to Lower Silurian Longmaxi Formations in southern Sichuan Basin, SW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2017, 44(4): 531-539.

[20] 郭旭升, 胡東風(fēng), 李宇平, 魏志紅, 魏祥峰, 劉珠江.涪陵頁巖氣田富集高產(chǎn)主控地質(zhì)因素[J].石油勘探與開發(fā), 2017,44(4): 481-491.Guo Xusheng, Hu Dongfeng, Li Yuping, Wei Zhihong, Wei Xiangfeng & Liu Zhujiang. Geological factors controlling shale gas enrichment and high production in Fuling shale gas fi eld[J].Petroleum Exploration and Development, 2017, 44(4): 481-491.

[21] 馬新仿, 李寧, 尹叢彬, 李彥超, 鄒雨時, 吳珊, 等.頁巖水力裂縫擴展形態(tài)與聲發(fā)射解釋——以四川盆地志留系龍馬溪組頁巖為例[J].石油勘探與開發(fā), 2017, 44(6): 974-981.Ma Xinfang, Li Ning, Yin Congbin, Li Yanchao, Zou Yushi, Wu Shan, et al. Hydraulic fracture propagation geometry and acoustic emission interpretation: A case study of Silurian Longmaxi Formation shale in Sichuan Basin, SW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2017, 44 (6): 974-981.

[22] 鄒才能. 非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)[M]. 北京: 地質(zhì)出版社, 2014.Zou Caineng. Unconventional petroleum geology[M]. Beijing:Geological Publishing House, 2014.

[23] 付茜.中國頁巖油勘探開發(fā)現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及前景[J].石油鉆采工藝, 2015, 37(4): 58-62.Fu Qian. The status, challenge and prospect of shale oil explo-ration and development in China[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2015, 37(4): 58-62.

[24] 施振生, 邱振, 董大忠, 盧斌, 梁萍萍, 張夢琪. 四川盆地巫溪2井龍馬溪組含氣頁巖細粒沉積紋層特征[J].石油勘探與開發(fā), 2018, 45(2): 339-348.Shi Zhensheng, Qiu Zhen, Dong Dazhong, Lu Bin, Liang Pingping & Zhang Mengqi. Laminae characteristics of gas-bearing shale fi ne-grained sediment of the Silurian Longmaxi Formation of Well Wuxi 2 in Sichuan Basin, SW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2018, 45(2): 339-348.

[25] Macquaker JHS, Taylor KG, Keller M & Polya D. Compositional controls on early diagenetic pathways in fi ne-grained sedimentary rocks: Implications for predicting unconventional reservoir attributes of mudstones[J]. AAPG Bulletin, 2014, 98(3): 587-603.

[26] 王玉滿, 王淑芳, 董大忠, 李新景, 黃金亮, 張晨晨, 等.川南下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖巖相表征[J].地學(xué)前緣, 2016, 23(1):119-133.Wang Yuman, Wang Shufang, Dong Dazhong, Li Xinjing, Huang Jinliang, Zhang Chenchen, et al. Lithofacies characterization of Longmaxi Formation of the Lower Silurian, southern Sichuan[J].Earth Science Frontiers, 2016, 23(1): 119-133.

[27] 王玉滿, 董大忠, 李建忠, 王社教, 李新景, 王黎, 等.川南下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣儲層特征[J].石油學(xué)報, 2012, 33(4):551-561.Wang Yuman, Dong Dazhong, Li Jianzhong, Wang Shejiao, Li Xinjing, Wang Li, et al. Reservoir characteristics of shale gas in Longmaxi Formation of the Lower Silurian, southern Sichuan[J].Acta Petrolei Sinica, 2012, 33(4): 551-561.

[28] 張士萬, 孟志勇, 郭戰(zhàn)峰, 張夢吟, 韓馳宇.涪陵地區(qū)龍馬溪組頁巖儲層特征及其發(fā)育主控因素[J].天然氣工業(yè), 2014,34(12): 16-25.Zhang Shiwan, Meng Zhiyong, Guo Zhanfeng, Zhang Mengyin & Han Chiyu. Characteristics and major controlling factors of shale reservoirs in the Longmaxi Fm, Fuling area, Sichuan Basin[J]. Natural Gas Industry, 2014, 34(12): 16-25.

[29] 郭旭升, 李宇平, 劉若冰, 王慶波.四川盆地焦石壩地區(qū)龍馬溪組頁巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征及其控制因素[J].天然氣工業(yè),2014, 34(6): 9-16.Guo Xusheng, Li Yuping, Liu Ruobing & Wang Qingbo. Characteristics and controlling factors of micro-pore structures of Longmaxi Shale Play in the Jiaoshiba area, Sichuan Basin[J]. Natural Gas Industry, 2014, 34(6): 9-16.

[30] 徐政語, 蔣述, 熊紹云, 梁興, 王高成, 郭燕玲, 等.揚子陸塊下古生界頁巖發(fā)育特征與沉積模式[J].沉積學(xué)報, 2015,33(1): 21-35.Xu Zhengyu, Jiang Shu, Xiong Shaoyun, Liang Xing, Wang Gaocheng, Guo Yanling, et al. Characteristics and depositional model of the Lower Paleozoic organic rich shale in the Yangtze continental block[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2015, 33(1):21-35.

[31] 王濡岳, 丁文龍, 王哲, 李昂, 何建華, 尹帥.頁巖氣儲層地球物理測井評價研究現(xiàn)狀[J].地球物理學(xué)進展, 2015, 30(1):228-241.Wang Ruyue, Ding Wenlong, Wang Zhe, Li Ang, He Jianhua &Yin Shuai. Progress of geophysical well logging in shale gas reservoir evaluation[J]. Progress in Geophysics, 2015, 30(1): 228-241.

[32] 李軍, 路莆, 李爭, 武清釗, 南澤宇.頁巖氣儲層“四孔隙”模型建立及測井定量表征方法[J].石油與天然氣地質(zhì), 2014,35(2): 266-271.Li Jun, Lu Pu, Li Zheng, Wu Qingzhao & Nan Zeyu. 'Four-pore'modeling and its quantitative logging description of shale gas reservoir[J]. Oil & Gas Geology, 2014, 35(2): 266-271.

[33] 代鵬, 丁文龍, 何建華, 李昂, 趙冬, 趙威.地球物理技術(shù)在頁巖儲層裂縫研究中的應(yīng)用[J].地球物理學(xué)進展, 2015, 30(3):1315-1328.Dai Peng, Ding Wenlong, He Jianhua, Li Ang, Zhao Dong &Zhao Wei. Application of geophysical techniques in fracture of shale reservoir[J]. Progress in Geophysics, 2015, 30(3): 1315-1328.

[34] 鄒才能, 趙群, 董大忠, 楊智, 邱振, 梁峰, 等.頁巖氣基本特征、主要挑戰(zhàn)與未來前景[J].天然氣地球科學(xué), 2017, 28(12):1781-1796.Zou Caineng, Zhao Qun, Dong Dazhong, Yang Zhi, Qiu Zhen,Liang Feng, et al. Geological characteristics , main challenges and future prospect of shale gas[J]. Natural Gas Geoscience,2017, 28(12): 1781-1796.