中国页岩气勘探开发新突破及发展前景思考

近5年来,中国页岩气勘探开发实现了跨越式发展,成为继美国、加拿大之后,第三个实现页岩气工业化生产的国家,截至2015年底,页岩气累计产量突破了60×10~8 m~3。基于近期中国页岩气勘探开发快速发展的主要成果,通过全面回顾勘探开发新突破和深入分析未来发展前景,进而指出中国的页岩气勘探开发整体尚处在发展初期,四川盆地海相页岩气是近期勘探开发的主要对象,海陆过渡相与陆相页岩气的突破和工业化生产是实现中国页岩气规模化发展的重要环节;低产—中等产量井是中国页岩气的生产常态,发展勘探开发关键技术非常重要;严格控制单井投资和大幅降低成本成为提升页岩气勘探开发效益的重要手段。为此,建议:①持续加强理论技术攻关,积极开展页岩气"甜点区"评价勘探,逐渐夯实发展基础;②高度重视勘探开发前期评价,突出有效页岩气资源的落实,把控好评价钻探与产能建设的节奏;③突出页岩气储层精细描述和评价,提升整体开发水平;④加大勘探开发技术攻关力度,突出技术的简化和实用性,有效降低成本;⑤全面总结页岩气勘探开发快速发展经验,突出关键指标论证及评价,加强新区、新领域及新层系突破和接替。     

黑色页岩微裂缝发育控制因素——以长宁双河剖面五峰组—龙马溪组为例

以长宁双河剖面奥陶系五峰组—志留系龙马溪组为例,重点讨论黑色页岩微裂缝发育控制因素及页岩气储集层"甜点段"微裂缝成因。针对目标层段,开展了203块大薄片、203块小薄片、110块TOC样品、110块X-衍射全岩和103块主微量样品测定与分析。结果表明,黑色页岩微裂缝分为顺层缝和非顺层缝,顺层缝多为层面滑移缝、页理缝和构造雁列缝,非顺层缝主要为剪切缝和拉张缝。纵向上,龙马溪组SLM1段微裂缝密度最高,SLM2段至SLM5段微裂缝密度逐渐降低,五峰组微裂缝密度最低。微裂缝密度与黑色页岩硅质含量正相关、与碳酸盐矿物含量负相关,黑色页岩颗粒越细微裂缝密度越大。微裂缝密度受控于生物成因硅含量,生物成因硅含量越高微裂缝密度越大,在应力作用下,微裂缝优先在细粒页岩的纹层界面处形成。区域性构造活动是龙马溪组页岩气储集层"甜点段"微裂缝形成的关键因素,成岩收缩是页理缝形成的重要动力,生烃增压是微裂缝大量发育主要原因。     

四川盆地五峰组—龙马溪组页岩气勘探进展、挑战与前景

四川盆地黑色页岩层系多、页岩气资源丰富,是迄今为止中国主要的页岩气勘探开发盆地。为了给今后四川盆地乃至整个中国南方地区页岩气勘探开发提供指导和参考,以该盆地上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气勘探开发实践为对象,总结了其发展阶段与进展,明确了页岩气富集成藏的有利条件,梳理了制约页岩气发展的理论与技术挑战,进而探讨了未来的勘探开发前景。研究结果表明:(1)深水陆棚相形成高富含有机质页岩且连续段厚度大、品质好,复背(向)斜宽缓区构造相对稳定是该盆地五峰组—龙马溪组页岩气持续聚集的有利条件,保存条件是页岩气富集的关键因素,页理(纹理)、微裂缝发育是页岩气高产的重要因素,超压是页岩气高产的重要条件;(2)制约该盆地五峰组—龙马溪组页岩气工业化发展的技术瓶颈,主要包括富有机质页岩沉积相与沉积模式,页岩储层成岩过程与评价体系,页岩气形成与聚集机理,页岩气层地球物理识别与预测,资源动用率低、不确定性大,3500 m以深页岩气勘探开发技术尚未突破。结论认为,四川盆地五峰组—龙马溪组仍是今后相当长一段时间内中国页岩气勘探开发的重点层系。     

异常高压对四川盆地龙马溪组页岩气藏的影响

四川盆地下志留统龙马溪组黑色页岩主要为浅海—深水陆棚相沉积,分布面积广,厚度大。龙马溪组页岩气高产层段地层压力均为异常高压,研究认为,欠压实增压、矿物成岩作用、构造挤压和有机质热演化增压,是造成该层异常高压的主要因素。异常高压对页岩气藏的影响,一方面,能够全面抑制烃源岩热演化,使生气镜质体反射率下限上移;另一方面,能减缓压实等成岩作用,使储集层保存相对较高的孔隙度和渗透率,并通过诱导有机酸的溶蚀和岩石有效应力的减小,形成次生孔隙和微裂缝,提高了储集层的渗流能力,但对压裂改造提出了更高的要求。此外,随着地层压力的增高,吸附气的含量也会随之增加,使得页岩气藏含气性更佳。总体来说,异常高压有利于页岩气的富集。     

海相页岩裂缝孔隙发育机制及地质意义

天然裂缝形成机制研究是开展页岩气富集机理研究和“甜点区”优选的基础性工作。以国内外6个大型页岩气田为主要研究对象,通过开展黑色页岩天然裂缝发育特征及其形成机制研究发现,海相页岩天然裂缝的形成至少存在前陆盆地冲断褶皱与页岩层滑脱变形、晚期构造反转与页岩层滑脱变形、走滑断层周期性活动等3种机制。前陆盆地冲断褶皱与页岩层滑脱变形是北美地台Appalachian-Ouachita褶皱带的诸多前陆盆地普遍存在的页岩地层造缝机制,一般具有水平剪切作用时间长、页岩层发生水平位移距离较远、在页岩层中产生的共轭裂缝和微裂隙十分发育等特点。晚期构造反转与页岩层滑脱变形是裂谷盆地和叠合盆地中重要的造缝机制,页岩地层天然裂缝发育程度主要与晚期构造反转的强度和规模有关。走滑断层周期性活动主要存在于少数盆地的局部构造带,造缝区域相对局限。通过开展海相页岩裂缝孔隙形成机制探讨,认为有2点地质意义值得关注：一是基于富有机质页岩层滑脱作用形成的裂缝型气层是页岩气开发的重要“甜点”;二是中国南方海相页岩分布区具有形成裂缝型页岩气藏的有利构造条件,其中四川盆地龙马溪组发育裂缝型页岩气“甜点”,勘探前景值得期待。     

四川盆地筇竹寺组富有机质页岩沉积主控因素

目前对于四川盆地下寒武统筇竹寺组富有机质页岩形成主控因素的认识并不十分清楚，致使对该套页岩储层评价和“甜点”选择存在着较大的盲目性。为此，以钻井资料为基础，结合地球化学元素测试和生物地层资料，从构造活动、海流作用、古生产力、古地理环境等方面对该盆地筇竹寺组页岩的沉积要素进行剖析，揭示了富有机质页岩的分布规律和沉积主控因素。结果表明：①受川西—川南大型内裂陷发育特征的控制，川南及周边富有机质页岩主要形成于筇竹寺组早期，其次为中期，沉积厚度和分布面积大；②海平面升降和上升洋流作用是黑色页岩形成的重要控制因素，黑色页岩沉积在威远地区受裂陷拉张作用影响大，受海平面变化影响相对较小，在长宁地区受拉张作用影响较小，但受海平面变化影响较大；③上升洋流在川南南区较活跃，在川南中北部基本较平静，反映威远地区总体处于半封闭海湾环境，长宁地区总体处于弱封闭环境，古生产力为后者高；④富有机质页岩的规模沉积和分布主要受到缓慢沉降的稳定海盆、相对较高的海平面、半封闭水体和低沉积速率等4类因素的控制，在局部地区上升洋流则是形成高有机质丰度页岩的重要控制因素之一；⑤川南地区富有机质页岩发育规模呈现早期大、中晚期小的变化特征，有机质丰度则显示出早期高、中晚期低和南区高、北区低的变化趋势。     

四川盆地威远地区五峰组—龙马溪组页岩TOC含量地震定量预测方法及应用

四川盆地威远地区内部钻井少,仅靠岩心实测和测井计算的TOC含量评价该区页岩气资源潜力难度较大,利用地震资料预测页岩TOC含量不但能弥补该区钻井取心少的不足,而且能够评价无井地区页岩的TOC含量。以四川盆地威远地区W201井区三维五峰组—龙马溪组一段1亚段为例,利用钻测井及三维地震资料定量预测了页岩TOC含量的平面及空间分布。首先通过测井计算得到的TOC与地球物理参数交会分析,优选出敏感参数密度,在此基础上,分析该区钻井岩心实测和测井计算的TOC含量与密度的关系,得到计算TOC含量的地震预测模型,然后利用叠前同时反演技术获得该区的密度体,通过预测模型最终实现页岩TOC含量的定量预测。结果表明:①地震预测的TOC与岩心实测和测井计算TOC结果较为吻合,误差较小;②研究区东南部及北部W201井区TOC含量较高,平均值可达2%～4%,为勘探开发有利区。结论认为,该TOC定量预测方法对于研究区适用有效,且对川南地区页岩气勘探开发评价具有一定的指导意义。     

深层海相页岩脆性特征分析与表征

针对中国南方深层海相页岩气开发尚未突破的现实,以四川盆地五峰组—龙马溪组页岩为研究对象,聚焦深层海相页岩的脆性表征,建立了基于全应力—应变曲线的脆性定量评价指标,以峰值应变和峰后坡降陡度分别表示页岩发生脆性破坏的难易程度和充分程度。在此基础上,通过对硅质页岩、钙质硅质页岩、钙质页岩和黏土质硅质页岩开展高围压三轴压缩岩石力学实验,明确了围压对页岩脆性的影响,建立了适用于研究区深层海相页岩的脆性评价方法,开展了深浅层页岩脆性对比。结果表明,低围压时,围压主要表现为对页岩抗压强度的强化,脆性随围压增加而增强,高围压时,围压则主要表现为对裂缝产生与扩展的抑制,脆性随围压增加而减弱;以弹性参数为岩性指示因子,以断裂韧性为围压指示因子,建立了力学脆性指数,可作为矿物法和弹性参数法的补充,有效应用于3 500 m以深页岩储集层的脆性评价;硅质页岩和钙质硅质页岩在4 500～5 000 m仍具有优质储集层的潜力,但是深层海相页岩脆性的弱化使得优质储集层厚度减小。     

四川盆地下志留统龙马溪组页岩裂缝孔隙定量表征

裂缝和孔隙是致密储层重要的储渗空间,对其识别、描述和定量评价也是页岩气储层评价的重点和难点。为此,以四川盆地涪陵气田和长宁气区钻井资料为基础,通过建立双孔隙介质孔隙度解释模型,对该区下志留统龙马溪组(含上奥陶统五峰组)富有机质页岩段的裂缝孔隙进行了定量评价,并得到以下认识:①应用双孔隙介质模型开展页岩裂缝孔隙度解释,是实现页岩储层裂缝孔隙定量评价的有效办法,也是对海相页岩储集空间定量表征技术的丰富和发展;②该区主力产层基质孔隙体积及其构成区域分布稳定,基质孔隙度总体保持在4.6%~5.4%;③裂缝孔隙发育特征在不同构造区、同一构造的不同井区和不同层段差异较大,显示出页岩储渗条件具有很强的非均质性。根据裂缝孔隙定量表征结果判断,四川盆地五峰组—龙马溪组发育基质孔隙+裂缝型和基质孔隙型这两种类型的页岩气藏:前者主要发育于特殊构造背景区,具有裂缝孔隙发育、含气量大、游离气含量高、产层厚、单井产量高等特点,在该盆地的分布范围可能相对局限;而后者具有基质孔隙度较高、裂缝孔隙不发育、单井产量中高等特征,预计其在该盆地海相页岩气分布区占据主导地位。     

论四川盆地页岩气资源勘探开发前景

四川盆地是目前中国页岩气勘探开发的重点地区,也是最成功的地区。四川盆地页岩气资源勘探开发前景,将在较大程度上反映和影响中国页岩气未来的发展前景。通过全面总结近年来该盆地页岩气勘探开发的新进展,得出了以下认识:1四川盆地经历了海相、陆相两大沉积演化,发育了海相、海陆过渡相、陆相三类富有机质页岩,形成了震旦系陡山沱组、寒武系筇竹寺组、奥陶系五峰组—志留系龙马溪组、二叠系龙潭组、三叠系须家河组、侏罗系自流井组6套有利的页岩气富集层系;2深水陆棚相、集中段厚度大、热演化程度适中、正向构造背景下裂缝发育、储层超压是五峰组—龙马溪组页岩气富集的"五大"关键要素;3该盆地页岩气勘探开发仍面临资源富集"甜点区"及资源潜力不清、深度超过3 500 m的深层页岩气勘探开发技术不成熟等两大挑战。结论认为:四川盆地已在侏罗系、三叠系和寒武系初步实现了页岩气发现,在奥陶系—志留系实现了工业化突破和初步规模生产,未来发展前景较好;该盆地页岩气资源可以实现经济有效勘探开发,预期可实现年产量300×108~600×108m3;对该盆地页岩气资源勘探开发将为中国页岩气资源规模发展提供重要的理论与技术支撑。