四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣勘探進(jìn)展、挑戰(zhàn)與前景

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

1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 2.國(guó)家能源頁(yè)巖氣研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心 3.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司非常規(guī)油氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.中國(guó)石油大學(xué)（北京） 5.北京大學(xué)地球與空間學(xué)院 6.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院7.中國(guó)石油西南油氣田公司勘探事業(yè)部 8.中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院

0 引言

四川盆地是中國(guó)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(shí)，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(yè)巖氣。2006年以來(lái)，中國(guó)通過(guò)借鑒、創(chuàng)新頁(yè)巖氣地質(zhì)理論、攻關(guān)勘探開(kāi)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(yè)巖氣流后，2011—2012年陸續(xù)在長(zhǎng)寧構(gòu)造寧N201H1井、陽(yáng)高寺構(gòu)造陽(yáng)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(yè)巖氣流，實(shí)現(xiàn)了四川盆地頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的重大突破，發(fā)現(xiàn)了蜀南—川東大型頁(yè)巖氣富集區(qū)；2012年起，國(guó)家先后設(shè)立了長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)、昭通、涪陵等國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)，拉開(kāi)了中國(guó)頁(yè)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(jì)探明五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量9 210×108m3，建成了逾100×108m3頁(yè)巖氣年產(chǎn)能力，實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖氣年產(chǎn)量90.25×108m3，初步明確了五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣形成富集規(guī)律，基本掌握了頁(yè)巖氣勘探開(kāi)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(diǎn)，總結(jié)其頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)階段與進(jìn)展，明確頁(yè)巖氣富集成藏有利條件，梳理勘探開(kāi)發(fā)主要挑戰(zhàn)，探討未來(lái)發(fā)展前景，以期對(duì)今后四川盆地五峰組—龍馬溪組，乃至整個(gè)中國(guó)南方地區(qū)的頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)和參考。

1 頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)展

1.1 歷經(jīng)了3個(gè)勘探開(kāi)發(fā)階段

四川盆地既是中國(guó)發(fā)現(xiàn)天然氣最早的盆地，也是發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖氣最早的盆地。截至目前，四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)歷程可劃分為區(qū)域評(píng)價(jià)與選區(qū)、示范區(qū)建設(shè)與產(chǎn)能評(píng)價(jià)、規(guī)?；_(kāi)采與技術(shù)優(yōu)化3個(gè)階段，以下分述之。

1）區(qū)域評(píng)價(jià)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(yáng)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(yè)巖地層中獲得頁(yè)巖氣流[1-8]。2005年中國(guó)引入北美頁(yè)巖氣概念，以四川盆地蜀南地區(qū)古生界為重點(diǎn)，開(kāi)展了南方古生界海相頁(yè)巖氣形成地質(zhì)條件研究、勘探開(kāi)發(fā)前景評(píng)價(jià)與有利區(qū)優(yōu)選等工作[1-10]。在廣泛開(kāi)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(shí)驗(yàn)測(cè)試分析等一系列工作后，明確了四川盆地下古生界海相頁(yè)巖是中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)最為現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域。采用資源豐度類比法，預(yù)測(cè)了四川盆地下古生界海相頁(yè)巖氣資源前景。借鑒北美頁(yè)巖氣有利區(qū)評(píng)選指標(biāo)，結(jié)合四川盆地頁(yè)巖地層地質(zhì)特征，建立了中國(guó)海相頁(yè)巖氣有利區(qū)評(píng)選指標(biāo)，評(píng)價(jià)優(yōu)選了威遠(yuǎn)構(gòu)造、富順—永川（陽(yáng)高寺構(gòu)造—隆昌構(gòu)造）、昭通—長(zhǎng)寧（長(zhǎng)寧構(gòu)造）、焦石壩構(gòu)造等一批頁(yè)巖氣有利區(qū)，明確了五峰組—龍馬溪組下段是頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)最為有利的層段[1-8]。通過(guò)鉆探威201、陽(yáng)201、寧201、YS108、焦頁(yè)1等一批評(píng)價(jià)井，落實(shí)了五峰組—龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層段、頁(yè)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(yè)巖含氣區(qū)，發(fā)現(xiàn)了威遠(yuǎn)、長(zhǎng)寧—昭通和涪陵焦石壩等3個(gè)頁(yè)巖氣田，確定了五峰組—龍馬溪組為頁(yè)巖氣主力含氣層段，為四川盆地頁(yè)巖氣規(guī)模開(kāi)發(fā)奠定了良好的地質(zhì)和資源基礎(chǔ)。

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

1.2 五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)展

蜀南地區(qū)有利頁(yè)巖面積約為3.0×104km2、頁(yè)巖氣資源量約為8.84×1012m3，是中國(guó)最早開(kāi)展頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的地區(qū)，包括威遠(yuǎn)、長(zhǎng)寧、富順—永川和昭通等4個(gè)區(qū)塊，主力氣層為五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖（圖1），儲(chǔ)層埋深介于1 500～4 500 m、厚度介于30～60 m，有機(jī)碳含量（TOC）介于2.5%～8.5%，有機(jī)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(jì)投產(chǎn)頁(yè)巖氣井208口，建成頁(yè)巖氣產(chǎn)能30×108m3/a，探明頁(yè)巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量3 200×108m3，2017年生產(chǎn)頁(yè)巖氣30.21×108m3。頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)井垂深平均為1 500～4 000 m，水平段長(zhǎng)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(chǔ)量為0.84×108～1.38×108m3。

涪陵地區(qū)有利頁(yè)巖面積為0.78×104km2，頁(yè)巖氣資源量約為2.1×1012m3，是目前中國(guó)發(fā)現(xiàn)的最大的頁(yè)巖氣田。涪陵頁(yè)巖氣田位于四川盆地川東高陡褶皺帶萬(wàn)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(yè)巖，儲(chǔ)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(jì)投產(chǎn)頁(yè)巖氣井305口，建成頁(yè)巖氣產(chǎn)能100×108m3/a，探明頁(yè)巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量6 008×108m3，2017年生產(chǎn)頁(yè)巖氣60.04×108m3。頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)井垂深平均為2 000～3 000 m，水平段長(zhǎng)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(chǔ)量介于1.25×108～3.25×108m3。

1.3 五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展

針對(duì)四川盆地五峰組—龍馬溪組的地質(zhì)特點(diǎn)，在頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，不斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)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(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)體系，包括適合3 500 m以淺頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)“綜合地質(zhì)評(píng)價(jià)、開(kāi)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(kāi)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(jì)、地質(zhì)工程一體化管理”的高產(chǎn)井培育方法[4-8]，頁(yè)巖氣勘探開(kāi)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(píng)價(jià)技術(shù)主要包括資源評(píng)價(jià)技術(shù)、優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層識(shí)別與評(píng)價(jià)技術(shù)、“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)等?！鞍畜w位置+軌跡方位+巷道間距+水平段長(zhǎng)度+EUR預(yù)測(cè)”為核心的開(kāi)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(shí)現(xiàn)了水平段長(zhǎng)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(guó)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(jī)作業(yè)、批量化鉆進(jìn)、標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)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(shí)現(xiàn)了鉆井、壓裂“工廠化”布置、批量化實(shí)施、流水線作業(yè)。高效清潔開(kāi)采技術(shù)，包括鉆井液不落地、水基鉆屑無(wú)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(chǔ)層連井對(duì)比圖

2 頁(yè)巖氣富集規(guī)律認(rèn)識(shí)進(jìn)展

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

2.1 深水陸棚相形成高富含有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，厚度大、品質(zhì)好

厚度大、品質(zhì)好的高有機(jī)質(zhì)含量頁(yè)巖是海相頁(yè)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(bǔ)償缺氧環(huán)境，是形成厚層、大規(guī)模展布的富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖的有利相帶。四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)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(yáng)子地臺(tái)內(nèi)克拉通盆地，晚奧陶世揚(yáng)子海域由早中奧陶世的開(kāi)闊陸表海環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)槭芩侣∑鹂刂频木窒藓Ｓ颍跂|南部華夏板塊匯聚作用影響下，揚(yáng)子地臺(tái)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(dòng)大陸邊緣向華北板塊俯沖，秦嶺洋開(kāi)始收縮匯聚；在高度擠壓狀態(tài)下，揚(yáng)子地臺(tái)形成了“三隆圍一坳”的沉積格局，大部分中上揚(yáng)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(jī)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(yè)巖，其中深水陸棚相區(qū)頁(yè)巖厚度大、分布穩(wěn)定，TOC＞2.0%的頁(yè)巖連續(xù)段厚度介于20～100 m，成為頁(yè)巖氣形成和賦存的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。深水陸棚相富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖既是頁(yè)巖氣的氣源巖，又是頁(yè)巖氣賦存的儲(chǔ)集層。富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖埋藏演化過(guò)程中所生成的頁(yè)巖氣，在有機(jī)質(zhì)孔隙、層理/紋理（頁(yè)理）、微裂縫等儲(chǔ)集空間內(nèi)富集形成頁(yè)巖氣藏。

2.2 構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定，有利于頁(yè)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(lái)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(qiáng)烈褶皺形變、抬升剝蝕，保存條件復(fù)雜。下古生界海相頁(yè)巖地層時(shí)代老，歷史埋藏深度大，有機(jī)質(zhì)熱演化程度高，處于高—過(guò)成熟階段。構(gòu)造穩(wěn)定和保存條件是南方海相頁(yè)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(yè)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(yè)巖氣聚集與富集條件變差?？碧阶C實(shí)，長(zhǎng)寧地區(qū)為構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)，五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣層普遍超壓，壓力系數(shù)介于1.3～2.0，頁(yè)巖氣井單井產(chǎn)量高。相鄰的昭通區(qū)塊構(gòu)造改造強(qiáng)、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(yè)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(yè)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(yè)巖大面積、穩(wěn)定、連續(xù)分布。“構(gòu)造型”富集是川東構(gòu)造頁(yè)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(yè)理縫、構(gòu)造縫、節(jié)理縫等天然裂縫性儲(chǔ)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(yè)巖氣富集提供了充足的空間，而且在儲(chǔ)層改造過(guò)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(yè)巖氣富集的關(guān)鍵因素

四川盆地五峰組—龍馬溪組黑色頁(yè)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(yùn)動(dòng)、燕山期以來(lái)的江南—雪峰持續(xù)陸內(nèi)造山運(yùn)動(dòng)、喜馬拉雅期印度板狀向北沖擠運(yùn)動(dòng)的三重作用，無(wú)論是頁(yè)巖地層還是頁(yè)巖氣藏在盆地邊部都遭受了強(qiáng)烈改造，即使沒(méi)有經(jīng)歷大規(guī)模改造，但只要地層有了傾斜作用，其頁(yè)巖氣富集與賦存條件就成為關(guān)乎頁(yè)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(yuǎn)近、埋深和頂?shù)装鍡l件等4個(gè)方面。斷層越少、規(guī)模越小、距離斷層越遠(yuǎn)，氣藏保存越好。目的層距離剝蝕區(qū)越遠(yuǎn)，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)装逶街旅埽瑲獠胤忾]條件越好。

學(xué)校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的功能主要承擔(dān)全校計(jì)算機(jī)公共課實(shí)踐教學(xué)、部分院(系)專業(yè)課的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件課程教學(xué)、學(xué)校各類無(wú)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(xiàn)查詢等應(yīng)用需求。因此，學(xué)校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)要一切從學(xué)校辦學(xué)實(shí)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(diǎn)，以學(xué)生為本位，建設(shè)一個(gè)“規(guī)?；?，功能化、網(wǎng)絡(luò)化、高效化、安全化、規(guī)范化、節(jié)約化”的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)實(shí)踐能力。

圖2 上揚(yáng)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(yè)巖氣富集模式圖[7]

2.4 頁(yè)理（紋理）、微裂縫發(fā)育是頁(yè)巖氣高產(chǎn)的重要因素

五峰組—龍馬溪組一段高TOC值頁(yè)巖頁(yè)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(yè)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(jī)碳含量，其含量越高微裂縫密度越大。成巖收縮是形成頁(yè)理縫的主動(dòng)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(dòng)力?！疤瘘c(diǎn)段”內(nèi)，生烴增壓和強(qiáng)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(xiàng)重要補(bǔ)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(yè)巖氣高產(chǎn)的重要條件

地層超壓是頁(yè)巖含氣性好、單井產(chǎn)量高的重要條件。超壓表明頁(yè)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。勘探實(shí)踐表明，五峰組—龍馬溪組海相頁(yè)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(yè)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(guò)1.5時(shí)，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(shí)，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(yè)巖氣產(chǎn)層中部埋深與壓力系數(shù)的關(guān)系圖

3 頁(yè)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(yè)巖氣發(fā)展的瓶頸和挑戰(zhàn)主要包括以下6個(gè)方面。

3.1 富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖沉積相與沉積模式

頁(yè)巖是指粒徑小于62.5 μm的顆粒含量大于50% 的細(xì)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(xì)粒沉積學(xué)在細(xì)粒沉積組成和分類，剝蝕、搬運(yùn)和沉積機(jī)理，搬運(yùn)營(yíng)力，顆粒組成特征，紋層特征與成因機(jī)理方面取得了一系列重要進(jìn)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(duì)于四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖，目前的研究局限于細(xì)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(kāi)展五峰組—龍馬溪組黑色頁(yè)巖形成地球化學(xué)背景、顆粒組成、粒徑判別、物質(zhì)來(lái)源、沉積水動(dòng)力和沉積過(guò)程、沉積微相識(shí)別和細(xì)分、微古地貌、有機(jī)質(zhì)富集主控因素等分析，明確富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖沉積相和沉積模式，為預(yù)測(cè)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)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(shì)[23]。

3.2 頁(yè)巖儲(chǔ)層成巖過(guò)程與評(píng)價(jià)體系

頁(yè)巖成巖過(guò)程影響儲(chǔ)層生烴、儲(chǔ)集性能和保存性質(zhì)，而評(píng)價(jià)體系決定頁(yè)巖氣資源量計(jì)算和有利區(qū)帶目標(biāo)選擇的可靠性。目前，國(guó)際上對(duì)頁(yè)巖成巖作用類型、成巖條件等有了初步認(rèn)識(shí)[25]，尤其是頁(yè)巖儲(chǔ)層實(shí)驗(yàn)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(lái)，五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)層研究進(jìn)展飛速，尤其是頁(yè)巖儲(chǔ)層特征[24,26-28]、孔隙類型和結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)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(xiàng)參數(shù)的評(píng)價(jià)方法[2,22]。但對(duì)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(chǔ)層特征差異明顯，因而需要針對(duì)每個(gè)區(qū)塊具體地質(zhì)情況，優(yōu)選關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)，在實(shí)驗(yàn)觀察的基礎(chǔ)上，緊密結(jié)合頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)實(shí)踐，開(kāi)展不同地區(qū)儲(chǔ)層特征對(duì)比和規(guī)律總結(jié)，從而更好地指導(dǎo)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)。

3.3 頁(yè)巖氣形成與聚集機(jī)理

近年來(lái)，針對(duì)涪陵焦石壩、長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)和昭通等五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣田，勘探家們[6-9]先后提出了“階段運(yùn)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(yè)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(yè)巖氣成藏富集地質(zhì)理論[7-9]。這些研究成果從宏觀上認(rèn)識(shí)到了頁(yè)巖氣滯留富集過(guò)程中“優(yōu)質(zhì)頁(yè)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(duì)于頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)的物質(zhì)來(lái)源及組成、不同類型有機(jī)質(zhì)生烴潛力、頁(yè)巖氣賦存形式、封存機(jī)制及其與含氣性的關(guān)系等方面的認(rèn)識(shí)還處于初步階段[16]，從而影響了對(duì)頁(yè)巖氣資源及頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”的正確評(píng)價(jià)。

3.4 頁(yè)巖氣層地球物理識(shí)別與預(yù)測(cè)

國(guó)外目前針對(duì)頁(yè)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(píng)價(jià)，已經(jīng)形成了較為系統(tǒng)的技術(shù)方法[31]。我國(guó)對(duì)四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)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(cè)等評(píng)價(jià)技術(shù)[32-33]，使頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)由定性進(jìn)入到半定量階段。但因頁(yè)巖氣層地球物理響應(yīng)差異小，因而在氣層識(shí)別，有效儲(chǔ)集層劃分、參數(shù)識(shí)別、展布預(yù)測(cè)等方面仍然存在著較大的挑戰(zhàn)[23]。

3.5 資源動(dòng)用率低、不確定性大

截至2017年底，四川盆地的頁(yè)巖氣年產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)90×108m3，這些產(chǎn)量主要來(lái)自于厚度不足于5 m的“甜點(diǎn)段”。四川盆地五峰組—龍馬溪組“甜點(diǎn)段”之外TOC＞2%的層段在蜀南地區(qū)厚度超過(guò)30 m、在涪陵地區(qū)厚度超過(guò)70 m，其資源量目前基本沒(méi)有動(dòng)用。另外，資源評(píng)價(jià)還存在著以下4個(gè)方面的風(fēng)險(xiǎn)：①有利區(qū)落實(shí)程度低、評(píng)價(jià)精度不高；②經(jīng)濟(jì)資源埋藏深度不明確，目前僅實(shí)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(jì)性尚不清楚；③四川盆地以外的構(gòu)造改造區(qū)頁(yè)巖氣資源前景不明確；④中國(guó)南方大面積低壓、常壓區(qū)的頁(yè)巖氣資源經(jīng)濟(jì)性尚不確定[8-9]。

3.6 3 500 m以深頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)

北美頁(yè)巖氣開(kāi)采以中淺層為主，我國(guó)通過(guò)引進(jìn)、吸收、消化、再創(chuàng)新初步形成了3 500 m以淺的中淺層頁(yè)巖氣技術(shù)系列。但四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣資源主體埋深超過(guò)3 500 m[8-9]。針對(duì)3 500 m以深頁(yè)巖儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)方法、儲(chǔ)層精細(xì)識(shí)別與預(yù)測(cè)、資源量計(jì)算及選區(qū)評(píng)價(jià)、水平井鉆完井、分段壓裂改造、經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)等，目前都還處于探索初期[11-14]。

4 頁(yè)巖氣勘探前景

四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣資源豐富、地質(zhì)條件優(yōu)越。綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明[7-9,34]：四川盆地五峰組—龍馬溪組海相頁(yè)巖氣有利區(qū)位于蜀南和川東（圖5），包括涪陵、長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)、富順—永川、昭通等頁(yè)巖氣產(chǎn)區(qū)。有利區(qū)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)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(jì)與工程優(yōu)勢(shì)，地表相對(duì)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(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的基本條件，是中國(guó)頁(yè)巖氣規(guī)模開(kāi)發(fā)最有利區(qū)與商業(yè)性頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)主產(chǎn)區(qū)[11-14,34]。四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖埋深小于4 500 m有利區(qū)面積約為3.5×104～4.0×104km2，頁(yè)巖氣可采資源量為4.5×1012m3，為2020—2030年實(shí)現(xiàn)更快更大發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，成為今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)層系。

5 頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)建議

1）把握和利用好國(guó)家優(yōu)惠政策的窗口期，加快四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)，把頁(yè)巖氣打造成為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。國(guó)家頁(yè)巖氣補(bǔ)貼政策2018年以前每立方米補(bǔ)助0.3元，2019年以后每方立方米補(bǔ)助0.2元。因此，未來(lái)3年是利用國(guó)家政策的窗口期，進(jìn)一步降本增效，將會(huì)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2）抓好頁(yè)巖氣工程技術(shù)、降低成本的重大理論和技術(shù)攻關(guān)，進(jìn)一步推動(dòng)頁(yè)巖氣資源規(guī)模有效開(kāi)發(fā)。四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣埋深3 500 m以淺資源已經(jīng)建成年產(chǎn)超過(guò)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(guò)總結(jié)前期開(kāi)發(fā)建設(shè)成果，在持續(xù)優(yōu)化頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)配套工程技術(shù)的同時(shí)，加強(qiáng)優(yōu)質(zhì)資源和經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量評(píng)價(jià)，深化開(kāi)采規(guī)律認(rèn)識(shí)，搞好降低成本革命，優(yōu)化開(kāi)采模式，進(jìn)一步提高頁(yè)巖氣開(kāi)采效果和效益。

3）創(chuàng)新管理體制，進(jìn)一步發(fā)揮整體優(yōu)勢(shì)。頁(yè)巖氣開(kāi)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(shì)。目前四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)采取了國(guó)際合作、國(guó)內(nèi)合作、風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)和自營(yíng)開(kāi)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(jī)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(jìn)一步創(chuàng)新管理體制，強(qiáng)化協(xié)調(diào)組織，實(shí)現(xiàn)物資、裝備、技術(shù)、管理經(jīng)驗(yàn)等的資源共享。

圖5 四川盆地五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣甜點(diǎn)區(qū)分布圖[34]

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