昭通示范區(qū)太陽淺層頁巖氣田的勘探發(fā)現(xiàn)與評(píng)價(jià)探明創(chuàng)新實(shí)踐認(rèn)識(shí)

梁 興，王鵬萬，羅瑀峰，李兆豐，袁曉俊

1 中國(guó)石油浙江油田公司；2 中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院

0 前 言

昭通示范區(qū)太陽五峰組—龍馬溪組頁巖氣田是我國(guó)首個(gè)探明的整裝淺層頁巖氣田，勘探過程中遇到山地構(gòu)造應(yīng)力強(qiáng)、富集保存機(jī)理復(fù)雜、地質(zhì)工程甜點(diǎn)難以識(shí)別及鉆井壓裂施工成本高等理論與技術(shù)難題。太陽淺層頁巖氣田的發(fā)現(xiàn)是我國(guó)非常規(guī)油氣勘探的又一重大成果，也是中國(guó)海相頁巖氣勘探理論和實(shí)踐的重大突破，展示了南方復(fù)雜構(gòu)造區(qū)淺層頁巖氣勘探的巨大潛力。由此形成的海相淺層頁巖氣勘探理論體系與配套工程技術(shù)系列，對(duì)于推進(jìn)南方淺層頁巖氣勘探具有重大的戰(zhàn)略意義。

1 太陽淺層頁巖氣田概況

太陽淺層頁巖氣田構(gòu)造上處于四川盆地川南低陡褶皺帶南緣的滇黔北坳陷威信復(fù)背斜構(gòu)造帶北東傾伏端，主體隸屬瀘州市敘永縣［1］。氣田主產(chǎn)氣區(qū)位于磅礴烏蒙的古生界—三疊系海相碳酸鹽巖裸露區(qū)，構(gòu)造主體為太陽背斜、云山壩向斜和海壩背斜，為近南北向的太陽、海壩壓扭走滑斷層和近東西向的勝利、田壩逆斷層4 條邊界斷層所圍限［2］（圖1）。氣田以上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組龍一1亞段的黑色硅質(zhì)頁巖為主要目的層，龍一11—龍一1 2小層下部為最優(yōu)的“黃金”靶體，龍一1 3小層為次優(yōu)的“紫金”靶體，雙甜點(diǎn)靶體造就了小井距立體錯(cuò)層體積開發(fā)的頁巖氣地質(zhì)潛力。氣田的含氣面積為470 km2，其中頁巖儲(chǔ)層埋深2 000 m以淺的面積占72%。

圖1 太陽淺層頁巖氣田構(gòu)造圖、典型井儲(chǔ)層綜合柱狀圖與地震地質(zhì)解釋剖面Fig.1 Tectonic map,comprehensive column of typical well and seismic geological interpretation section of Taiyang shallow shale gas field

2017 年，在太陽背斜Y1 井和Y2 井2 口老井的龍馬溪組底部頁巖壓裂試氣獲淺層頁巖氣突破，2019年提交探明頁巖氣儲(chǔ)量1 360×108m3、含氣面積215 km2［3］。而后持續(xù)向南滾動(dòng)評(píng)價(jià)擴(kuò)展，突破500 m以淺的海壩超淺層頁巖氣產(chǎn)能關(guān)。2021 年新增含氣面積255 km2，提交探明儲(chǔ)量1 320×108m3，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)首個(gè)淺層頁巖氣田的整體探明發(fā)現(xiàn)。截至2021年底，太陽淺層頁巖氣田已完鉆開發(fā)井125口，投產(chǎn)井88口，累計(jì)產(chǎn)氣10×108m3。太陽淺層氣田的基本參數(shù)歸納于表1。

表1 太陽淺層頁巖氣田基本參數(shù)表Table 1 Key parameters of Taiyang shallow shale gas field

2 太陽淺層頁巖氣田勘探發(fā)現(xiàn)和評(píng)價(jià)歷程

2009 年5 月，中國(guó)石油浙江油田公司啟動(dòng)滇黔北頁巖氣野外地質(zhì)調(diào)查與綜合評(píng)價(jià)研究。同年7月獲得國(guó)內(nèi)第一個(gè)頁巖氣探礦權(quán)；9 月部署國(guó)內(nèi)第一口頁巖氣專打井YQ1井；12月在淺埋藏的五峰組—龍馬溪組獲頁巖氣流［4］。2012 年3 月，國(guó)家發(fā)改委和能源局頒文成立“滇黔北昭通國(guó)家級(jí)頁巖氣示范區(qū)”［5］。2014 年3 月開始黃金壩YZ108 井區(qū)地質(zhì)工程一體化的頁巖氣產(chǎn)能建設(shè)，2015 年YZ108 井區(qū)提交探明頁巖氣儲(chǔ)量530×108m3［6］。2016 年向東進(jìn)行紫金壩YZ112 井區(qū)的頁巖氣產(chǎn)能建設(shè)，2017 年再向東探索評(píng)價(jià)太陽淺層頁巖氣的產(chǎn)能潛力。昭通示范區(qū)太陽淺層頁巖氣田的勘探發(fā)現(xiàn)和評(píng)價(jià)主要經(jīng)歷了4 個(gè)階段，分別為地質(zhì)調(diào)查階段、勘探突破階段、產(chǎn)能評(píng)價(jià)階段及規(guī)模開發(fā)階段。

2.1 地質(zhì)調(diào)查階段（2008—2015年）

2003年至2009年，國(guó)內(nèi)引進(jìn)北美頁巖氣勘探理念，經(jīng)過研究探索與評(píng)價(jià)實(shí)踐，確定了四川盆地及周緣五峰組—龍馬溪組為主要目的層［7-10］。2007年浙江油田公司在中國(guó)南方進(jìn)行頁巖氣地質(zhì)調(diào)研與勘探選區(qū)評(píng)價(jià)；2008年8—11月先后向中石油總部、國(guó)土資源部提出滇黔北昭通—畢節(jié)、江漢盆地西北部的遠(yuǎn)安—當(dāng)陽、湘鄂西宜都—麻陽地區(qū)的頁巖氣勘查礦權(quán)申請(qǐng)；2009 年初啟動(dòng)四川盆地南緣的滇黔北地區(qū)頁巖氣實(shí)物工作，先后開展了區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和地震勘探工作［3］。

2009年11月，昭通探區(qū)內(nèi)第一口頁巖氣地質(zhì)資料井YQ1 井在宜賓市筠連縣開鉆。該井開鉆地質(zhì)層位是龍馬溪組頂部地層，全井段取心259.80 m，龍馬溪組頁巖和五峰組頁巖垂直厚度分別為199.87 m和6.93 m［11］。12 月4 日巖心水浸試驗(yàn)氣泡上涌明顯，氣體可燃見藍(lán)色火焰，甲烷含量高于70%；現(xiàn)場(chǎng)解吸氣含量為0.429 m3/t，總含氣量大于1.0 m3/t，首次證明南方復(fù)雜構(gòu)造區(qū)海相頁巖“有氣”，樹立了頁巖找氣的信心。當(dāng)時(shí)認(rèn)為該區(qū)淺層頁巖氣總體保存條件欠佳，總含氣量較低，形成商業(yè)開采難度大。

2011 年4 月和2012 年2 月，沐愛Z104 直 井 和YZH1-1 水平井分別獲頁巖氣流。2012 年，勘探轉(zhuǎn)入黃金壩中深層頁巖氣，2013 年8 月YZ108 井直井獲1.63×104m3/d 工業(yè)氣流，拉開了黃金壩中深層頁巖氣評(píng)價(jià)建產(chǎn)的序幕。

2011年9月在太陽背斜以震旦系燈影組、寒武系為目的層部署實(shí)施常規(guī)氣風(fēng)險(xiǎn)探井Y1井（完鉆深度3 623 m），在志留系石牛欄組中途測(cè)試和寒武系清虛洞組完井測(cè)試見常規(guī)氣；2013年3月部署實(shí)施Y2井評(píng)價(jià)清虛洞組含氣性。Y1井、Y2井在埋深小于1 000 m的淺層五峰組—龍馬溪組頁巖中見到強(qiáng)烈的頁巖氣，評(píng)價(jià)出頁巖氣甜點(diǎn)層，但限于當(dāng)時(shí)認(rèn)識(shí)不足與勘探理論的束縛，沒有安排壓裂試氣評(píng)價(jià)其產(chǎn)能潛力。

2.2 勘探突破階段（2016年3月—2017年9月）

隨著昭通示范區(qū)中深層（2 000~3 500 m）山地頁巖氣勘探不斷突破［12］，逐漸認(rèn)識(shí)到頁巖埋藏深度不是影響其保存條件的決定因素，應(yīng)綜合考慮頁巖儲(chǔ)層頂?shù)装宸舛滦?、頁巖的自封閉性、斷裂的側(cè)向封堵（即三維封閉的封存箱體系）以及“生-儲(chǔ)-?！钡膭?dòng)態(tài)匹配等［13］，淺埋藏頁巖氣在致密直接蓋層封閉保存箱體系下仍可有效保存，具有一定的勘探開發(fā)潛力。理論認(rèn)識(shí)的突破，打破了淺層頁巖氣勘探領(lǐng)域的禁錮。同時(shí)，受探區(qū)中深層向斜頁巖氣鉆采施工及工廠化作業(yè)技術(shù)難度增大、工程投資成本不斷升高等因素影響，頁巖氣勘探有向施工難度更小、成本更低的中淺層背斜轉(zhuǎn)移的現(xiàn)實(shí)需求。2016年，浙江油田公司開展老井復(fù)查，揭示龍馬溪組底部和五峰組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層連續(xù)性好、厚度大，TOC普遍大于2%，水平應(yīng)力差?。?~8 MPa），淺層頁巖氣資源潛力較大，開發(fā)難度可能較小［14］。2017 年5 月和7月，選定太陽背斜老井Y2井（768.5~778.8 m）和Y1井（976.2 ~986.0 m）龍馬溪組頁巖進(jìn)行直井壓裂試氣，分別獲1.12×104m3/d和(0.9~1.1)×104m3/d的工業(yè)氣流，標(biāo)志著太陽區(qū)塊淺層頁巖氣勘探取得歷史性突破。理念認(rèn)識(shí)引領(lǐng)老井突破，推動(dòng)發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)首個(gè)淺層頁巖氣田［3］。

2.3 產(chǎn)能評(píng)價(jià)階段（2017年10月—2019年9月）

以產(chǎn)能目標(biāo)引領(lǐng)勘探，快速推進(jìn)太陽區(qū)塊淺層頁巖氣產(chǎn)能評(píng)價(jià)（主體埋深700~2 000 m）。2017 年10 月在太陽背斜核部部署實(shí)施第一口淺層氣水平井Y2H1-1 井，水平段長(zhǎng)745 m，同年12 月對(duì)水平井分11 段壓裂，加砂1.5 t/m，試氣產(chǎn)量6.25×104m3/d，穩(wěn)定試采配產(chǎn)3×104m3/d。在太陽背斜頂部取得產(chǎn)能突破后，2018 年4 月部署實(shí)施Y2H1 平臺(tái)等試驗(yàn)井組快速跟進(jìn)評(píng)價(jià)，H1 平臺(tái)6 口試驗(yàn)井獲得（4.11~7.79）×104m3/d的測(cè)試產(chǎn)量。同時(shí)向背斜東西兩端擴(kuò)展：西端的Y7H1-2 井水平段長(zhǎng)689 m，Ⅰ類儲(chǔ)層占93.8%，水平段平均TOC為4.1%，孔隙度為4.5%，含氣量為3.8 m3/t，試氣獲11.4×104m3/d的產(chǎn)量；東端的YZ117H1-6井水平段長(zhǎng)1 850 m，Ⅰ類儲(chǔ)層占82.4%，水平段平均TOC為4.0%，孔隙度為4.2%，含氣量為5.2 m3/t，試氣獲20.1×104m3/d 的產(chǎn)量。2018 年集中部署評(píng)價(jià)井17 口，井均試氣產(chǎn)量6.3×104m3/d，年底完成太陽—大寨淺層頁巖氣8×108m3產(chǎn)能的開發(fā)方案編制。2019年9月提交國(guó)內(nèi)首個(gè)淺層頁巖氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量1 259.5×108m3，含氣面積215 km2。

2.4 規(guī)模開發(fā)階段（2019年10月至今）

滾動(dòng)評(píng)價(jià)與分步開發(fā)并行快速推進(jìn)。2020 年底，完成太陽—大寨第一期產(chǎn)建設(shè)計(jì)，建成國(guó)內(nèi)首個(gè)淺層頁巖氣8×108m3產(chǎn)能的生產(chǎn)區(qū)。2020年向南滾動(dòng)評(píng)價(jià)埋深更淺的海壩背斜，開展海壩YZ137井區(qū)開發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)，在500 m 以淺區(qū)獲得頁巖氣的勘探突破。YZ153H1 平臺(tái)4 口井（埋深245~565 m）試氣單井產(chǎn)量達(dá)（4.5~6.1）×104m3/d，其中YZ153H1-1 井和YZ153H1-5 井測(cè)試日產(chǎn)氣均高達(dá)6×104m3以上［3］。突破了超淺層頁巖氣產(chǎn)能關(guān)，2021年6月提交新增探明儲(chǔ)量1 216.85×108m3，同時(shí)編制了海壩淺層頁巖氣開發(fā)方案，積極探索淺層—超淺層頁巖氣降本增效開發(fā)模式，2021年在Y2H11平臺(tái)以1號(hào)層“黃金”靶體、3號(hào)層“紫金”靶體為目標(biāo)開展立體錯(cuò)層小井距（m）體積開發(fā)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。H11平臺(tái)共布設(shè)了7口水平井，其中的H11-3井與H11-7井靶體層位為龍一13-2，其余五口井以龍一1 1和龍一1 2-1為主，北支井間距為250 m，南支井間距為300 m。通過地質(zhì)工程一體化論證與實(shí)施跟蹤，實(shí)鉆水平段長(zhǎng)度為1 200~1 300 m，靶體鉆遇率為71%~87%。淺層頁巖氣井首年日產(chǎn)3.4×104m3，最終可采儲(chǔ)量（EUR）達(dá)0.42×108m3，優(yōu)于開發(fā)方案設(shè)計(jì)。截至2022 年3 月底，太陽淺層頁巖氣田共投產(chǎn)136 口井，2022 年一季度日均產(chǎn)氣259×104m3、產(chǎn)水267 m3，季度累產(chǎn)氣2.27×108m3；單井平均日產(chǎn)氣1.9×104m3、平均日產(chǎn)水2 m3，單井平均壓力為2.5 MPa。

3 太陽山地淺層頁巖氣地質(zhì)與氣藏工程特征

3.1 優(yōu)質(zhì)頁巖發(fā)育，物質(zhì)基礎(chǔ)好

太陽淺層頁巖氣田五峰組—龍一1亞段處于深水陸棚沉積環(huán)境，其中五峰組向南厚度增大，龍一1亞段厚度較為穩(wěn)定。巖性以黑色硅質(zhì)和硅泥質(zhì)頁巖、黏土質(zhì)頁巖與生物紋層為主，富含黃鐵礦與筆石化石，TOC大于2%的優(yōu)質(zhì)頁巖厚約30~40 m（圖2）。生物紋層主要為生物蓬勃發(fā)育造成，亮紋層（生物紋層）主要為放射蟲、鈣藻和筆石形成的自生石英、方解石、白云石，屬于自生的內(nèi)碎屑或生物成因的有機(jī)硅。此外還有與黏土質(zhì)頁巖共生的長(zhǎng)英質(zhì)紋層，主要發(fā)育外源搬運(yùn)沉積的長(zhǎng)石、云母，泥質(zhì)含量高，有機(jī)質(zhì)含量低。頁巖有機(jī)質(zhì)顯微組分以腐泥組為主，含少量惰質(zhì)組，TI（類型指數(shù)）值介于40~80之間，屬II1型干酪根。有機(jī)質(zhì)成熟度（Ro）介于1.65%~3.11%，平均值為2.54%，處于過成熟干氣階段。整體上，太陽氣田優(yōu)質(zhì)頁巖厚度大，具備形成頁巖氣的物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖2 太陽淺層頁巖氣田儲(chǔ)層段連井對(duì)比剖面Fig.2 Inter-well correlation section of reservoir of Taiyang shallow shale gas field

3.2 儲(chǔ)集條件優(yōu)越，吸附氣占比高

太陽氣田五峰組—龍一1亞段頁巖儲(chǔ)集空間類型多樣，發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔（圖3a—3c）、脆性礦物粒內(nèi)孔（圖3d）和粒（晶）間孔（圖3e—3f）、黏土礦物層間縫以及微裂縫。儲(chǔ)集空間以有機(jī)質(zhì)孔為主，總孔隙體積和比表面積分別為0.024~0.037 ml/g 和15.5~31.7 m2/g。頁巖孔隙度在2.04%~10.06%之間，平均值為5.63%，與TOC呈正相關(guān)關(guān)系（圖4），可為吸附氣和游離氣提供足夠的儲(chǔ)集空間［15-16］。

圖3 太陽淺層頁巖氣田Y5井頁巖不同類型的納米級(jí)孔隙Fig.3 Different types of nanopores of shale in Well Y5 of Taiyang shallow shale gas field

圖4 太陽淺層頁巖氣田Y5井孔隙度與TOC隨埋深的變化關(guān)系圖Fig.4 Variation of porosity and TOC with burial depth in Well Y5 of Taiyang shallow shale gas field

總含氣量主要分布在1.79~11.51 m3/t 之間，平均值為4.30 m3/t。縱向上，總含氣量總體呈現(xiàn)隨深度增加而增大的趨勢(shì)，與TOC在縱向上的分布趨勢(shì)一致。其中，龍一1 4小層總含氣量最低，平均值為2.30 m3/t；其次是龍一1 3小層，平均值為3.90 m3/t；龍小層和五峰組總含氣量接近，平均值分別為4.50 m3/t和4.90 m3/t；龍一11小層總含氣量最高，平均值為6.0 m3/t。甲烷等溫吸附實(shí)驗(yàn)測(cè)得五峰組—龍一段頁巖平均吸附氣量達(dá)1.92 m3/t，證明了淺層頁巖氣中的吸附氣占比較大（表2）。

表2 太陽淺層頁巖氣田五峰組—龍一段頁巖等溫吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Isothermal adsorption experimental results of shale of Wufeng Formation-Longmaxi Member 1 in Taiyang shallow shale gas field

3.3 構(gòu)造改造弱，三維封存箱體系完整

太陽構(gòu)造于加里東末期形成，印支期受南北向擠壓形成近東西走向的背斜，燕山期持續(xù)性的南北向擠壓疊加喜馬拉雅期擠壓走滑，形成的近南北向壓扭性走滑斷層將早期近東西向復(fù)背斜分割成兩塊，但未破壞背斜構(gòu)造形態(tài)［1］。切頂?shù)淖呋?逆沖斷層仍保持?jǐn)D壓性質(zhì)，加上斷層兩側(cè)為頁巖與致密石灰?guī)r或龍一2亞段頁巖緊密接觸，側(cè)向封閉性良好，三維封存箱體系保存良好，頁巖層連續(xù)富含氣。

太陽氣田目的層的頂板龍一2亞段、龍二段及石牛欄組保留完整。其中直接頂板龍一2亞段頁巖孔隙度平均值為2.8%~3.6%，滲透率平均值為7.7×10-8μm2，突破壓力介于17~31 MPa；底板寶塔組瘤狀灰?guī)r與目的層頁巖整合接觸，孔隙度和滲透率平均值分別為1.6%和1.7×10-9μm2［17-18］。頂?shù)装宓目紫抖群蜐B透率值較小，突破壓力大，均表明頂?shù)装宸舛滦阅芰己茫▓D5）。

圖5 太陽淺層頁巖氣田三維封存箱體系模式圖Fig.5 Occurrence pattern of three-dimensional sealed box system of Taiyang shallow shale gas field

氣田目的層頁巖主要發(fā)育中孔級(jí)別的有機(jī)質(zhì)納米孔隙并吸附大量頁巖氣，吸附氣占據(jù)了部分孔隙空間和喉道空間，相應(yīng)地降低了孔隙、喉道大小和孔隙連通性，限制了頁巖氣在納米級(jí)孔隙中的運(yùn)移，增強(qiáng)了頁巖儲(chǔ)層的自封閉性。

綜上所述，縱向封堵性能良好的頂?shù)装?側(cè)向封閉性逆斷層+頁巖自封閉性構(gòu)建的三維封閉箱體系為頁巖氣的有效保存提供了良好條件，加上太陽背斜區(qū)抬升剝蝕的開始時(shí)間相對(duì)較晚（在32~25 Ma左右），快速抬升剝蝕的開始時(shí)間在5 Ma以后，含氣層段上覆地層殘余厚度大多在500 m 左右，頁巖氣向上快速擴(kuò)散的時(shí)間短，因此仍有大量頁巖氣得到有效富集和保存，地層壓力保持微超壓狀態(tài)（壓力系數(shù)為1.1~1.6）。

3.4 可壓裂性好，易于人工造縫

太陽淺層氣田五峰組—龍一1亞段頁巖硅質(zhì)礦物含量介于7%~70%，平均值為40.3%，以石英為主，發(fā)育少量長(zhǎng)石（圖6a）。碳酸鹽礦物含量平均值為28.8%，以方解石為主。黏土礦物含量平均值為27.1%，以伊利石（平均占比53.9%）和伊蒙混層（平均占比33.8%）為主，含少量綠泥石（平均占比11.8%），幾乎不含高嶺石和蒙脫石（圖6b）。五峰組—龍一1亞段脆性礦物含量平均值在60%以上，頁巖脆性礦物含量具有向下增大的特征。同時(shí)，水平應(yīng)力差具隨埋深增加而增大的特點(diǎn)，背斜構(gòu)造高部位水平應(yīng)力差較?。?.1~17.6 MPa），楊氏模量和泊松比平均值分別為29.6 GPa 和0.164。淺層頁巖氣儲(chǔ)層脆性指數(shù)高，兩向水平應(yīng)力差小，而且背斜構(gòu)造部位的頁巖處于擠壓背斜構(gòu)造應(yīng)力中和面之上，張性網(wǎng)狀微裂縫發(fā)育，易于被水力體積壓裂改造［3］。

圖6 太陽淺層頁巖氣田YZ137井五峰組—龍馬溪組頁巖礦物含量條形圖Fig.6 Mineral content bar chart of shale of Wufeng Formation-Longmaxi Formation in Well YZ137 of Taiyang shallow shale gas field

4 盆外山地淺層頁巖氣成藏賦存規(guī)律認(rèn)識(shí)與勘探開發(fā)實(shí)踐創(chuàng)新

4.1 理論認(rèn)識(shí)創(chuàng)新和勘探思路轉(zhuǎn)變是勘探突破的關(guān)鍵

基于三維封閉箱體系是淺層頁巖氣成藏富集的關(guān)鍵因素這一地質(zhì)認(rèn)識(shí)，建立了山地淺層頁巖氣富集模式（圖7）：①縱向上頂板和底板致密泥灰?guī)r比非常規(guī)頁巖目的層更為致密，封蓋性、封堵性良好；②頁巖生烴作用和成巖演化過程中形成的有機(jī)質(zhì)孔以孔徑為2~50 nm 的介孔（中孔）為主，毛細(xì)凝聚現(xiàn)象表明介孔對(duì)甲烷的吸附能力與自封閉能力強(qiáng)，頁巖的自封閉性與平面分布的連續(xù)性是淺層頁巖氣賦存和連續(xù)含氣的核心要素；③長(zhǎng)期處于擠壓狀態(tài)以及伴隨著喜馬拉雅期壓扭走滑的壓扭性斷層兩盤由頁巖與致密層巖性對(duì)接匹配，使得其側(cè)向封閉性好；④喜馬拉雅中晚期快速的構(gòu)造隆升、剝蝕卸壓與滑移作用，導(dǎo)致頁巖水平紋層縫、水平縫的橫向滲透性大大改善，相鄰的深坳陷與背斜構(gòu)造間的垂深差明顯加大，緊鄰構(gòu)造的坳陷深部向斜區(qū)的頁巖氣極易沿層理縫、水平縫短距離滲透運(yùn)移至背斜部位聚集，從而補(bǔ)充淺層頁巖地史過程中已逸散的游離氣，從而實(shí)現(xiàn)頁巖氣藏保持相對(duì)的動(dòng)態(tài)平衡。

圖7 太陽淺層頁巖氣田三維封存箱體系富集成藏模式Fig.7 Accumulation pattern of three-dimensional sealed box system of Taiyang shallow shale gas field

研究表明，山地頁巖氣富集與保存明顯受頁巖埋深、地層改造變形程度（地層傾角）及剝蝕強(qiáng)度與流體勢(shì)協(xié)同控制，含氣量與地層產(chǎn)狀、剝蝕量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系［19］。頁巖水平滲透率遠(yuǎn)大于垂直滲透率（4~18 倍），水平層理、平行層理越發(fā)育，橫向滲透率越大。在傾斜的頁巖層中，頁巖氣可沿層理發(fā)生短距離滲流并向低勢(shì)區(qū)運(yùn)移聚集，低勢(shì)的背斜構(gòu)造封閉區(qū)是頁巖氣運(yùn)移聚集的指向區(qū)。也就是說，抬升剝蝕晚、正負(fù)向構(gòu)造幅度差大、斜坡傾角大、背斜頂部平緩、低勢(shì)區(qū)持續(xù)封閉性和頁巖自封閉性，是山地淺層頁巖氣有效賦存的主要因素，因此臨洼的太陽背斜構(gòu)造有利于頁巖氣匯聚富集與賦存。上述淺層頁巖氣富集保存地質(zhì)理論的創(chuàng)新，打破了研究區(qū)淺層頁巖氣保存條件不佳和頁巖氣完全型“自生自儲(chǔ)”的固有認(rèn)識(shí)束縛，推動(dòng)了勘探思路的轉(zhuǎn)變，有效指導(dǎo)了太陽淺層頁巖氣的勘探評(píng)價(jià)。

基于太陽淺層頁巖氣的勘探實(shí)踐，系統(tǒng)總結(jié)了盆外山地淺層頁巖氣富集高產(chǎn)規(guī)律以及成藏賦存模式，提出了“多元因素耦合作用”富集高產(chǎn)規(guī)律認(rèn)識(shí)：①早期沉積環(huán)境與深埋生烴作用之間的耦合為頁巖氣生成提供物質(zhì)基礎(chǔ)。五峰組—龍一1亞段以局限性滯留深水陸棚沉積為主，強(qiáng)還原環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)大量富集，為頁巖氣的形成提供生烴物質(zhì)基礎(chǔ)［20-21］；深埋使富碳頁巖逐漸向過成熟演化，生成大量干酪根降解氣和液態(tài)烴裂解氣。②生烴作用與成巖作用的耦合形成優(yōu)越的儲(chǔ)集條件。生烴過程發(fā)育大量有機(jī)質(zhì)孔隙，為游離氣和吸附氣提供賦存的主要場(chǎng)所［22-23］。早期的壓實(shí)作用雖然使得原生粒間孔快速減少，但脆性礦物接觸更加緊密，對(duì)生烴作用生成的有機(jī)質(zhì)孔隙以及溶蝕作用和礦物轉(zhuǎn)化過程中形成的次生孔隙起到很好的支撐保護(hù)作用［24-25］。③沉積-成巖-構(gòu)造演化三因素耦合塑造較好的保存條件。沉積環(huán)境決定區(qū)域上較厚、封堵性能良好的頂?shù)装灏l(fā)育，成巖作用使得目的層頁巖具備較好的自封閉性，構(gòu)造作用使頂板得以保存，并發(fā)育側(cè)向封堵性能較好的逆斷層控制了太陽背斜區(qū)淺層頁巖氣邊界，三者共同塑造的三維封存箱有效地減緩了頁巖氣散失的速度，為頁巖氣賦存提供了很好的保存條件。

4.2 一體化地質(zhì)工程技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用是淺層頁巖氣高效勘探開發(fā)的保障

太陽背斜區(qū)淺層頁巖氣具備低壓、低產(chǎn)的“兩低”生產(chǎn)特征，為了降低成本實(shí)現(xiàn)高效勘探開發(fā)，浙江油田公司創(chuàng)新形成了淺層頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)系列［26-29］：

（1）高密度、高精度、高品質(zhì)的山地淺層頁巖氣三維地震節(jié)點(diǎn)采集+同源同波場(chǎng)光纖井地聯(lián)采與井驅(qū)“三高”（高保真去噪、高分辨率寬頻處理、高精度真地表）各向異性疊前深度域精細(xì)處理，提高了對(duì)淺層頁巖氣微構(gòu)造、微裂縫帶和頁巖儲(chǔ)層屬性的識(shí)別能力［5］，采集施工日效提升2倍，地震資料主頻提升10 Hz以上，頻帶拓展5~10 Hz，深度偏移誤差在0.3%內(nèi)。

（2）通過建立井震互動(dòng)約束、迭代更新的以構(gòu)造地質(zhì)、儲(chǔ)層屬性、天然裂縫、地質(zhì)力學(xué)模型成果為基礎(chǔ)的頁巖甜點(diǎn)/鉆井靶體評(píng)價(jià)，創(chuàng)新形成了以井工程人造氣藏最大化和縫儲(chǔ)儲(chǔ)量最優(yōu)化為核心的淺層頁巖氣產(chǎn)能導(dǎo)向高效布井技術(shù)［29］，實(shí)現(xiàn)了人造頁巖氣藏有效控制的提產(chǎn)提質(zhì)提效目的，同時(shí)降低了工程實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)。

（3）以平臺(tái)為核心的地震地質(zhì)井驅(qū)迭代處理與動(dòng)態(tài)校驗(yàn)解釋為基礎(chǔ)，創(chuàng)新形成了水平井鉆井地震地質(zhì)導(dǎo)向?qū)崟r(shí)跟蹤和靶體目標(biāo)控制技術(shù)。通過動(dòng)態(tài)的鉆頭擬合地質(zhì)定位、地震地質(zhì)靶體逐點(diǎn)引導(dǎo)鉆進(jìn)和工程風(fēng)險(xiǎn)地震預(yù)測(cè)，克服了復(fù)雜山地頁巖氣區(qū)塊小斷層多、地層傾角變化快和微幅度構(gòu)造發(fā)育等難題，提前預(yù)警、規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)時(shí)有效處置異常，提高了目的層鉆遇率和井筒完整性。

（4）以車載工程鉆高效鉆一開地質(zhì)復(fù)雜淺表層、跟管導(dǎo)管鉆井防表層漏塌、倒裝鉆具鉆高水垂比的超淺層水平井、“強(qiáng)疏水強(qiáng)封堵極壓潤(rùn)”超雙疏+有機(jī)鹽兩類水基泥漿提速降本保清潔、國(guó)產(chǎn)近鉆頭高效地質(zhì)導(dǎo)向工具、漂浮下套管為核心的淺層頁巖氣高效優(yōu)快鉆井技術(shù)，縮短了鉆井周期，大幅度提高了鉆井效率，有效規(guī)避了垮塌、漏失和卡鉆等風(fēng)險(xiǎn)，極大地降低了鉆井成本和安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

（5）創(chuàng)新形成了密閉保壓取心工藝和含氣量測(cè)定技術(shù)，不僅可以較為準(zhǔn)確地獲取游離氣含量和吸附氣含量，而且能夠測(cè)試地層條件下頁巖孔隙度和含氣飽和度等關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)于明確儲(chǔ)層特征、深化儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)以及精確求取儲(chǔ)量具有重要意義，有望開辟密度體積法計(jì)算頁巖氣儲(chǔ)量的新路子。

（6）以“三品質(zhì)”一體化評(píng)價(jià)的“同巖層、性相似”原則分簇定段導(dǎo)向?yàn)榛A(chǔ)，創(chuàng)新形成以大段多簇+小簇間距密切割+大排量強(qiáng)砂控液+全程滑溜水+低強(qiáng)度的石英砂+暫堵轉(zhuǎn)向壓裂為核心的淺層頁巖氣水平井分段體積壓裂技術(shù)，增加了人工裂縫改造范圍，大幅度降低了長(zhǎng)縫壓竄和套變風(fēng)險(xiǎn)，既有效提高了淺層頁巖氣產(chǎn)量又減少了壓裂成本［27］。

（7）針對(duì)淺層頁巖氣井壓力低、敏感性強(qiáng)、易吐砂和水淹斷氣風(fēng)險(xiǎn)大的特殊性，充分利用地層自身能量保障連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，實(shí)施以守住裂縫閉合壓力底線、挺起提高氣相滲透率旗幟和提高單位壓降產(chǎn)氣量、控制壓降速率、確保氣脈連綿平穩(wěn)生產(chǎn)為核心的“連續(xù)、控壓、緩慢”淺層頁巖氣精細(xì)控壓排采技術(shù)，提高了壓裂井段裂縫動(dòng)用面積，延長(zhǎng)了頁巖氣井產(chǎn)氣壽命。

綜上所述，經(jīng)濟(jì)實(shí)用有效的工程技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐降低了勘探開發(fā)成本，提高了淺層頁巖氣開發(fā)效益。

5 啟 示

基于太陽淺層頁巖氣田探明與評(píng)價(jià)實(shí)踐，集成復(fù)雜構(gòu)造區(qū)山地淺層頁巖氣“多元因素耦合作用”富集高產(chǎn)的地質(zhì)理論和配套的工程技術(shù)，深化頁巖自封閉性和三維封閉箱體系賦存作用的認(rèn)識(shí)，拓展并豐富了頁巖氣地質(zhì)勘探理論；突破南方復(fù)雜構(gòu)造區(qū)淺層氣勘探禁區(qū)，建成國(guó)內(nèi)首個(gè)淺層頁巖氣田，創(chuàng)新形成了經(jīng)濟(jì)有效的一體化地質(zhì)工程技術(shù)［28］，彰顯了淺層頁巖氣商業(yè)化開發(fā)示范引領(lǐng)作用。

在四川盆地以外的中國(guó)南方復(fù)雜構(gòu)造區(qū)，古生界海相淺層頁巖氣具有較好的資源勘探潛力，是實(shí)現(xiàn)海相頁巖氣勘探突破的現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域。目前在川南筠連南、貴州習(xí)水、重慶黔江、湖北宜昌等復(fù)雜構(gòu)造區(qū)，已鉆井揭示了2 000 m 以淺的頁巖氣顯示和頁巖氣流［3］，預(yù)示南方淺層頁巖氣勘探大有可為。