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【图文】中国页岩气勘探评价若干问题

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图文 中国 页岩 勘探 评价 若干问题
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基金项目:国家科技重大专项“页岩气勘探开发关键技术— — —南方海相页岩气开采试验” (编号: 2 0 1 2 Z X 0 5 0 1 8 - 0 0 6 ) 。作者简介:王世谦, 1 9 6 3年生,教授级高级工程师,硕士;目前主要从事非常规油气地质综合评价研究工作。地址: ( 6 1 0 0 5 1 )四川省成都市府青路一段1号。 E - m a i l : w s q - 6 1 8 @ p e t r o c h i n a .c o m .c 0 1 3,3 3(1 2):1 3 - 2 9 页岩油气开采被认为是自石油发现以来最重要的能源开发,是过去半个世纪以来油气工业界在油气地质与工程方面所取得的最激动人心的技术成就。页岩油气的商业开采带来了一场世界性的革命,并已迅速波及国内,形成一股全民热潮。然而,无论从哪个角度来分析,要取得北美地区页岩气的成功都还有很长的艰难道路要走。自2 0 0 9年开始页岩气钻探以来,中石油、中石化和壳牌中国在四川盆地下古生界海相页岩气勘探方面取得了重要进展,中国也由此成为除北美地区之外唯一一个接入管网开始页岩气商业生产的国家。尽管目前国内的页岩气产量对整个天然气生产的贡献尚微不足道,但这毕竟是一个良好的开端。通过对国内近年来页岩气勘探现状的分析,以及对页岩气热潮的冷静思考,揭示了目前页岩气勘探与评价认识中存在的种种问题,指出在陆相页岩气和南方构造复杂区海相页岩气的勘探方面,以及在页岩气资源的评价认识与发展规划的制定方面,需要做更潜心、认真的研究与科学思考,既要重视页岩气发展的机遇,更要防范页岩气开采中的巨大风险。关键词 中国 页岩气 勘探开发 陆相 海相 含气页岩 商业开采 四川盆地D O I:1 0 8 7/j .i s s n 0 0 - 0 9 7 6 1 3 3a n g S h i q i a n( 0 0 5 A T U R . G A S I N D . V O L U M E 3 3 , I S S U E 1 2 , p p - 2 9 , 1 2 / 2 5 / 2 0 1 3 . ( I S S N 1 0 0 0 - 0 9 7 6 ; I n C h i n e s e )S h a l e g a s & o i l h a s b e e n t a p p e d a s o n e o f t h e m o s t i m p o r t a n t u n c o n v e n t i o n a l h y d r o c a r b o n r e s o u r c e s s i n c e t h e d i s c o v e r y o fp e t r o l e u m , a n d i t s e x p l o r a t i o n a n d d e v e l o p m e n t h a s b e e n o n e o f t h e m o s t i n s p i r i n g t e c h n i c a l a c h i e v e m e n t s i n p e t r o l e u m g e o l o g y a n de n g i n e e r i n g d u r i n g t h e p a s t h a l f c e n t u r y . I n p a r t i c u l a r , t h e c o m m e r c i a l e x t r a c t i o n o f s h a l e o i l & g a s i n N o r t h A m e r i c a h a s b r o u g h t aw o r l d w i d e e n e r g y r e v o l u t i o n , w h i c h i s q u i c k l y s p r e a d i n g t o C h i n a , r e s u l t i n g i n a n a t i o n w i d e s h a l e g a s r u s h . H o w e v e r , t h e d i s c u s s i o nf r o m a n y a n g l e s h o w s t h a t i t w i l l b e a l o n g a n d t o u g h r o a d f o r w h a t e v e r c o u n t r y t o d u p l i c a t e t h e s h a l e g a s s u c c e s s i n N o r t h A m e r i c a .S i n c e C h i n a s h a l e g a s e x p l o r a t i o n s t a r t e d i n 2 0 0 9 , P e t r o C h i n a , S i n o p e c a n d S h e l l C h i n a h a v e m a d e m a j o r a c h i e v e m e n t s i n t h e e x p l o -r a t i o n o f t h e L o w e r P a l e o z o i c m a r i n e s h a l e g a s i n t h e S i c h u a n B a s i n , w h i c h h a s m a d e C h i n a t h e o n l y n a t i o n t h a t h a s r e g i s t e r e d c o m -m e r c i a l l y v i a b l e p r o d u c t i o n o f s h a l e g a s t h r o u g h p i p e l i n e s o u t s i d e o f N o r t h A m e r i c a . A l t h o u g h t h e e x t r a c t e d s h a l e g a s a t p r e s e n t i so n l y a d r o p i n t h e b u c k e t o f C h i n a ' s t o t a l n a t u r a l g a s p r o d u c t i o n , i t w o u l d b e a g o o d s t a r t . T h e r e f o r e , t h r o u g h t h e a n a l y s i s o f t h e s t a -t u s q u o o f s h a l e g a s e x p l o r a t i o n a n d t h e r e f l e c t i o n o n t h e g r e a t s h a l e g a s r u s h i n r e c e n t y e a r s , t h i s p a p e r d i s c l o s e s a l l k i n d s o f i s s u e si n s h a l e g a s e x p l o r a t i o n a n d a p p r a i s a l . I t a l s o s u g g e s t s t h a t f u r t h e r s t u d i e s s h o u l d b e m a d e i n t h e a s p e c t s o f t e r r e s t r i a l a n d m a r i n es h a l e g a s e x p l o r a t i o n i n c o m p l e x g e o l o g i c a l s e t t i n g s i n S o u t h C h i n a , a n d m o r e s c i e n t i f i c s t u d i e s o n a n d s e r i o u s t h i n k i n g o v e r t h e a s -s e s s m e n t o f s h a l e g a s r e s o u r c e s a n d d e v e l o p m e n t p l a n n i n g . N o t o n l y s h o u l d i m p o r t a n c e b e a t t a c h e d t o s h a l e g a s d e v e l o p m e n t o p p o r -t u n i t i e s , b u t t h e e x t r e m e l y h i g h r i s k s s h o u l d b e m i t i g a t e d i n s h a l e g a s e x p l o i t a t i o n C h i n a , s h a l e g a s , e x p l o r a t i o n & d e v e l o p m e n t , t e r r e s t r i a l s h a l e , m a r i n e s h a l e , g a s s h a l e , c o m m e r c i a l e x t r a c t i o n , o p p o r -t u n i t y a n d r i s k , S i c h u a n B a s i n·1·第3 3卷第1 2期 地 质 勘 探 近几年来,在北美地区“页岩气革命”巨大成功的影响下,国内掀起了页岩气开采热潮。从把页岩气设立为独立新矿种、发布全国页岩气资源潜力调查评价成果和页岩气“十二五”发展规划、启动两轮面向社会各类投资主体的页岩气矿权招标,到出台页岩气开发利用补贴政策,甚至将页岩气勘探开发列入政府工作报告中,国内对复制北美页岩气革命成功的渴望、对页岩气勘探开发的重视程度与支持力度可见一斑。除了石化、煤电企业外,许多来自传统地质矿产、设备制造和金融投资业界的各类国企、外企以及民企也积极地参与到页岩气开采这股热潮中,而且具有中国特色的页岩气研发机构、开发公司、实验室、技术委员会甚至地方政府设立的各种页岩气组织机构也应运而生。然而,从近年来见之于网络、报刊、电视等各大媒体上报道的有关页岩气的各种新闻、各级部门发展规划、发表的页岩气文章,甚至从“页岩气开发利用补贴政策” [ 1 ]中都不难看出,目前国内对“页岩气”这一非常规油气勘探新领域尚存在不少的认识误区。近年来由政府有关部门制定的、有利于促进国内页岩气产业发展的相关政策、规划和举措都已陆续出台,并投入了上百亿元人民币的巨资开始大规模勘探。但令人遗憾的是,关于页岩气究竟是“馅饼”还是“陷阱”的争论却不时见诸报端[ 2 - 4 ] 。尽管目前对页岩气勘探开发效果进行评论还言之过早,毕竟才刚刚起步,但具体实施过程中所遭遇的种种勘探技术问题与实际困难却已初露端倪[ 5 - 7 ] 。自2 0 0 7年开始涉足页岩气以来,笔者在一些专业技术会议上曾陆续提出过对国内页岩气存在问题与勘探风险的看法与认识[ 8 - 1 0 ] 。明确指出,在页岩气资源勘探潜力、含气页岩储层评价等诸多地质认识尚不清楚,分析实验、评价研究等基础工作也不深入的情况下,盲目而大规模地推动各行各业都来参与的页岩气开采热潮,其间隐藏的勘探与投资风险有可能会造成社会资源的巨大浪费。通过对国内近年来页岩气勘探实际情况的初步追踪分析,以及对国内页岩气热潮的冷静思考,深感有必要将这些想法汇集成文,从技术的角度来分析国内页岩气热潮中存在的一些问题,并揭示国内页岩气勘探的机遇与风险之所在,以飨读者。1 页岩气勘探中的若干问题据不完全统计[ 1 1 - 1 2 ] ,从2 0 0 8年中国石油勘探开发研究院在四川盆地长宁构造上钻探国内第一口页岩气地质调查井以来[ 1 3 ] ,中石油、中石化和延长石油等多家油气公司、相关部委及地方相关部门已累计钻探约1 3 0口页岩气井,其中勘探评价井约1 0 0口(水平井近3 0口) ,其余为地质调查取心浅井, 2 0 1 2年页岩气产量约为3 0 0 0 × 1 0 4 m 3 。国内页岩气勘探工作主要集中在国家发展和改革委员会和国家能源局设立的四川长宁—威远、滇黔北昭通和延安等3个国家级页岩气示范区以及中石化设立的“涪陵大安寨页岩(油)气示范区” 。从公开报道的国内页岩气勘探进展情况来看,除中石油和中石化分别在长宁—威远和涪陵地区的海相页岩气勘探中取得了实质性进展并已开始小规模商业生产外,许多页岩气勘探成果实际上仅停留在“点火成功” “产出了页岩气流”这类既无稳定测试成果更无长时间试生产数据的所谓“成功”和“突破”上。近几年来,国内的页岩气勘探成果似乎还仅仅是在证实“页岩气有无”这一被过去常规油气勘探早已证实了的事实。以四川盆地为例,早在2 0世纪六七十年代即在威远(威5井) 、九奎山(阳6 3井)和圣灯山(隆3 2井)等构造的天然气勘探过程中,于下古生界黑色页岩中获得过0 1 0 4 ~ 2 1 0 4 m 3 / 1 4 ] 。仅威5井下寒武统筇竹寺组页岩2 1 0 4 m 3 / 0 0 段大型水力压裂后的测试产量要高。更何况国内外一直就有将泥页岩中残留的油气作为裂缝性油气藏勘探的悠久历史[ 1 5 - 1 8 ] 。而北美地区2 1世纪以来取得的页岩气革命成功则完全得益于水平井钻探及水力压裂技术的突破与大面积推广应用,从而可以大规模、高产量、低成本、经济有效地开采出泥页岩中的油气[ 1 9 - 2 0 ] 。因此,页岩气勘探不应以“页岩气是否存在”作为目的与标准,而应该把通过水平井钻探与多级压裂这些先进的技术与工艺能否从泥页岩中大规模采出页岩气以及通过先导性试验能否经济有效地商业化开采页岩气,作为页岩气勘探的目的和成功与否的检验标准。然而,令人遗憾的是,国内近几年来在一些地区、一些层系中的页岩气勘探很难用取得了“成功”或“突破”来评价。一些直井压裂后无产量或产微气(多被称之为“点火成功” ) ,水平井压裂后还不如直井的压裂效果,甚至一些从碳酸盐岩或砂泥岩混层中产出的页岩气也统统被冠以“页岩气”而作为重要的页岩气勘探成果。这不仅混淆了页岩气的概念,更重要的是给社会造成了国内页岩气已取得了全面成功或突破的假象,从而掩盖了页岩气勘探可能面临巨大风险的真相。下面根据各类媒体上公布的一些页岩气信息资料,对国内页岩气勘探中存在的一些问题做出评述。相页岩气勘探目前,国内在陆相地层中开展的页岩气勘探主要·2· 天 然 气 工 业 2 0 1 3年1 2月集中在鄂尔多斯盆地上三叠统延长组和四川盆地侏罗系自流井组及上三叠统须家河组。此外,在渤海湾、泌阳等东部断陷盆地的古近系陆相地层中也开展了页岩油气勘探。尽管一些陆相页岩气勘探被赞誉为获得了“成功”或“突破” ,甚至被冠之以名目繁多的“第一” ,但背后的事实却是: ①页岩气测试产量达不到工业气流标准; ②水平井压裂效果不如直井; ③致密碳酸盐岩气或致密砂岩气被混淆为页岩气。从专业的角度来看,国内陆相页岩气勘探实难言之已取得了“成功”或“突破” ,反倒是存在的问题甚多。1 1 水平井效果还不如直井,湖相页岩气勘探难言“突破”在某国家级陆相页岩气示范区内(面积4 0 0 0k m 2 ) ,自2 0 1 1年启动第一口井钻探以来,迄今已钻探了3 0口页岩气井,其中压裂了2 3口井,获得了据称是“国内第一,乃至世界第一的陆相页岩气勘探突破” ,并证实了“我国陆相页岩气的存在” ,有力地回应了外国专家“中国陆相页岩基本没有找到页岩气的潜力和希望”的断言[ 2 1 ] 。然而,从已公布的压裂测试成果来看,这些井深分布在1 5 0 0 0 0 ~ 2 5 0 0 m 3 / d [ 2 2 ] ,连工业气井的标准都达不到。尽管该示范区内已钻探了多口水平井,但据称水平井的效果并不比直井好,产量偏低且成本偏高[ 2 3 ] 。由此看来,目前对这套陆相页岩层段的勘探基本情况是:直井产量低,达不到工业气井标准,而水平井压裂效果差。显然,这很难用“取得了中国乃至世界陆相页岩气勘探突破[ 2 4 ] ”来评价。如果分析一下延长组长7段的矿物组成特征,其石英含量平均仅占2 8 % ,而黏土矿物含量却高达4 2 % [ 2 5 ] ,很难说这是一套有利于开展水平井压裂的陆相页岩气层,其页岩气勘探潜力存疑。再来简单谈谈北美陆相页岩气的勘探情况。众所周知,目前北美地区商业开采的页岩气基本都来自海相地层。这可能也是延长组中产出一点页岩气后即被封为“乃至世界第一”的缘故。但据笔者查询到的不完全资料[ 2 6 - 2 7 ] ,早在2 0 0 8年,加拿大一家油气公司就已在陆相地层开展过页岩气勘探工作,而且直井压裂还获得过高产页岩气。据报道, C o r r i d o 0 8 — 2 0 0 9年间在加拿大东部沿海新不伦瑞克省E l -g i 0 0 r e d e r i c kB r o o 口直井,其中M c C u l l y F 井产气1 × 1 0 4 m 3 / d , G r e e n R o a d G - 4 1井在下部层段(井深2 0 0 0 ~ 2 0 5 0 m )产气1 × 1 0 4 m 3 / d ,上部层段(井深1 8 5 0 ~ 1 9 0 0 m )最高产气量为3 3 ×1 0 4 m 3 / d ,稳产8 1 0 4 m 3 / d 。由此,根据这1 0口直井的钻探结果估算F r e d e r i c k B r o o 9 × 1 0 1 2 m 3 。此后, A p a c h C o r r i d o 2 0 1 0 — 2 0 1 1年3月间钻探并压裂了4口水平井,其中只有一口水平井测试产气1 1 0 0 m 3 / d ,其余3口水平井仅产微量气流,均未获得理想的商业效果。 2 0 1 1年5月底A -p a c h 2 8 ] 。仅从C o r r i d o 美陆相页岩气勘探早已有之,只不过初步勘探的结果同样也是“水平井效果不如直井” 。由此可知,陆相页岩气也并不是“有无”或者能否“找到”的问题,而是能否像海相页岩气那样采用水平井压裂技术也可以大规模商业开发的问题。这一问题尚需进一步的勘探实践来回答。在寻找到针对陆相页岩气行之有效的勘探开发技术之前,笔者对陆相页岩气的勘探潜力不抱乐观态度。1 2 到底是“页岩气”还是“碳酸盐岩致密气”四川盆地侏罗系自流井组大安寨段( J 1东岳庙段( J 1d)均为一套泥页岩与介壳灰岩间互的湖相沉积。过去在对大安寨段介壳灰岩油气藏的勘探开发中,即已证实裂缝性泥页岩油气藏的存在[ 2 9 ] 。近年来,在鄂西建南区块以及四川盆地北部的元坝区块和东部的涪陵区块,陆续开展了对侏罗系这两套湖相地层的页岩油气勘探工作。目前被广泛报道为国内陆相页岩气产量之最的元坝2 1井( J 1规射孔测试产气5 0 1 0 4 m 3 / d ) ,以及被作为“取得湖相页岩气突破”的兴隆1 0 1井( J 1 × 1 0 4m 3 / d 、油5 4 m 3 / d )和福石1井( J 1 × 1 0 4 m 3 / d 、油3 8 m 3 / d ) ,据笔者2 0 1 2年9月在宜宾长宁县召开的国家科技部“ 9 7 3 ”非常规油气调研会议上了解到的信息,这几口未经水力压裂即可高产的直井实际上是从大安寨段上部的大一层介壳灰岩中产出的碳酸盐岩“致密油气” [ 3 0 ] ,而非从其中部的大一三层泥页岩段中产出的“页岩油气” 。需要说明的是,这种从介壳灰岩或砂岩直井中产出高产油气流的现象,在以前四川盆地中部和北部地区的侏罗系油气勘探中并不鲜见。真正在大一三层或东岳庙段泥页岩段中勘探页岩油气的初步结果,无论是早期的直井还是后期的水平井压裂,实际上都并没有那么令人振奋,特别是水平井的压裂效果并不理想。这也似乎成为陆相页岩气勘探的一个致命问题。例如,建南区块内的建1 1 1井曾在井深仅6 1 0 ~ 6 4 0 ·第3 3卷第1 2期 地 质 勘 探 2 3 0 0 m 3 / d ,其后钻探的建页H F - 1 、 H F - 2两口水平井,水平段长度在1 0 0 0 别开展了7段和1 0段压裂,前者获气约1 1 0 4 m 3 / d [ 3 1 ] ,后者仅“点火成功” 。涪陵区块内井深3 5 7 0 m 、水平段长1 1 4 3 - 1井[ 3 2 ]曾在2 0 1 2年大规模酸压改造后,日产气0 1 0 4 m 3 。 2 0 1 3年5月又动用1 9台2 0 0 0型以上压裂车开展了1 0段加砂压裂,总液量达1 ×1 0 4 m 3 ,加砂4 8 6 m 3 ,但也只是取得了“点火成功” (焰高1 ~ 2 m ) 。四川盆地及其周边地区湖相页岩油气的初步勘探成果由此可见一斑。1 3 究竟是“页岩气”还是“致密砂岩气”四川盆地上三叠统为一套河湖相砂泥岩间互沉积的煤系地层。长期以来,油气勘探主要是以上三叠统须家河组(香溪群)二、四、六段中的砂岩为目的层,开采致密砂岩气。随着勘探的深入,近年来也发现了以泥页岩为主的三、五段中致密砂岩气的勘探潜力,甚至受页岩气开采热潮的影响,也开始针对分布于其中的泥页岩勘探页岩气。由于该套煤系地层中的泥页岩主要沉积在水体较浅的滨浅湖相带,砂、泥岩频繁交互,纵向上很难找到像下古生界海相地层那样稳定分布的高伽马值富有机质泥页岩层段。须三段、须五段中砂泥岩的频繁交互,导致泥页岩中生成的油气极易向其上、下砂岩输导层中运移、排驱(图1 - b ) ,从而具有极佳的排烃条件,而有利的油气输导条件势必会降低须三段、须五段这两套地层中页岩气勘探的潜力。图1 泥页岩生排烃3种模式示意图(据本文参考文献[ 3 3 ]改编)注: a b c 存在泥岩与砂岩混合测试产气而被算作“页岩气”的现象,也同样存在如前所述水平井效果不佳的普遍情况。例如,据中国石化新闻网的消息报道[ 3 4 - 3 5 ] ,井深4 0 7 7m 、水平段长7 9 2 - 1井须五段经7段大型压裂后(与W e a t h e r f o r 用8台2 5 0 0型及4台2 0 0 0型压裂车,砂量4 9 0 m 3 、液量1 ×1 0 4 m 3 ) ,但未获得工业气流。即便是被誉为川西第一口页岩气水平井的新页H F - 2井,经过1 0段多级滑套分段加砂压裂后,须五段也仅获气3 1 0 4 m 3 / d 。相比之下,川西三台地区须五段中的砂岩直井加砂压裂后即可产气1 0 × 1 0 4 ~ 3 0 × 1 0 4 m 3 / d 。况且,所谓的“页岩气”还可能主要来自于须五下亚段泥岩中普遍所夹的砂岩层。尽管目前在须家河组开展页岩气勘探还仅仅是一个尝试,但初步的勘探结果不得不让人提出这样的质疑:在这套砂多泥少质不纯且油气疏导条件甚佳(如图1 - 煤系地层中开采页岩气是不是一个明智的选择?在须家河组中究竟是开采致密砂岩气还是开采页岩气?这是一个需要认真思考、科学决策的问题。相页岩气勘探国内页岩气勘探首先是从2 0 0 9年底在四川盆地钻探第一口下古生界海相页岩气井(威2 0 1井)开始的。近几年来,国内海相页岩气勘探主要由中石油、中石化及其合作的国际油气公司在四川盆地及其周边的上扬子地区进行钻探评价工作。但经过国家两轮页岩气区块招标后,目前已波及整个中国南方地区,形成了所谓“多元化投资、多类型企业主体参与”的页岩气勘探新格局[ 3 6 ] 。一些地方政府还将页岩气开发利用列入未来5 ~ 1 0年的政府经济发展规划,制定了页岩气及其相关产业发展的战略目标[ 3 7 - 3 8 ] ,并纷纷成立了页岩气调查开发研究院、页岩气勘查开发利用有限公司等名目繁多的专门机构。政府各级部门对页岩气勘探的重视程度以及出台相关扶持政策的力度不可谓不大。然而,如果将近年来南方海相页岩气勘探的进展情况逐一认真梳理分析就不难发现,这一勘探领域中同样隐藏着种种问题与巨大风险。1 1 含油气盆地内海相页岩气勘探根据现代油气地质理论,常规油气勘探寻找的是自烃源岩中运移出去的油气,而页岩气等“资源型”油气勘探( R e s o u r c e P l a y )的对象则是未发生运移而残留下来的油气。因此,在一套泥页岩地层上、下早已有油气藏发现且其中已有大量油气显示的含油气盆地,·4· 天 然 气 工 业 2 0 1 3年1 2月往往是页岩气勘探首选的有利区[ 1 4 ] ,北美地区的各套页岩气藏即是在含油气盆地中发现的[ 3 9 ] 。此外,在图1所示油气生排烃的3种模式中,排烃输导条件不佳的厚层状泥页岩(图1 - a )无疑是勘探页岩油气的最佳选择。这种已大量成熟生烃的厚层状泥页岩,由于排烃不畅,往往会滞留大量的油气(特别是其中部的滞烃带) ,并且一般都以异常高的孔隙度和孔隙流体压力为特征(图2 ) ,而南方沉积盆地中的下古生界海相泥页岩正是具有这些有利于页岩气形成的地质条件,因而成为国内页岩气勘探的首选有利目标。图2 我国南方海相泥页岩生排烃模式与页岩气形成特征示意图从目前国内页岩气勘探的总体情况来看,真正取得了重要进展的领域正是南方海相泥页岩,尤其集中在已有大量油气田(藏)被发现的四川盆地。该盆地(西)南部的威远—长宁区块、富顺—永川区块以及东部的涪陵区块均已有多口上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩水平井产出了高产页岩气流(产气量超过1 0 × 1 0 4 m 3 / d ) ,最高的测试产量近5 0 × 1 0 4 m 3 /d [ 4 0 ] ,而且自2 0 1 0年1 0月以来已接入管线或采用C N 产页岩气正以“涓涓细流”的形式为川渝地区的低碳经济发展作出贡献。尽管南方含油气盆地的海相页岩气勘探取得了初步成果,但在上述区块的页岩气勘探过程中也暴露出页岩气储层非均质性强、高低产气井相间、页岩气投产后压力与产量下降快、钻完井工程难度大而质量不稳定以及勘探成本高等诸多问题(限于篇幅此不赘述) ,同时也还面临着一些非技术性挑战,页岩气勘探的“高技术、高风险、高投入”三高特点显露无余。1 2 构造复杂区海相页岩气勘探在全国页岩气资源潜力调查评价成果[ 4 1 ]以及国家“十二五”页岩气发展规划[ 4 2 ]中,均将整个我国南方地区的海相页岩气作为“十二五”重点勘探开发区,目前已有近2 0家非油气企业通过招标涉足其中。相关部委在重庆、贵州、湖北、湖南设立的这些页岩气招标区块基本上都位于含油气盆地之外的构造复杂地区。在这些构造复杂的强变形断褶区,由于构造挤压变形作用强烈、断裂发育,地质条件十分复杂。构造上多呈现出背斜宽缓而向斜窄陡的隔槽式特征(图3 ) 。从地表条件上看,宽缓背斜区多为平坝,但页岩岩系多被剥蚀或出露地表;窄陡向斜区虽地层保存较全但多为高山深谷。发育深大断裂和上冲断块的构造复杂区,无疑是页岩气勘探的高风险区[ 4 3 ] ,因为在构造复杂区勘探页岩气将面临以下几个主要问题。图3 昭通页岩气勘探区块彝良—镇雄隔槽式构造剖面图注:引自中国石油浙江油田公司2 0 1 0年资料1 2 油气保存条件差,残留页岩气规模小如图1 - 裂系统发育的泥页岩具有极佳的油气输导条件。从油气运移与残留的相互制约关系来看,油气运移通道或输导条件越有利,运移出去的油气量就越多,那么残留下来的油气量则越少,页岩油气勘探的潜力自然就会降低;反之,若泥页岩中生成的大量油气基本都能保存下来而未发生运移或散失,其页岩气勘探潜力自然就大。 2 0 1 1年页岩气年产量已超过著名的B a r n e t 为4 9 0 × 1 0 8 m 3 )而跃居美国第一的H a y n e s v i l l 为6 6 0 × 1 0 8 m 3 ) ,被认为其上部的任何油气层中均未曾发现过来源于H a y n e s v i l l 4 4 ] 。这也意味着H a y n e s v i l l 而使其具有更大的页岩油气勘探潜力。也正是受油气输导与保存条件的制约,目前我国南方海相页岩气勘探除四川盆地之外尚未取得实质性的突破。一些地区(如云南昭通)尽管地下千余米深度处存在较厚的海相富有机质·5·第3 3卷第1 2期 地 质 勘 探 页岩[总有机质含量(于2 % ] ,但不利的保存条件已使页岩气散失殆尽,从而造成页岩气钻探失利[ 4 5 ] 。不可否认,南方海相构造复杂区内保存条件相对较好的地带也能够保存、残留一些页岩气,但页岩气藏的规模已受到极大限制,页岩气勘探的效果自然不甚理想(详见下述) 。1 2 地下地质情况复杂,钻完井工程风险大在南方构造复杂地区勘探页岩气不仅面临着保存条件差而残存页岩气规模小的致命问题,而且更为严重的是在钻井和完井压裂过程中,将会面临地下地质条件复杂所带来的巨大工程风险:小则无法实现地质目标或工程任务,大则导致事故。以渝东南构造复杂区的海相页岩气勘探为例。该地区作为重庆页岩气勘探的主战场,目前已在南川、秀山、黔江、酉阳和彭水等多个区块全面开展页岩气勘探工作。该地区属于四川盆地东南缘断褶带,即大娄山—七曜山—武陵山多条山系交汇的盆缘褶皱山地,地表沟壑纵横、峰峦叠嶂、岩溶发育,断裂构造复杂,地层陡倾甚至倒转,这给页岩气钻井部署与钻探工作带来了极大的挑战。被称之为页岩气“发现井”以及作为页岩气“新矿种”申报依据的渝页1井[ 4 6 ] ,就可能因为钻遇断裂带、地层倾角大而无法钻至中奥陶统宝塔组石灰岩,只好在龙马溪组中终孔(未见底) 。原设计为2 0 0 5 .5 m ,原预计厚度不超过1 4 0 6 4 7 ] 。这口以取心为目的的页岩气地质调查井最终以无法取得龙马溪组页岩层段的厚度以及富有机质页岩的真实厚度等重要地质信息而留下了遗憾。此外,被誉为实现了“复杂构造区海相页岩气的战略突破”的彭水页岩气勘探区块,在钻探初期仅处理表层岩溶造成的漏失就花费了2个月的时间[ 4 8 ] ,彭页H F - 1水平井在井深1 5 4 0 历过1 3次较大的漏失。此外,一些井由于岩溶漏失严重等复杂情况而不得不移孔重钻或侧钻,造成了人力物力的极大浪费,增加了勘探成本。笔者深信,在南方构造复杂区钻探页岩气还将会遭遇更多超乎想象的地质、工程难题与复杂情况。1 2 初步勘探效果不甚理想除中石化外,一些非油气单位如地矿部门及煤电企业也纷纷投入巨资,在渝东南、黔北、黔东南、鄂西、湘西、皖南等南方构造复杂区开展海相页岩气勘探工作。从媒体报道的勘探结果来看,自2 0 1 0年钻探以来,能够达到工业气井标准的屈指可数。许多钻井或因缺失页岩气储层、储层含气性差而未压裂(干井) ,或压裂后无任何效果。有一些钻井压裂后产微气,无稳定测试产量,但多被称之为“点火成功” ,如黄页1 、湘页1 、岑页1 、黔页1井等。即便是报道的一些所谓“点火成功” ,其真实性也令人质疑。据报道[ 4 9 ] , 2 0 1 1年4月某油气资源战略研究中心组织实施的第一口井深超千米的战略调查井— — —岑页1井,经压裂后成功点火,但点出的火苗却更似民用燃气火苗而贻笑大方。若真是取得了成功,至少也该让缺气的黔东南人民早已用上C N 遗憾的是迄今未见进一步的新闻跟踪报道。彭水区块的勘探在彭页H F - 1井经1 2段大型水力压裂获得2 1 0 4 m 3 / 实现C N ,又相继钻探了彭页2 H F 、 3 H F 、 4 H 水平段长度均超过彭页H F - 1井而达到了1 5 0 0 ~ 1 8 0 0 m [ 5 0 ] 。其中,彭页3 H 段,注入压裂液4 3 7 × 1 0 4 m 3 、加砂2 1 0 8 m 3 ,创国内页岩气井压裂施工级数、总液量、加砂量等多项纪录[ 5 1 ] 。但迄今为止,尚未见超过彭页H F - 1井压裂成果的进一步报道。从上述实例分析可知,页岩气勘探绝非是“有页岩就有页岩气,有页岩气就可商业开发”那么简单。在构造挤压变形强烈、构造断裂发育的复杂区进行页岩气勘探,将面临极高的风险,并有可能付出惨痛的教训[ 8 ] 。而选择已有油气田(藏)发现、页岩气资源禀赋高的含油气盆地或坳陷区开展页岩气勘探评价工作,则是取得页岩气勘探成功的关键。2 页岩气选区评价与地质认识问题目前国内的页岩气勘探从海相到湖相,甚至是海陆过渡相、河湖相的煤系地层,大有全面开花之势,似乎是“只要是页岩层即可开采出页岩气” 。然而,近年来的勘探结果却表明,一些陆相地层中的页岩气以及构造复杂地区的海相页岩气,勘探效果并不那么理想。在页岩气勘探中,首先需要搞清楚的是选区选层问题。选择的勘探区块是否是页岩气资源禀赋高的有利区块?选择进行压裂的页岩层段是否是富有机质且适宜于压裂的页岩气储层段?如何通过页岩气地质评价与研究,优选出可供商业开发的页岩层段与有利区(或核心区) ,这关乎页岩气勘探的成功与否。如果在并不适宜于水平井压裂开采的页岩层段或页岩
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本文标题:【图文】中国页岩气勘探评价若干问题
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