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页岩气资源评价方法及评价参数赋值_省略_以中扬子地区五峰组_龙马溪组为例_邱小松

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页岩 资源 评价 方法 参数 赋值 省略 扬子 地区 五峰组 龙马溪组 邱小松
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第41卷第6期 中 国 地 质 , 2014, 2014, 41(6)邱小松,胡明毅,胡忠贵,以中扬子地区五峰组—龙马溪组为例[J]2014, 41(6): et of A of in ]. 2014, 41(6): 20911 引 言页岩气是主体上以吸附态和游离态赋存于泥页岩层系中的天然气。所谓泥页岩层系是指泥页岩及以夹层状产出的粉砂岩或灰岩的组合。页岩气聚集机理复杂,具有自生、自储、自保、储层致密等特点[1],传统的资源评价方法无法准确评价出页岩气资源量。美国的页岩气勘探开发程度较高,资料积累和实践经验丰富,美国地质调查局主要采用体积法、减曲线分析法、生产分析法等动态法进行页岩气资源定量评价[2美国能源信息署(2011年)公布的全球页岩气资源评估结果显示,中国页岩气可采资源量为36×1012名世界第一[5, 6]。中国页岩气资源评价尚处于探索阶段,缺乏资料积累和实际生产数据,采用类比法、体积法、成因法及特尔菲法等方法[7中国进行页岩气资源量评价较为现实,估算出中国页岩气可采资源量为10×1012~32×1012同评价方法具有各自优越性和局限性,其可信度也有所差异,因此依据现有资料优选可靠性较强的评价方法进行页岩气资源量评价至关重要。页岩气资源评价方法及评价参数赋值——以中扬子地区五峰组—龙马溪组为例邱小松1,2胡明毅1, 2胡忠贵1, 2叶 颖3蔡全升2(北武汉430100; 北武汉430100;北廊坊065000)提要:页岩气是一种重要的非常规油气资源,其评价方法不同于常规油气资源。以页岩气聚集机理及形成过程为依据,结合中国页岩气勘探开发现状,认为体积法是适合中国现阶段页岩气资源评价的最优方法。结合财政部对页岩气的界定标准及中扬子地区五峰组—龙马溪组泥页岩有机质成熟度、埋深、含气量、保存、地表条件等因素,认为研究区目的层页岩气勘探开发有利区位于出恩施—彭水地区;以体积法计算页岩气资源量的原理为依据,对有利区含气页岩面积、有效页岩厚度、密度等参数采用确定性赋值,其值分别为5174 7 m、t/采用条件概率赋值法分别对有机碳含量、总孔隙度、含气饱和度等不确定性参数进行条件概率赋值。最终估算出了有利区内五峰组—08 键 词:页岩气;资源评价方法;评价参数;条件概率;中扬子地区中图分类号: 献标志码:A 文章编号: 1000−3657( 2014)06−2091−08收稿日期:2013回日期:2014汉地质调查中心“武陵—湘鄂西页岩气资源调查评价”下设专题“中扬子地区页岩气储层特征及非均质性研究”、油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学)开放基金资助项目(湖北省自然科学基金项目(2011合资助。作者简介:邱小松,男,1986年生,博士生,主要从事非常规天然气地质研究;379482517@讯作者:胡明毅,男,1965年生,博士,教授,博导,主要从事沉积学与层序地层学方面的教学和研究工作;, 2014, 41(6)2 页岩气资源评价方法页岩气主要包括吸附气和游离气2种类型,区别于常规天然气以游离气为主,因此页岩气资源评价与常规天然气评价方法不尽相同[12页岩气资源评价方法可以分为类比法、成因法、统计法和综合分析法。其中类比法适用于盆地级页岩气资源评价的初期,对盆地的沉积环境,泥页岩厚度及分布特征有了初步了解,其主要影响因素包括被类比的对象的特征及类比系数2个方面。成因分析法是基于对整个盆地页岩气有了初步的了解后所采用的评价方法,采用“黑箱”原理,通过多次试验分别求得泥页岩层系的平衡聚集量,进而得出泥页岩层系中剩余总含气量。统计法是盆地内已经取得一定的含气量数据或拥有开发生产资料时的评价方法, 运用已有资料更合理地进行页岩气的资源评价。综合分析法是在类比法、成因法、统计法计算资源量的基础上,采用蒙特卡洛法、盆地模拟法、专家赋值法、特尔菲综合法等对计算结果进行综合分析[20],并可通过概率分析法对页岩气资源的平面分布进行预测,得出可信度较高的结果。中国页岩气勘探开发尚处于起步阶段,中扬子地区古生代海相页岩分布范围广,沉积厚度大[21并且已经取得少量含气量数据,适合采用统计法进行资源量评价。另外,中扬子地区自泥页岩沉积后经历了多期次的构造运动,相关计算参数难以得到准确的赋值,故采用体积法原理对计算参数进行条件概率赋值、计算更加合理,评价结果的可信度相对更高。3 利用体积法计算页岩气资源量基本原理页岩气资源量为泥页岩层系内所有天然气总和,体积法计算页岩气资源量的数学表达方式为泥页岩质量与单位质量泥页岩总含气量的乘积。其中泥页岩质量为泥页岩体积与泥页岩密度的乘积,泥页岩体积与含气泥页岩面积及有效泥页岩厚度密切相关;单位质量泥页岩总含气量近似为单位质量泥页岩吸附气量与单位质量泥页岩游离气量之和。假设08 t), m), ρ为泥页岩密度(t/ m3/t),则:Q=M· q=A· h·ρ· q (1)在以上参数中含气泥页岩面积A、有效泥页岩厚度h、泥页岩密度ρ等参数可以较准确的获取,单位质量泥页岩总含气量页岩气在泥页岩层系中主要以吸附态、游离态2种方式赋存,仅有少量以溶解气(含量小于1%),因此,我们可以将单位质量泥页岩总含气量近似的分解为吸附气量和游离气量,即:q=qa+2)式中, m3/t), m3/t)。离气量游离气量参数获取可以分为直接法和间接法,其中直接法为页岩气现场测试仪中岩样经过加热得出的解析气量与从岩样返回地面到装罐那段时间损失气量之和,解析气量指页岩岩心装入解吸罐后在大气压力下自然解吸出的天然气量;损失气量是预测含量, 即以标准状态下累计解吸量为纵坐标,损失气时间与解吸时间之和的平方根为横坐标作图,将最初解吸的呈直线关系的各点连线,延长直线与纵坐标轴相交,则直线在纵坐标轴的截距为损失气量。间接法是通过孔隙度、含气饱和度、压缩因子等计算得出的。设Φ), ), 量纲), ρ为泥页岩密度(t/则单位质量泥页岩游离气量g·() (3)附气量吸附气量参数获取可以分为直接法和间接法,其中直接法为页岩气现场测试仪中岩样在解析灌中经过加热散失解析气之后,将岩样粉碎后反复解析得出的残余气量,即为吸附气量。间接法主要为等温吸附模拟法,其原理为将试验样品通过模拟地下条件测出不同压力条件下泥页岩的大吸附气量,根据设积( 兰氏压力( P 为地层压力(则单位质量泥页岩吸附气量(:L·P/ () (4)采用等温吸附模拟法所得的吸附气量数值为最大值,不同地质条件其结果与实际含气量有一定误差,故实验法计算出来的吸附气量数据在赋值时2092 中 国 地 质 2014年, 2014, 41(6)通常需要进行校正。4 评价参数赋值及结果汇总在页岩气资源量评价之前,首先必须明确评价对象,一般评价对象为有可能获取商业开采价值地区的泥页岩层系, 由于页岩气勘探开发难度较大,因此对评价对象的地质条件要求相对较苛刻。根据财政部和能源部公布的页岩气界定标准(赋存于源岩内,吸附气含量大于20%;页岩层系连续厚度大于30 m,夹层厚度不超过1 m;夹层总厚度不超过页岩层系20%),并结合有机质成熟度、埋深、含气量、保存、地表条件等因素,确定中扬子地区五峰组—龙马溪组页岩气有利区为恩施—彭水地区(图1)。价参数赋值方法页岩气评价参数的赋值方法包括确定性赋值和条件概率赋值两种。确定性赋值是指在赋值过程中得到相当数量的样品数据,且得到地质学家们认可的数据,主要包括含气页岩面积、有效页岩厚度和泥页岩密度。条件概率赋值是指由于地质条件复杂性而使得某事件发生存在不确定性,因此按照某事件发生的可能性进行概率赋值。该赋值方法主要应用于游离气量和吸附气量赋值上,由于游离气量和吸附气量数据属于获取难度较大、数据量较少的离散型数据,可根据其分布特点,首先经过正态化变换,然后按正态变化规律对不同的特征概率予以赋值。以有机碳含量(例对其赋值过程进行说明。①整理所有的有机碳含量(据,充分分析测试数据的合理性、代表性及数据点分布的均匀程度,删除假数据、赘余数据。②根据对筛选后有机碳含量数据进行数学统计,得到其正态分布概率密度分布函数。假设评价对象内有效有机碳含量(别为x1、x2、平均数、方差及正态分布的概率密度函数分别为:μ=(x1+x2++n (5)δ2=1n[(+(+……(] (6)图1 中扬子地区五峰组—of in 093邱小松等:页岩气资源评价方法及评价参数赋值——以中扬子地区五峰组—龙马溪组为例, 2014, 41(6)φ(x)=1σ 2π(0≤x<∞) (7)③当a=…, b=…,参数从据概率密度函数积分分别等于5%、25%、50%、75%、95%,分别求出对应的值(图2)。其中5%、25%、50%、75%、95%为条件概率,条件概率越小,对应的参数赋值也就越宽松,可能发现工业性页岩气藏的可能性越小;条件概率越大,对应的参数赋值也就越苛刻,形成大规模页岩气藏的可能性更大。价参数赋值由体积法计算页岩气资源量原理可知,页岩气资源评价的参数包括含气页岩面积、有效泥页岩厚度、泥页岩密度及单位质量泥页岩总含气量4个参数,其中单位质量泥页岩总含气量可进一步分解为单位质量泥页岩吸附气量和单位质量泥页岩游离气量。(1)含气页岩面积含气页岩面积主要采用有机碳含量关联法进行赋值。首先根据各剖面、钻井样品的有机碳含量数据,结合区域沉积背景编制研究区有机碳含量等值线图;域并计算其面积;最后扣除保存条件较差地区面积得出含气泥页岩面积(图1,表1)。(2)有效泥页岩厚度通过露头剖面实测、钻井资料、地球物理等方法获得被评价区域内有效页岩厚度,并编制出有效泥页岩厚度等值线图。在含气泥页岩面积范围内,求出页岩的平均有效厚度。中扬子地区五峰组—龙马溪组为海相泥页岩沉积, 页岩的厚度变化较慢,在计算过程中近似认为是均匀变化。平均有效页岩厚度采用相对面积占有法进行赋值,即50~100m,其面积占含气页岩面积的比例为权系数,最终每一个平均厚度与权系数的乘积之和为平均有效页岩厚度(图3,表1)。(3)泥页岩密度中扬子地区五峰组—龙马溪组为海相泥页岩沉积,泥页岩矿物组分和结构特征均很相似,各地区岩石密度也大致相近,因此泥页岩密度主要通过测试结果求取其平均值(表1)。(4)游离气量游离气主要赋存于泥页岩层系的微孔隙和微裂缝中。根据游离气计算原理可知,游离气量大小主要取决于总孔隙度,含气饱和度、压缩因子等因素的影响。通过马溪组泥页岩样品进行总孔隙度测试,将测试结果数据进行筛选,并采用离散型数据条件概率赋值法对不同条件概率下总孔隙度进行赋值(表1);而对析其含气饱和度范围在14%~45%❶,并采用离散型数据条件概率赋值法对不同条件概率下含气饱和度进行赋值(表1);天然气压缩因子主要采用图版法进行估算,根据4]修改后的天表1评价区页岩气资源评价参数 of in of 部报告). 国 地 质 2014年, 2014, 41(6)然气压缩因子变化图版进行条件概率赋值(表1)。(5)吸附气量研究区内吸附气主要采用现场解析法获取页岩吸附气量,即残余气量,国内外学者[25遍认为有机碳含量与吸附气量有正相关关系,可建立关系式为:qa=a· b (8)式中: m3/t); ); a, 过对马溪组泥页岩样品有机碳含量测试和现场解析吸附气量相关性研究表明,研究区五峰组—龙马溪组泥页岩吸附气量与有机碳含量关系式为: 4),表明有机碳含量与吸附气量具有较好的线性关系,通过有机碳含量的测试来预测吸附气量具有较高的可靠性。首先,运用离散型数据条件概率赋值方法对有机碳含量(行条件概率赋值,在此基础之上用吸附气量与有机碳含量关系式计算出不同条件概率下吸附气量赋值(表1)。果汇总开展中扬子地区五峰组—龙马溪组页岩气资源评价具有一定的探索性,研究区内钻遇五峰组—龙马溪组富有机质泥页岩钻井较少,且富有机质泥页岩自沉积−成岩以后经历了多期次构造运动的改造,存在较大的不确定性。基于页岩气自生自储、聚集机理复杂、影响因素多等特点及评价区页岩气图4 OC 扬子地区五峰—in 095邱小松等:页岩气资源评价方法及评价参数赋值——以中扬子地区五峰组—龙马溪组为例, 2014, 41(6)地质、地表条件复杂等因素综合考虑,选择体积法进行资源评价;评价参数借鉴北美页岩气资源评价的经验,结合评价区野外地质调查、钻井剖面解剖及分析测试结果分别对评价参数进行条件概率赋值;评价结果表明中扬子地区五峰组—龙马溪组页岩气资源条件较好地区位于恩施—彭水地区,0808合考虑取中值比较合理,081)。5 结 论页岩气资源评价方法不同于常规油气资源评价方法,且评价方法多种多样,不同评价阶段采用的评价方法不同。中国页岩气勘探开发处在探索阶段,体积法是适合我国现阶段页岩气资源评价的最优方法。结合财政部对页岩气的界定标准及中扬子地区五峰组—龙马溪组泥页岩有机质成熟度、埋深、含气量、保存、地表条件等因素认为研究区目的层页岩气勘探开发有利区位于出恩施—彭水地区,根据页岩气资源量体积法计算原理对有利区进行了页岩气资源量计算,在计算过程中涉及的主要参数包括含气页岩面积、厚度、密度及总含气量,其中面积、厚度、密度采用确定性赋值方法赋值,其分别为5174 7 m、t/含气量难以取得确定值故采用条件概率赋值。根据页岩气的赋存方式总含气量可进一步分解为吸附气量和游离气量,其相关参数分别为有机碳含量,总孔隙度、含气饱和度和压缩因子均采取条件概率赋值。最终估算出有利区五峰组—龙马溪组页岩气资源相当可观,08谢:审稿专家及责任编辑杨艳老师对论文提出了宝贵修改意见,在此一并致以诚挚的谢意!参考文献([1]张金川,金之均,]2004, 24(7): 15−of ]. 2004, 24(7): 15−18([2] , , , et : ]. 0, 2010, 93−106.[3] M. of in ]. 007, 91(4): 551−578.[4] W. as ]. 2002, 86(12): 1993−1999.[5]张金川,林腊梅,李玉喜,率体积法[J]2012, 19(2): 184−et of ]. 012, 19(2): 184−191([6]滕吉文,]2013, 40(1): 1−An of of ]. 2013, 40(1): 1−30([7]步少峰,马若龙,袁海锋,]然科学版), 2012, 39(2): 223−et of of ]. 2012, 39(2): 223−230([8]黄羚,徐政语,王鹏万,]2012, 39(2): 497−et An ]. 2012, 39(2): 497−506([9]李延钧,刘欢,刘家霞,]然科学版, 2011, 33(2): 28−et an of of ]. 2011, 33(2): 28−34([10]董大忠,程克明,王世谦,]2009, 29(5): 33−et of in ]. 2009, 29(5): 33−39([11] 张金川,徐波,聂海宽,]2008, 28(16): 136−o, et ]. 2008, 28(16): 136−140(2096 中 国 地 质 2014年, 2014, 41(6)[12]陈会军,刘招君,朱建伟,以茂名盆地为例[J]2012, 39(5): 1427−et to A ]. 012, 39(5): 1427−1435([13]周总瑛,白森舒,何宏,]2005, 27(1): 67−et ]. 2005, 27(1): 67−73([14]周总瑛,]2004, 25(5): 554−]. 2004, 25(5): 554−556([15]金之钧,]002, 23(1): 19−]. 2002, 23(1): 19−23([16]张金川,金之钧,量评价方法[J]2001, 21(4): 32− ]. 001, 21(4): 32−35([17]许红,马惠福,蒲庆南,]2001, 17(10): 4−et of ]. 2001, 17(10): 4 − 7([18]金之钧,]油工业出版社, 1999: 8−il ]. 1999: 8−10([19] A. ]2007, 91(4): 523−533.[20]朱华,姜文利,边瑞康,以川西坳陷为例[J]2009, 29(12): 130−et A of ]. 2009, 29(12): 130−134([21]李艳霞,林娟华,龙幼康,岩含气勘探远景[J]2011, 30(2/3): 349−et of ]. 2011, 30(2/3): 349−356([22]李艳霞, 李净红. 中扬子区上震旦统—志留系页岩气勘探远景[J]2010, 31(6): 659−of ]. 2010, 31(6): 659 − 663([23]李忠雄,陆永潮,王剑,寒武世沉积特征及岩相古地理[J]2004, 6(2): 151−et of in ]. 2004, 6(2): 151−161([24] B, ]. 1942, 146: 140−149.[25]张金川,李玉喜,聂海宽,]2010, 30(12): 114−et of ]. 2010, 30(12): 114−118([26]聂海宽,张金川,张培先,]2009, 28(2): 87−et ]. 009, 28(2): 87−93([27] , , , et on of in ]. 2010, 94(11): 713−1740.[28] R L, M. of in ]. 2008, 56(1): 1−21.[29] K, , . of ]. 2007, 55(1): 51−75.[30] M, A, W, et of ]. 011, 18(4): 217−257.[31] E, H, J, et of in using
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