深层页岩气资源勘探的机遇与挑战

近年来，全球页岩气资源开发如火如荼的趋势已经蔓延到了中国，四川盆地、塔里木盆地、鄂尔多斯盆等已被列为中国主要的页岩油气区，然而，中国页岩气勘探开发起步尚晚，地质环境更加复杂，还要面临低油价，高成本，高风险的挑战，在一定程度上限制了对页岩气勘探技术的投资与投入力度。而北美煤层气、页岩气勘探开发的成功案例已向我们证明了非常规油气资源是未来可实现的接替能源，其成熟的页岩气勘探开发经验，也给了我们更多的启示。页岩气具有特殊的成藏机理，游离气和吸附气多种赋存状态；非浮力成藏动力；分布规律变化大，不直接受控于常规意义上的圈闭；聚集丰度低但基数大：连续型，“弥散”分布；微达西或纳米达西低孔特低渗的特点；需要找到合适的含油气地层厚层；需要大密度水平（多分支）钻井；需要大规模压裂改造储层体积。

回顾美国对页岩气的勘探开发历史，2013年4月份15-17仅三天时间，共投入生产井616口，约40%的井是失利的，研究发现，约73%的原因是由于对地质情况认知错误导致的，18%是因为后期压裂设计不合理，其它原因还包括如井下工具达不到要求、地表设备问题，以及气泵问题等，完善对页岩气特殊成藏机理的认识才能够有效提高页岩气开发成功的概率。纵观中国的页岩气研究现状，挑战与机遇并存，首先，中国页岩气资源既有如四川上三叠统的陆相沉积环境，也有以北方石碳系为例的海相主体环境，同时还有南方二叠系为代表的海陆过渡相沉积环境，资源的分布存在较大的不确定性；中国复杂的地质构造背景，导致页岩气勘探开发核心技术的缺失和相关技术不成熟，开采投入大，成本高、气价低；地表多山构造使得在开采页岩气过程中对水资源的需求及污水处理成为亟待解决的问题；页岩气开发相关配套证词及相关标准急需出台；同时，还要考虑到物流成本及官方标准等问题。

基于2D和3D精细含油气系统模拟技术，既要考虑页岩内部自生自储油气资源量，在上覆地层存在常规储层时，也存在压力释放和气态烃类远距离运移的可能。PetroMod软件工具在盆地演化和温压演化的基础上，进行非常规资源的研究被认为是目前最专业的辅助工具，其内置多个页岩气/煤层气生烃动力学模型，采用的模型样品均来自于：Boghead 煤（宾西法尼亚纪，俄亥俄）、Alaskan Tasmanite页岩 （侏罗纪，阿拉斯加）、Woodford 页岩 （泥盆纪/密西西比纪，俄克拉何马）、Kimmeridge 泥岩 （上侏罗纪，英国）、第三纪煤（中新世纪，印尼）、Teruel 油页岩（中新世纪，西班牙）、Toarcian 页岩 （下侏罗纪，德国）和 Brown 石灰岩 （麦斯特里希特阶、约旦），从中获得的经验参数和相应的动力学模型也往往成为国内页岩气/煤层气最值得借鉴的研究成果。页岩气资源量主要为吸附气和游离气构成，且多以吸附气为主，煤层气吸附量更大，基于Langmuir方程，综合温度、压力、体积、等温TOC和解吸附能量等因素计算吸附在干酪根表面吸附气量被认为是目前最有效的解决该问题的方法。多组分吸附模型计算，更精确地分析四维下多组分烃类资源分布随构造演化、温压的变化；基于有机质孔隙度演化模型，建立孔隙度与有机质成熟度之间的函数，在正常孔隙演化（孔隙度-深度）的基础上，可以模拟有机质孔隙度的研究，并作为单独的输出结果进行显示；生烃增压计算可计算生烃过程造成的烃源岩内部压力的增加，包括二次裂解产生的压力；地地质力学作为非常规油气勘探的重要地质参数，近些年来为地质家广泛关注，油气的历史充注过程受控于地质应力场的变化，地质力学与含油气系统模拟整合，实现应力场变化控制流体动态模拟过程；

页岩气的勘探开发过程是需要对地下更加扎实的认识基础，在循序渐进的研究过程中，实现地质甜点与工程甜点一体化，基于多学科的交叉验证，能够更好的对深层、源岩内部气藏的非均质进行准确把握，提高页岩气井位部署的精确性，保证页岩气开发周期的稳定性，基于含油气动态模拟与Petrel勘探开发一体化技术，在勘探阶段，可以基于含油气系统模拟温压场变化过程，在对页岩气的分布的动态研究基础上，也能与静态叠前地震属性（如波纵属性）研究相结合，从而为后期页岩气的开发与井位部署提供建议。