頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)方法研究

頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)方法研究

從石油地質(zhì)理論的角度來(lái)看，頁(yè)巖氣藏屬于自生生代和近生生代，氣體或由于高度差而發(fā)生。當(dāng)氣體在富有酸鹽的細(xì)粒底土中積聚時(shí)，它是一種廣泛分布于沒有空氣邊界的連續(xù)分布?xì)怏w的氣藏。1'。中國(guó)的頁(yè)巖氣資源潛力很大,但是目前認(rèn)識(shí)程度較低,存在著地質(zhì)研究起步晚、資源潛力認(rèn)識(shí)不清楚、開發(fā)技術(shù)相對(duì)落后等問(wèn)題［2，3］。對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō),頁(yè)巖氣資源量的評(píng)估才剛起步,在學(xué)習(xí)和借鑒美國(guó)頁(yè)巖氣資源量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)之上,根據(jù)我國(guó)不同區(qū)域的頁(yè)巖氣特點(diǎn),采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行資源評(píng)價(jià),對(duì)于頁(yè)巖氣未來(lái)的勘探和開發(fā)具有十分重要的意義［4］。前人對(duì)于梨樹斷陷還只是停留在初步的頁(yè)巖氣成藏條件分析的研究,因此在前人研究的基礎(chǔ)上針對(duì)頁(yè)巖氣進(jìn)行的資源評(píng)價(jià)很有必要。因此,通過(guò)對(duì)于目的層段的鉆井取心及對(duì)取心資料的地球化學(xué)分析、X衍射資料、掃描電鏡等資料分析,基于有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)成熟度、泥頁(yè)巖厚度、埋深和地表?xiàng)l件等5方面,采用適合的評(píng)價(jià)方法計(jì)算出了其地質(zhì)資源量。1沉積體系及沉積相松遼盆地梨樹斷陷營(yíng)城組時(shí)期,在張應(yīng)力作用下,繼承了沙河子時(shí)期(斷陷發(fā)育的鼎盛時(shí)期)沉積區(qū)繼續(xù)發(fā)生沉積作用,水體范圍比沙河子時(shí)期要大,主要發(fā)育濱淺湖-半深湖沉積,盆地邊緣分布有湖沼、扇三角洲、水下扇沉積,以富含有機(jī)質(zhì)的泥巖、頁(yè)巖、粉砂巖及細(xì)砂巖沉積為主,為發(fā)育優(yōu)質(zhì)的烴源巖提供了基本的地質(zhì)條件。大量的研究及勘探實(shí)踐表明,營(yíng)城組有東部、西北和北部3個(gè)物源體系,沉積地層自下而上分為營(yíng)一段、營(yíng)二段、營(yíng)三段、營(yíng)四段,主要發(fā)育扇三角洲和辮狀河三角洲沉積相。營(yíng)一段沉積時(shí)期,全區(qū)水體較深,發(fā)育扇三角洲沉積相;營(yíng)二段為過(guò)渡時(shí)期,東部斜坡區(qū)仍發(fā)育扇三角洲沉積相,而北部斜坡區(qū)和中央構(gòu)造帶則主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積相;營(yíng)三段和營(yíng)四段沉積時(shí)期,由于湖盆持續(xù)抬升,水體逐漸變淺,全區(qū)發(fā)育辮狀河三角洲沉積相［5—8］。2頁(yè)巖氣勘探評(píng)價(jià)方法頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)過(guò)程中,針對(duì)不同的對(duì)象—砂巖和泥頁(yè)巖需采用不同的評(píng)價(jià)方法,而且不同的評(píng)價(jià)方法所需的參數(shù)以及參數(shù)的獲取方法均不一致。梨樹斷陷營(yíng)一段頁(yè)巖和砂巖均發(fā)育,故需采用不同的評(píng)價(jià)方法?？捎糜陧?yè)巖氣資源評(píng)價(jià)的方法主要有類比法、統(tǒng)計(jì)法、成因法和綜合法等多種。體積法是統(tǒng)計(jì)法中的一部分,可適用于頁(yè)巖氣勘探開發(fā)的各階段和各種地質(zhì)條件［9—12］。梨樹斷陷頁(yè)巖氣資源量計(jì)算采用《中國(guó)石化頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)技術(shù)方法》,運(yùn)用體積法計(jì)算泥頁(yè)巖中氣資源量,對(duì)薄砂巖中氣則采用孔隙度和含氣飽和度法計(jì)算。2.1總頁(yè)巖氣地質(zhì)資源量頁(yè)巖氣地質(zhì)資源量為頁(yè)巖總重與單位重量頁(yè)巖所含天然氣的乘積。式中Q總為頁(yè)巖氣地質(zhì)資源量,108m3;A為含氣頁(yè)巖分布面積,km2;H為有效頁(yè)巖厚度,m;ρ為頁(yè)巖密度,t/m3;q總含氣量,m3/t。2.2砂層氣資源量砂巖中游離氣利用孔隙度和含氣飽和度方法計(jì)算,即用于計(jì)算泥頁(yè)巖中薄砂層的氣資源量。式中Q氣為頁(yè)巖氣資源量,108m3;S為評(píng)價(jià)單元面積,km2;H為含油泥頁(yè)巖段厚度,m;So為含氣飽和度,%;φ為砂巖孔隙度,%;Z為天然氣壓縮因子,無(wú)量綱。3獲取重要參數(shù)3.1營(yíng)一部分含油氣泥頁(yè)巖地層段分布基于《中國(guó)石化頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)技術(shù)方法》,被評(píng)價(jià)的含油氣泥頁(yè)巖厚度連續(xù)厚度不超過(guò)100m,而且連續(xù)厚度不小于40m或有機(jī)碳達(dá)到起算標(biāo)準(zhǔn)(TOC>0.5%)泥頁(yè)累計(jì)厚度達(dá)20m;其埋藏深度小于4500m。泥頁(yè)巖評(píng)價(jià)單元以地層單元為界線,而且在同一地層單元內(nèi),根據(jù)TOC小于0.5%,且無(wú)氣測(cè)顯示,厚度大于3m泥頁(yè)巖隔層,還可進(jìn)一步分為多個(gè)含油氣泥頁(yè)巖巖層段。地層分析顯示,營(yíng)一段巖性主要為暗色泥巖,有機(jī)質(zhì)含量較高,基于GR、電阻率、聲波時(shí)差、密度、氣測(cè)顯示和計(jì)算TOC綜合顯示,營(yíng)一段可分為兩個(gè)含油氣泥頁(yè)巖層段,分別為含油氣泥頁(yè)巖I段、含油氣泥頁(yè)巖II段(圖1、圖2),其中含油氣泥頁(yè)巖層Ⅰ段分布于礦權(quán)區(qū)大部,Ⅱ泥頁(yè)巖段分布于盆地中部。在含油氣泥頁(yè)巖評(píng)價(jià)層系劃分基礎(chǔ)上,系統(tǒng)分析各含油氣泥頁(yè)巖層段的巖性構(gòu)成,并在泥巖中通過(guò)全井計(jì)算TOC數(shù)據(jù)分析,確立TOC>0.5%泥頁(yè)巖厚度,亦即有效泥頁(yè)巖厚度。3.1.1桑樹臺(tái)洼陷厚層土厚度營(yíng)城組一段含油氣泥頁(yè)巖Ⅱ段存在兩個(gè)厚度中心,其中一處為蘇家屯次洼,最厚厚度達(dá)130m,另一個(gè)厚度中心位于桑樹臺(tái)洼陷,最大厚度超過(guò)130m,東南斜坡處相對(duì)較薄,厚度范圍為30~90m。受沉積作用所控制,砂巖主要分布于三角洲相中,即盆地東側(cè)和北側(cè),砂巖厚度范圍為0~20m,其中最大厚度主要分布于秦家屯及其以南地區(qū)。3.1.2桑樹臺(tái)洼陷厚度中心營(yíng)城組一段含油氣泥頁(yè)巖Ⅰ段亦存在兩個(gè)厚度中心,其中一處為蘇家屯次洼,最厚厚度超過(guò)110m,另一個(gè)厚度中心位于桑樹臺(tái)洼陷,最大厚度超過(guò)130m,東南斜坡處相對(duì)較薄,厚度范圍為30~70m。受沉積作用所控制,砂巖主要分布于三角洲相中,即盆地東側(cè)和北側(cè),砂巖厚度范圍為0~30m,其中最大厚度主要分布于秦家屯及其以南地區(qū)。3.2確定地化指標(biāo)空間展布規(guī)律有機(jī)地化特征的分析和空間建立是泥頁(yè)巖油氣資源計(jì)算和區(qū)塊優(yōu)選的關(guān)鍵,而基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、測(cè)井資料,系統(tǒng)建立各地化指標(biāo)計(jì)算模型,以明確各類地化指標(biāo)空間展布規(guī)律,是泥頁(yè)巖油氣資源評(píng)價(jià)的核心工作。3.2.1營(yíng)城組一部分含油氣泥頁(yè)巖人工利用數(shù)據(jù)結(jié)果分析(1)營(yíng)城組一段含油氣泥頁(yè)巖Ⅱ段泥頁(yè)巖有機(jī)碳空間分布。營(yíng)城組一段含油氣泥頁(yè)巖Ⅱ段泥頁(yè)巖TOC實(shí)測(cè)分布范圍為0.06%~5.03%,平均值1.062%。并基于蘇2井實(shí)測(cè)TOC數(shù)據(jù),建立測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算TOC模型以計(jì)算各鉆井營(yíng)城組一段TOC。式中X為幅度差(中石化TOC計(jì)算軟件處理測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)結(jié)果),基于TOC計(jì)算模型,對(duì)梨樹斷陷48口井TOC計(jì)算結(jié)果分析顯示,各井泥巖段TOC大部分均超過(guò)0.5%。泥巖有效厚度,即TOC大于0.5%泥頁(yè)巖存在兩個(gè)厚度中心,其中一處為蘇家屯次洼,最厚厚度亦達(dá)130m,另一個(gè)厚度中心位于桑樹臺(tái)洼陷,最大厚度超過(guò)130m,東南斜坡處相對(duì)較薄,厚度范圍為20~70m。TOC大小處于0.5%~2.0%范圍,高值區(qū)出現(xiàn)于桑樹臺(tái)洼陷,TOC大于2.0%。(2)營(yíng)城組一段含油氣泥頁(yè)巖Ⅰ段泥頁(yè)巖有機(jī)碳空間分布。營(yíng)城組一段含油氣泥頁(yè)巖Ⅰ段泥頁(yè)巖TOC實(shí)測(cè)分布范圍為0.26%~12.01%,平均值1.96%。并基于蘇2井實(shí)測(cè)TOC數(shù)據(jù),建立測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算TOC模型,以計(jì)算各鉆井營(yíng)城組一段TOC?；赥OC計(jì)算模型,對(duì)梨樹斷陷各井TOC計(jì)算結(jié)果分析顯示,各井泥巖段TOC大部分均超過(guò)0.5%。泥巖有效厚度,即TOC大于0.5%泥頁(yè)巖亦存在兩個(gè)厚度中心,其中一處為蘇家屯次洼,另一個(gè)厚度中心位于桑樹臺(tái)洼陷,東南斜坡處相對(duì)較薄。TOC大小處于0.5%~2.0%范圍,高值區(qū)出現(xiàn)于桑樹臺(tái)洼陷,TOC大于2.0%,其中較含油氣泥頁(yè)巖Ⅱ段,Ⅰ段TOC大于2.0%范圍較廣。3.2.2各因素對(duì)含氣頁(yè)巖地層的影響用鏡質(zhì)體反射率(Ro)確定有機(jī)質(zhì)的熱成熟度是最常用的方法。分析測(cè)試顯示,梨樹斷陷L2井主要的烴源巖樣品處于生油高峰階段(Ro為0.7%~1.0%)和高成熟階段(Ro為1.3%~2.0%),這種成熟度特征與目前蘇家屯次洼內(nèi)分布的油氣特征較為一致。因此,將含氣頁(yè)巖大于20m和Ro>1.3%這兩條等值線并根據(jù)工區(qū)邊界作為依據(jù),將研究區(qū)塊劃分為十屋地區(qū)和小城子-孤家子兩塊評(píng)價(jià)單元。對(duì)于含油氣泥頁(yè)巖II段,十屋地區(qū)的評(píng)價(jià)面積為242.829km2,小城子-孤家子的評(píng)價(jià)面積為74.8242km2;對(duì)于含油氣泥頁(yè)巖I段,十屋地區(qū)的評(píng)價(jià)面積為245.355km2,小城子-孤家子的評(píng)價(jià)面積為70.9148km2。3.3現(xiàn)場(chǎng)解析實(shí)驗(yàn)?zāi)囗?yè)巖中的氣包括游離、吸附和溶解,其中溶解氣量較少,可以忽略,故頁(yè)巖氣總資源量可近似分解為吸附氣總量與游離氣總量之和。計(jì)算過(guò)程中可根據(jù)資料及含氣量數(shù)據(jù)獲取情況,采用總含氣量或游離含氣量與吸附含氣量分別計(jì)算的方法進(jìn)行頁(yè)巖氣地質(zhì)資源量計(jì)算。頁(yè)巖總含氣量可通過(guò)實(shí)驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)、類比、計(jì)算(如測(cè)井解釋)、綜合解析等多種方法獲得。對(duì)梨樹斷陷蘇家屯次洼蘇2井營(yíng)一段3300~3330m井深8個(gè)樣品進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)解析實(shí)驗(yàn),實(shí)測(cè)解析氣量,并對(duì)損失氣量進(jìn)行恢復(fù)。含氣量范圍為0.62~3.09m3/t,平均為1.66m3/t,并基于各樣品的TOC,系統(tǒng)建立起梨樹斷陷含油氣泥頁(yè)巖含氣量與TOC關(guān)系。含氣量與有機(jī)碳含量擬合關(guān)系:含氣量(m3/t)=1.9967TOC(%)-0.3562。相較于國(guó)外各典型頁(yè)巖,除較SanJuan盆地的Lewis頁(yè)巖含氣高外,營(yíng)一組含氣量均較低,但是相對(duì)于國(guó)內(nèi)各盆地,除了較蘇北盆地阜寧組和泰州組頁(yè)巖含氣量低外,較元壩、彭水區(qū)塊、泌陽(yáng)凹陷和湘鄂西地區(qū)高(表1)。計(jì)算顯示,蘇2井含氣量為0.4~4.5m3/t,梨樹2井含氣量為0.4~4m3/t?；诤瑲饬颗cTOC的關(guān)系,系統(tǒng)恢復(fù)營(yíng)一段含油氣泥頁(yè)巖Ⅱ、Ⅰ段含氣量,其中含油氣泥頁(yè)巖Ⅱ段含氣量為1.0~3.5m3/t,Ⅰ段含氣量1.5~3.5m3/t。3.4井泥頁(yè)巖密度在泥頁(yè)巖氣資源量計(jì)算中,泥頁(yè)巖密度采用視密度?；谀囗?yè)巖密度測(cè)井?dāng)?shù)據(jù),采用平均值,確立各井泥頁(yè)巖密度。營(yíng)一段各含油氣泥頁(yè)層段泥頁(yè)巖測(cè)井密度范圍為2.1~3g/cm3,最大密度分布與桑樹臺(tái)洼陷一帶。蘇2井實(shí)測(cè)視密度范圍2.42~2.67g/cm3,計(jì)算過(guò)程中取平均值2.55g/cm3。3.5孔隙度的選取砂巖孔隙度采用借鑒相同層位常規(guī)油氣計(jì)算儲(chǔ)量時(shí)的孔隙度值和測(cè)井孔隙度,且各井各套砂巖基于厚度采用加權(quán)平均取孔隙度平均值。梨2井營(yíng)一段2823.2~2825.1m細(xì)砂巖孔隙度12%(表2)。梨樹斷陷蘇家屯次洼中SW33X營(yíng)一段尚未達(dá)到生氣階段,主要生油,其砂巖孔隙度為10.7%~15.6%。因此,對(duì)營(yíng)一段砂巖孔隙度取12.5%。3.6m層段砂巖中目前營(yíng)一段主要在梨2井中有天然氣的發(fā)現(xiàn),其中2823.2~2825.1m層段砂巖中測(cè)試日產(chǎn)氣6036m3,累產(chǎn)氣55875m3,累產(chǎn)油0.59m3,壓后,6mm油嘴、20mm擋板,日產(chǎn)氣43000m3,油0.36m3。含氣飽和度為66%。因此,砂巖中含氣飽和度取66%。3.7營(yíng)一部分地層壓力水氣藏成巖氣藏水氣動(dòng)力量計(jì)算壓縮因子是天然氣在地層溫壓條件下的體積與地面(標(biāo)準(zhǔn))狀態(tài)下的體積之比,與頁(yè)巖的埋深(即壓力和溫度)等條件有關(guān)。具體參數(shù)可由圖版法、經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法、統(tǒng)計(jì)公式擬合法等方法獲得。計(jì)算過(guò)程中采用圖版法,據(jù)Standing等修改后的天然氣壓縮因子變化圖版可對(duì)不同條件下的天然氣壓縮因子進(jìn)行查詢。該圖版中,橫坐標(biāo)Pr為視對(duì)應(yīng)壓力(MPa)(實(shí)際壓力除以臨界壓力);縱坐標(biāo)為壓縮因子Z;不同曲線則代表了不同的視對(duì)應(yīng)溫度(Tr,為實(shí)際溫度除以臨界溫度)。實(shí)測(cè)地層壓力顯示,蘇家屯次洼均為正常壓力,營(yíng)一段壓力系數(shù)為0.86~1.22,取平均值為1.04。對(duì)于營(yíng)一段,平均深度3000m壓力為30.12MPa。營(yíng)一段頁(yè)巖氣臨界壓力為4.56MPa,因此視對(duì)應(yīng)壓力為6.22MPa。依據(jù)十屋33X井實(shí)測(cè)地層溫度102℃/2449.51m,計(jì)算地溫梯度為3.44℃/100m,屬常溫系統(tǒng)。因此,假設(shè)地表溫度為10℃,3000m處實(shí)際溫度則為113.2℃,其開氏溫度為386.3K,而營(yíng)一段頁(yè)巖氣臨界溫度為216.7K,因此視對(duì)應(yīng)溫度為1.78?；跔I(yíng)一段頁(yè)巖氣的視對(duì)應(yīng)壓力和視對(duì)應(yīng)溫度,運(yùn)用圖版法可知,頁(yè)巖氣的壓縮因子為0.96(圖3)?；诟怕鼠w積法,采用SGRE軟件進(jìn)行資源的計(jì)算,對(duì)十屋、小城子-孤家子兩個(gè)礦權(quán)區(qū)進(jìn)行資源量計(jì)算確立營(yíng)一段各含油氣泥頁(yè)巖層段資源量數(shù)據(jù)。計(jì)算結(jié)果顯示,營(yíng)一段含油氣泥頁(yè)巖Ⅱ段P50地質(zhì)資源量為2188.1×108m3,含油氣泥頁(yè)巖Ⅰ段P50地質(zhì)資源量為2344.69×108m3。4頁(yè)巖氣勘探開發(fā)的前景廣