陸相頁巖氣資源評價標(biāo)準(zhǔn)及評價方法

陸相頁巖氣資源評價標(biāo)準(zhǔn)及評價方法

陸相層的研究是中國油氣勘探的一個非常重要的領(lǐng)域。陸相沉積在中國廣泛分布，傳統(tǒng)的油氣豐度很高?，F(xiàn)在，發(fā)現(xiàn)一半以上的油氣來自陸相層，這對油氣資源具有非常重要的意義。頁巖在陸相地層中廣泛發(fā)育,與海相地層相比,有著鮮明的特色。在面積上陸相頁巖規(guī)模相對較小,較海相相對局限;在構(gòu)造上陸相頁巖的后期改造弱,保存條件較好,繼承性明顯,基底起伏較大;在沉積上陸相地層表現(xiàn)為頻繁的砂泥互層,累計厚度大,夾層發(fā)育,單層有效厚度變化較大,部分夾煤層;在礦物學(xué)方面陸相地層的泥質(zhì)含量較高,泥巖的可壓裂性較海相差。沉積有機質(zhì)對水深和氣候變化敏感,有機質(zhì)類型多樣,深湖相多發(fā)育I型干酪根,淺湖常發(fā)育過渡類型干酪根,湖沼相多發(fā)育Ⅲ型干酪根。有機質(zhì)熱演化程度整體較海相低,主要處于生油窗內(nèi)。頁巖氣常為熱解氣,多與石油伴生,頁巖當(dāng)中常出現(xiàn)油氣共存的現(xiàn)象。上述特點決定了頁巖氣資源評價不能完全照搬海相頁巖氣評價的條件、參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。常規(guī)油氣資源評價按照其原理,劃分為類比法、成因法、統(tǒng)計法和綜合法4類主導(dǎo)方法。目前的頁巖氣資源評價,美國常用的FORSPAN方法和單井儲量預(yù)測的方法都是建立在已有開發(fā)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,估算結(jié)果為未開發(fā)資源量,這些方法較適合于已開發(fā)單元的剩余資源潛力預(yù)測;計算原地資源量(gasinplace)主要使用體積法,這對連續(xù)分布型天然氣使用體積法是合適的,但較少考慮頁巖的非均質(zhì)性。為試驗各種資源評價方法在頁巖氣資源評價中的差別,本文以延長油田直羅—下寺灣區(qū)為例,對比各種方法的評價結(jié)果,對比不同資源評價方法的差異和適用條件。1延長直羅-下寺灣區(qū)油氣地質(zhì)特征1.1大型陸相盆地群鄂爾多斯陜北斜坡整體為一西傾平緩單斜,地層傾角一般小于1°,平均坡降7~8m/km,內(nèi)部發(fā)育因差異壓實作用形成的鼻狀構(gòu)造。鄂爾多斯盆地于晚侏羅世出現(xiàn)雛形,晚三疊世開始經(jīng)歷了大型內(nèi)陸湖盆間歇震蕩式湖進、湖退興衰演化的完整歷史,并進入大型內(nèi)陸差異沉積盆地的形成和發(fā)展時期,為一大型微咸水湖盆。研究區(qū)陸相頁巖主要發(fā)育在上三疊統(tǒng)延長組長9和長7段,其中長7段沉積時期盆地基底整體強烈下沉,湖盆發(fā)育達鼎盛時期,水體明顯加深,水生生物和浮游生物繁盛,含大量的淡水半咸水動物化石,有機質(zhì)豐富,發(fā)育深灰色泥巖、黑色泥巖、頁巖和油頁巖,其有機質(zhì)泥頁巖分布穩(wěn)定、厚度大,長7段發(fā)育厚70~120m的深灰色、灰黑色泥巖和30~100m厚的油頁巖,呈北西南東展布,以定邊—吳起—志丹—甘泉—富縣一帶最厚,是中生界重要的烴源巖分布區(qū)。直羅—下寺灣探區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡東南部延長探區(qū)內(nèi),長7泥頁巖厚10~70m,厚度最大可達78m,目前在柳評177井長7段頁巖中已獲得工業(yè)氣流,證明了陸相頁巖氣的存在。1.2盆地內(nèi)ro分布特征研究區(qū)內(nèi)長7段頁巖母質(zhì)類型以腐殖腐泥型為主,顯微組分以腐泥無定型為主,其次為惰質(zhì)組和鏡質(zhì)組,有機碳含量為1.76%~6.28%,氯仿瀝青“A”含量為0.25%~0.67%,總烴含量為(1847~5218)×10-6,長7段在盆地內(nèi)大部分地區(qū)處于成熟階段,Ro分布在0.7%~1.5%,局部地區(qū)向高成熟階段過渡。在測井上表現(xiàn)為“三高一低”特征,高電阻、高自然伽馬、高聲波時差、低電位(圖2),測井曲線橫向?qū)Ρ让黠@。研究區(qū)內(nèi)的具體參數(shù)見表1,研究區(qū)長7頁巖厚度分布在50m到80m,平均厚60m,有機質(zhì)豐度分布于2.0%~5.0%,成熟度為0.8%~1.2%,平均1.0%,有效頁巖面積為2500km2。1.3關(guān)于黃巖氣資源的預(yù)測1.3.1延長探區(qū)中生界地層和地層的含量和含氣量的比較從各項參數(shù)對比來看,延長探區(qū)與福特沃斯盆地的地球化學(xué)條件最為相似(表1),有機碳含量和成熟度都比較接近,有機碳含量分布在2%~6%,成熟度鏡質(zhì)體反射率分布在1.0%左右,處于大規(guī)模生油時期。福特沃斯盆地吸附氣含量在1.7~3.54m3/t,而延長探區(qū)吸附氣量可能更高,含氣量為2.43~6.45m3/t,因而從有機質(zhì)豐度,成熟度和含氣量方面,延長探區(qū)中生界地層和福特沃斯Barnett頁巖具有較大的可比性。長7段的有機碳(TOC)含量與Barnett和Lewis頁巖相似,成熟度也較相似,Barnett頁巖的地質(zhì)資源豐度達到(3.28~4.37)×108m3/km2,Lewis頁巖的地質(zhì)資源豐度達到(0.87~5.46)×108m3/km2,因而利用類比法,采用這當(dāng)中的最小和最大值加以預(yù)測,延長探區(qū)頁巖氣資源量可以達到(0.87~5.46)×108m3/km2,折算成資源量可以達到(626.4~3931.2)×108m3。1.3.2不同類型干結(jié)構(gòu)烴源巖烴氣產(chǎn)率及排烴系數(shù)根據(jù)成因法,生產(chǎn)天然氣資源量=烴源巖質(zhì)量×有機質(zhì)豐度×有機質(zhì)轉(zhuǎn)化率×剩余烴系數(shù),即式中:Q為天然氣資源量(108m3);As為頁巖有效面積(km2);Hs為頁巖有效厚度(km);r為頁巖密度(108t/km3);C為頁巖有機碳含量;Kc為有機碳轉(zhuǎn)化系數(shù)(m3/t);K為排烴系數(shù)。計算過程中,產(chǎn)氣率和排烴系數(shù)的確定是關(guān)鍵。這里關(guān)鍵參數(shù)是有機碳轉(zhuǎn)化系數(shù)和排烴系數(shù)。據(jù)何自新模擬,鄂爾多斯盆地?zé)N源巖總分布面積為77139.7km2,生油量為2251.17×108t。最大生烴強度300×104t/km2,排油系數(shù)取48.5%,延長組烴源巖排油量為1091.82×108t。通過對不同類型干酪根熱壓模擬實驗,獲取了不同干酪根的生排烴量,這個相當(dāng)于理論上最大的生烴量,含草本藻類相(Ⅱ1型)烴源巖最高生氣態(tài)烴為513.9m3/t,其中含藻類草本相(Ⅱ2型)烴源巖在450~500℃時烴氣最高達到440.6~417.8m3/t,木本相(Ⅲ型)烴源巖生成的烴氣量最高達到(271.6~265.8)×108m3/t,利用這個范圍可以從理論上大致限定烴氣產(chǎn)率達到(271.6~513.9)×108m3/t。排烴率按照50%算的話,剩下來還有50%。因而將上述參數(shù)帶入公式(1),可以得到頁巖氣資源量為(3297~5531.62)×108m3。1.3.3天然氣含氣量分布以吸附和游離狀態(tài)賦存于泥頁巖地層中的天然氣聚集,目前根據(jù)吸附量+游離量的算法。在實際當(dāng)中,我們利用解吸儀器可以直接獲得頁巖當(dāng)中解吸出來的天然氣,這當(dāng)中應(yīng)該是既有游離態(tài)的氣,也有吸附狀態(tài)的天然氣,可以視為全含氣量。以延長探區(qū)萬169井為例,3kg巖心,解吸最高含氣量為2347mL,按照二次回歸,損失氣量達17016mL,最后含氣量換算為6.45m3/t(圖4)。利用此方法和原理,測試了柳評171井和萬169井?dāng)?shù)據(jù),其結(jié)果如表2所示,長7段含氣量分布為2.43~6.45m3/t。根據(jù)本次含氣量測試,長7段含氣量分布為2.43~6.45m3/t巖石,長9段和山西組缺少測試數(shù)據(jù)。根據(jù)研究院提供的直羅—下寺灣地區(qū)頁巖厚度和有效面積,按照頁巖巖石密度2.6g/cm3估算資源量達(1581.4~6037.20)×108m3。2資源預(yù)測方法的基本原理不同方法采用的思路不一樣,結(jié)果也不一樣,而且可能會相差較大(表3)。這里試根據(jù)其計算原理并結(jié)合地質(zhì)條件討論其差別存在的原因。(1)在勘探成熟區(qū)利用井控儲量估算方法獲得的資源量最靠近可采資源量的,數(shù)據(jù)最準(zhǔn)確,但是偏保守,而且嚴(yán)格受制于勘探工作量的投入,因而決定了中國在目前的頁巖氣勘探階段該方法還難以實現(xiàn)。另外一方面,本文采用類比法測算的研究區(qū)資源量偏低,原因也就是Barnett頁巖氣儲量就是用單井儲量法取得,因而獲得的類比值也較低,但可能最接近可開采儲量。(2)類比法主觀因素較強。因為地質(zhì)條件是復(fù)雜的,具有很多的地質(zhì)要素和變量,類比法中常常出現(xiàn)一些變量相似,而另外一些變量卻相差較大,條件全都相似的實例在地質(zhì)上幾乎沒有。另外,即使地質(zhì)參數(shù)在宏觀上相似,在微觀上未必也具有同樣的對等性,非均質(zhì)性的特點在頁巖氣當(dāng)中仍然非常顯著。因而這些必然導(dǎo)致相似系數(shù)選擇上的主觀性,也同時決定了類比法的準(zhǔn)確程度。(3)成因法在理論上具有嚴(yán)密的邏輯性,但是在參數(shù)的獲取上比較困難,需要借助于較嚴(yán)格的、系統(tǒng)的、大量的科學(xué)實驗數(shù)據(jù),而且在空間上由于參數(shù)的變化,通過排除其他干擾因素獲得的數(shù)據(jù)往往偏大。(4)統(tǒng)計法具有后驗性,與勘探程度的高低息息相關(guān),因而一般在勘探成熟區(qū)應(yīng)用具有良好的效果。由上可見,資源量計算方法的可靠性關(guān)鍵取決于參數(shù)的選取都是否足夠精確,而這完全受制于勘探工作量的投入和勘探程度的高低。資源預(yù)測的方法目前按照方法所基于的原理歸類,類比法、成因法、統(tǒng)計法、綜合法是4類主導(dǎo)方法,在原理上非常規(guī)油氣資源評價與之并沒有什么本質(zhì)差別。評價差別主要體現(xiàn)在三方面:(1)資源評價起算條件;(2)資源評價標(biāo)準(zhǔn)不同———面積和厚度下限;(3)賦存模式(吸附+游離+溶解)差異,溶解氣油比不同。為克服參數(shù)選擇和賦值中的非確定性和賦值過程中的隨機性和主觀性導(dǎo)致的,目前張金川等(1)提出可利用條件概率賦值的方法來對參數(shù)進行科學(xué)賦值。條件概率可理解為在不同的概率條件下,有可能發(fā)生的地質(zhì)事件。計算過程中,所有的參數(shù)均由于地質(zhì)條件變化的復(fù)雜性而存在不確定性,可表示為給定條件下事件發(fā)生的可能性或者條件概率。條件概率越小,頁巖氣聚集的條件就越差,對應(yīng)的計算參數(shù)賦值也就越應(yīng)當(dāng)寬松,例如對TOC界限的條件概率賦值(表4)。因此根據(jù)這個標(biāo)準(zhǔn),研究區(qū)資源量數(shù)據(jù)的把握性很大,是比較可靠的。3兩組湖相頁巖有機質(zhì)比較(1)非常規(guī)頁巖氣資源具有連續(xù)性、非離散性,在空間分布上具有局限性,可采性取決于工程技術(shù)水平;陸相頁巖氣的資源評價方法主要是類比法、成因法和體積法,其他資源評價方法在頁巖氣勘探當(dāng)中具有一定的局限性。(2)延長組湖相頁巖有機質(zhì)主要為II型干酪根,有機質(zhì)演化階段主要處于成熟和生油窗階段,有機質(zhì)豐度較高,分布穩(wěn)定。(3)研究區(qū)利用類比法獲得的資源量(626.4