近年來，頁巖氣勘探開發(fā)技術的成熟極大地促進了美國天然氣產(chǎn)量的大幅提高，改變了國際天然氣市場格局和北美天然氣市場價格，甚至改變了對未來能源供應前景的判斷。美國現(xiàn)在開采的非常規(guī)天然氣(頁巖氣、煤層氣和致密氣)已滿足其一半的天然氣需求。其中頁巖氣產(chǎn)量2006年占年天然氣總產(chǎn)量的6%，2007年占8%，2008年占9%，預測2010年將占13%，達到830億立方米。
與美國頁巖氣發(fā)育盆地對比，中國與美國在頁巖氣地質(zhì)條件上具有許多相似之處，頁巖氣富集地質(zhì)條件優(yōu)越，具有與美國大致相同的頁巖氣資源前景和開發(fā)潛力。中國頁巖氣資源量為(30～100)×1012m3，約為常規(guī)天然氣資源量的2倍，大致與美國頁巖氣資源量相當，可采資源量約為26萬億立方米(張金川等，2009)。僅四川盆地威遠和瀘州地區(qū)頁巖氣資源量高達(6.8～8.4)×1012m3，相當于四川盆地常規(guī)天然氣資源總量，頁巖氣資源開采前景廣闊。
“甜點”預測技術成關鍵
對比國外頁巖氣勘探的地質(zhì)背景，結合中國的實際地質(zhì)情況，國內(nèi)學者總結出以下幾點頁巖氣藏的關鍵地質(zhì)要素：
為了保證一定規(guī)模的頁巖氣資源量、資源豐度，有利發(fā)育區(qū)含氣泥頁巖厚度應大于50m，埋深大約1500～4500米;
泥頁巖的有機質(zhì)豐度對頁巖氣的生成和儲集有重要影響，有利發(fā)育區(qū)含氣泥頁巖TOC一般>2%，最好在2.5%～3.0%以上;
參考國外含氣頁巖熱演化特征，考慮到我國泥頁巖熱演化特征，有利發(fā)育區(qū)含氣泥頁巖Ro：一般>0.5%(Ⅲ型)或1.2%(Ⅰ型)，美國主要頁巖氣層Ro為0.4～3.5%;
脆性是頁巖氣儲層評價的重要指標之一，巖石的脆性和巖石力學是有極大相關性的，頁巖力學性質(zhì)：脆性指數(shù)>30%，楊氏模量在27～33Gpa之間，泊松比在0.235～0.27之間。
但是，在不同的區(qū)域頁巖氣的評價標準都是有區(qū)別的，總得來說對于地球物理領域而言，最主要的任務是預測高TOC含量、高脆性的頁巖氣儲層空間形態(tài)，為鉆井和壓裂等開發(fā)方案設計提供依據(jù)。
中國頁巖氣勘探起步較晚，全國頁巖氣資源調(diào)查顯示我國頁巖氣資源潛力巨大，但其勘探開發(fā)是一個全新課題，目前研究程度低、勘探開發(fā)技術較薄弱，頁巖氣地震技術仍處在探索階段。針對頁巖氣地質(zhì)特點，Jason公司通過在北美及國內(nèi)的頁巖氣勘探項目中的具體實踐經(jīng)驗，總結了一套針對頁巖氣勘探的技術流程，在精細地測井解釋評價和巖石物理分析的基礎上，綜合運用地震屬性、地震反演、各向異性等技術，對頁巖儲層分布、厚度、含氣性、裂縫發(fā)育、力學特征等方面進行研究，進而尋找頁巖氣富集“甜點”區(qū)，在此基礎上進行井位的設計和水平井鉆井跟蹤。
在這套工作流程中，每一個環(huán)節(jié)都有核心的關鍵技術來幫助研究人員更好地完成工作。
頁巖氣測井解釋
評價技術精準可靠
TOC含量的計算是頁巖氣的測井解釋評價中一個特別重要的指標。TOC含量的計算方法早在1990年由Passey提出，運用電阻率和聲波時差來計算 TOC含量，這個方法也是目前全球廣泛使用的方法。Jason通過實踐也提出了一套Statmin最優(yōu)化測井解釋方法來計算TOC含量，PowerLog Statmin可以用常規(guī)測井曲線得到非常規(guī)儲層的準確模型，這些模型可定量描述地層中的各類礦物、流體和干酪根的組成，模型的正確性可以通過鉆井巖屑或取心來驗證。
一旦模型建立好，可以不經(jīng)過再次校正就能應用到工區(qū)內(nèi)的其它井上，節(jié)省了寶貴的時間，并保證了解釋的一致性。這套方法經(jīng)過實際項目的檢驗，具有更好的準確性和可靠性。
地震巖石物理技術創(chuàng)新
傳統(tǒng)的巖石物理分析方法都是基于常規(guī)的砂泥巖儲層和碳酸鹽巖儲層的，但是在頁巖氣儲層里面需要考慮到有機碳這個特殊的礦物，Jason在做針對頁巖氣的地震巖石物理分析時，把有機碳作為一個單獨的礦物分成來考慮，采用了自相溶的方法來開展巖石物理的建模，從而保證了巖石物理工作的可靠性和準確性(圖2)。在得到了正確的巖石物理模型后，通過頁巖氣地震巖石物理分析，可以得到識別頁巖氣的敏感性彈性參數(shù)。
疊前同時反演技術準確有效
通過地震巖石物理分析得到識別頁巖氣的敏感性參數(shù)后，可以使用地震反演技術來得到這些彈性參數(shù)。頁巖是水平層理很發(fā)育的層狀地層，在地球物理上是典型的VTI介質(zhì)，VIT介質(zhì)的速度大小與方向有關。
在這種地質(zhì)情況下會造成在地震上，隨著入射角的變化速度不同;在井上直井、斜井和水平井的速度是不同的。圖4是國內(nèi)某區(qū)塊頁巖層段的速度統(tǒng)計分析情況，左圖是4口直井的頁巖層段速度直方圖，可以看到直井段統(tǒng)計的速度在3900m/s左右，右圖是一口水平井統(tǒng)計的相同頁巖層段的速度，速度在4500m/s左右，可以看到水平井的速度要大于直井的速度，頁巖具有很強的各向異性。
目前的疊前同時反演技術大多是基于各項同性原理的，而頁巖具有很強的各向異性特征。Jason公司采用擬各向異性的技術，在頁巖這種各向異性介質(zhì)中來開展各向同性反演。圖5是基于不同的原理下進行的正演分析，橫坐標是地震入射角，縱坐標是振幅，橙色的線是基于各向同性理論得到的AVO曲線，藍線是基于各向異性理論得到的AVO曲線，可以看到隨著入射角的變化，基于各向異性理論和基于各向同性理論正演得到的振幅差異非常大。Jason提出的擬各向異性方法將所有的各向異性的參數(shù)校正到各向同性的條件下，但是結果又跟各向異性的結果非常吻合(綠色線)，從而保證在頁巖氣這樣一個特殊的各向異性地質(zhì)環(huán)境下開展各向同性疊前同時反演，并獲得一個有效的、可靠準確的結果。
巖相流體定量解釋技術確保井眼軌跡在“甜點”區(qū)
巖相流體概率分析技術通過把巖石物理和概率相結合，在對多種巖性和含流體類型條件下測井彈性屬性的分布特征進行綜合研究基礎上，定義各種巖性的彈性屬性的概率密度函數(shù)，然后應用貝葉斯模糊判別分析技術，將疊前同時反演得到的彈性參數(shù)成果轉換成各種指定類型巖性的空間分布概率，得一個直接的、具有明確地質(zhì)意義的頁巖儲層巖相三維空間分布結果，在此結果上進行水平井的設計，從而確保設計的井眼軌跡，保持在有利的目標“甜點”中。
總的來說，Jason對于頁巖氣“甜點”預測的技術思路是基于這樣幾個環(huán)節(jié)來進行，第一個是井的環(huán)節(jié)，包括測井解釋評價和巖石物理，第二個環(huán)節(jié)是利用地震來獲得一個好的結果和目標，第三個環(huán)節(jié)是有了目標后進行水平井的設計及鉆井跟蹤，在每一個環(huán)節(jié)，Jason公司都有相應的配套軟件產(chǎn)品給來更快捷的完成工作。
“甜點”預測技術有良效
Jason的頁巖氣“甜點”預測技術在國內(nèi)外的頁巖氣區(qū)塊中取得了好的實踐效果。圖8為美國Bend Arch-Fort Worth盆地Barnett組頁巖氣預測結果剖面，巖相類型3為好的頁巖氣儲層，圖中藍色的井軌跡是原先設計的水平井，可以看到原先設計的井軌跡偏高和偏低，水平井段未在好的儲層中，通過預測結果將井軌跡做調(diào)整(黑色井軌跡)，保持設計的井眼軌跡保持在頁巖氣的優(yōu)質(zhì)儲層中，取得了好的生產(chǎn)效果。
同時，Jason的這套技術在國內(nèi)的頁巖氣區(qū)塊中也有好的應用效果，通過對四川盆地涪陵地區(qū)頁巖氣的研究，建立了頁巖氣的地震巖石物理分析量版，預測了自流井組大安寨段和東岳廟組頁巖的的孔隙度、TOC含量、脆性礦物體積、裂縫分布情況以及頁巖氣儲層的分布情況，優(yōu)選了有利區(qū)四個，提供了水平井建議井位一口，并總結了一整套適合該區(qū)域頁巖氣研究的技術方法和流程。
通過實踐證明，Jason頁巖氣“甜點”預測技術在國內(nèi)外的頁巖氣區(qū)塊中都有較強的實用性，該技術思路和流程可以在頁巖氣的勘探中推廣使用。
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