近兩年，我國頁巖氣開發(fā)正穩(wěn)步有序推進(jìn)。然而，目前我國在頁巖氣勘探開發(fā)領(lǐng)域的技術(shù)儲(chǔ)備還比較薄弱，不適合倉促地開辟頁巖氣探區(qū)，而應(yīng)集中力量首先在四川盆地、鄂爾多斯(7.18, 0.09, 1.27%)盆地等地質(zhì)資料豐富的地區(qū)識(shí)別頁巖氣有利區(qū)，從而降低風(fēng)險(xiǎn)。泥頁巖巖相識(shí)別近年來發(fā)展迅速，是在區(qū)域或盆地尺度上識(shí)別頁巖氣有利區(qū)的有效技術(shù)手段。
不同學(xué)者對(duì)泥頁巖巖相的定義有所不同，大體可以歸納為兩類：一類根據(jù)泥頁巖紋理、結(jié)構(gòu)等特征為主定義泥頁巖巖相，另一類根據(jù)礦物組成、有機(jī)質(zhì)含量等定義巖相。研究顯示，基于礦物組成和有機(jī)質(zhì)含量定義泥頁巖巖相結(jié)合有機(jī)質(zhì)熱演化程度和天然裂縫分布特征，能非常準(zhǔn)確地識(shí)別頁巖氣有利區(qū)，是頁巖氣儲(chǔ)層表征的重要內(nèi)容。其重要的研究意義表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
基于礦物組成和有機(jī)質(zhì)含量定義泥頁巖巖相是頁巖氣儲(chǔ)層特征決定的
頁巖氣儲(chǔ)層的地質(zhì)特征可以概括為四大方面，即自生自儲(chǔ)、大面積連續(xù)成藏，低孔、特低滲、富含有機(jī)質(zhì)，構(gòu)造、生烴成因的天然裂隙發(fā)育，吸附態(tài)、游離態(tài)頁巖氣并存。其中，低孔隙度和特低滲透率對(duì)頁巖氣的開發(fā)影響最大，導(dǎo)致其開發(fā)難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)油氣，通常需要利用水平井增大泄油(氣)面積、利用人工大型水利壓裂增加有效滲流通道來獲取工業(yè)氣流。北美頁巖氣開發(fā)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，正是由于水平鉆井和多階段水力壓裂技術(shù)實(shí)現(xiàn)了突破。因此，頁巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的首要任務(wù)是為水平鉆井和多階段水力壓裂提供地質(zhì)支持。
在頁巖氣儲(chǔ)層的眾多屬性中，礦物組成對(duì)水力壓裂的影響最顯著。組成頁巖氣儲(chǔ)層的礦物可以分為四大類：硅質(zhì)礦物(主要是石英和長石)、碳酸鹽礦物 (主要是方解石和白云石)、黏土礦物(主要是伊利石、綠泥石和云母)和微量礦物(主要為黃鐵礦、重晶石)。石英和長石是一種脆性礦物，能增加泥頁巖的脆性，從而有利于水力壓裂的實(shí)施和天然裂隙的發(fā)育，并且在頁巖氣的開發(fā)過程中維持裂隙處于開啟狀態(tài)。石英和長石對(duì)氣體幾乎沒有吸附能力，同等條件下，石英含量越高游離態(tài)頁巖氣所占的比重越大。黏土礦物易發(fā)生塑性變形，降低泥頁巖脆性，部分黏土礦物還具有水敏效應(yīng)，從而增加壓裂難度。同時(shí)，黏土礦物的存在會(huì)增加吸附態(tài)頁巖氣的比重。碳酸鹽礦物在泥頁巖中起的作用非常復(fù)雜：當(dāng)含量相對(duì)較小時(shí)，碳酸鹽礦物難以膠結(jié)成巖，一方面破壞了粒間孔隙，另一方面卻增加了泥頁巖的脆性，在壓裂中適當(dāng)?shù)靥砑铀崮芴岣咚毫训男Ч?而當(dāng)碳酸鹽巖礦物含量較大時(shí)會(huì)膠結(jié)成巖，形成碳酸鹽巖條帶，當(dāng)其規(guī)模較大時(shí)會(huì)形成碳酸鹽巖夾層，對(duì)頁巖氣儲(chǔ)層儲(chǔ)量評(píng)價(jià)、巖石機(jī)械力學(xué)性質(zhì)和水力壓裂有重大影響。微量礦物對(duì)泥頁巖測(cè)井評(píng)價(jià)具有重要影響，而對(duì)泥頁巖巖石力學(xué)性質(zhì)的影響基本可以忽略。另外，頁巖氣自生、自儲(chǔ)于富有機(jī)質(zhì)泥頁巖中，氣體含量與有機(jī)質(zhì)含量關(guān)系密切，是識(shí)別頁巖氣富集區(qū)的重要指標(biāo)。因此，基于礦物組成和有機(jī)質(zhì)含量定義泥頁巖巖相與巖石脆性和氣體含量關(guān)系密切，是設(shè)計(jì)水平鉆井井位和水力壓裂方案的重要基礎(chǔ)地質(zhì)資料。
尋找可壓裂的富有機(jī)質(zhì)泥頁巖是頁巖氣勘探思路的重要轉(zhuǎn)變
人們對(duì)頁巖氣系統(tǒng)中天然裂隙作用的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了一個(gè)漫長的過程。
在19世紀(jì)50年代至20世紀(jì)5年代頁巖氣勘探開發(fā)的早期階段，地質(zhì)學(xué)家和石油工程師們認(rèn)為頁巖氣主要以游離態(tài)存在于泥頁巖裂隙中，天然裂隙不僅提供了主要的存儲(chǔ)空間，而且提供了重要的滲流通道。因此，歷史上一度以尋找裂縫性泥頁巖為主要指導(dǎo)思想來進(jìn)行頁巖氣的勘探開發(fā)。隨著水平鉆井技術(shù)和水力壓裂技術(shù)在巴奈特頁巖中的成功應(yīng)用，有效解決了泥頁巖基質(zhì)滲透率太低而不能提供有效滲流通道的問題，天然裂隙不再是泥頁巖成為儲(chǔ)層的必要條件。另外，天然裂縫發(fā)育的區(qū)域，特別是在斷層附近，不僅對(duì)頁巖氣的保存不利，還可能造成人工壓裂液的大量漏水，進(jìn)而對(duì)水力壓裂產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，尋找可壓裂的富有機(jī)質(zhì)泥頁巖開始逐漸被油氣地質(zhì)學(xué)家接受，并逐漸發(fā)展為目前的主導(dǎo)思想，極大地?cái)U(kuò)展了頁巖氣的勘探范圍，在客觀上促進(jìn)了頁巖氣產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，也標(biāo)志著進(jìn)入現(xiàn)代頁巖氣研究階段。而可壓裂的富有機(jī)質(zhì)泥頁巖與泥頁巖巖相密切相關(guān)。
利用泥頁巖巖相識(shí)別頁巖氣有利區(qū)與可用地質(zhì)資料密切相關(guān)
在大多數(shù)含油氣盆地，巖芯資料由于采集測(cè)試成本太高而相對(duì)稀缺，通常僅在幾口關(guān)鍵探井中取芯，并對(duì)部分巖芯進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析測(cè)試。而測(cè)井資料基本上存在于所有鉆井中，是最豐富的地質(zhì)資料。同時(shí)，測(cè)井資料對(duì)礦物組成和有機(jī)質(zhì)含量的測(cè)井相應(yīng)比較明顯，用有限的巖芯資料進(jìn)行約束，通過合適的測(cè)井分析方法能可靠地預(yù)測(cè)泥頁巖巖相，從而為建立泥頁巖巖相三維模型提供充足的樣本信息。建立的三維泥頁巖巖相模型為預(yù)測(cè)和分析泥頁巖巖相的空間分布提供了必要的地質(zhì)信息，是設(shè)計(jì)水平鉆井和水力壓裂的重要依據(jù)。特別是在四川盆地、鄂爾多斯盆地等常規(guī)油氣勘探開發(fā)程度相對(duì)較高的區(qū)域，已經(jīng)存在大量的鉆井及測(cè)井資料，通過收集整理這些已經(jīng)存在的測(cè)井資料，能顯著降低頁巖氣勘探成本和風(fēng)險(xiǎn)。
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