近年來(lái)，頁(yè)巖氣勘探開發(fā)技術(shù)的成熟極大地促進(jìn)了美國(guó)天然氣產(chǎn)量的大幅提高，改變了國(guó)際天然氣市場(chǎng)格局和北美天然氣市場(chǎng)價(jià)格，甚至改變了對(duì)未來(lái)能源供應(yīng)前景的判斷。美國(guó)現(xiàn)在開采的非常規(guī)天然氣(頁(yè)巖氣、煤層氣和致密氣)已滿足其一半的天然氣需求。其中頁(yè)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(yù)測(cè)2010年將占13%，達(dá)到830億立方米。
與美國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)育盆地對(duì)比，中國(guó)與美國(guó)在頁(yè)巖氣地質(zhì)條件上具有許多相似之處，頁(yè)巖氣富集地質(zhì)條件優(yōu)越，具有與美國(guó)大致相同的頁(yè)巖氣資源前景和開發(fā)潛力。中國(guó)頁(yè)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(guó)頁(yè)巖氣資源量相當(dāng)，可采資源量約為26萬(wàn)億立方米 (張金川等，2009)。僅四川盆地威遠(yuǎn)和瀘州地區(qū)頁(yè)巖氣資源量高達(dá)(6.8～8.4)×1012m3，相當(dāng)于四川盆地常規(guī)天然氣資源總量，頁(yè)巖氣資源開采前景廣闊。
“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)技術(shù)成關(guān)鍵
對(duì)比國(guó)外頁(yè)巖氣勘探的地質(zhì)背景，結(jié)合中國(guó)的實(shí)際地質(zhì)情況，國(guó)內(nèi)學(xué)者總結(jié)出以下幾點(diǎn)頁(yè)巖氣藏的關(guān)鍵地質(zhì)要素：
為了保證一定規(guī)模的頁(yè)巖氣資源量、資源豐度，有利發(fā)育區(qū)含氣泥頁(yè)巖厚度應(yīng)大于50m，埋深大約1500～4500米;
泥頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)豐度對(duì)頁(yè)巖氣的生成和儲(chǔ)集有重要影響，有利發(fā)育區(qū)含氣泥頁(yè)巖TOC一般>2%，最好在2.5%～3.0%以上;
參考國(guó)外含氣頁(yè)巖熱演化特征，考慮到我國(guó)泥頁(yè)巖熱演化特征，有利發(fā)育區(qū)含氣泥頁(yè)巖Ro：一般>0.5%(Ⅲ型)或1.2%(Ⅰ型)，美國(guó)主要頁(yè)巖氣層Ro為0.4～3.5%;
脆性是頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一，巖石的脆性和巖石力學(xué)是有極大相關(guān)性的，頁(yè)巖力學(xué)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(yè)巖氣的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)都是有區(qū)別的，總得來(lái)說(shuō)對(duì)于地球物理領(lǐng)域而言，最主要的任務(wù)是預(yù)測(cè)高TOC含量、高脆性的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層空間形態(tài)，為鉆井和壓裂等開發(fā)方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
中國(guó)頁(yè)巖氣勘探起步較晚，全國(guó)頁(yè)巖氣資源調(diào)查顯示我國(guó)頁(yè)巖氣資源潛力巨大，但其勘探開發(fā)是一個(gè)全新課題，目前研究程度低、勘探開發(fā)技術(shù)較薄弱，頁(yè)巖氣地震技術(shù)仍處在探索階段。針對(duì)頁(yè)巖氣地質(zhì)特點(diǎn)，Jason公司通過(guò)在北美及國(guó)內(nèi)的頁(yè)巖氣勘探項(xiàng)目中的具體實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了一套針對(duì)頁(yè)巖氣勘探的技術(shù)流程，在精細(xì)地測(cè)井解釋評(píng)價(jià)和巖石物理分析的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用地震屬性、地震反演、各向異性等技術(shù)，對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層分布、厚度、含氣性、裂縫發(fā)育、力學(xué)特征等方面進(jìn)行研究，進(jìn)而尋找頁(yè)巖氣富集“甜點(diǎn)”區(qū)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行井位的設(shè)計(jì)和水平井鉆井跟蹤。
在這套工作流程中，每一個(gè)環(huán)節(jié)都有核心的關(guān)鍵技術(shù)來(lái)幫助研究人員更好地完成工作。
頁(yè)巖氣測(cè)井解釋
評(píng)價(jià)技術(shù)精準(zhǔn)可靠
TOC含量的計(jì)算是頁(yè)巖氣的測(cè)井解釋評(píng)價(jià)中一個(gè)特別重要的指標(biāo)。TOC含量的計(jì)算方法早在1990年由Passey提出，運(yùn)用電阻率和聲波時(shí)差來(lái)計(jì)算 TOC含量，這個(gè)方法也是目前全球廣泛使用的方法。Jason通過(guò)實(shí)踐也提出了一套Statmin最優(yōu)化測(cè)井解釋方法來(lái)計(jì)算TOC含量，PowerLog Statmin可以用常規(guī)測(cè)井曲線得到非常規(guī)儲(chǔ)層的準(zhǔn)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(guò)鉆井巖屑或取心來(lái)驗(yàn)證。
一旦模型建立好，可以不經(jīng)過(guò)再次校正就能應(yīng)用到工區(qū)內(nèi)的其它井上，節(jié)省了寶貴的時(shí)間，并保證了解釋的一致性。這套方法經(jīng)過(guò)實(shí)際項(xiàng)目的檢驗(yàn)，具有更好的準(zhǔn)確性和可靠性。
地震巖石物理技術(shù)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(chǔ)層和碳酸鹽巖儲(chǔ)層的，但是在頁(yè)巖氣儲(chǔ)層里面需要考慮到有機(jī)碳這個(gè)特殊的礦物，Jason在做針對(duì)頁(yè)巖氣的地震巖石物理分析時(shí)，把有機(jī)碳作為一個(gè)單獨(dú)的礦物分成來(lái)考慮，采用了自相溶的方法來(lái)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(zhǔn)確性 (圖2)。在得到了正確的巖石物理模型后，通過(guò)頁(yè)巖氣地震巖石物理分析，可以得到識(shí)別頁(yè)巖氣的敏感性彈性參數(shù)。
疊前同時(shí)反演技術(shù)準(zhǔn)確有效
通過(guò)地震巖石物理分析得到識(shí)別頁(yè)巖氣的敏感性參數(shù)后，可以使用地震反演技術(shù)來(lái)得到這些彈性參數(shù)。頁(yè)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(guān)。
在這種地質(zhì)情況下會(huì)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(guó)內(nèi)某區(qū)塊頁(yè)巖層段的速度統(tǒng)計(jì)分析情況，左圖是4口直井的頁(yè)巖層段速度直方圖，可以看到直井段統(tǒng)計(jì)的速度在3900m/s左右，右圖是一口水平井統(tǒng)計(jì)的相同頁(yè)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(yè)巖具有很強(qiáng)的各向異性。
目前的疊前同時(shí)反演技術(shù)大多是基于各項(xiàng)同性原理的，而頁(yè)巖具有很強(qiáng)的各向異性特征。Jason公司采用擬各向異性的技術(shù)，在頁(yè)巖這種各向異性介質(zhì)中來(lái)開展各向同性反演。圖5是基于不同的原理下進(jìn)行的正演分析，橫坐標(biāo)是地震入射角，縱坐標(biāo)是振幅，橙色的線是基于各向同性理論得到的AVO曲線，藍(lán)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(jié)果又跟各向異性的結(jié)果非常吻合(綠色線)，從而保證在頁(yè)巖氣這樣一個(gè)特殊的各向異性地質(zhì)環(huán)境下開展各向同性疊前同時(shí)反演，并獲得一個(gè)有效的、可靠準(zhǔn)確的結(jié)果。
巖相流體定量解釋技術(shù)確保井眼軌跡在“甜點(diǎn)”區(qū)
巖相流體概率分析技術(shù)通過(guò)把巖石物理和概率相結(jié)合，在對(duì)多種巖性和含流體類型條件下測(cè)井彈性屬性的分布特征進(jìn)行綜合研究基礎(chǔ)上，定義各種巖性的彈性屬性的概率密度函數(shù)，然后應(yīng)用貝葉斯模糊判別分析技術(shù)，將疊前同時(shí)反演得到的彈性參數(shù)成果轉(zhuǎn)換成各種指定類型巖性的空間分布概率，得一個(gè)直接的、具有明確地質(zhì)意義的頁(yè)巖儲(chǔ)層巖相三維空間分布結(jié)果，在此結(jié)果上進(jìn)行水平井的設(shè)計(jì)，從而確保設(shè)計(jì)的井眼軌跡，保持在有利的目標(biāo)“甜點(diǎn)”中。
總的來(lái)說(shuō)，Jason對(duì)于頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)的技術(shù)思路是基于這樣幾個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)進(jìn)行，第一個(gè)是井的環(huán)節(jié)，包括測(cè)井解釋評(píng)價(jià)和巖石物理，第二個(gè)環(huán)節(jié)是利用地震來(lái)獲得一個(gè)好的結(jié)果和目標(biāo)，第三個(gè)環(huán)節(jié)是有了目標(biāo)后進(jìn)行水平井的設(shè)計(jì)及鉆井跟蹤，在每一個(gè)環(huán)節(jié)，Jason公司都有相應(yīng)的配套軟件產(chǎn)品給來(lái)更快捷的完成工作。
“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)技術(shù)有良效
Jason的頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的頁(yè)巖氣區(qū)塊中取得了好的實(shí)踐效果。圖8為美國(guó)Bend Arch-Fort Worth盆地Barnett組頁(yè)巖氣預(yù)測(cè)結(jié)果剖面，巖相類型3為好的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層，圖中藍(lán)色的井軌跡是原先設(shè)計(jì)的水平井，可以看到原先設(shè)計(jì)的井軌跡偏高和偏低，水平井段未在好的儲(chǔ)層中，通過(guò)預(yù)測(cè)結(jié)果將井軌跡做調(diào)整(黑色井軌跡)，保持設(shè)計(jì)的井眼軌跡保持在頁(yè)巖氣的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層中，取得了好的生產(chǎn)效果。
同時(shí)，Jason的這套技術(shù)在國(guó)內(nèi)的頁(yè)巖氣區(qū)塊中也有好的應(yīng)用效果，通過(guò)對(duì)四川盆地涪陵地區(qū)頁(yè)巖氣的研究，建立了頁(yè)巖氣的地震巖石物理分析量版，預(yù)測(cè)了自流井組大安寨段和東岳廟組頁(yè)巖的的孔隙度、TOC含量、脆性礦物體積、裂縫分布情況以及頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的分布情況，優(yōu)選了有利區(qū)四個(gè)，提供了水平井建議井位一口，并總結(jié)了一整套適合該區(qū)域頁(yè)巖氣研究的技術(shù)方法和流程。
通過(guò)實(shí)踐證明，Jason頁(yè)巖氣“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的頁(yè)巖氣區(qū)塊中都有較強(qiáng)的實(shí)用性，該技術(shù)思路和流程可以在頁(yè)巖氣的勘探中推廣使用。
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