近兩年，我國頁巖氣開發(fā)正穩(wěn)步有序推進。然而，目前我國在頁巖氣勘探開發(fā)領域的技術儲備還比較薄弱，不適合倉促地開辟頁巖氣探區(qū)，而應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)識別頁巖氣有利區(qū)，從而降低風險。泥頁巖巖相識別近年來發(fā)展迅速，是在區(qū)域或盆地尺度上識別頁巖氣有利區(qū)的有效技術手段。
不同學者對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)構等特征為主定義泥頁巖巖相，另一類根據(jù)礦物組成、有機質(zhì)含量等定義巖相。研究顯示，基于礦物組成和有機質(zhì)含量定義泥頁巖巖相結(jié)合有機質(zhì)熱演化程度和天然裂縫分布特征，能非常準確地識別頁巖氣有利區(qū)，是頁巖氣儲層表征的重要內(nèi)容。其重要的研究意義表現(xiàn)在以下幾個方面。
基于礦物組成和有機質(zhì)含量定義泥頁巖巖相是頁巖氣儲層特征決定的
頁巖氣儲層的地質(zhì)特征可以概括為四大方面，即自生自儲、大面積連續(xù)成藏，低孔、特低滲、富含有機質(zhì)，構造、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頁巖氣的開發(fā)影響最大，導致其開發(fā)難度遠遠高于常規(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)實現(xiàn)商業(yè)化，正是由于水平鉆井和多階段水力壓裂技術實現(xiàn)了突破。因此，頁巖氣儲層評價的首要任務是為水平鉆井和多階段水力壓裂提供地質(zhì)支持。
在頁巖氣儲層的眾多屬性中，礦物組成對水力壓裂的影響最顯著。組成頁巖氣儲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，從而增加壓裂難度。同時，黏土礦物的存在會增加吸附態(tài)頁巖氣的比重。碳酸鹽礦物在泥頁巖中起的作用非常復雜：當含量相對較小時，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?shù)靥砑铀崮芴岣咚毫训男Ч?而當碳酸鹽巖礦物含量較大時會膠結(jié)成巖，形成碳酸鹽巖條帶，當其規(guī)模較大時會形成碳酸鹽巖夾層，對頁巖氣儲層儲量評價、巖石機械力學性質(zhì)和水力壓裂有重大影響。微量礦物對泥頁巖測井評價具有重要影響，而對泥頁巖巖石力學性質(zhì)的影響基本可以忽略。另外，頁巖氣自生、自儲于富有機質(zhì)泥頁巖中，氣體含量與有機質(zhì)含量關系密切，是識別頁巖氣富集區(qū)的重要指標。因此，基于礦物組成和有機質(zhì)含量定義泥頁巖巖相與巖石脆性和氣體含量關系密切，是設計水平鉆井井位和水力壓裂方案的重要基礎地質(zhì)資料。
尋找可壓裂的富有機質(zhì)泥頁巖是頁巖氣勘探思路的重要轉(zhuǎn)變
人們對頁巖氣系統(tǒng)中天然裂隙作用的認識經(jīng)歷了一個漫長的過程。
在19世紀50年代至20世紀5年代頁巖氣勘探開發(fā)的早期階段，地質(zhì)學家和石油工程師們認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思想來進行頁巖氣的勘探開發(fā)。隨著水平鉆井技術和水力壓裂技術在巴奈特頁巖中的成功應用，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，不僅對頁巖氣的保存不利，還可能造成人工壓裂液的大量漏水，進而對水力壓裂產(chǎn)生負面影響。因此，尋找可壓裂的富有機質(zhì)泥頁巖開始逐漸被油氣地質(zhì)學家接受，并逐漸發(fā)展為目前的主導思想，極大地擴展了頁巖氣的勘探范圍，在客觀上促進了頁巖氣產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，也標志著進入現(xiàn)代頁巖氣研究階段。而可壓裂的富有機質(zhì)泥頁巖與泥頁巖巖相密切相關。
利用泥頁巖巖相識別頁巖氣有利區(qū)與可用地質(zhì)資料密切相關
在大多數(shù)含油氣盆地，巖芯資料由于采集測試成本太高而相對稀缺，通常僅在幾口關鍵探井中取芯，并對部分巖芯進行實驗分析測試。而測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，測井資料對礦物組成和有機質(zhì)含量的測井相應比較明顯，用有限的巖芯資料進行約束，通過合適的測井分析方法能可靠地預測泥頁巖巖相，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測和分析泥頁巖巖相的空間分布提供了必要的地質(zhì)信息，是設計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)程度相對較高的區(qū)域，已經(jīng)存在大量的鉆井及測井資料，通過收集整理這些已經(jīng)存在的測井資料，能顯著降低頁巖氣勘探成本和風險。
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