四川盆地川西坳陷頁(yè)巖氣資源量與儲(chǔ)量評(píng)價(jià)方法

前人從不同角度研究了巖漿巖的資源量，但巖漿巖的形成模式和聚集形式與傳統(tǒng)氣體存在顯著差異。傳統(tǒng)的資源量、儲(chǔ)量評(píng)價(jià)體系和參數(shù)價(jià)值法不能適合于巖漿巖的評(píng)估，也不能適合于巖漿巖資源評(píng)價(jià)的不確定性。因此,有必要對(duì)頁(yè)巖氣的資源量與儲(chǔ)量評(píng)價(jià)體系進(jìn)行研究。1頁(yè)巖氣資源量與儲(chǔ)量的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣發(fā)育條件及富集機(jī)理的特殊性,決定了相應(yīng)資源評(píng)價(jià)方法和參數(shù)取值的特殊性。結(jié)合常規(guī)的油氣成藏特點(diǎn),通常的油氣資源評(píng)價(jià)方法一般采用系統(tǒng)的“累加”法原則和思路進(jìn)行,與常規(guī)油氣的不斷“富集”過程和特點(diǎn)相吻合;頁(yè)巖氣以吸附和游離兩種狀態(tài)同時(shí)賦存于泥頁(yè)巖中,天然氣的富集兼具有煤層氣、根緣氣和常規(guī)儲(chǔ)層氣的機(jī)理特點(diǎn),表現(xiàn)為典型的天然氣吸附與脫附、聚集與逃逸的動(dòng)態(tài)過程,資源量與儲(chǔ)量評(píng)價(jià)方法需相應(yīng)調(diào)整和考慮;當(dāng)頁(yè)巖物性超出下限(孔隙度小于1%)、頁(yè)巖含氣量達(dá)不到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者埋藏深度超出經(jīng)濟(jì)下線(埋深4km)時(shí),頁(yè)巖氣資源量與儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果宜采取適當(dāng)辦法予以總量中的扣除?；诔Ｒ?guī)油氣資源評(píng)價(jià)方法并考慮頁(yè)巖氣聚集的地質(zhì)特殊性,采用系統(tǒng)性思想和原則,將頁(yè)巖氣資源量與儲(chǔ)量評(píng)價(jià)方法劃分為4大類及若干小類(表1)。1.1頁(yè)巖氣地質(zhì)評(píng)價(jià)系數(shù)類比法是頁(yè)巖氣資源量與儲(chǔ)量評(píng)價(jià)和計(jì)算的最基本方法,由于重點(diǎn)考慮的因素不同而可以進(jìn)一步劃分為多種。該方法可適應(yīng)于不同的地質(zhì)條件和資料情況,但由于目前已成功勘探開發(fā)的頁(yè)巖氣主要集中在美國(guó)且頁(yè)巖氣富集模式還很有限,故該方法的應(yīng)用目前還局限于與美國(guó)頁(yè)巖氣區(qū)具有相似地質(zhì)背景的研究對(duì)象中。假設(shè)q為標(biāo)準(zhǔn)區(qū)頁(yè)巖氣總資源量、k1為評(píng)價(jià)區(qū)地質(zhì)參數(shù)(或評(píng)價(jià)系數(shù));k2為標(biāo)準(zhǔn)區(qū)地質(zhì)參數(shù)(或評(píng)價(jià)系數(shù));c為修正系數(shù),則評(píng)價(jià)區(qū)頁(yè)巖氣資源量或儲(chǔ)量Q為:Q=qk1/(k2c)(1)頁(yè)巖氣地質(zhì)評(píng)價(jià)系數(shù)的主控因素為源巖總有機(jī)碳含量、成熟度、類型、厚度以及埋深等。因此在計(jì)算中往往以這5個(gè)條件作為地質(zhì)評(píng)價(jià)系數(shù)賦值的基本依據(jù),根據(jù)各自在評(píng)價(jià)過程中的重要性不同,可分別賦予不同權(quán)重(PO,PR,PT,Ph,PH)進(jìn)行計(jì)算,地質(zhì)評(píng)價(jià)系數(shù)由下式加以確定:K=POKO+PRKR+PTKT+PhKh+PHKH(2)式中:K表示地質(zhì)評(píng)價(jià)系數(shù);KO表示總有機(jī)碳含量條件系數(shù);KR表示有機(jī)質(zhì)成熟度條件系數(shù);KT表示有機(jī)質(zhì)類型條件系數(shù);Kh表示厚度條件系數(shù);KH表示埋深條件系數(shù)。1.2黑箱特性分析成因分析法是基于頁(yè)巖氣形成過程極其復(fù)雜(如古生界海相頁(yè)巖),要弄清頁(yè)巖生氣過程中每一次生、排烴過程幾乎不可能的條件下進(jìn)行的,在頁(yè)巖氣的資源與儲(chǔ)量評(píng)價(jià)計(jì)算過程中宜采用“黑箱”原理進(jìn)行,即將頁(yè)巖視為“黑箱”并以頁(yè)巖氣研究為核心,通過多次試驗(yàn)分別求得頁(yè)巖的平衡聚集量,進(jìn)而求得頁(yè)巖的剩余總含氣量。由于在常規(guī)的頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)方法中,頁(yè)巖氣是被作為殘留于烴源巖中的損失量進(jìn)行計(jì)算的,故頁(yè)巖氣資源量的成因算法是對(duì)油氣資源量計(jì)算的重要補(bǔ)充。其中的剩余資源分析法適用于頁(yè)巖氣勘探開發(fā)早期。當(dāng)盆地內(nèi)頁(yè)巖總生氣量Q和常規(guī)類型天然氣資源量或儲(chǔ)量Qn(含逸散量)為已知,并假定其他非常規(guī)天然氣資源量可以忽略不計(jì)時(shí),頁(yè)巖氣資源量Qs為總生氣量與常規(guī)資源總量的差值,即Qs=Q-Qn(3)1.3回收頁(yè)巖氣當(dāng)已經(jīng)取得一定的含氣量數(shù)據(jù)或擁有開發(fā)生產(chǎn)資料時(shí),使用統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行頁(yè)巖氣資源與儲(chǔ)量計(jì)算易于取得更加準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。用體積統(tǒng)計(jì)法對(duì)頁(yè)巖氣進(jìn)行資源量計(jì)算主要是以滿足TOC>0.3%、Ro>0.4%、埋藏深度不超過4km的頁(yè)巖發(fā)育面積和厚度求得頁(yè)巖氣含氣體積,進(jìn)而求得資源量。假設(shè)頁(yè)巖的有效體積為V,單位重量頁(yè)巖總含氣量為A,巖石密度為ρ,則由下式可求得資源量或儲(chǔ)量Q:Q=AVρ(4)吸附要素分析法主要考慮頁(yè)巖氣賦存狀態(tài)與其約束因素之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系,頁(yè)巖總含氣量Qa與其總有機(jī)碳含量x1、有機(jī)質(zhì)類型x2、有機(jī)質(zhì)成熟度x3、伴生礦物類型x4等存在一定的統(tǒng)計(jì)關(guān)系,即Qa=f(x1,x2,x3,x4,…,xn)(5)進(jìn)一步,根據(jù)上述各影響因素自身的概率函數(shù)分布對(duì)其進(jìn)行概率賦值,可求得頁(yè)巖氣資源分布的概率分布函數(shù),據(jù)此可計(jì)算不同概率條件下的頁(yè)巖氣資源/儲(chǔ)量,即Qp=f(Sp,Hp,φp,Kp,…)(6)式中:Qp表示概率p條件時(shí)的資源量,Sp、Hp、φp、Kp分別表示面積、厚度、孔隙度、滲透率等參數(shù)。1.4系統(tǒng)模擬分析在類比法、成因法、統(tǒng)計(jì)法計(jì)算資源量的基礎(chǔ)上,采用蒙特卡洛法、打分法、盆地模擬法、專家賦值法、特爾菲綜合法等對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行綜合分析,并可通過概率分析法對(duì)頁(yè)巖氣資源的平面分布進(jìn)行預(yù)測(cè),得出可信度較高的結(jié)果。盆地模擬方法及先進(jìn)的盆地模擬軟件可以定量模擬烴源巖的成熟演化及空間的展布特征,恢復(fù)盆地在地史時(shí)期中的烴源巖生排烴過程,利用動(dòng)態(tài)研究的思想分析并預(yù)測(cè)頁(yè)巖生氣以后的留排過程,計(jì)算頁(yè)巖中天然氣的現(xiàn)今存留數(shù)量作為頁(yè)巖氣資源評(píng)價(jià)的結(jié)果。蒙特卡洛法是一種基于“隨機(jī)數(shù)”的計(jì)算方法,它回避了結(jié)構(gòu)可靠度分析中的數(shù)學(xué)困難而不需要考慮狀態(tài)函數(shù)特征,只要模擬次數(shù)足夠多,就可以得到一個(gè)比較精確的可靠度指標(biāo)。計(jì)算公式可表示為頁(yè)巖氣成藏地質(zhì)要素與經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的連乘,即資源量Q可表示為:Q=K∏i=1nf(Xi)(7)Q=Κ∏i=1nf(Xi)(7)式中:f(Xi)表示第i個(gè)地質(zhì)要素的值;Q表示資源量;K表示所有經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的乘積。特爾菲綜合法的主要原理是將不同地質(zhì)專家對(duì)研究區(qū)頁(yè)巖氣的認(rèn)識(shí)進(jìn)行綜合,是完成資源匯總與分析的重要手段。在美國(guó)、加拿大等國(guó)家,特爾菲法被認(rèn)為是最重要的評(píng)價(jià)方法之一。2西山崎峽谷的應(yīng)用2.1儲(chǔ)層及工區(qū)地層總有機(jī)碳含量川西地區(qū)屬于揚(yáng)子地臺(tái)西北緣,在歷經(jīng)了多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)復(fù)合疊加后形成現(xiàn)今的構(gòu)造面貌,其構(gòu)造形變總體可歸為龍門山構(gòu)造形變系統(tǒng)。該區(qū)上三疊統(tǒng)地層自下而上發(fā)育了馬鞍塘組、小塘子組以及須家河組二段、三段、四段、五段。它們具有良好的生烴能力,如須三段厚度為700～1000m,為一套以湖沼相為主的深色泥頁(yè)巖夾薄層砂巖和煤層的巨厚沉積。由于其平均埋深為4.5km,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了目前頁(yè)巖氣勘探開發(fā)的經(jīng)濟(jì)深度界限。因此從可采資源量(儲(chǔ)量)計(jì)算中予以剔除(當(dāng)頁(yè)巖埋藏深度超過4km時(shí),資源量與儲(chǔ)量綜合分析與匯總評(píng)價(jià)時(shí)賦專家分值為零)。研究區(qū)內(nèi)埋藏深度在4km以內(nèi)且富含有機(jī)質(zhì)的暗色泥頁(yè)巖僅有須家河組五段,須五段埋深介于1800～4057m,地層厚度為466～600m,為一套扇三角洲—濱淺湖相沉積,總體以黑色、灰黑色頁(yè)巖為主,夾薄層深灰色細(xì)—砂巖和煤層,區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育且穩(wěn)定分布。研究區(qū)須五段的有機(jī)質(zhì)干酪根為典型的腐殖型,總有機(jī)碳含量多分布于1%～8%之間(占到統(tǒng)計(jì)樣品總數(shù)的90%以上),主峰為2%～4%(圖1),最大可達(dá)到18.9%,計(jì)算平均值為4.0%。因此,較高的總有機(jī)碳含量有利于頁(yè)巖氣的生成和吸附富集。須五段有機(jī)質(zhì)成熟度隨深度增加而變大的規(guī)律比較明顯,測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果主要分布在1.01%～1.68%,平均值為1.3%,處于成熟—高成熟過渡階段(圖2),可視為處于頁(yè)巖氣發(fā)育的最有利階段。2.2需要對(duì)五段巖石氣資源進(jìn)行評(píng)估2.2.1頁(yè)巖氣資源潛力及地震資源量將川西坳陷須五段頁(yè)巖的地質(zhì)特征與美國(guó)五大頁(yè)巖氣盆地對(duì)比后發(fā)現(xiàn),無論是在盆地特點(diǎn),還是源巖條件抑或是儲(chǔ)集性能等方面,川西坳陷須五段頁(yè)巖氣地質(zhì)條件都與美國(guó)福特沃斯盆地Barnett具有明顯的可比性。因此可采用福特沃斯盆地的頁(yè)巖氣系統(tǒng)作為類比標(biāo)準(zhǔn)區(qū),用地質(zhì)類比法對(duì)川西坳陷頁(yè)巖氣的資源潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)(表2)。在運(yùn)用類比法進(jìn)行資源量或儲(chǔ)量計(jì)算的過程中,對(duì)結(jié)果影響較大的關(guān)鍵參數(shù)是油氣資源豐度。福特沃斯盆地已進(jìn)入頁(yè)巖氣開發(fā)程度較高的階段,資源量的測(cè)算較為準(zhǔn)確。根據(jù)福特沃斯盆地面積3.81×104km2及其資源量為1.65×1012～6.01×1012m3,并考慮研究區(qū)地質(zhì)條件的差異性,使用地質(zhì)條件系數(shù)求得研究區(qū)平均資源豐度為0.46×108m3/km2(表3)。根據(jù)表3提供的數(shù)據(jù)并以川西坳陷區(qū)域面積6.0×104km2為基礎(chǔ),計(jì)算可得川西坳陷須五段頁(yè)巖氣總資源量為2.26×1012m3。2.2.2地層層生烴及排烴系數(shù)由于研究區(qū)天然氣勘探程度相對(duì)較高,前人計(jì)算的烴源巖生烴量結(jié)果可以直接參與成因法頁(yè)巖氣資源量計(jì)算。研究結(jié)果表明,川西坳陷須五段在早侏羅世末期開始生烴,到白堊紀(jì)末期生烴結(jié)束,此段地層的總生烴量達(dá)到11.46×1012m3。宋國(guó)奇根據(jù)Kim(1987)建立的煤層甲烷與埋深、成熟度關(guān)系曲線對(duì)勝利油區(qū)的上古生界煤巖進(jìn)行了相關(guān)研究,建立了成熟度與排烴系數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,并認(rèn)為Ro為1.25%時(shí),排烴系數(shù)為86.89%;Ro為1.5%時(shí),排烴系數(shù)為87.56%。川西坳陷須五段Ro均值為1.3%。因此研究中可取87%作為該地區(qū)的排烴系數(shù),由此計(jì)算頁(yè)巖氣資源量為1.49×1012m3。2.2.3頁(yè)巖氣源巖密度川西坳陷上三疊統(tǒng)須五段在區(qū)內(nèi)穩(wěn)定連續(xù)發(fā)育,總面積約1.44×104km2,有效厚度為50～350m,總有機(jī)碳含量平均達(dá)4%,Ro在1.3%左右。對(duì)美國(guó)五大盆地頁(yè)巖進(jìn)行分析認(rèn)為頁(yè)巖氣在總有機(jī)碳含量為0.3%、有機(jī)質(zhì)成熟度為0.4%時(shí)也可具備形成頁(yè)巖氣的源巖條件。因此以TOC=0.3%和Ro=0.4%的頁(yè)巖氣發(fā)育條件為下限,以頁(yè)巖中的工業(yè)含氣量標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù),厘定須五段頁(yè)巖發(fā)育有效體積為480～3360km3,研究區(qū)泥質(zhì)烴源巖密度平均值為2.4t/m3。結(jié)合對(duì)泥頁(yè)巖含氣量所進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)分析,可選擇吸附量2～4m3/t進(jìn)行計(jì)算。頁(yè)巖氣中以吸附狀態(tài)存在的天然氣含量變化于20%～85%之間。根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算可得該區(qū)須五段的頁(yè)巖氣資源量為0.67×1012～1.35×1012m3(表4)。2.2.4不同地質(zhì)特征的盆地權(quán)重系數(shù)根據(jù)上述3種方法計(jì)算的結(jié)果,并考慮到研究區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)雜性而可能帶來的計(jì)算偏差,對(duì)前文計(jì)算結(jié)果進(jìn)行特爾菲加權(quán)處理以得到相對(duì)合理的數(shù)據(jù)結(jié)果:地質(zhì)類比法運(yùn)用評(píng)價(jià)區(qū)與頁(yè)巖氣勘探程度較高的福特沃斯盆地進(jìn)行類比,但由于兩者在地質(zhì)特點(diǎn)及勘探程度上存在著一定的差異性,綜合考慮權(quán)重系數(shù)賦值為0.3(表5);川西坳陷天然氣勘探開發(fā)程度相對(duì)較高,用成因法進(jìn)行計(jì)算時(shí)所用數(shù)據(jù)均為前人可靠程度較高的數(shù)據(jù),該方法計(jì)算結(jié)果的權(quán)重系數(shù)取值0.4;采用體積法進(jìn)行計(jì)算時(shí),由于數(shù)據(jù)較少,頁(yè)巖含氣量不能準(zhǔn)確確定,只能賦予其不同的概率值,可信度差異較大,計(jì)算結(jié)果參與綜合時(shí)的權(quán)重系數(shù)取值0.3。特爾菲方法計(jì)算后的最終結(jié)果為1.47×1012～1.68×1012m3,即川西坳陷上三疊系須家河組五段的頁(yè)巖氣資源量均值為1.58×1012m3。2.2.5頁(yè)巖氣資源密度、巖石密度和總有機(jī)碳含量的確定,可將頁(yè)巖氣資源利采用網(wǎng)格剖分法可對(duì)研究區(qū)得資源量進(jìn)行平面上的微元分析,即根據(jù)各微元的頁(yè)巖厚度、頁(yè)巖含氣量(頁(yè)巖中的氣體吸附率按50%計(jì)算)、巖石密度以及總有機(jī)碳含量等,可對(duì)研究區(qū)內(nèi)須五段的頁(yè)巖氣資源密度進(jìn)行平面計(jì)算,進(jìn)一步通過微元積分法亦可得研究區(qū)頁(yè)巖氣資源總量。以川西坳陷中段為例(圖3),資源密度等值線高值主要集中在新場(chǎng)—德陽(yáng)—廣漢—新都—溫江—大邑一線的成都凹陷,表明該區(qū)可作為頁(yè)巖氣進(jìn)一步勘探研究的有利目標(biāo)區(qū)。3頁(yè)巖氣勘探方向和有利層段確定1)頁(yè)巖氣在形成方式和聚集形式上與常規(guī)氣存在差異,資源量或儲(chǔ)量計(jì)算及評(píng)價(jià)方法