中国在盆地外页岩气、煤层气勘探开发的探索与创新实践

郭彤楼

中国南方古生界油气勘探经历了漫长的历程，国家层面组织了多轮科技攻关，但在四川盆地之外的古生代地层，一直没有取得突破，实现盆地外油气勘探的突破，是几代中国石油地质人的梦想。无论是北美地区，还是我国页岩气、煤层气勘探开发取得成功的区块，主要位于构造稳定的盆地内。而我国南方地区，经历多期次构造运动改造，勘探目的层系支离破碎，连续分布面积小，保存条件差，但蕴藏资源量较大。2009年以来，中国石化华东石油局转变思路，从盆地外常规天然气勘探转向寻找常压页岩气、煤层气，在重庆彭水、武隆地区取得常压页岩气勘探突破，在贵州织金地区实现煤层气勘探开发突破。

一、从基础做起，建立非常规天然气实验室

2009年，中国石化华东石油局开始致力于非常规油气实验分析，建立非常規油气资源实验中心，重点建设和发展页岩气、煤层气特色实验室技术，引进一批针对非常规油气勘探开发需要的科研仪器设备，专门培训高素质专业人才队伍。经过几年的努力，形成了四大非常规实验技术系列（岩心处理技术系列、页岩气地质评价实验技术系列、页岩气开发实验技术系列、煤层气实验技术系列）和六项核心技术（页岩岩心前处理技术、页岩微观孔隙结构表征技术、页岩GRI物性评价技术、页岩含气性评价技术、页岩气开发实验技术、长岩心CO2驱油物理模拟实验技术）。

页岩气、煤层气实验项目2012年通过CNAS认可，先后同国际、国内30多家企业、高校合作，业务遍及四川盆地、鄂尔多斯盆地、松辽盆地、黔南、渝东南、湘鄂西、下扬子区等众多地域，引领国内非常规天然气实验室技术发展，支撑国内非常规天然气勘探开发。

1.煤层气实验室测试特色技术系列

结合区域地质特点，通过引进消化吸收再创新，因地制宜地建立了含气性分析、煤质分析、煤岩分析、岩石力学、水质分析等5大类、26项指标的煤层气实验技术系列。

2.探索页岩气实验室测试特色技术系列

自主设计、创建国内领先的岩心前处理技术以及岩石矿物、有机地化、储层物性、岩石力学、微观孔隙结构、含气性、储层敏感性等8大类、54项指标的页岩气实验技术系列。

页岩微观孔隙结构表征技术：包括氩离子抛光—扫描电镜测试技术，优化参数形成两种氩离子抛光技术，利用图像分析系统定量化表征孔隙结构参数，开展有机孔隙结构研究；原子力显微镜（AFM）测试技术，揭示有机孔隙内部结构及孔隙连通性，为深入研究有机质孔隙提供新的手段；比表面—孔径分布测试技术，开展低温气体吸附测试，研究孔隙类型、比表面积、孔容及孔径分布，对于有效孔径分布、辨识更精准。

页岩GRI物性评价技术：包括氦气法总孔隙度、脉冲渗透率、基质渗透率、流体饱和度。2011年国内首家引进并建立GRI法页岩物性分析技术。在改进测试环境条件下，不但大大提高工效，与Core Lab、Weatherford对标渗透率、孔隙度，测试结果一致。

含气性评价技术 ：包括现场含气量测试技术，自主研发无压阻微压损型“页岩解吸气连续组分自动测试仪”，获得5项专利；等温吸附测试技术，缩短试验周期，降低误差，测试结果可信。

二、常压页岩气取得突破，正在建设常压页岩气开发试验区

在学习北美页岩气勘探开发经验的基础上，尤其注重开展南方盆外地区与北美地区地质条件的差异性研究。通过地层、构造、沉积相和含油气性的研究，从层系上确定志留系龙马溪组为首要勘探目的层，其质量、分布、埋深作为选区的首要条件；在此基础上，再根据南方复杂构造的特点，把构造稳定、保存条件，作为勘探靶区的关键因素；根据上述条件，开展系列地质编图和综合研究，借鉴北美地区页岩气选区评价标准，建立了适合南方盆地外复杂地质条件的选区评价体系，确定彭水、武隆地区为主要勘探区块。

彭水是2010年国土部授予中石化的一个页岩气专属区块。彭水、武隆地区位于四川盆地外的隔槽式褶皱区，包括桑柘坪、武隆、道真、湾地、大石坝等向斜。优选彭水地区桑柘坪向斜作为首要勘探目标，实施钻探彭页1井。彭页1井直井在志留系龙马溪组地层中钻遇到优质页岩气，遂实施彭页HF-1井水平井钻探，于2012年3月3日完钻，完钻斜深3446m，垂深2525.65m，水平段长1020m，分12段压裂，2012年7月获得日产2.5万方的工业气流，是中国石化第一口海相页岩气发现井，也是中国在盆地之外第一口页岩气突破井，实现了南方海相页岩气的战略突破。“彭水地区海相页岩气找矿实现战略性突破”获中国地质学会2012年度十大地质科技进展。

2016年承担国家科技重大专项 “彭水地区常压页岩气勘探开发示范工程”，目标是通过对常压页岩气的理论创新和技术攻关，以彭水地区五峰—龙马溪组为主要研究层系，开展页岩气藏富集主控因素研究，形成常压页岩气综合评价技术体系，指出勘探开发的靶区；以实现常压页岩气效益开发为目标，开展渗流机理、产能评价及数值模拟研究，形成常压页岩气藏技术经济开发政策；通过工程工艺技术创新与集成，形成常压页岩气高效钻完井、压裂、采气及集输工艺配套技术；控制页岩气1000亿方以上的储量规模，建成2亿方产能规模的常压页岩气开发试验区；建立钻后治理、环境保护和水土资源综合利用的常压页岩气勘探开发示范工程，形成常压页岩气勘探开发的“彭水模式”。

三、南方复杂构造区煤层气勘探开发取得突破

2009年以来，中石化华东石油局对盆外织金—郎岱—安顺区块展开煤层气资源选区评价研究，中国南方滇东—黔西及川南—黔北地区煤层分布广、层数多、累计厚度大，并且煤层含气量高、煤层气资源大。研究发现贵州织金地区发育“龙潭型”煤层且煤层含气性高，遂确定织金地区为重点攻关区，并投入勘探实物工作量。通过不断自主研发和引进，探索盆外煤层气勘探的一系列评价方法和适用技术，煤层气地球物理勘探、钻探、完井、压裂技术以及实验室测试特色技术得到很大的提高，并取得煤层气勘探开发的突破。

1.不断完善盆外复杂构造区煤层气选区选层评价标准

盆外地区煤层气勘探中注重构造变形特点及其控制的煤体结构因素，以宽缓次级向斜构造为目标，结合单煤层厚度、高含气量等参数，以煤组为单位，寻找低含水、弱变形、多可采煤层、高地层压力、高解吸压力的突破目标。中国南方煤层气地层具有高变质、高含气的优势，同时还有构造复杂、构造煤发育，煤层薄，横向变化大的不利因素。在次级向斜的翼部，构造相对稳定，地层连续性好，展布平缓，倾角一般<20°，是煤层气勘探的有利区。相反，对于紧闭型的向斜或次向斜，地层强烈挤压变形，倾角≥45°，不利于煤层气的富集。织金地区构造变形较弱，发育稳定、宽缓含煤向斜，煤体结构保存较好，以碎裂煤为主，煤层多，厚度大，含气量高，列为首个攻关区。

2.率先发现织金区块，实现盆外复杂构造区煤层气勘探重大突破

织金地区岩脚向斜可进一步分为珠藏、三塘、比德、水公河、阿弓等5个次级向斜构造，龙潭组潮坪—三角洲发育，纵向上含3个煤组，具有煤层多（12?30层）、分布稳定、累厚大（大于10m）的特点，是煤层气勘探的有利目标区。

2009年，华东石油局在织金区块钻探织1、2、3煤层气参数井，织2井最大产气量2803m3/d，织3井产气量突破1173m3/d，揭示织金区块有利的煤层气地质条件和良好的勘探潜力。为了扩大煤层气勘探成果，2011年甩开勘探，实施织4、5、6、7探井，其中织4、5井产量分别达到2400m3/d和2830m3/d，进一步拓展织金煤层气勘探有利区。

3.探索南方地表、地下双复杂地区地震成像技术

中国南方碳酸盐岩大面积覆盖的复杂山地领域，地震地质条件十分复杂，经过几十年的不断攻关，依然未取得实质性突破，这也是制约盆地外油气勘探的主要瓶颈。为获取满足浅层龙潭组煤层气勘探需要的高分辨率、高信噪比和高精度地震资料，华东石油局坚持开展精细的采集-处理攻关试验，积极探索适合盆外浅层煤层气勘探的地震采集-处理技术方法。

2010年，针对龙潭组煤层气实施GZ2010NW561线，进行二次方法论证攻关试验，开展系统的野外采集方法论证，同时还进行常规检波器与第一代数字检波接收效果对比试验，确定合适的观测系统和采集方法。资料处理中采用层析静校正，加强速度分析和剩余静校正迭代处理，试验DMO（倾角时差校正）处理等参数，获得二叠系龙潭组底界及其以上地层的连续有效反射，初步形成适合中国南方煤层气勘探的地震采集-处理技术。随后实施二维地震257km/9条。

2013年，在上一轮攻关的基础上，施工采用数字检波器、单点小道距、高覆盖、高密度、高分辨采集等关键方法，在织金区块加密二维地震测线77km/3条。资料处理中加强静校正、速度分析、加权道组合等方法测试和研究。地震资料信噪比、连续性和保真度较高；浅、中、深层反射波组齐全；资料处理与地质解释紧密结合，龙潭组煤层连续性、展布特征和断层发育情况更准确，能够更好满足煤层气勘探需要。

同时，利用煤层气国家重大专项，在龙潭组埋藏浅的织金地区开展三维地震试验。结果表明，三维地震资料的成像效果远远好于二维地震资料，并且精细落实煤层构造形态以后，三维地震资料还有利于煤层含气性的预测。

4.完善优质高产煤层气测井选层技术，支撑勘探开发

利用测井资料，建立优质高产煤层气判识标准，准确预测煤层气富集高产段。

织金区块内煤层测井响应的三孔隙曲线特征最为明显，高声波时差、低密度、高中子特征与气测及岩屑录井等参数对应性最强。煤体结构较为完整、含气量较高的碎裂煤煤层测井响应以电阻R≥50Ω·m，声波时差Δt≥400μs/m为标准。据此，对织5井等进行选层，高电阻、高声波测井响应煤层产气最高达2830m3/d。

中国的非常规天然气勘探开发，经过近10年的实践，在理论、技术和产量、储量等方面，都取得了长足进步。但总体还存在规模小、技术适应性不够等难题，有待进一步攻关，特别是在盆地外，面对复杂的地下、地面条件，还存在诸多挑战。而这些地区，资源潜力大，在中国更具代表性，我们作了一些积极的探索，取得了局部突破，但還需立足长期、系统地科技创新，才能真正实现页岩气、煤层气在我国的大发展。