頁巖氣早在1821年就已在美國被發現,但長期以來,頁巖一直被視為生成油氣的烴源巖,而不能成為有效儲集層。即使在頁巖中鉆探出工業氣流,也被認為是裂縫性氣藏。直到上世紀70年代中后期,頁巖氣才逐漸受到人們重視。進入21世紀,隨著理論創新、水平井與水力壓裂技術突破,美國率先在海相沉積地層實現了頁巖氣大規模開發利用,2013年頁巖氣產量達3100億立方米,改變了美國乃至全球能源供應格局,也帶動全球開展頁巖氣研究與勘探開發。
我國頁巖氣研究與勘探開發雖起步晚,但發展較快,2010年在四川盆地海相頁巖氣勘探開發率先取得重大突破,目前已累計生產頁巖氣5億立方米,掀起了新一輪頁巖氣勘探開發熱潮,初步實現頁巖氣商業開發。這主要得益于頁巖氣連續型聚集地質理論創新、高產富集“甜點區”評選方法進步、水平井體積壓裂技術突破與國家管理機制的驅動。
我國主要發育的海相、沼澤相與湖相三類頁巖,都有形成頁巖氣的基本條件與潛力。當前基礎研究與鉆探實踐表明,我國陸相頁巖氣仍需繼續探索與突破;海相頁巖氣現實性最好,高產富集“甜點區”主要受深水陸棚相帶、較好基質孔縫、較高異常高壓力、適中埋藏深度等主要因素控制。
要發現海相新“甜點區”
從區塊看,已在四川盆地焦石壩、威遠、長寧等區塊實現初期高產,在每個鉆井平臺,仍需選井進行1~2年連續試采,獲取開發關鍵參數,最大限度降低規模開發方案風險。在川東的焦石壩、蜀南的威遠與長寧等區塊發現了幾百到幾千平方千米的勘探開發面積。頁巖氣開采呈現典型的“L型”曲線遞減規律,初始產量高,但遞減很快,北美頁巖氣單井第一年產量遞減率一般在60%~70%,區塊規模穩產和上產須通過加密井和發現新區塊實現接替。
從層系看,我國南方地區主要發育八套海相頁巖,其中志留系龍馬溪組、寒武系筇竹寺組相對有利,區域分布穩定,有利區面積分別達10萬平方千米左右,初步評價頁巖氣技術可采資源量達5萬億和4萬億立方米。目前僅在志留系龍馬溪組實現工業生產,而地質基本條件相似的寒武系筇竹寺組僅有4口井獲得頁巖氣流,尚未實現商業性開采。
從深度看,目前實現工業開采深度主要在2000~3500米,井深超過5000米的只有丁頁2HF井獲得日產4.3萬立方米頁巖氣流。但是,我國工業性海相頁巖氣在盆地內埋藏深度普遍偏大,南方上揚子寒武系筇竹寺組黑色頁巖在四川盆地大部分地區埋藏深度大于4000米,實施水平井鉆井與壓裂施工難度更大、成本更高,這也是筇竹寺組頁巖氣尚未實現突破的原因之一。
總體上看,我國海相頁巖氣具有分布范圍廣、分布層系多、埋藏深度大等特點,需要研究“甜點區”最大可采儲量、單井最大產氣量、開發區效益最大產量;加快海相頁巖氣新區塊、新層系、新深度“三新”領域發現,擴大川東、蜀南之外工業性“甜點區”范圍,將是加快我國頁巖氣規模發展的關鍵。