辽宁省阜新市刘家区页岩气资源勘查开发浅析

王金龙

（东北煤田地质局107勘探队，辽宁 阜新 123000）

1 概述

页岩气是一种清洁、高效的气体能源。它是一种以游离或吸附状态赋存于暗色泥、页岩层或富有机质高碳泥、页岩层中的低（负）压、低饱和度（30%左右）、非常规天然气。与常规储层气藏不同，页岩既是天然气生成的源岩，也是聚集和保存天然气的储层和盖层。因此有机质含量高的黑色页岩、高碳泥岩等是最好的页岩气发育条件。中国主要盆地和地区页岩气资源量约15万亿－30万亿立方米，与美国相当，经济价值巨大。另外生产周期长也是页岩气的特点。页岩气田开采寿命一般达30～50年。根据《页岩气发展规划（2011-2015年）》，“十二五”期间，我国将完成探明页岩气地质储量6000亿立方米，可采储量2000亿立方米，实现2015年页岩气产量65亿立方米，2020年力争达到页岩气年开采量为600亿至1000亿立方米。中国页岩气资源丰富，技术可采资源量为26 万亿立方米，是常规天然气的1.6 倍。在开采技术成熟、经济性适当时，将会产生巨大的商业价值。经权威机构对页岩气成藏机理进行了全面分析，获得以下认识。①页岩气成藏机理兼具煤层吸附气和常规圈闭气藏特征，体现了复杂的多机理递变特点。②在页岩气的成藏过程中，天然气的赋存方式和成藏类型逐渐改变，含气丰度和富集程度逐渐增加。③完整的页岩气成藏与演化可分为3个主要的作用过程，自身构成了从吸附聚集、膨胀造隙富集到活塞式推进或置换式运移的机理序列。④相应的成藏条件和成藏机理变化对页岩气的成藏与分布产生了控制和影响作用，岩性特征变化和裂缝发育状况对页岩气藏中天然气的赋存特征和分布规律具有控制作用。

《辽宁阜新盆地刘家区页岩气资源勘查设计报告》显示，辽宁阜新盆地页岩气资源潜力巨大，仅刘家区资源量就达87.34亿立方米，这标志着辽宁页岩气勘查开发进入新阶段。东北煤田地质局完成方案，将阜新盆地刘家区设为首选勘查开发区。刘家区位于阜新盆地中部，白垩系沙海组四段地层以黑色页岩、泥岩为主，富含动物化石，厚度500～600米，埋深1000～1600米，是较好的生气岩层。该区多年的煤层气勘查开发资料显示，该地区具有良好的页岩气资源条件。勘查方案设计的3个钻孔在刘家区一宽缓向斜构造内，钻孔深度均为1700多米；首眼井选择在韩家店镇西瓦房村。通过钻探施工掌握地层埋深、厚度、结构和TOC、成熟度、物质成分等情况，进而通过固井、射井、压裂、排采试验等环节获取页岩气赋存层位和开采相关参数。分析盆地、有机质类型、岩石矿物学成分，探索页岩气的赋存空间、成因机制及其性质。LY-1井是东北煤田地质局107勘探队承担的“辽宁省陆相断陷盆地页岩气勘探开发示范基地”产能建设重点井，肩负陆相页岩气开发实现突破的重任。该井设计为直井生产套管完井、固井、射井、沙海组四段（K1sh4）分段清水携砂压裂激励开采页岩气。当前LY-1井已经套管完井；敬待射井、沙海组四段（K1sh4）分段清水携砂压裂激励开采工艺的实施。

图1 刘家～王家营子沙海组四段等高线图

2 阜新市刘家区地质概况

2.1 区内地层

阜新盆地是新华夏系早白垩纪断陷盆地。据三维地震及钻井资料，盆地基底是在太古界变质岩系基础上发育的下白垩统早期，伴随着一系列NE、NNE向断裂活动，形成多期喷发的中基性火山岩，即义县组火山岩系及间歇性沉积层，随后在地壳热脆化基础上形成了断陷湖盆，并先后沉积了下白垩统的义县组（K1y）；九佛堂组（K1jf）；沙海组（K1sh）；阜新组（K1f）；孙家湾组（K1s）；新生界第四系（Q）地层。

2.2 区内构造

该区构造位置处于刘家～王家营子向斜。轴向NE，长约13公里，宽平均5公里，面积约65平方公里。舒缓、两翼较对称，倾角10-20°。核部地层厚度大，有巨厚的阜新组煤层赋存。该向斜从刘家区、王营子区向西南延至伊吗图区。

3 阜新市刘家区页岩气资源地质条件分析

3.1 页岩气成藏条件分析

刘家区中生界白垩系下统沙海组四段（K1sh4）：以黑色、灰黑色厚层泥岩、页岩、粉砂岩为主，夹有各种粒级的砂岩层和砾岩、角砾岩层。该段以厚层湖相泥岩、页岩沉积为特征，下部多夹有水下泥石流沉积的砾岩和角砾岩，中上部多夹有深水浊流沉积的砂岩层。其顶部出现进积扇三角洲体系沉积。总体垂向序列指示了盆地浅水湖泊向较深水湖泊发展，随后又逐渐淤浅的演化过程。沙海组有机碳含量平均值4.04 ，深湖相2.68 ；潜量烃含量（沙4段）8.03毫克/克 ；沙海组泥岩产气率165m3/吨。富集大量动、植物化石。孢粉组合为 Liaoxisporis-Pilosiporites-Classopollis具备页岩气的良好成藏机理。其有利的佐证：加拿大是继美国后第二个对页岩气勘探开发的国家，页岩气生产已有数十年历史。加拿大页岩气资源丰富，且资源分布广、涉及地质层位多，主要分布在西部盆地地区，包括不列颠哥伦比亚省东北部中泥盆统的霍恩河盆地的三叠系Montney页岩；还有艾伯塔省与萨斯喀彻温省的白垩系Colorado群。现在已经进入商业性开发阶段。

3.2 盖层条件分析

孙家湾组（K1s）、阜新组（K1f）为页岩气理想的盖层；由两套巨厚的、深色的、陆源细砕屑岩构成，厚度在700-1200米。有效保护了烃源岩内的非常规天然气的成生储集成藏。

3.3 两种非常规天然气共生分析

该区煤层气目的层是：水泉煤层群；孙本煤层群；中间煤层群；太平煤层群；高德煤层群。即阜新组（K1f）五大煤层群。其下伏的沙海组四段（K1sh4）就是页岩气之目的层。在刘家区，煤层气、页岩气是两种共生的，且均为性质相近的非常规天然气。这种奇异的共生组合是罕见的，是自然对阜新人民的恩赐。

4 非常规天然气—煤层气、页岩气的共生同采

以往刘家区商业性开发的煤层气井均是采用套管完井、固井、射井、压裂激励开采之工艺。特点是单井产能大，日产气量稳定，利于长期稳控定量供气。因为在刘家区，煤层气、页岩气是两种共生的，性质相近的非常规天然气。可用分期、分批射井、压裂开采；或同步激励开采。满足一井多用，单井超高产的理念。

5 建议

页岩气开发的地面工程围绕着水力压裂和气体储运而开展，其中水力压裂注入系统及压裂液的应用决定了页岩气开发的经济效益，是重要的开发环节。非常规天然气的碳含量较低，是较洁净的化石能源。我国非常规天然气资源丰富，大力勘探开发非常规天然气资源是调整能源结构，实现低碳发展的重要途径。发展非常规天然气是我国在一次能源消费中降低碳排放的最好选择。

[1]中国页岩气网新闻中心.页岩气资源潜力调查评价及有利区优选成果[Z].

[2]东北煤田地质局107勘探队.辽宁阜新盆地刘家区页岩气资源勘查设计报告[Z].