中国现阶段页岩气资源评价方法分析

姜生玲，张金川，李博，朱亮亮

（1.中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京 100083；2.中国华电集团清洁能源有限公司勘探开发事业部，北京 100160；3.中国地质大学（北京）能源学院，北京 100083）

中国现阶段页岩气资源评价方法分析

姜生玲1，2，张金川3，李博2，朱亮亮2

（1.中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京 100083；2.中国华电集团清洁能源有限公司勘探开发事业部，北京 100160；3.中国地质大学（北京）能源学院，北京 100083）

为寻求现阶段我国页岩气资源评价合适、准确且易行的方法，文中通过系统分析国内外页岩气资源评价方法，阐述了国内外具有代表性的页岩气资源评价方法的原理、使用范围及其关键参数获取，分析了每种方法现阶段在我国进行页岩气资源评价时，因勘探程度、资料条件、地质条件各异而存在的问题和所受的限制（如动态法、静态法中的地质类比法、成因法、体积法和综合分析法）。认为基于体积法改进的条件概率体积法是现阶段我国进行页岩气资源评价易行且有效的方法，但仍需根据不同地区和不同层系页岩气的发育背景、富集机理等特征有针对性地改造和完善。

页岩气；资源评价；评价方法；条件概率体积法

0 引言

页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，以吸附或游离态为主要存在方式的天然气聚集［1-2］。页岩气成藏具有隐蔽性的特点，无边、底水，且不以常规圈闭的形式存在；因此，页岩气藏既不遵循油气藏分布规律，亦不适合发现概率模型。在进行页岩气资源评价时，需要考虑地质条件的多变性；同时，由于页岩气的资源潜力、产量及成本等因素均易发生快速、大幅度变化，所以，有针对性地及时对页岩气资源评价显得尤为必要。有学者认为，这种高风险、高潜力的非常规天然气资源评价需要每2年或3年进行1次［3-5］。

页岩气资源评价方法很多，但不管使用何种方法，评价结果均面临资源量庞大的问题。因此，国外进行页岩气资源评价时，常常伴随着可采系数的评价，用来将页岩中庞大的天然气总量转化为将来在一定技术和经济条件下可采出的页岩气资源，即我国通常所说的可采资源量。全球页岩气资源丰富，EIA于2015年最新公布的结果显示，全球页岩气可采资源量达214.56× 1012m3，中国页岩气可采资源量为31.57×1012m3［6］。国内不同学者、不同研究机构评价出我国页岩气可采资源量介于10×1012～32×1012m3［7-10］。评价方法不同，评价结果差异较大。

综合分析国内外页岩气资源评价方法体系，主要有动态法和静态法2类。其中：动态法主要有FORSPAN模型、ACCESS模型、物质平衡法、递减曲线分析法、生产历史匹配法、先进的生产分析法等；静态法有类比法、成因法、体积法及特尔菲综合分析法等。

1 动态法

动态法定量评价页岩气资源的关键在于评价区历史生产数据，包括随着技术进步增加的资源以及随着时间推移增加的资源。

动态法中的FORSPAN模型最早是美国地质调查局（USGS）于1995年对连续性油气进行资源评价时提出的［11］。使用FORSPAN模型进行页岩气资源评价的关键点在于：1）评价单元划分；2）确定评价单元最终油气采收率（EUR）模型；3）地质风险和开发风险评价；4）潜在未发现资源评价。很多学者对该模型进行不断完善发展，并进行实际应用。1996年，Schmoker等［12］预测福特沃斯盆地Barnett未发现页岩气资源量为962.8× 1012m3；1998年，Kuuskraa等［13］在Schmoker评价基础上，使用FORSPAN模型的升级版评价福特沃斯盆地Barnett未发现页岩气资源总量为 2831.7×1012m3；USGS亦分别于2003年、2007年使用FORSPAN模型对福特沃斯盆地Barnett页岩气进行了资源评价［14］。Crovelli等［15］于2000年基于FORSPAN模型和评价单元划分法提出了ACCESS模型（基于评价单元的连续性油气电子表格系统），用来评价总含油气系统中连续性油气的潜在资源。但不管是哪种模型，均涉及大量生产井数据和最终评价采收率问题（见图1）。

图1 最终评价采收率变化曲线

物质平衡法、递减曲线分析法、生产历史匹配法、先进的生产分析法、压力/累计产量法等均通过地质或生产参数与产量建立对应的模型（见表1），进而得出资源评价结果。因此，使用动态法进行页岩气资源评价时，需具备足够的钻井和生产数据。该类方法适用于页岩气勘探后期或开发阶段。

我国具有丰富的页岩气资源，但从勘探开发现状看，除四川盆地涪陵页岩气田和长宁-威远示范区初步形成页岩气产量外，总体上页岩气勘探开发仍然处于初步阶段，缺少大量的生产数据来支持动态法进行页岩气资源评价。

2 静态法

2.1 地质类比法

地质类比法是根据评价区与类比区页岩气成藏条件的相似性，由已知（类比）区的页岩气资源丰度估算未知（评价）区资源丰度和资源量的资源评价方法（见图2）。

图2 地质类比法评价流程

根据具体操作方法的差异，地质类比法可分为面积丰度类比法和体积丰度类比法。不管哪种类比法，选择类比区并确定类比系数是关键。

表1 页岩气资源评价动态法

式中：Q为评价区页岩气资源量，108m3；PL为类比区页岩气面积资源丰度，108m3/km2；S为评价区面积，km2；a为类比系数。

美国处于页岩气大规模勘探开发阶段，五大页岩气盆地均以中生界海相页岩为主，且处于盆内稳定区。而我国页岩气发育类型多样，海相、海陆过渡相及陆相页岩气并存，且发育背景复杂［16］。尤其是南方地区经历过复杂的地质演化过程，主要目的层系为下古生界页岩层系，分别为下寒武统牛蹄塘组和下志留统龙马溪组，且下寒武统泥页岩具有厚度大、有机碳质量分数高、热演化程度高的特点；因此，两者在页岩发育地质背景、页岩气聚集条件及地表条件等方面均存在较大差异，寻找相似程度高的类比区难度较大，确定关键参数——类比系数的准确率大幅下降。地质类比法主要应用于在页岩气勘探初期阶段，不同学者采用此方法对资料程度比较低的地区进行过页岩气资源评价［17-21］，但仍然存在可信度偏低的问题。

2.2 成因法

成因法主要包括盆地模拟法、热模拟法、地球化学物质平衡法、干酪根热降解法等，这些方法均通过油气成因机理来达到定量评价页岩气资源量的目的。具体原理是通过计算某一地区泥页岩生/排油量、生/排气量及原油二次裂解生气量，来计算泥页岩中残余天然气资源量（见图3。其中：Ko为初次生油率；Kg为初次生气率；K为二次裂解生气率）。

图3 干酪根生烃模式

该方法在页岩气勘探开发早、中期应用较多。Jarvie等［22］2007年使用此方法对Barnet页岩中残留天然气资源量进行了定量评价，评价结果显示，原始有机质质量分数为6.41%，原始生烃潜在量为27.84 mg/g，厚度106.7 m，面积2.60km2，Barnet页岩中残余天然气资源为5.8×108m3；S.C.Talukdar等［23］2008年根据此方法建立了Haynesville页岩地球化学模型，来评价其残余天然气资源。

在具体实施过程中，涉及大量参数，包括初次生油量、初次生气量、排油量、排气量、初次残留石油量、初次残留天然气量、石油二次裂解生气量及页岩中残留气资源量。在诸多参数中，除了生烃量的获取方法相对成熟外，其他参数的获取都较困难。这些参数的准确获取与泥页岩有机质类型、有机质成熟度、保存条件等地质要素密切相关。目前，对于我国南方古生界处于高—过成熟阶段、保存条件复杂的泥页岩来说，这些关键参数的获取及其变化规律尚难以准确把握，其页岩气的生成、聚集、保存等方面仍需深入研究。

2.3 体积法

体积法是国内目前应用相对广泛的方法［24-27］，它是主要针对页岩气资源赋存方式的特殊性进行资源评价的一种方法。由于页岩中所含的溶解气量极少，所以，页岩气总资源量可近似表示为吸附气总量与游离气总量之和［28］。具体的讲，页岩气地质资源量表示为页岩质量与单位质量页岩所含天然气的乘积。若研究区勘探程度较低，无法获取页岩总含气量，亦可采取吸附气含量和游离气含量分别计算的方法计算。相对其他方法，体积法涉及的关键参数——面积、厚度、密度和含气量等，易准确获取。

式中：Q为页岩气地质资源量，108m3；A为含气页岩分布面积，km2；h为有效页岩厚度，m；ρ为页岩密度，t/ m3；q为总含气量，m3/t。

考虑到使用体积法进行页岩气资源评价时，所涉及的关键参数在平面上、纵向上均具有很明显的非均质性，故引入了统计学中概率论的概念，建立不同地质背景、不同资料条件下关键参数的分布模型（包括正态分布（前峰型、后峰型、拖尾型等）、对数正态分布、三角分布等模型），以概率的形式进行赋值（见图4a），得到不同概率条件下的页岩气资源量（见图4b）。由此，条件概率体积法被提出［26］。该方法也是国土资源部油气资源战略研究中心《全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选》项目页岩气资源潜力评价统一选用的方法，并取得了良好的应用效果。但随着勘探及理论研究工作的不断深入，不同层系页岩发育特征、页岩气特征及其富集条件差异明显，因此，不能一概采用该方法进行统一评价，应分别根据不同层系页岩发育特征进行针对性的改造和完善。下寒武统页岩具有分布面积广、厚度大、有机碳质量分数高、热演化程度高的特征［29-30］，同时亦具有页岩气（特别是四川盆地围缘）保存条件复杂、含气量偏低、天然气组分中氮气含量偏高的特征，所以，在进行页岩气资源评价时可考虑引入综合反映这些特征的校正系数。

图4 国内某页岩优质段厚度概率密度与资源量概率分布

2.4 综合分析法

综合分析法主要包括蒙特卡罗法、特尔菲综合法和专家系统法等，适用于页岩气勘探开发的早—中期评价阶段。综合分析法是在使用多种方法进行资源量评价的基础上，由专家组成员按照各自对研究区页岩气资源的综合认识，对不同方法评价的资源结果进行打分，最后根据不同专家所赋予的权重系数求出最终相对可靠的资源量（见图5）。该方法简单易行且有效，在美国、加拿大等国家，特尔菲法被认为是重要的资源评价方法之一。

图5 特尔菲综合法评价示意

综合分析法主要依赖大量可靠的资料以及专家的知识经验。我国页岩气发育地质背景复杂，且关键参数资料积累较少，资源评价又无成熟经验；因而，现阶段该方法在我国页岩气资源评价中存在较多假设和不确定性。随着研究、勘探程度的不断深入和相关资料的累积，在采用多种方法进行某一地区页岩气资源评价时，综合分析法将成为完成资源汇总与分析的重要手段。

3 讨论

随着北美页岩气勘探开发的快速发展，页岩气资源评价体系已日臻完善。现阶段我国页岩气的勘探开发仍处于早期，北美普遍使用的动态法无法直接使用；而静态法中的地质类比法要求选择具有相似页岩气成藏背景和成藏特征的类比区，我国页岩气类型多样、发育地质背景复杂，寻找类比区的难度较大；成因法涉及大量评价参数，而从当前对古生界页岩气的研究进展看，尚无法准确大量获取这些参数，且存在评价结果偏大的问题；体积法是目前使用最广泛、精度较高的方法之一，考虑到页岩本身的非均质性，该方法是现阶段我国进行页岩气资源评价易行且有效的方法，但仍需要根据不同层系页岩发育特征进行有针对性的改造和完善；综合分析法虽然简单易行且有效，但需要大量可靠性高的资料累积和专家的知识经验，随着我国页岩气勘探开发的不断深入和资料、经验的不断累积，综合分析法将成为页岩气资源评价的重要手段。对于今后的页岩气资源评价工作，评价方法的适应性研究以及页岩气资源动态评价仍然是主要研究方向。

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（编辑 李宗华）

Analysis of shale gas resources assessment method in China

JIANG Shengling1，2,ZHANG Jinchuan3,LI Bo2,ZHU Liangliang2
(1.College of Geosciences and Surveying Engineering,China University of Mining and Technology,Beijing 100083,China; 2.China Huadian Green Energy Co.Ltd.,Beijing 100160,China; 3.School of Energy Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China)

In order to find a suitable,accurate and feasible method for shale gas resource assessment in China at the present stage, shale gas assessment method were systematically analyzed,and the principle,application range and key parameter acquisition of some representative shale gas resources assessment methods were described;because of the differences of shale gas exploration degree,data and geological conditions in different areas,the existing problems and limitations of shale gas assessment in China of each method were analyzed in the paper.It is concluded that the probability volume method is considered as an easy and effective method for shale gas resources assessment in China at present stage,but this method still needs pertinence transform and improvement according to development and accumulation characteristics of different shale series in different areas and formations.

shale gas;resources assessment;assessment method;probability volume method

TE132.2

A

国家科技重大专项专题“来凤咸丰及鹤峰区块复杂构造区海相页岩气勘查评价应用试验”（2016ZX05034-004-004）

10.6056/dkyqt201705010

2017-02-18；改回日期：2017-06-23。

姜生玲，女，1984年生，工程师，博士，主要从事非常规油气勘探与评价方面的工作。E-mail：jiangsl@cg.com.cn。

姜生玲，张金川，李博，等.中国现阶段页岩气资源评价方法分析［J］.断块油气田，2017，24（5）：642-646.

JIANG Shengling，ZHANG Jinchuan，LI Bo，et al.Analysis of shale gas resources assessment method in China［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2017，24（5）：642-646.