**章绪论
**节山地浅层页岩气概述
一、浅层页岩气概念
本书所指的浅层页岩气，是指勘探目的层埋藏深度小于2000m并赋存于页岩储层中的非常规页岩气藏，具有页岩气甜点区连续分布、吸附气比例偏高、地层微超压、井口压力和产量低、生产周期长、页岩水平应力差较小易于体积压裂等气藏地质和工程特点。通常浅层页岩气埋深略大于常规的浅层天然气（小于1500m）（白旭明等，2018），但小于目前工业开发意义上的页岩气（甜点埋深大于2000m）（朱光有等，2006；马新华和谢军，2018；王鹏万等，2018）。目前，国内埋深小于2000m的浅层页岩气仅在昭通***页岩气示范区（简称“昭通示范区）的太阳地区取得了商业开发和整体探明气田，其他地区总体仍处于探索阶段。
无论美国或中国，目前页岩气的勘探开发都主要集中在2000m及以深范围，很自然地形成了“浅层页岩气勘探禁区的习惯性思维和评价认识。那么在2000m以浅的中国南方复杂山地广袤地域，有没有浅层页岩气？浅层页岩气能否有效成藏？浅层页岩气能不能规模成藏保存？具备不具备有勘探价值的浅层页岩气资源？浅层页岩气资源潜力有多大？复杂山地浅层地震勘探和钻压采工程关键技术行不行？能不能支撑实现浅层页岩气有效开发？这些是摆在地质勘探家、开发专家和工程技术专家面前严肃的科学问题和严峻的变革技术挑战。这些问题已严重制约了页岩气示范区开采技术应用推广以及四川盆地外海相页岩气工业化进程。
二、山地页岩气内涵
多期次造山运动叠置的板内形变作用造就了中国南方海相页岩气的山地特殊性，笔者在2010年进行中国石油重大专项立项时率先提出“山地页岩气的概念。通过近些年对山地页岩气的勘探与开发评价实践，学界对山地页岩气内涵特征有了更加翔实的归纳阐述性总结，认为复杂的山地地质构造特征和深切割的地形地貌条件，即“地表复杂的地貌大山和“地腹复杂的地质大山这“两座大山为南方复杂山地页岩气勘探开发带来了巨大的困难与挑战，山地页岩气效益勘探开发须迈过这“两座大山。
（一）地表复杂的地貌大山
秦岭-大别造山带以南的中国南方地区，地表条件复杂多变，尤其是西南云贵川交界的乌蒙山区沟壑纵横切割，山地、丘陵、河谷和山间盆地交错；山高谷深，整体区域海拔落差在300m以上，局部地区可达500～1300m。山地主体部位陡峭，坡度较大，多为20°～70°（徐政语等，2016）。高陡山区植被茂密，多为灌木荆棘；坡度较缓的山区多被水稻和玉米等经济农作物覆盖。人口相对集中的山地-丘陵地区，人文环境复杂，经济发展缓慢。
昭通示范区地处四川盆地盆缘-盆外的云贵高原乌蒙山地区，山高谷深，*高海拔超过2786m。复杂的地形地貌造成工区，经济条件较为落后，坡陡、弯多、道窄、路差，交通存在诸多不便，车辆设备上山和地面工程施工难度大，而且该地区平坝稀少，人烟密集，寻找落实安全施工的井场难度大，碳酸盐岩裸露山地区井场工程量大，通天断层、溶孔、溶洞和暗河发育导致钻探工程风险大，钻前工程和钻井压裂工程成本高（图1-1）。地上的“地貌大山给昭通示范区页岩气勘探开发等带来了困难和挑战。
图1-1中国南方海相山地页岩气区典型地貌（昭通示范区页岩气ZA24井场）
（二）地腹复杂的地质大山
昭通示范区历经多期次叠置的板内造山构造形变活动，晚奥陶世—早志留世前陆盆地广阔陆棚海相沉积的深水富有机质页岩*终表现为“强改造、过成熟、杂应力盆外山地页岩气特点（马力等，2004；梁兴等，2001、2016、2017b；吴奇等，2015；赵文韬等，2018），甜点控制因素复杂。多期多组构造挤压与走滑滑移叠加作用，致使沉积地层错断、褶皱变形和隆升剥蚀，断层、天然裂缝带发育，地层产状复杂且倾角大，目的层埋藏深度变化大，背斜构造带内页岩储层多数被剥蚀殆尽或埋藏很浅，页岩气储层主要分布于向斜构造带区，并呈现连片面积小、展布分散的保存格局，地表多为溶蚀洞孔缝、暗河发育的海相碳酸盐岩裸露喀斯特地貌区。走滑+压扭叠合形成的构造地应力环境极为复杂，剪切构造应力导致地应力绝对值高、方向变化大，在向斜深埋区带水平应力差超过20～30MPa的现象比比皆是。
复杂的“地质大山背景，致使地腹构造形变强度、地层产状、埋深、地应力、断层裂缝变化多端，给页岩气开发带来了一系列的工程技术难题。如地震地质激发和接收条件差，优质资料采集难，地震地质解释精度与储层模型深度准确性差；井区水平井主方向微幅度构造发育，靶体落差大，平滑轨迹和箱体钻遇率、优质储层高钻遇率控制困难；天然裂缝带井漏、页岩破碎带坍塌频发，钻井风险大，提速控制挑战大，地质甜点认识存在难度，地质工程动态评价挑战大。
（三）山地浅层页岩气地质特征
昭通示范区海相山地浅层页岩气存在地表地貌和地腹地质“两座大山的实际情况，完全不同于“构造平稳、一马平川、成熟度适中、含油富气、连续油气藏的北美页岩气盆地，与四川盆地内“地层平缓、丘坝连绵、有机质过成熟、富气高压、连续型气藏的页岩气示范区亦有明显差异。通过与四川盆地内页岩气进行对比，本书总结出盆地外复杂构造区的南方山地浅层页岩气具有四个突出的地质特征。
1.构造改造地层形变强，剪切应力复杂多变
昭通示范区多期次造山活动叠置导致板块构造形变强度大，大型断层、裂缝带发育，背斜构造带页岩层基本剥蚀殆尽，页岩气储层残留在向斜区带，保存条件整体较差（梁兴等，2011、2014、2016；徐政语等，2016；王鹏万等，2018）。昭通示范区内逆冲挤压+走滑构造应力结构复杂，地应力方向多变，岩石力学非均质性强，水平应力差可高达20～30MPa，明显高于四川盆地内的长宁（10～13MPa）、威远（9～15MPa）及焦石坝（3～6MPa）区块（郭旭升等，2014a；王玉满等，2018），安全钻井窗口窄，钻探工程地质风险大，技术经济效果要求高。认清构造/储层的地质工程条件尤其重要。
2.页岩沉积环境岩相变化大，页岩气储层非均质性强
页岩局限于加里东造山运动相关的扬子前陆盆地区域，昭通示范区页岩沉积岩相变化大，自北向南由前陆盆地深水陆棚沉积环境逐渐过渡为浅水陆棚沉积环境（梁兴等，2011、2014、2016；徐政语等，2015；王玉满等，2015；舒兵等，2016；牟传龙等，2016）（直至滇东-黔中隆起非沉积区），页岩微相由强还原环境富有机碳硅质页岩，经中等还原环境有机碳硅泥质页岩过渡到氧化环境贫有机碳泥质页岩，页岩地层也相应地由北向南变薄甚至尖灭，暗色页岩厚度变薄、有机质含量降低。相对于盆地深水陆棚区，优质页岩气储层变薄、硅质含量偏低、黏土矿物含量偏高（舒兵等，2016；牟传龙等，2016）。页岩储层横向变化大，非均质性强，甜点评价靶体优选尤显关键。
3.古老页岩已处于无供烃的过成熟阶段，晚期保存条件是关键
页岩地层年代古老，主力页岩气产层为古生界奥陶系五峰组和志留系龙马溪组，曾经历深埋藏改造（*大埋藏深度为6000～7500m），有机质呈过成熟演化的干气阶段（梁兴等，2011）。自晚燕山期以来，发生逆冲挤压与走滑构造的叠置改造，随着印度板块俯冲，导致青藏三江构造区域隆升与地层遭受区域剥蚀，上三叠统—侏罗系区域盖层几乎剥蚀殆尽，三叠系盖层仅在隔槽-隔挡式褶皱带的向斜区保存，加上通天断层发育，原始的整体封闭保存体系被打破（马力等，2004），烃源岩直接生烃供烃的地质条件业已消失（不排除在喜马拉雅期构造隆升阶段局部区域可能存在水溶气脱气供烃条件）。保存条件成为页岩气封闭赋存和富气高产的关键因素。
4.落差大、山地地貌复杂，工程实施风险大成本高
昭通示范区海拔及落差变化明显强于四川盆地内的长宁、威远、焦石坝区块（图1-2）。
图1-2昭通-长宁-威远-焦石坝示范区高原山地地貌地势对比图
第二节太阳山地浅层页岩气田地质概况
一、自然地理条件
太阳山地浅层页岩气田位于昭通示范区东北部，地理位置属四川省泸州市叙永县、古蔺县境内，气田开发区面积约为585km2，西侧紧邻紫金坝Y115井区。区内交通条件相对较好，公路、铁路干线贯穿全境。地表以云贵高原山地-丘陵地貌为特征，山高谷深、平坝少。整个地势东高西低、南陡北缓，地面海拔为400～1650m，*大相对高差约1000m。区内年平均气温为17.9℃，年平均降水量为1172mm。工区内发育永宁河、白杨河、六拐河等河流，其中永宁河是工区内*大的河流，纵贯泸州市叙永县。
二、地质背景
昭通示范区位于乌蒙山区，大地构造上处于上扬子地块的西南部，主体属于四川盆地外复杂的残留构造拗陷区（滇黔北拗陷），北部跨越四川盆地南部边缘台拗的低陡褶皱带，南部抵滇东黔中隆起，太阳山地浅层页岩气田位于示范区的东北部（图1-3）。太阳山地浅层页岩气田处于四川盆地南部与滇黔北拗陷过渡复杂构造区，加里东末期太阳气田区整体处于扬子前陆盆地南缘下斜坡区，晚奥陶世—早志留世早期为深水陆棚的滞留静水、缺氧、强还原-还原环境，笔石浮游生物发育，为五峰组-龙马溪组优质页岩沉积提供了充足的有机物质和良好的保存环境。
图1-3昭通示范区构造划分与太阳山地浅层页岩气田位置图
第三节太阳山地浅层页岩气田勘探发现历程
一、昭通页岩气勘探开发概况
昭通示范区于2009年7月取得国家*个页岩气勘查矿权。国家发展改革委、国家能源局2012年3月批准设立***的滇黔北昭通页岩气示范区，勘查矿权总面积达15150.2km2（因矿权硬退减，现今面积为11295.617km2）。根据中国石油天然气集团有限公司（简称“中石油）部署实施的第四轮油气资源评价，浙江油田公司主导完成的昭通示范区资源评价计算表明，五峰组-龙马溪组页岩气资源量为2.487×1012m3（梁兴等，2020a），其中埋深小于2000m的浅层页岩气资源量预估为1.28×1012m3，约占示范区页岩气总资源量的51%。
浙江油田公司践行“落实资源、评价产能、攻克技术、效益开发的页岩气工作要求，以地质工程一体化综合评价为主线，有序地推进昭通示范区山地页岩气勘探进程，实现了勘探大突破，建成了昭通山地页岩气生产基地。已优选出筠连-叙永、小草坝-花郎2个页岩气勘探有利区，部署实施了黄金坝Y108井区、紫金坝Y112井区和太阳TY102井区3个建产区，投产页岩气井136口，生产页岩气达460×104m3/d，2019年产页岩气13.1×108m3。昭通示范区正全面推广应用山地页岩气有效开发的地质工程一体化和高产井培植技术，创新实践并总结形成了六大系列29项勘探开发主体技术，页岩气单井产量和施工效率不断提高（井均测试产量峰值为37×104m3/d），探索形成了适用于南方海相山地浅层页岩气条件的产建一体化高效开发模式（梁兴等，2017a），页岩气规模效益开发初见成效。
二、太阳山地浅层页岩气的勘探发现历程
页岩气勘探实践与评价研究已充分表明，页岩气赋存于连通性差的微纳米级孔隙之中，在弱构造形变和地层倾角较平缓的区带，页岩气逸散速度相对缓慢，有利于页岩气保存（梁兴等，2011）。页岩甲烷吸附能力与地层温度具有较明显的负相关性，即随着埋藏深度变浅（地层温度相应地降低），页岩储层对甲烷的吸附能力会增加（龙胜祥等，2017；聂海宽等，2013）。昭通示范区深水陆棚相带沉积了五峰组-龙马溪组一段的优质页岩气储层，而且发育有与页岩气储层连续沉积呈整合接触的封隔性较好的顶底板，压扭应力作用的构造地质背景，形成了封闭性良好的走滑逆冲断层（王鹏万等，2018）。基于上述认识，笔者认为在具有三维封闭保存体系（封存箱）的浅埋藏区带，页岩储层仍可以有效赋存潜力良好的浅层页岩气（梁兴等，2020b）。
基于“封存箱微纳米级孔隙空间内的页岩气即使埋深很浅仍可有效保存
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