頁巖氣開發技術對策研究

王玉磊

（長江大學 湖北荊州 434023）

（中石化勝利油田鉆井工藝研究院 山東 東營 257000）

頁巖油氣是以吸附或游離狀態賦存于富有機質、極低滲透率的頁巖、泥質粉砂巖和砂巖夾層系統中的以自生自儲、連續聚集成藏的油氣藏。與常規天然氣相比，頁巖氣開發雖然產能低，但具有開采壽命長和生產周期長的優點，大部分產氣頁巖由于分布范圍廣、厚度大，且普遍含氣，頁巖氣資源量巨大，因而頁巖氣井能夠長期地以穩定的速率產氣，一般開采壽命為30～50年[1]，中國的頁巖氣資源豐富，是常規天然氣資源量的2.4倍[2]。研究頁巖氣的開發技術對策，對于緩解國內能源供需矛盾、保障國家能源安全將會發揮重要作用。

一、儲集空間

1.微裂縫

裂縫在地下既是油氣儲集空間，同時連通了泥質巖本身的孔隙，通過裂縫網狀系統連續分布，擴大了供烴范圍，提高了儲集層的滲流能力[3]。裂縫按成因可分為成巖微裂縫和構造微裂縫兩類，前者主要包括層間微裂縫和超壓微裂縫。超壓微裂縫為壓力達到巖石臨界值時發生破裂形成的裂縫，一般可達到幾十厘米長度。層間微裂縫為頁理間的平行層理紋層面間的微孔縫，寬度較窄，一般為幾十微米。構造微裂縫又分為張裂縫和剪裂縫，其中張裂縫包括橫張裂縫和縱張裂縫，一般為毫米級別[3-（5]見圖1）。

2.微孔隙

Loucks等人將微孔隙劃分為大孔（孔徑256～4 mm）、中孔（4 mm～62.5μm）、微孔（62.5～1μm）、納米孔（1μm～1nm）、微微孔（小于1nm）。按照這一分類，根據干酪根、水、烴類分子與泥巖孔隙直徑大小的比較，多數油氣分子處于中孔到納米孔徑范圍內，因此，納米孔、微孔和中孔是泥頁巖油氣有效儲集空間。

（a）羅69井，埋深3095.16 m，順層微裂縫；（b）羅69井，埋深3029.18 m，層間微裂縫；（c）羅69井，埋深3046.57 m，順層微裂縫發亮黃色熒光；（d）羅69井，埋深3060.62 m，超壓裂縫內充填亮晶方解石（；e）羅69井，埋深3077.35 m，方解石半充填高角度斜交縫（構造縫）含油；（f）羅69井，埋深3021.05 m，灰質泥巖，未充填微裂縫發綠光。

圖1 羅69井沙三下亞段泥頁巖裂縫型儲集空間[3]

3.有機質孔隙

有機孔隙主要與烴源巖中生物殘留腔體、化石碎片遮擋以及干酪根分子間的微孔隙有關，其孔徑一般為微米—納米級別，也是油氣的有效儲集空間，其內頁巖氣主要為吸附氣。駱楊研究了柳屯洼陷沙三上亞段泥頁巖氣藏的魚骨化石，熒光薄片中可見有順紋層分布的熒光顯示，顯示為明顯的有機孔隙。

頁巖氣儲層孔隙微小，微裂縫僅在局部區域發育，大部分區域滲流阻力大，不具備自然產能。因此，必須研究頁巖氣儲層適宜的開發技術對策，才能提高產能。

二、開發技術對策

1.利用地震預測儲層展布

如何優選“甜點”區，是油氣勘探者面臨的一個難題。衡量“甜點”區的指標主要包括埋藏深度、頁巖本身的礦物成分、脆度、孔隙度（裂縫）、滲透率以及原始地應力大小、方向及差異等[6]。利用地震層序框架的宏觀等時特性約束井間測井層序對比，建立起本區地震—測井綜合層序地層對比框架，可有效預測有利頁巖氣儲層的分布。利用疊前反演技術、疊后反演技術揭示泊松比（υ），縱橫波速比等可識別頁巖氣藏的脆度大小[6]。利用疊后波阻抗反演、疊前A V O反演和疊前彈性阻抗反演以及頻譜分解技術可對頁巖儲層進行含氣性檢測，運用相干與曲率等屬性分析技術、寬方位甚至全方位地震各向異性分析技術、疊前反演技術、橫波分裂技術等，可進行頁巖氣儲層裂縫預測[8]。

2.水平井鉆井技術

在104例患者中，63例診斷為DM，占比為60.58%，7例糖耐量異常（IGT），占比為6.73%，5例空腹血糖受損（IFG），占比 4.81%，11例 IGT+IFG，占 10.58%，18例糖耐量正常，占17.31%。見表1。

水平井相較直井，可以更好地利用儲層中的天然裂縫，使井筒穿越更多儲層，其最終采收率是直井的3倍，而費用只相當于直井的2倍。可采用三維地震解釋技術設計水平井軌跡，通過沿垂直于最大水平應力方向鉆井的方法增加井筒與裂縫相交的可能性，從而打開更多的頁巖表面進行開采。在鉆井過程中，可利用旋轉導向技術,用于地層引導和地層評價,確保目標區內鉆井；隨鉆測井技術(L WD)和隨鉆測量技術(MWD)，可用于水平井精確定位、地層評價，將地層天然裂縫和鉆井誘發裂縫進行比較，確定射孔和油井增產的最佳目標。利用欠平衡鉆井技術，以空氣作為循環介質在頁巖中鉆進；可防止鉆井液漏失，提高鉆速，減少儲層污染]。

3.完井技術

頁巖主要成分為黏土、泥質和砂巖，容易引起水化膨脹，引發山井漏井塌，引起水鎖和氣鎖效應，影響最終采收率，采用合理的鉆井方式，選用適合的鉆井液體系及固井液體系，完善完井方式是開發頁巖氣儲層保護的重點。泡沫固井技術，能夠解決低壓易漏長封固水平段固井質量不佳的難題。套管開窗側鉆水平井技術降低了增產措施的技術難度，有機和無機鹽復合防膨技術，能夠確保井壁的穩定性。

4.壓裂增產

大部分頁巖氣儲層沒有或具有極低的自然產能，不經過壓裂等改造措施，基本沒有工業價值。目前的壓裂方式主要有同步壓裂、鏈式壓裂、重復壓裂等，這幾種壓裂方式可以溝通更多的微裂縫，增加裂縫網絡的復雜性，從而提高單井產能。目前國內主要的壓裂液選擇以清水壓裂、凝膠壓裂為主。但清水壓裂受水資源用量大及攜砂性能差的制約，產生的裂縫容易閉合；凝膠壓裂攜砂能力強于清水壓裂，但對儲層的傷害較大。國外一些新的壓裂技術如混合壓裂、纖維壓裂、通道壓裂、二氧化碳壓裂、液化石油氣壓裂等能夠解決中國水資源匱乏、大型壓裂設備運輸困難、壓裂液處理技術繁瑣等問題，施工時能減少清水壓裂鋪砂不到位、強濾失、易脫砂等技術問題，并能顯著提高頁巖氣產量。

5.叢式井

結論

1.頁巖氣儲集空間主要有微裂縫、微孔隙、有機質孔隙三種，微孔隙是其主要儲集空間。

2.利用地震反演技術可預測頁巖氣儲層的規模、脆度、含氣性、裂縫發育狀況，明確“甜點”區域。

3.三維地震技術有利于叢式水平井軌跡設計，旋轉導向有利于地層引導和地層評價，隨鉆測井技術和隨鉆測量技術明有利于確有利確定射孔和油井增產的最佳目標，欠平衡鉆井技術有利于提高鉆速，減少儲層污染，以上技術可提高叢式水平井鉆井質量，最大限度提高產能。

4.泡沫固井技術，能夠解決低壓易漏長封固水平段固井質量不佳的難題。套管開窗側鉆水平井技術降低了增產措施的技術難度，有機和無機鹽復合防膨技術，能夠確保井壁的穩定性。

5.混合壓裂、纖維壓裂、通道壓裂、二氧化碳壓裂、液化石油氣壓裂等壓裂技術更適應中國國情。

[1]李世臻，喬德武，馮志剛，等.世界頁巖氣勘探開發現狀及對中國的啟示[J].地質通報，2010,29（6）：918-923.

[2]胡文瑞，鮑敬偉.探索中國式的頁巖氣發展之路[J].天然氣工業，2013,33（1）：1-7.

[3]張善文，王永詩，張林曄，等.濟陽坳陷渤南洼陷頁巖油氣形成條件研究[J].中國工程科學，2012,14（6）：49-55.

[4]鄧美寅，梁超.渤南洼陷沙三下亞段泥頁巖儲集空間研究：以羅69井為例[J].地學前緣（中國地質大學（北京）；北京大學），2012,19（1）：173-180.

[5]駱楊，趙彥超，呂新華.東濮凹陷柳屯洼陷沙河街組三段上亞段鹽間泥頁巖儲層特征[J].2013,34（2）:293-300.

[6]楊瑞召，趙爭光，龐海玲，等.頁巖氣富集帶地質控制因素及地震預測方法[J].2012,19（5）：339-347.