探究裂縫性頁巖氣勘探開發技術

張濤

摘要：裂縫性頁巖氣主要以吸附狀態和游離狀態兩種形式賦存于天然微裂縫發育的頁巖中。按照我國國土資源部2012年3月1日發布的數據，不含青藏地區，我國頁巖氣可采資源潛力為25.08萬億立方米。當前我國頁巖氣產業正處于生命周期的形成階段，作為一種新的產業形態，需要在關鍵技術方面獲得突破，同時投入巨量的資金和進行制度創新。本文主要從中國頁巖氣資源現狀入手，對裂縫性頁巖氣勘探開發技術進行了研究。

關鍵詞：裂縫性 頁巖氣 勘探 技術

0 引言

隨著經濟社會的不斷發展，天然氣需求量一直呈上升態勢，而我國天然氣資源稟賦卻“先天不足”，無法滿足日益增長的消費需求，對外依存度連年攀升。為此，國家高度重視頁巖氣勘探開發，在市場需求和技術進步的強力推動下，頁巖氣作為常規天然氣資源的重要補充，已成為油氣資源勘探開發的重要領域。

1 中國頁巖氣資源現狀

裂縫性頁巖氣產生于富含有機質的泥頁巖中，是一種超低孔、超低滲的非常規天然氣。頁巖氣儲層具有特殊的微觀結構和復雜的機理，一定情況下它以游離相存在在粒間孔隙和天然裂縫中，另外一種情況是以吸附在甘洛根或粘土顆粒表面，溶解于甘洛根和瀝青里，具有較高的經濟開采價值。當前，我國頁巖氣產業技術體系尚未形成，工藝、裝備、技術標淮和生產規范在內的關鍵技術體系正處于摸索階段。此外，專業化的技術服務市場尚未建立，協同化的科研體系也沒有形成。

我國油氣開發具有壟斷性質，基本上掌握在三大石油公司中，新進入頁巖氣開發企業核心技術掌握較差，得到專業化技術服務還比較困難[1]。隨著清潔能源需求的不斷增長，頁巖氣開發被寄予厚望。并且頁巖氣的開發利用還可以帶動鋼鐵、水泥、化工、裝備制造、工程建設等相關行業和領域的發展。我國頁巖氣儲量巨大，從近幾年頁巖氣的實際發展前景來看，雖然在部分地區獲得了較大的突破，但各頁巖氣區塊地質條件相差較大，部分區塊地質條件較為復雜，又沒有任何成熟經驗可供借鑒，想把它從沉睡中“喚醒”，并不是件容易的事。

2 裂縫性頁巖氣勘探開發技術

因為地質條件限制，導致了中國的頁巖氣開采成本較高，與美國相比，約為同類頁巖氣活動的3-5倍，在市場上缺乏競爭力。雖然頁巖氣儲量位居世界前列，但是開采難度大、成本高，已成為我國頁巖氣開發過程中的絆腳石，亟待勘探開發相關技術的突破。目前我國頁巖氣勘探開發區域主要位于南方海相地區，而海相頁巖埋深小于3000m的儲層少，部分頁巖儲層埋深可超過5000m，埋藏深度較大，而美國目前已開發的頁巖氣藏埋深范圍主要在1000～3500m之間。鉆井成本與鉆井深度具有正相關性，即隨深度的增大而增大。為了解決此類問題，降低開發成本，則需要摒棄常規鉆井方法，研究新的勘探開發技術，從而控制投入和產出比。以國外頁巖氣區塊為例，頁巖氣儲層深度和鉆井成本之間的關系如表1所示。

2.1 地震勘探技術

地震勘探技術是當前全球煤炭、天然氣、石油等地下天然礦產的主要勘探技術，它能夠為頁巖氣從勘探到開發的整個過程提供技術支持。此外，對井位優選也具有重要作用。地震勘探技術主要指的是，依照地震傳播速度同上下圍巖以及泥頁巖層速度的差異，如果存在裂縫，則地震發射中的特征產生改變。高分辨率中的地震勘探技術，可以在此原理上依照小同反射特征，控制在裂縫性頁巖氣的識別工作[2]。

2.2 儲層改造技術

儲層改造技術分為水力壓裂與酸化，儲層改造技術主要是在常規油管中開展相應的施工。因為頁巖氣有著獨特的成藏模式——原地聚集、連續成藏。儲層改造技術取決于壓裂施工的參數、水力裂縫的間距、水平井井筒方位、原地應力各向異性的大小、裂縫的幾何尺寸和壓裂方式等。在實際的改造過程中，需要將大量活性水以及特殊添加劑注入。以實現對頁巖氣儲層的改造，在頁巖氣儲層自身滲透率不斷提高的同時，也降低對儲層的傷害。同時，需要注意的是，支撐劑使用量和頁巖氣開采回收率之間的對應關系，很多頁巖氣鉆井缺少支撐劑情況下，也可以實現開采目標[3]。

2.3 完井技術

一口頁巖氣井的投產能否成功，完井工藝是關鍵。水平井鉆完井和壓裂技術已成為頁巖氣開發的主流技術。頁巖氣水平井壓裂完井應用較多的是固井射孔橋塞壓裂和裸眼多級滑套壓裂，后者一次可以處理20級以上，提高了作業效率，且長期生產效果更佳。在實際開采中，若頁巖儲層為水平裂縫，最好的開采方法是采用垂直井；若頁巖儲層是垂直裂縫，最好使用水平井。主要的形式是魚骨狀水平井、單支、多分支等。需要注意的是，為了解決頁巖氣油藏中的孔隙度以及滲透率問題，勘探開采的時候要使用特殊固井以及完井工藝技術。

2.4 鉆井技術

鉆井技術主要有水平井和直井。直井主要用于頁巖氣勘探階段，可以對頁巖氣藏的特點進行深入的了解，獲取生產相關工作經驗，同時進行鉆井方案的優化。水平井在生產領域發揮著重要作用。主要包含羽狀水平井、多分支水平井及單支水平井等，能最大程度上得到儲層泄流而積，從而使頁巖氣產量得到提高。

3 結語

頁巖氣與常規天然氣是互補能源，雖然勘探開發成本較高，但是頁巖氣資源潛力巨大，且與常規氣相比，是較為清潔的新型能源。因此，我們要清醒認識到頁巖氣資源開發的重要性與必要性，不斷研究頁巖氣的開發技術，加快配套設施的完善，實現頁巖氣勘探開發、綜合利用、裝備制造、天然氣化工等產業鏈的形成，才能加快我國頁巖氣勘探開發進程。

參考文獻：

[1]江懷友，宋新民，齊仁理，喬衛杰，董利娟.世界頁巖氣資源與勘探開發技術綜述[[J].天然氣技術，2011，5（20）：32-33.

[2]Montgomery S L，Jarvie D M，13owker K A，etal.Mississippian barnett shale，Fort Worth basin， north-centxal Texas： gas-shale play with mnlt3-trillion cubic foot potential[J]. AAPG Bulletin，2005，8902）：155-175.

[3]焦大慶，王德仁，武曉玲.東濮凹陷天然氣成藏及富集規律[J].石油與天然氣地質，2006，27（6）：794-803.