頁(yè)巖氣成藏機(jī)理與勘探技術(shù)研究

高 莘，歸 航，劉 楠

（長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430100）

頁(yè)巖氣成藏機(jī)理與勘探技術(shù)研究

高 莘，歸 航，劉 楠

（長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430100）

頁(yè)巖氣資源分布廣泛，開(kāi)采潛力巨大，但是與常規(guī)氣藏相比，其成藏機(jī)理、儲(chǔ)層特征、開(kāi)發(fā)技術(shù)都有很大區(qū)別，也給實(shí)際生產(chǎn)帶來(lái)了很大的困難。主要從頁(yè)巖氣的概念、成藏機(jī)理和儲(chǔ)層特征入手，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣勘探技術(shù)和存在的優(yōu)勢(shì)與缺點(diǎn)，并結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況對(duì)未來(lái)的勘探方向進(jìn)行分析。

頁(yè)巖氣；成藏機(jī)理；儲(chǔ)層特征；勘探技術(shù)

頁(yè)巖氣主要是只賦存于頁(yè)巖中的一種非常規(guī)天然氣，在全球范圍內(nèi)都有分布，它具有開(kāi)采資源分布廣、開(kāi)采潛力大、生產(chǎn)周期大的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外能源開(kāi)采的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。頁(yè)巖氣以多種相態(tài)存在于暗色泥巖或者頁(yè)巖中，全世界頁(yè)巖氣的儲(chǔ)存總量約 456×1012m3，我國(guó)頁(yè)巖氣資源占世界頁(yè)巖氣總量并不是很高，大約為26×1012m3，約占總量的5.7％。截至目前我國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)程度很低，只在四川省有部分頁(yè)巖氣田投入商業(yè)生產(chǎn)，但是調(diào)查研究的步伐卻越來(lái)越深入，自今年在貴州發(fā)現(xiàn)大型頁(yè)巖氣田，諸多學(xué)者對(duì)國(guó)內(nèi)的頁(yè)巖氣研究的自信程度有了更大的提升，到現(xiàn)在已經(jīng)有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步。雖然如此，但是頁(yè)巖氣儲(chǔ)層和常規(guī)油氣的儲(chǔ)層具有很大的差別，成藏具有隱蔽性，所以開(kāi)發(fā)難度也比較大，本文從分析頁(yè)巖氣的儲(chǔ)層特征入手，探討了目前頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的技術(shù)，并對(duì)未來(lái)作出展望。

1 頁(yè)巖氣儲(chǔ)層特征

頁(yè)巖氣藏為自身自儲(chǔ)式油氣藏，所以對(duì)頁(yè)巖層的有機(jī)質(zhì)含量要求很高，需要有較高的有機(jī)質(zhì)豐度和成熟度。對(duì)于頁(yè)巖層中的礦物的研究，除了常見(jiàn)的粘土礦物外，還發(fā)現(xiàn)有白云石、長(zhǎng)石、白云母、石英等礦物。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，如果頁(yè)巖層中存在類似于石英等的脆性礦物，有利于后期開(kāi)采過(guò)程中壓裂形成裂縫，并且富含方解石有利于形成溶蝕孔隙。

物性特征是判斷頁(yè)巖層好壞的最重要的因素之一。頁(yè)巖氣藏儲(chǔ)層具有低孔隙度、低滲透率的特點(diǎn)，孔隙度一般要小于10％，滲透率則在頁(yè)巖層發(fā)育過(guò)程中有較大的變化。本來(lái)根據(jù)常規(guī)氣藏的勘探開(kāi)發(fā)理論，對(duì)于低滲透率的氣藏并沒(méi)有太大的開(kāi)采價(jià)值，但是頁(yè)巖氣的特殊性在于以游離相和吸附相存在，所以通過(guò)大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)間的壓裂就會(huì)開(kāi)采出工業(yè)性氣流。頁(yè)巖層中的儲(chǔ)集空間主要以微裂縫的形式存在，有利于對(duì)天然氣的吸附，并成為頁(yè)巖氣運(yùn)移和開(kāi)采的通道。

2 頁(yè)巖氣成藏機(jī)理

頁(yè)巖氣屬于天然氣的一種，天然氣一般以游離相、吸附相以及溶解相存在，這也是頁(yè)巖氣的主要賦存形式，在頁(yè)巖氣生成的各個(gè)階段與常規(guī)的油氣資源具有相似性。在頁(yè)巖氣生成初期主要是生物成因，生物在頁(yè)巖中分解埋藏之后，經(jīng)過(guò)一系列化學(xué)作用形成天然氣，然后吸附在巖石表面，當(dāng)吸附達(dá)到飽和之后，就會(huì)發(fā)生運(yùn)移和逃逸。當(dāng)達(dá)到熱裂解階段，當(dāng)孔隙內(nèi)的壓力升高后，若巖層中存在裂縫或者其他相對(duì)脆弱的部分，則天然氣以游離相的狀態(tài)開(kāi)始在其中聚集，可形成有商業(yè)價(jià)值的工業(yè)性氣藏。隨著頁(yè)巖中天然氣不斷的產(chǎn)生，裂縫中也無(wú)法儲(chǔ)存更多的天然氣，發(fā)生生烴膨脹作用，此時(shí)天然氣就會(huì)發(fā)生逃逸作用，這時(shí)候，天然氣不僅能夠在頁(yè)巖中儲(chǔ)存，還會(huì)在比較薄的砂層中賦存達(dá)到飽和狀態(tài)。

頁(yè)巖氣藏主要是在暗色泥巖和淺色砂巖互層的地層中富集，主要是以游離相和吸附相之間的狀態(tài)大量存在頁(yè)巖儲(chǔ)層中運(yùn)移距離很短或者可以忽略不計(jì)，是典型的自生自儲(chǔ)式氣藏，頁(yè)巖層既是烴源巖也是儲(chǔ)層，也可以是蓋層，不需要像常規(guī)油氣藏的圈閉，導(dǎo)致頁(yè)巖氣藏分布非常隱蔽，所以在勘探和開(kāi)發(fā)上對(duì)技術(shù)要求更為嚴(yán)格。

3 頁(yè)巖氣勘探技術(shù)

3.1 密閉取心技術(shù)

密閉取心技術(shù)是一種工藝上更為復(fù)雜，操作也更為嚴(yán)格，并且涉及的方面也更為廣泛，需要地質(zhì)、開(kāi)發(fā)、鉆井等技術(shù)人員共同配合。密閉取心的最大優(yōu)點(diǎn)就是在水基鉆井液中鉆取巖心的時(shí)候可以不受鉆井液的污染，能真實(shí)再現(xiàn)地層原始地隙度、含油飽和度及水侵和含水率等資料。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，這是通過(guò)專用的密閉取心工具和密閉液共同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種油田鉆井取心工藝。這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)施過(guò)程中，不僅需要專業(yè)的技術(shù)和施工人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行專業(yè)的工具實(shí)施，而且需要有科研人員配合，進(jìn)行準(zhǔn)確的地質(zhì)預(yù)告、優(yōu)良高效的密閉液的研發(fā)和配置、及時(shí)精確的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督和化學(xué)試驗(yàn)以及細(xì)致精確的室內(nèi)分析等。利用這種技術(shù)可以在鉆井過(guò)程中獲得更多有效的巖心樣品，為頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)提供優(yōu)良的室內(nèi)分析研究證據(jù)。密閉取心這一技術(shù)在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)成功在我國(guó)大慶油田使用，并取得了良好的效果。

3.2 測(cè)井技術(shù)

頁(yè)巖氣和其他常規(guī)的天然氣不同，沒(méi)有明顯的儲(chǔ)層和圈閉，孔隙度和滲透率都很低，成藏機(jī)理有別于常規(guī)氣藏，所以利用測(cè)井技術(shù)對(duì)頁(yè)巖氣藏的識(shí)別也有所不同，主要通過(guò)判別頁(yè)巖層的總有機(jī)碳含量和成熟度來(lái)識(shí)別頁(yè)巖氣層。含氣頁(yè)巖的測(cè)井相應(yīng)具有高自然伽馬值、高電阻率、低光電效應(yīng)的特點(diǎn)。高自然伽馬值可以區(qū)分含氣頁(yè)巖和普通頁(yè)巖，泥質(zhì)含量越高，自然伽馬值越大，有機(jī)質(zhì)中可能含有高放射性物質(zhì)，自然電位測(cè)井曲線可以劃分儲(chǔ)層的有效性，電阻率的高低也能對(duì)含氣性有所顯示，頁(yè)巖的電阻率總體低值，局部高值，深淺電阻率幾乎重合。國(guó)內(nèi)有學(xué)者在四川省頁(yè)巖氣開(kāi)采的實(shí)踐過(guò)程證實(shí)了測(cè)井曲線識(shí)別頁(yè)巖氣層的有效性，并且還要對(duì)國(guó)內(nèi)外的一些研究不斷的學(xué)習(xí)，吸收先進(jìn)的技術(shù)，有望在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)方面取得新進(jìn)展。

[1]蔣國(guó)盛，王榮璟.頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)綜述[J].探礦工程（巖土鉆掘工程）.2013，40（1）：3-8.

[2]董大忠，鄒才能，李建忠，等.頁(yè)巖氣資源潛力與勘探開(kāi)發(fā)前景[J].地質(zhì)通報(bào)，2011，（S1）：324-336.

[3]鄒才能，董大忠，王社教，等.中國(guó)頁(yè)巖氣形成機(jī)理、地質(zhì)特征及資源潛力[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，2010，37（6）：641-653.

Study on Formation Mechanism and Exploration Technique of Shale Gas

Gao Xin，Gui Hang，Liu Nan

Shale gas resources are widely distributed and have great exploitation potential.However，compared with conventional gas reservoirs，the reservoir formation mechanism，reservoir characteristics and development technologies are very different，which bring great difficulties to the actual production.Based on the introduction of shale gas concept，reservoir formation mechanism and reservoir characteristics，this paper summarizes the domestic and foreign shale gas exploration technology and the advantages and disadvantages，combined with the actual situation of China's future exploration direction of analysis.

shale gas；reservoir forming mechanism；reservoir characteristics；exploration technology

10.16028

A

1003-6490（2016）08-0016-02

2016-08-15

高莘（1995—），女（滿族），吉林松原人，本科在讀，主要研究方向?yàn)槭偷刭|(zhì)學(xué)。