頁巖氣勘探開發的地質技術發展趨勢

楊露鴻

（中石化江漢石油工程有限公司 重慶 408000）

頁巖氣勘探開發的地質技術發展趨勢

楊露鴻

（中石化江漢石油工程有限公司 重慶 408000）

頁巖氣作為一種新型能源，目前被認為是最清潔的能源之一，發展頁巖氣產業是未來能源利用的必然趨勢。因此加大頁巖氣勘探開發的地質技術的研究具有重要意義，本文根據頁巖氣勘探開發的現狀，對頁巖氣勘探開發的地質技術發展趨勢做了有關論述。

頁巖氣；勘探開發；地質技術；發展趨勢

1 引言

頁巖氣是一種潔凈環保的優質能源，具有供應穩定、改善空氣質量、安全可靠、經濟廉價等優點。在大力實行低碳經濟的當下，頁巖氣產業獲得了良好的發展機遇，但在實際勘探開發中，也會面臨著各種問題，為了解決這些問題，更加有效的開采，要不斷鉆研勘探開發技術。

2 我國頁巖氣的分布特點

隨著科技的發展，我國已經形成了比較完善的勘探技術，主要包括地震勘探技術、測井技術、模擬技術等，為我國頁巖氣勘探開發提供了有利條件。我國存在著區域發育頁巖氣的地質背景和條件。依據地質歷史及其變化特點，可將我國的頁巖氣發育區劃分為大致與板塊對應的四大區域，即南方、華北一東北、西北及青藏等四大地區。從震旦紀到中三疊世，中國南方地區發育了廣泛的海相沉積，分布面積達200余萬平方公里，累計最大地層厚度超過10km，形成了上震旦統（陡山沱組）、下寒武統、上奧陶統（五峰組）一下志留統（龍馬溪組）、中泥盆統（羅富組）、下石炭統、下二疊統（棲霞組）、上二疊統（龍潭和大隆組）、下三疊統（青龍組）等8套以黑色頁巖為主體特點的烴源巖層系。其中下寒武統、上奧陶統五峰組一下志留統龍馬溪組、下二疊統、上二疊統等4套烴源巖是區域主力烴源巖。經研究認為，南方地區與美國東部頁巖氣產出地區（阿巴拉契亞等盆地）具有諸多的地質可比性（包括頁巖地質時代、構造變動強度等），下寒武統、上奧陶一下志留統以及二疊系等地層分布廣泛、厚度大，有機質豐富、成熟度高，是南方地區區域上的頁巖氣發育最有利層位，四川盆地、鄂東渝西及下揚子地區是平面上分布的有利區。我國潛在的頁巖氣發育區分布圖（見圖1）。

圖1 我國潛在的頁巖氣發育區分布圖

3 頁巖氣勘探開發的地質技術現狀

3.1 地震勘探技術

根據地下介質密度和彈性的不同，經過技術人員進一步的觀測和分析大地對人工激發地震波的回應，利用流體界面上縱、橫波振幅及速度的差異，橫波雙折射，對地震記錄的信噪比、分辨率、保真度等進行分析得到檢測結果，并推斷地下巖層的物理性質及其存在形態。地震勘探是有效勘測頁巖氣資源的重要手段之一，在頁巖氣地質勘查、存量多少研究等方面，也得到廣泛應用。復雜地質條件的地震勘探技術是經過長期的記錄和總結，形成適合當地地理條件的地震采集、處理、解釋方法，為發現大氣田做出了突出貢獻。

目前地震勘探技術可以為我們提供層位地震反射層構造圖、標志層地震相分區圖、標志層厚度預測圖、裂縫發育程度圖及地震地質解釋剖面圖，尤其是地震地質解釋剖面圖可以為井眼軌跡提供非常重要的數據依據（如圖2）。

圖2 地震地質解釋剖面圖

3.2 測井技術

頁巖氣的性質會對沉積物產生作用，使沉積物在隙度、滲透、擴散強度等物理方面發生變化，在頁巖氣邊界上有明顯的特征表現，從而在測井曲線也會出現不同程度的變化。由于測井技術的特點，使其在頁巖氣勘探手段中更加突出重要位置。測井技術主要是測定井下油、氣、水層的物理性質，監測各油層的工作情況，確定頁巖氣等各種組分在深度上的分布以及各組分濃度的鑒定?？梢酝ㄟ^測井技術可以很清晰的認識各個地層的物理特性，并結合現場錄井的數據可以做出有效的綜合圖及對比圖，可以直觀看出各層位厚度變化，同時可以預判油氣層的走向（如圖3～4）。

圖3 綜合圖柱狀圖

3.3 建立模擬技術

建立模擬技術是基于通過物理化學的地質機理，例如達爾文的進化論，通過一定的進化程度和一系列的理論支持，在時間上和空間上模擬含油氣盆地的形成和演化、烴類的生成、運移和聚集，當然這是需要一定的科學理論和依據，來總結盆地油氣的形成規律，確定頁巖氣的產生位置及時間。綜合應用油氣地質理論進行盆地分析研究，對其形成的歷史、熱史、生烴史、排烴史、遠移聚集史進行模擬，并預測油氣資源量，進行地質綜合評價，指出有利勘探區帶。在我國以二維模擬為主，并且發展的較為完善。

3.4 頁巖含氣量錄井和現場測試技術

頁巖孔隙度低，以裂縫和微孔隙為主，絕大多數頁巖氣以游離態、吸附態存在。游離態頁巖氣在取心鉆進過程中逸散進入井筒，主要是測定巖心的吸附氣含量。錄井過程中需要在現場做頁巖層巖性、氣含量測定、頁巖解吸及吸附等重要資料的錄取。這些資料對評價頁巖層的資源量具有重要意義。針對頁巖氣油機鉆井對錄井的影響，可以通過改進錄井設備、方法和措施，達到取全、取準錄井資料的目的。

3.5 固井技術

頁巖氣固井水泥漿主要有泡沫水泥、酸溶性水泥、泡沫酸溶性水泥以及火山灰＋H級水泥等4種類型。其中火山灰＋H級水泥成本最低，泡沫酸溶性水泥和泡沫水泥成本相當，高于其他兩種水泥，是火山灰＋H級水泥成本的1.45倍。固井水泥漿配方和工藝措施處理不當，會對頁巖氣儲層造成污染，增加壓裂難度，直接影響后期采氣效果。

3.6 鉆井技術

頁巖氣一般采用水平井鉆進的方式，井眼方位平行于最小水平地應力方向，以保證在后期的壓裂過程中可使更多天然裂縫與誘導裂縫彼此連通，提高頁巖氣采收率。由于頁巖層理發育、黏土成分含量高、非均質性嚴重，本身穩定性差，沿最小水平地應力方向鉆進更進一步增加井壁坍塌的風險。威遠、長寧頁巖氣井高伽瑪碳質頁巖井段井眼垮塌現象尤為嚴重，造成多次井下復雜事故。一般情況下，頁巖氣井井徑規則程度較差。

為增大頁巖氣儲層裸露面積，頁巖氣水平井水平段較長，一般為1500m甚至更長，套管下放摩阻較大；頁巖氣井井徑規則程度較差，增加了下套管過程中硬卡的風險；同時，由于頁巖本身穩定性差，下套管過程中對井壁的刮擦易引起井壁坍塌等事故。此外，為提高鉆井液的抑制性，減小鉆井復雜的風險，頁巖氣井目的層鉆進一般采用油基鉆井液鉆進。

4 頁巖氣勘探開發的地質技術發展趨勢

通過頁巖氣科技工作者的不斷努力，我國已形成一系列屬于自己的頁巖氣探測技術，為打破國外的技術壟斷，實現我國頁巖氣勘探技術的飛躍發展，達到低碳經濟的目的，為今后勘探開發提供了巨大的技術支持。針對頁巖氣資源勘探所面臨的關鍵技術，面對新能源的開發利用，強強聯合，形成了一系列關鍵探測技術：

①通過運用三維與高頻地震聯合探測技術，獲得頁巖氣礦體外形及內部的結構資料，這是頁巖氣礦體探測的關鍵技術支持；②頁巖氣礦藏的原位及流體地球化學示蹤技術，為頁巖氣的高效勘探提供技術服務；③頁巖氣鉆探保真取樣（芯）器及配套技術，為頁巖氣鉆探工程化及采獲頁巖氣樣品提供技術支撐；④海洋可控源電磁探測儀器系統，為獲取頁巖氣勘探的地磁場數據提供技術服務；⑤海底熱流原位探測系統，為頁巖氣勘探的海底熱流原位提供技術服務；⑥三維、可視頁巖氣開采過程中應用物理模擬實驗系統，模擬沉頁巖氣沉積物中開采數值，得出頁巖氣安全可靠的開采方案。

5 加快頁巖氣勘探的保障措施

5.1 加強頁巖氣地質理論研究，不斷深化地質認識

地質理論的完善和發展，在以往的頁巖氣勘探中發揮了重要的作用。

（1）逐漸完善多元的成氣理論，則能夠對鄂爾多斯盆地古生界、塔里木盆地庫車坳陷、松遼盆地北部深層煤成氣的勘探起到一定的推進作用；

（2）提高對路盆地成藏富集規律的認識，對前路盆地的頁巖氣勘察起到了一定推進作用，為前陸盆地的頁巖氣勘探，為川西盆地等前陸盆地的頁巖氣勘探取得重大突破奠定了理論基礎；

（3）發展并完善頁巖氣晚期成藏理論，能夠對晚期形成的氣藏的豐度進行明確，儲量的規模比較大，勘探目標具有的效益較高；

（4）隨著地質理論的不斷發展和地質認識的不斷深化，對頁巖氣成藏富集規律將更加明確，可為頁巖氣勘探成功率的提高發揮重要作用。

5.2 加強關鍵勘探技術的發展，為條件復雜地區的勘探創造條件

未來頁巖氣勘探對象主要具有的特點如下所述：

①勘探目的層埋藏的深度較大；②地面條件復雜，常見的地面類型有沙漠、黃土源、山地、鹽沼、海洋等；③儲層分布及物性橫向變化大；④地下構造復雜。

上述的四個特點充分的體現出勘探工作的復雜性，因而對于勘探技術就提出了以下的幾點要求：

（1）勘探地震的發展不但要與深層構造以及復雜構造的準確識別相滿足，并且有利于采集和處理復雜地面條件的地震資料，與儲層預測以、氣藏的描述以及烴類檢測等方面相滿足；

（2）發展測井技術務必要跟非均質以及低孔滲儲物性參數的識別和提取相滿足，滿足復雜構造地區地層有關參數提取等方面的要求；

（3）發展鉆井完井技術務必要跟深井以及超深井成功鉆探，能夠有效與復雜構造及塑性地層成功鉆探相滿足，滿足低孔滲氣層的保護與發現等方面的要求；

（4）壓裂酸化技術發展必須滿足致密儲集體、復雜巖性體、低孔滲薄互層段等提高產能的要求。在未來的頁巖氣勘探中，利用先進、實用以及有效的勘探技術能夠充分發揮重大的作用，積極開發并引進和應用先進的、實用、有效的勘探技術是提高勘探效益的有效手段。

5.3 加大頁巖氣勘探的投資力度

為了確保頁巖氣儲量不斷增長，要不斷創新理論和技術，加大對頁巖氣勘察的投資力度，確?？碧降墓ぷ髁孔銐蛴斜Ｕ?，而對于那些有利于勘探領域以及目標實現，則需要加大勘探的力度以及確保有足夠的資金和勘探工作量的投入。

6 結語

總而言之，隨著地質和技術的要求，勘探難度也不斷增加，所以要求我們在勘探、開采、研究等方面應加強研究，創新勘探方法，總結出一套適合不同地質特點的開采技術，并充分考慮到可能造成的危害，促進我國資源開發利用與環境保護協調發展。

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[3]李秀鳳.探究頁巖氣勘探開發的地質技術發展趨勢[J].中國化工貿易，2015，7（26）：23.

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