世界頁巖氣資源與勘探開發(fā)技術(shù)綜述

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1、世界頁巖氣資源與勘探開發(fā)技術(shù)綜述頁巖氣是指主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的天然氣聚集。這是天然氣生成之后在烴源巖層內(nèi)就近聚集的結(jié)果，表現(xiàn)為典型的“原地”成藏模式。頁巖氣是目前經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下天然氣工業(yè)化勘探的重要領(lǐng)域和目標(biāo)[1-2]。???一、世界頁巖氣資源???1.頁巖氣儲量從全世界范圍看，泥、頁巖約占全部沉積巖的60%，頁巖氣資源前景巨大。全球頁巖氣資源量為456.24×1012m3。主要分布在北美、中亞和中國、拉美、中東和北非、前蘇聯(lián)（表1）[3－5]。中國南方志留系地層中

2、發(fā)育黑色頁巖，演化程度高，可形成的頁巖氣資源潛力大。四川盆地為古生代海相沉積背景下形成的富含有機(jī)碳頁巖，與美國東部地區(qū)頁巖氣發(fā)育盆地相似。四川盆地威遠(yuǎn)和瀘州地區(qū)的頁巖氣資源潛力為（6.8～8.4）×1012m3，相當(dāng)于四川盆地的常規(guī)天然氣資源總量。中國松遼盆地白堊系、江漢盆地的第三系、渤海灣盆地、南華北、柴達(dá)木以及酒泉盆地均具有頁巖氣資源。???2.頁巖氣產(chǎn)量???頁巖氣產(chǎn)量與儲層性質(zhì)有關(guān)。影響儲層性質(zhì)的因素有：儲層內(nèi)流體的流動；利于油氣流動的孔喉大??；水動力系統(tǒng)是否良好以及開采技術(shù)水平的高低。目前美國有頁巖氣

3、井4259口，年產(chǎn)量已躍升至（168～204）×108m3，圖1反映了美國近年頁巖氣井?dāng)?shù)增加的情況。預(yù)測2010年美國頁巖氣產(chǎn)量將占其天然氣總產(chǎn)量的13%。二、頁巖氣勘探技術(shù)???1.頁巖氣地質(zhì)理論???頁巖氣藏因為頁巖基質(zhì)孔隙度很低,最高僅為4%~5%，滲透率小于1×10-3μm2，因此，主要由裂縫提供其儲氣空間。頁巖在地層組成上多為暗色泥巖與淺色粉砂巖的薄互層。在頁巖中，天然氣的賦存狀態(tài)多種多樣，除極少量溶解狀態(tài)的天然氣以外，大部分均以吸附狀態(tài)賦存于巖石顆粒和有機(jī)質(zhì)表面，或以游離狀態(tài)賦存于孔隙和裂縫之中。吸

4、附狀態(tài)天然氣的賦存與有機(jī)質(zhì)含量密切相關(guān)，其中吸附狀態(tài)天然氣的含量變化于20%～85%之間。頁巖氣介于煤層吸附氣（吸附氣含量在85%以上）和常規(guī)圈閉氣（吸附氣含量通常忽略為零）之間。頁巖氣成藏有著非常復(fù)雜的多機(jī)理遞變特點(diǎn)，體現(xiàn)為成藏過程中的無運(yùn)移或極短距離的有限運(yùn)移。因此，頁巖氣藏具有典型煤層氣、典型根緣氣和典型常規(guī)圈閉氣成藏的多重機(jī)理，如表2。頁巖氣藏的形成是天然氣在烴源巖中大規(guī)模滯留的結(jié)果。頁巖氣藏是“自生自儲”式氣藏，運(yùn)移距離極短，其現(xiàn)今保存狀態(tài)基本上可以反映烴類運(yùn)移的狀況，即天然氣主要以游離相、吸附相和溶

5、解相存在。在生物化學(xué)生氣階段，天然氣首先吸附在有機(jī)質(zhì)和巖石顆粒表面，飽和后則富余的天然氣以游離相或溶解相進(jìn)行運(yùn)移。當(dāng)達(dá)到熱裂解生氣階段，由于壓力升高，若頁巖內(nèi)部產(chǎn)生裂縫，則天然氣以游離相為主向其中運(yùn)移聚集，受周圍致密頁巖烴源巖層遮擋、圈閉，易形成工業(yè)性頁巖氣藏。由于擴(kuò)散對氣態(tài)烴的運(yùn)移能起到相當(dāng)大的作用，天然氣繼續(xù)大量生成，會因生烴膨脹作用而使富余的天然氣向外擴(kuò)散運(yùn)移，故此時不論是頁巖地層本身還是薄互層分布的砂巖儲層，均表現(xiàn)為普遍的飽含氣性.??在陸相盆地中，湖沼相和三角洲相沉積產(chǎn)物一般是頁巖氣成藏的最好條件，但

6、通常位于或接近于盆地的沉降—沉積中心處，導(dǎo)致頁巖氣的分布有利區(qū)主要集中于盆地中心處。從天然氣的生成角度分析，生物氣的產(chǎn)生需要厭氧環(huán)境，而熱成因氣的產(chǎn)生也需要較高的溫度條件，因此靠近盆地中心方向是頁巖氣成藏的有利區(qū)域[6]（圖2、表3）。2.頁巖氣勘探方法???頁巖氣勘探方法有地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)勘探、鉆井等方法，采用多學(xué)科綜合勘探是頁巖氣勘探發(fā)展方向。?3.頁巖氣開發(fā)技術(shù)???由于頁巖氣藏的自身特性，頁巖氣只有在某些特定條件下才能被開采出來。美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）認(rèn)為，頁巖氣產(chǎn)自連續(xù)的氣藏。USGS列舉

7、了16個特征，所有這些特征都可能在連續(xù)氣藏中出現(xiàn)。與含氣頁巖有關(guān)的獨(dú)特特征包括區(qū)域性分布、缺少明顯的蓋層和圈閉、無清晰的氣水界面、天然裂縫發(fā)育、最終采收率低于常規(guī)氣藏，以及極低的基巖滲透率等。此外，其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量在很大程度上還依賴于完井技術(shù)[7－9]。???頁巖氣是充填于頁巖裂隙、微細(xì)孔隙及層面內(nèi)的天然氣，其儲層的滲透率低、氣流的阻力比傳統(tǒng)天然氣大得多，從而難以開采。開采頁巖氣層需要采取某種增產(chǎn)措施和特殊的鉆井與完井方法，目前多采用水平井或斜井開采，斜井鉆進(jìn)是開發(fā)透鏡狀氣藏可選擇的最佳方法，而水平井將成為開發(fā)邊緣海

8、相和海相席狀砂巖的最佳方法。???巖石內(nèi)必須具備足夠的通道以使天然氣流入井筒。在頁巖中，氣源巖中裂縫引起的滲透性在一定程度上可以補(bǔ)償基質(zhì)的低滲透率。因此，將頁巖作為開采目標(biāo)的作業(yè)者應(yīng)事先考慮系統(tǒng)滲透率，即包含頁巖基質(zhì)和天然裂縫的綜合滲透率。為了更好地利用儲層中的天然裂縫，并且使井筒穿越更多儲層，越來越多的作業(yè)者都在應(yīng)用水平鉆井技術(shù)（圖3）。該技術(shù)在石油工業(yè)中并不是一項新技術(shù)，但它對提高