頁巖氣勘探與開發(fā)技術(shù)現(xiàn)狀綜述

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1、頁巖氣勘探與開發(fā)技術(shù)現(xiàn)狀綜述[摘要]頁巖氣是一種以多種相態(tài)存在并富集于頁巖地層中的非常規(guī)天然氣，在世界上廣泛分布,近年來在天然氣產(chǎn)量中的比例正在不斷增加。本文論述了頁巖氣的概念、資源分布、成藏機理和儲層特征；介紹了國內(nèi)外頁巖氣勘探與開發(fā)技術(shù)研究現(xiàn)狀，并對我國頁巖氣勘探與開發(fā)提出了建議。[關(guān)鍵詞]頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)1頁巖氣的概況1.1頁巖氣的概念頁巖氣是指以熱成熟作用或連續(xù)的生物作用為主以及兩者相互作用生成的、聚集在烴源巖中的天然氣，在主體上包括了游離態(tài)（存在于天然裂縫與粒間孔隙中）、吸附態(tài)（存在黏土礦物

2、顆粒、干酪根顆粒表面）和溶解態(tài)（存在于干酪根和瀝青質(zhì)中），基本上包括了天然氣存在的所有可能相態(tài)。1.2頁巖氣的資源分布從全球范圍來看，頁巖氣擁有巨大的資源量。據(jù)統(tǒng)計，全世界的頁巖氣資源量約為456.24×1012m3，相當(dāng)于致密砂巖氣和煤層氣資源量的總和，具有很大的開發(fā)潛力，是一種非常重要的非常規(guī)資源。頁巖氣資源量占3種非常規(guī)天然氣（煤層氣、致密砂巖氣、頁巖氣）總資源量的50%左右，主要分布在北美、中亞和中國、中東和北非、拉丁美洲、前蘇聯(lián)等地區(qū)，與常規(guī)天然氣相當(dāng)。頁巖氣的資源潛力甚至還可能明顯大于常規(guī)天

3、然氣。美國的頁巖氣資源量達（14.2～19.8×1012m3(Brown,2006)，我國主要盆地和地區(qū)的頁巖氣資源量約為(15~30)×1012m3,與美國的大致相當(dāng)。1.3頁巖氣成藏機理天然氣主要以游離相、吸附相和溶解相存在。在生物化學(xué)生氣階段，天然氣首先吸附在有機質(zhì)和巖石顆粒表面，飽和后富余的天然氣以游離相或溶解相進行運移，當(dāng)達到熱裂解生氣階段，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。由于擴散作用對氣態(tài)烴的運移起

4、到相當(dāng)大的作用，天然氣繼續(xù)大量生成，將因生烴膨脹作用使富余的天然氣向外擴散運移，此時無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。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，主體上表現(xiàn)為吸附態(tài)與游離態(tài)天然氣之間的遞變過渡，體現(xiàn)為成藏過程中的無運移或極短距離的有限運移。為典型的自生自儲、大面積連續(xù)聚集型的天然氣藏，富有機質(zhì)暗色頁巖，既是氣源巖，又是儲層和蓋層，是典型的原地成藏模式。頁巖氣藏不需要常規(guī)圈閉的存在，頁巖內(nèi)部含有工業(yè)價值天然氣的聚集，具有隱蔽性的特點。1.4頁巖氣儲層

5、特征頁巖氣藏儲層具有低孔隙度、低滲透率的特點，頁巖儲集層孔隙度一般小于10％，而含氣的有效孔隙度一般只有1％-5％，滲透率則隨裂縫發(fā)育程度的不同而有較大變化，一般為0.0001-0.001md。由于滲透率極低，按照常規(guī)氣藏理論，該類氣藏很難具有經(jīng)濟開發(fā)價值。但是，頁巖氣儲層儲氣模式以游離氣和吸附氣為主，游離氣主要決定氣井初期產(chǎn)量，吸附氣主要決定氣井穩(wěn)產(chǎn)期。因此，通過大規(guī)模壓裂，增大改造體積，頁巖氣就能具有較長的穩(wěn)產(chǎn)期和較好的開發(fā)價值。儲層巖性及礦物組分復(fù)雜，儲層中的碳酸鹽巖礦物含量是判斷裂縫是否發(fā)育的一

6、項重要指標(biāo)。儲層常含有天然裂縫，原生和次生的天然裂縫，碳體系通常為頁巖氣藏生產(chǎn)的關(guān)鍵。2頁巖氣勘探與開發(fā)技術(shù)2.1資源評價目前對頁巖氣資源評價因素研究主要采用實驗分析、測井評價、地震解譯等方法。對頁巖氣資源量的計算,可根據(jù)不同勘探開發(fā)階段,采用成因法、類比法和統(tǒng)計法等,目前常采用方法有類比法、FORSPAN法、單井(動態(tài))儲量估算法、容積法等。資源評估方面主要考慮地質(zhì)、技術(shù)的不確定性，不同勘探開發(fā)階段適用的方法有所不同。Forspan法可用于連續(xù)型頁巖氣藏，如美國Appalachian盆地泥盆系頁巖氣藏

7、，通過統(tǒng)計已有開發(fā)數(shù)據(jù)資料來預(yù)測剩余資源潛力。美國現(xiàn)已形成一套頁巖氣資源評價系統(tǒng)，如圖1所示。圖1美國頁巖氣資源評價方法系統(tǒng)2.2勘探目前用于頁巖氣勘探的方法有地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)、鉆井等方法,且呈現(xiàn)出以地球物理手段為主的多種方法綜合研究。與常規(guī)油氣勘探類似,地球物理勘探技術(shù)是當(dāng)前用于頁巖氣勘探的最主要方法。地震勘探技術(shù)是目前從事頁巖氣勘探的最重要地球物理方法。由于泥頁巖地層與上下圍巖的地震傳播速度不同,在泥頁巖的頂?shù)捉缑鏁a(chǎn)生較強的波阻抗界面,結(jié)合錄井、測井等資料識別可以解釋泥頁巖,進行構(gòu)造描述。

8、2.2.1地震勘探技術(shù)地震勘探技術(shù)包括三維地震技術(shù)和井中地震技術(shù)。三維地震技術(shù)有助于準(zhǔn)確認(rèn)識復(fù)雜構(gòu)造、儲層非均質(zhì)性和裂縫發(fā)育帶，以提高探井或開發(fā)井成功率。由于泥頁巖地層與上下圍巖的地震傳播速度不同，結(jié)合錄井、測井等資料，可識別解釋泥頁巖，進行構(gòu)造描述。應(yīng)用高分辨率三維地震可以依據(jù)反射特征的差異識別預(yù)測裂縫，裂縫預(yù)測技術(shù)對井位優(yōu)化起到關(guān)鍵作用。井中地震技術(shù)是在地面地震技術(shù)基礎(chǔ)上向“高分辨率、高信噪比、高保真”發(fā)展的一種地球物理手段，在油氣勘探