頁巖氣勘探開發(fā)的地質技術發(fā)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(fā)的地質技術發(fā)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(fā)展頁巖氣產業(yè)是未來能源利用的必然趨勢。因此加大頁巖氣勘探開發(fā)的地質技術的研究具有重要意義，本文根據(jù)頁巖氣勘探開發(fā)的現(xiàn)狀，對頁巖氣勘探開發(fā)的地質技術發(fā)展趨勢做了有關論述。

頁巖氣；勘探開發(fā)；地質技術；發(fā)展趨勢

1 引言

頁巖氣是一種潔凈環(huán)保的優(yōu)質能源，具有供應穩(wěn)定、改善空氣質量、安全可靠、經濟廉價等優(yōu)點。在大力實行低碳經濟的當下，頁巖氣產業(yè)獲得了良好的發(fā)展機遇，但在實際勘探開發(fā)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(fā)技術。

2 我國頁巖氣的分布特點

隨著科技的發(fā)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(fā)提供了有利條件。我國存在著區(qū)域發(fā)育頁巖氣的地質背景和條件。依據(jù)地質歷史及其變化特點，可將我國的頁巖氣發(fā)育區(qū)劃分為大致與板塊對應的四大區(qū)域，即南方、華北一東北、西北及青藏等四大地區(qū)。從震旦紀到中三疊世，中國南方地區(qū)發(fā)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(tǒng)（陡山沱組）、下寒武統(tǒng)、上奧陶統(tǒng)（五峰組）一下志留統(tǒng)（龍馬溪組）、中泥盆統(tǒng)（羅富組）、下石炭統(tǒng)、下二疊統(tǒng)（棲霞組）、上二疊統(tǒng)（龍?zhí)逗痛舐〗M）、下三疊統(tǒng)（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(tǒng)、上奧陶統(tǒng)五峰組一下志留統(tǒng)龍馬溪組、下二疊統(tǒng)、上二疊統(tǒng)等4套烴源巖是區(qū)域主力烴源巖。經研究認為，南方地區(qū)與美國東部頁巖氣產出地區(qū)（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(tǒng)、上奧陶一下志留統(tǒng)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(qū)區(qū)域上的頁巖氣發(fā)育最有利層位，四川盆地、鄂東渝西及下?lián)P子地區(qū)是平面上分布的有利區(qū)。我國潛在的頁巖氣發(fā)育區(qū)分布圖（見圖1）。

圖1 我國潛在的頁巖氣發(fā)育區(qū)分布圖

3 頁巖氣勘探開發(fā)的地質技術現(xiàn)狀

3.1 地震勘探技術

根據(jù)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(fā)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(tài)。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?shù)氐乩項l件的地震采集、處理、解釋方法，為發(fā)現(xiàn)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(qū)圖、標志層厚度預測圖、裂縫發(fā)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(shù)據(jù)依據(jù)（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(fā)生變化，在頁巖氣邊界上有明顯的特征表現(xiàn)，從而在測井曲線也會出現(xiàn)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(jiān)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(xiàn)場錄井的數(shù)據(jù)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(jù)，來總結盆地油氣的形成規(guī)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(qū)帶。在我國以二維模擬為主，并且發(fā)展的較為完善。

3.4 頁巖含氣量錄井和現(xiàn)場測試技術

頁巖孔隙度低，以裂縫和微孔隙為主，絕大多數(shù)頁巖氣以游離態(tài)、吸附態(tài)存在。游離態(tài)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(xiàn)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(fā)育、黏土成分含量高、非均質性嚴重，本身穩(wěn)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(xiàn)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(guī)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(guī)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(wěn)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(fā)的地質技術發(fā)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(xiàn)我國頁巖氣勘探技術的飛躍發(fā)展，達到低碳經濟的目的，為今后勘探開發(fā)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(fā)利用，強強聯(lián)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(lián)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(tǒng)，為獲取頁巖氣勘探的地磁場數(shù)據(jù)提供技術服務；⑤海底熱流原位探測系統(tǒng)，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(tǒng)，模擬沉頁巖氣沉積物中開采數(shù)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(fā)展，在以往的頁巖氣勘探中發(fā)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(guī)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(fā)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(guī)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(fā)展和地質認識的不斷深化，對頁巖氣成藏富集規(guī)律將更加明確，可為頁巖氣勘探成功率的提高發(fā)揮重要作用。

5.2 加強關鍵勘探技術的發(fā)展，為條件復雜地區(qū)的勘探創(chuàng)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(xiàn)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(fā)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(fā)展測井技術務必要跟非均質以及低孔滲儲物性參數(shù)的識別和提取相滿足，滿足復雜構造地區(qū)地層有關參數(shù)提取等方面的要求；

（3）發(fā)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(fā)現(xiàn)等方面的要求；

（4）壓裂酸化技術發(fā)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(fā)揮重大的作用，積極開發(fā)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(chuàng)新理論和技術，加大對頁巖氣勘察的投資力度，確保勘探的工作量足夠有保障，而對于那些有利于勘探領域以及目標實現(xiàn)，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(chuàng)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(fā)利用與環(huán)境保護協(xié)調發(fā)展。

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2016-7-1