頁巖氣儲(chǔ)層研究

湯曉宇

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

頁巖氣儲(chǔ)層研究

湯曉宇

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

在中國的頁巖氣資源，有著廣闊的發(fā)展前景。目前，在中國尚未實(shí)現(xiàn)頁巖氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，頁巖氣的開采、綜合評(píng)價(jià)機(jī)制，挖掘技術(shù)不成熟。基于前人的研究與文獻(xiàn)研究，對(duì)國內(nèi)外頁巖氣和頁巖氣的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)的研究進(jìn)展，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行論述：頁巖氣資源綜合評(píng)價(jià)是第一步，對(duì)頁巖氣開發(fā)潛力的各種參數(shù)分析；頁巖氣回收機(jī)制開展和指導(dǎo)壓裂設(shè)計(jì)數(shù)值模擬的重要研究，總結(jié)了頁巖氣和流量模型的復(fù)雜開采機(jī)理；在開發(fā)頁巖氣時(shí)，關(guān)鍵技術(shù)主要是水平油井和水力壓裂技術(shù)，揭示儲(chǔ)層特征之間的內(nèi)在關(guān)系的關(guān)鍵，為優(yōu)化開采提供參考；回顧中國頁巖氣的發(fā)展過程、資源特點(diǎn)、未來發(fā)展前景。

頁巖氣；綜合評(píng)價(jià)；采出機(jī)理；水平井；水力壓裂；裂縫監(jiān)測

1 頁巖氣概述

頁巖氣是非常規(guī)天然氣中富含有機(jī)質(zhì)泥頁巖為主的儲(chǔ)層巖石的混合連續(xù)發(fā)生生物化學(xué)氣體發(fā)生熱成因氣或兩者，可以在天然裂縫和孔隙游離狀態(tài)，吸附在有機(jī)質(zhì)和黏土顆粒表面存在，很少在存儲(chǔ)在干酪根和瀝青溶解狀態(tài)，自由氣比為20%~85%。與常規(guī)儲(chǔ)層氣相比，頁巖氣藏是非常短距離的遷移或遷移，不僅是頁巖氣源、儲(chǔ)層和蓋層的聚集和保存。頁巖氣儲(chǔ)層具有低孔隙度、低滲透率、孔隙度和滲透率通常小于10%的特點(diǎn)，滲透率數(shù)量級(jí)為（10-8~10-4）mD，需要壓裂才能實(shí)現(xiàn)工業(yè)發(fā)展。

2 頁巖氣采出機(jī)理

頁巖氣主要由2部分組成：吸附氣和游離氣。美國頁巖氣儲(chǔ)層主要有三種類型，天然氣和水的生產(chǎn)，以頁巖氣盆地為代表的以密歇根省為代表的。產(chǎn)氣藏壓力降的水、氣體的吸附-解吸井筒，生產(chǎn)型和煤層氣，接近占主導(dǎo)地位的氣體吸附；在阿巴拉契亞盆地頁巖氣儲(chǔ)層為代表的俄亥俄。間隙中的游離氣孔隙和裂縫首次生產(chǎn)，具有壓降游離氣體的吸附-解吸氣體的系統(tǒng)，所以一般氣藏產(chǎn)氣率低，但可以30a甚至40a的穩(wěn)定生產(chǎn)；FortWorth盆地頁巖氣藏的自由作為巴內(nèi)特的代表主導(dǎo)作用。氣藏具有大深度、高壓力的特點(diǎn)。

頁巖氣回收過程一般分為3個(gè)階段：無裂解氣，產(chǎn)率高，但迅速下降；游離氣基質(zhì)和微裂縫開采，開采率低于第一階段；吸附解吸氣體擴(kuò)散，游離氣與吸附氣的比值不同于頁巖氣藏。例如，巴內(nèi)特頁巖氣儲(chǔ)層含氣，只有當(dāng)壓力低于為7MPa，吸附-脫附氣體變得重要；安特里姆頁巖氣儲(chǔ)層壓力低，以減少壓力，挖掘主要是吸附氣。

3 流動(dòng)機(jī)理

3.1 多尺度流動(dòng)模型

許多學(xué)者沒有明確指出頁巖分為裂縫單元和基質(zhì)單元，但不同尺度的滲流機(jī)制不同。隨著克努特森數(shù)（Kn數(shù)）作為判斷流程規(guī)范、連續(xù)流動(dòng)連通孔喉和裂紋中服從大滑（Kn=0.001），和滑移和氣孔擴(kuò)散占主導(dǎo)地位（Kn > 0.001）。Javadpour考慮壓差流和Knudsen擴(kuò)散毛孔，推導(dǎo)了氣體流量公式和表觀滲透，流動(dòng)方程和達(dá)西方程具有相同的形式和容易耦合。

3.2 三孔雙滲模型

三雙滲透率模型，受達(dá)西定律影響的多孔流動(dòng)裂隙和基質(zhì)不僅是氣體解吸矩陣的來源，與擴(kuò)散遷移相比，滲流矩陣仍然占據(jù)主導(dǎo)作用。在壓差下，游離氣體在基質(zhì)中發(fā)生裂縫，服從多孔介質(zhì)的滲流規(guī)律；自由氣體會(huì)流向井筒中的裂縫；當(dāng)孔隙壓力降低時(shí)，氣體吸附解吸，擴(kuò)散或遷移到孔隙表面，成為游離氣體。這兩種模型不同，矩陣流中的三雙滲透率模型服從達(dá)西定律。最近，魏和張建立巖石力學(xué)，吸附和解吸和流量耦合三雙滲透率模型，考慮到計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展，頁巖氣流動(dòng)機(jī)理復(fù)雜，但裂縫在天然氣運(yùn)移過程中的重要作用是正的

3.3 中國頁巖氣開發(fā)歷程

2004年，土地資源調(diào)查評(píng)價(jià)、頁巖氣資源，推出了2009年和實(shí)施重點(diǎn)地區(qū)頁巖氣資源潛力和優(yōu)化中國有利區(qū)項(xiàng)目。調(diào)查結(jié)果顯示，頁巖氣資源的地質(zhì)條件，對(duì)中國的復(fù)雜類型，分布相對(duì)集中，可采資源潛力為25×量（不含西藏區(qū)），與常規(guī)天然氣的土地和美國，24×量類似的優(yōu)化面積的180，111×104km2面積。

目前，中國已在地質(zhì)特征的基本理論方面取得了一些進(jìn)步，豐富的有機(jī)質(zhì)頁巖的形成和富集條件和未來的區(qū)域選擇。頁巖氣勘探開發(fā)主要集中在我國得四川盆地及其外圍、鄂爾多斯盆地、東部凹陷等地區(qū)。中國石油在四川南部、云南北部和貴州地區(qū)的渭源，長寧，昭通和富順-永川4優(yōu)選有利區(qū)塊，鉆超過10油井，7油井獲得工業(yè)氣流，1鉆水平油井和壓裂。”中國石化在黔東南的東南部，重慶，湖北，四川，泌陽，Jianghan，東北的皖南，鉆了10油井，6油井獲得工業(yè)氣流，1鉆水平油井和壓裂?！?中海油頁巖氣勘探工作擬在安徽、浙江等地區(qū)開展工作。中聯(lián)重科煤”在山西，壽陽，沁源提出了沁水盆地和晉城3個(gè)頁巖氣有利區(qū)。

4 結(jié)束語

頁巖氣開發(fā)包括水平鉆井和水力壓裂技術(shù)，水平井技術(shù)可以增加排水區(qū)的關(guān)鍵技術(shù)，水力壓裂會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)的模式已經(jīng)不再適用于機(jī)翼裂縫網(wǎng)絡(luò)輸出和復(fù)雜儲(chǔ)層的改造。儲(chǔ)層體積與礦物和頁巖氣組成正相關(guān)，中國資源勘探開發(fā)尚處于起步階段。海相頁巖開發(fā)有利于美國海相頁巖開發(fā)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，不能直接應(yīng)用于中國大陸頁巖?！暗谑€(gè)五年規(guī)劃”明確發(fā)揮了頁巖氣開發(fā)的重要作用，頁巖氣開發(fā)對(duì)我國正能量安全保障具有重要意義，緩解了天然氣供應(yīng)壓力。

[1] 李玉喜，張金川，姜生玲，等.頁巖氣地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)和目標(biāo)優(yōu)選[J].地學(xué)前緣，2012，19（5）.

[2] 王社教，楊濤，張國生，等.頁巖氣主要富集因素與核心區(qū)選擇及評(píng)價(jià)[J].中國工程科學(xué)，2012，14（6）.

[3] 李玉喜，喬德武，姜文利，等.頁巖氣含氣量和頁巖氣地質(zhì)評(píng)價(jià)綜述[J].地質(zhì)通報(bào)，2011，30（Z1）.

Study on Shale Gas Reservoir

Tang Xiao-yu

The shale gas resources in China have broad prospects for development.At present，China has not yet achieved the development of shale gas industry，shale gas extraction，comprehensive evaluation mechanism，mining technology is not mature. Based on previous research and literature research，the research progress of shale gas and shale gas development experience at home and abroad is summarized，mainly from the following aspects：Shale gas resource comprehensive evaluation is the first step，the page Rock gas development potential of the various parameters of the analysis；shale gas recovery mechanism to carry out and guide the fracturing design numerical simulation of the important research，summed up the shale gas and flow model of the complex mining mechanism；in the development of shale gas，the key technology It is the key to the relationship between the reservoir and the hydraulic fracturing technology，reveal the inherent relationship between the reservoir characteristics，and provide a reference for the optimization of the mining.The development process，resource characteristics and future development prospect of the Chinese shale gas are reviewed.

shale gas；comprehensive evaluation；recovery mechanism；horizontal well；hydraulic fracturing；crack monitoring

P618.13

B

1003–6490（2017）05–0184–02

2017–01–05

湯曉宇（1993—），女，湖北宜昌人，主要研究方向?yàn)轫搸r氣。