盆地頁巖氣資源勘探要點分析

李熹

（贛中南地質礦產勘查研究院）

盆地頁巖氣資源勘探要點分析

李熹

（贛中南地質礦產勘查研究院）

邁入21世紀以來，隨著國內經濟和科學技術的快速發展，國家對能源的利用需求也不斷增加，根據相關統計數據顯示，國家對進口油氣的消費量占總量的一半還多，針對此類情況，國家對國內各大石油公司進行大規模的管理創新，要求石油公司依靠先進的科學技術自立和持續創新，以此增加勘探開發的投資力度，使國內油氣總量得以持續穩定增長。而盆地頁巖氣資源也逐漸成為中國天然氣勘探開發系統中較為重要的資源，并在很大程度上減緩天然氣供需緊張的態勢。

盆地頁巖氣資源；資源勘探；要點分析

在盆地頁巖氣資源勘探開發并有效利用方面，國內一直處于劣勢階段，由于國家在頁巖氣資源研究時間略短于西方發達國家，基本上屬于初始階段，而國內的天然氣資源無法滿足國家和社會的基本需求，更無法形成較為成熟頁巖氣資源勘探技術。

1 國內盆地頁巖氣概念和分布情況

1.1 頁巖氣概念

頁巖氣資源是指以吸附和游離的狀態存在于暗色泥頁巖或者高碳泥頁巖的天然氣，是一種具有較高純度的天然氣資源，在生態環保的角度上看，頁巖氣資源是一種新型的能源，不僅可以替代人們日常使用的燃氣，還能提高環保效率，不會對生態環境造成污染和破壞。值得一提的是，頁巖氣比常用的天然氣相比，頁巖氣更有優勢，無論其使用壽命方面還是生產時間方面，都完勝常用天然氣，由于頁巖氣的分布范圍廣、厚度大的優點，在很大程度上，可以使頁巖氣長期產生可用資源。

1.2 國內外頁巖氣勘探發展狀況

目前，全球對頁巖氣的勘探開發并不普遍，僅美國和加拿大做了大量工作，美國是最早進行頁巖氣研究和開采的國家。以美國為例，1821年，北美最早的頁巖氣井鉆于美國東部紐約州泥盆系頁巖中；1926年，在阿帕拉契亞盆地成功實現了頁巖氣的商業開發。據統計，20世紀70年代中期，美國頁巖氣步入規模化發展階段。70年代末期，頁巖氣年產量約19．6×108m3。2000年，美國頁巖氣生產井約28000口，頁巖氣年產量約122×108m3。2007年，生產井增加到近42000口，頁巖氣年產量為450×108m3，約占美國天然氣年總產量的8%。2009年美國頁巖氣產量接近1000億m3，超過我國常規天然氣的年產量（2009年我國天然氣產量830億m3），基本彌補了美國天然氣的市場缺口，也擺脫了美國對外天然氣市場的依賴，從而直接影響了世界天然氣市場的價格，具有重要的政治和經濟雙重意義。

2 頁巖氣資源的特點以及勘探難點

2.1 頁巖氣的特點

（1）頁巖氣藏為自生自儲的類型，頁巖本身即為烴源巖，同時又是儲集層和蓋層。氣生成后保存于烴源巖中。

（2）頁巖氣包括自由氣（孔隙裂縫中）和吸附氣（在碳原子表面）兩部分，因此在評估頁巖氣資源量時，除了計算孔隙裂縫中的自由氣，還要計算吸附氣的資源量，這是有別于常規氣藏的一個重要方面。

（3）儲集層為頁巖，屬特低孔、特低滲儲層。對于該類特殊儲層，需要總結一套特殊的儲層評價標準。同時，需要研究頁巖內部裂縫的發育情況和地應力的狀況，為后期工作改造提供依據。

2.2 頁巖氣勘探難點

（1）頁巖氣資源評價存在很大不確定性。

（2）頁巖氣勘探開發技術缺失成熟的行業標準。

（3）頁巖氣開采投入大、成本高、氣價低，經濟風險較大。

目前，國內當前頁巖氣資源勘探技術可分為兩個重要階段：①數據整合階段；②地質模型的建立階段。不同階段的頁巖氣勘探，更要在不同的地質環境中建立有效的模型，還要積極收集相關有效的數據信息作對比。

3 國內盆地頁巖氣勘探技術方法

眾所周知，頁巖氣主要保存在地下深大數千米，而為了提高盆地頁巖氣勘探質量和勘探效率，就必須在地表上層為勘探和開發頁巖氣打造一口頁巖氣井，其打造和使用的一系列設備的資費可達數千萬元，因此，目前國家頁巖氣勘探管理部門就必須對地質存在頁巖氣的位置進行地質構造明確、測量埋藏深度、探明勘察情況和地質環境并獲取高精度的數據信息，然而，頁巖氣在成藏和儲存的過程中，基本上處于自給的過程中，因此，在進行具體勘探的過程中，無論使用任何物理勘探方法都無法對頁巖氣的體積、存儲位置等相關信息進行具體的勘探，甚至無法獲取有效的頁巖構造、埋藏深度、延伸情況和地質高低的數據。目前，國內在對四川盆地為典型的頁巖氣資源進行勘探的方法主要有：地震勘探技術、鉆井技術、頁巖氣井測井技術、頁巖含氣量錄井和現場測試技術、完井技術、儲層改造技術；頁巖氣鉆進技術（水平井），包括密閉取心技術、井身結構和井眼軌跡優化設計、鉆井工藝參數的優化設計、井眼軌跡控制技術、鉆井液工藝技術、欠平衡鉆井/控制壓力鉆井技術、快速鉆進工藝技術等；頁巖氣開采壓裂增產技術，包括水力壓裂分段壓裂重復壓裂同步壓裂技術、壓裂液技術、壓裂效果的數值和計算機模擬預測等。

3.1 地震勘探技術

由于頁巖氣資源主要的存儲位置在厚重的頁巖中，因此，在頁巖氣勘探技術中，三維地震勘探技術占據不可替代的地位，三維地震勘探技術可以幫助勘探人員對頁巖氣資源所處的位置進行精確的掃描，并對地質構造、儲層性質、裂縫發育程度進行具有較高準確度的摸底，從而提高頁巖氣資源勘探質量和勘探效率。

3.2 鉆井技術

現階段，在對頁巖氣資源進行勘探的工作中，根據頁巖氣資源所處的地理位置進行分析，從而根據相關數據信息，進行的鉆井技術主要包括：直井和水平井（單支、多分支、羽狀水平井）兩種方式，而直井一般都只會在實驗階段被使用，水平井則是更傾向于日常安全生產，進而提高頁巖氣資源的產量。水平井的鉆井工具主要以旋轉鉆井為主，無論是井眼還是井壁都較其他方法更加受到青睞以及好評。一般來說，在進行鉆井的過程中，都會采用平衡鉆井技術，采用負壓鉆井的方法，進而降低對儲存層造成的損壞。

3.3 頁巖氣井測井技術

頁巖氣井測井技術主要是通過對頁巖氣層、裂縫、巖石性質的定性和定量進行高效的識別而使用的勘探技術。眾所周知，頁巖氣與人們常用的天然氣無論是密度還是體積或者特性方面都略微不同，頁巖氣是不具導電功能且密度也很小，傳播的速度比其他功能性資源略慢。而頁巖氣井測井可以通過先進的三維畫面，顯示高電阻、高聲波時差、低體積密度、低補償種子、低光電效應等。

3.4 頁巖含氣量錄井技術

由于頁巖氣的存在方式主要以吸附和游離的狀態，因此，頁巖氣在進行錄井的過程中，要對巖層氣量進行提前測定和吸附程度等數據的獲取。可以通過改善錄井技術、引進錄井設備、方法和措施，進而達到錄井的基本需求。

3.5 完井技術

頁巖氣勘探技術中完井技術占據十分重要的地位，其主要包括組合式橋塞完井、水力噴射射孔完井和機械式組合完井三方面。其中，組合式橋塞完井主要在套管井中，用組合的方式，對頁巖氣進行注射和壓裂，但是組合式橋塞完井有耗時的弊病。而水力噴射射孔完井技術則比較適用于直井或水平井中，利用相關的原理，合理有效使用相應的工具，噴射出較高速度的流體，從而擊穿套管和巖石。

3.6 儲層改造技術

頁巖氣是一種特殊的非常規天然氣，賦存于泥巖或頁巖中，具有自生自儲、無氣水界面、大面積連續成藏、低孔、低滲等特征，一般無自然產能或低產，需要實施儲層壓裂改造才能開采。曾用于頁巖氣壓裂作業的增產措施有多種，包括氮氣泡沫壓裂、凝膠壓裂、多級壓裂、清水壓裂、同步壓裂、水力噴射壓裂和重復壓裂等。水力壓裂從1985年開始用于頁巖儲層增產作業中，多級壓裂、清水壓裂、同步壓裂、水力噴射壓裂和重復壓裂是目前頁巖氣儲層改造技術中比較常用技術。而儲層改造技術中的多級壓裂改造技術主要分為水平井多級可鉆式橋塞封格分段壓裂技術、水平井多級滑套封格器分段壓裂技術、水平井膨脹式封隔器分段壓裂技術。

4 結束語

為了降低生產成本，提高盆地頁巖氣勘探質量和勘探效率，國家相關管理部門就必須加強對現存技術進行合理、有效的創新和改革，并在條件允許的情況下，采用泡沫水泥固井技術，進而滿足國家相關部門和社會以及人們對頁巖氣的基本需求。

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P618.13

A

1004-7344（2016）25-0196-02

2016-8-18

李 熹（1985-），男，助理工程師，本科，主要從事頁巖氣、油氣地質、固體礦產勘查工作。