頁巖氣成藏機理與勘探技術研究

高 莘，歸 航，劉 楠

（長江大學地球科學學院，湖北武漢 430100）

頁巖氣成藏機理與勘探技術研究

高 莘，歸 航，劉 楠

（長江大學地球科學學院，湖北武漢 430100）

頁巖氣資源分布廣泛，開采潛力巨大，但是與常規氣藏相比，其成藏機理、儲層特征、開發技術都有很大區別，也給實際生產帶來了很大的困難。主要從頁巖氣的概念、成藏機理和儲層特征入手，總結了國內外頁巖氣勘探技術和存在的優勢與缺點，并結合我國實際情況對未來的勘探方向進行分析。

頁巖氣；成藏機理；儲層特征；勘探技術

頁巖氣主要是只賦存于頁巖中的一種非常規天然氣，在全球范圍內都有分布，它具有開采資源分布廣、開采潛力大、生產周期大的優點，已經成為當前國內外能源開采的一個熱點問題。頁巖氣以多種相態存在于暗色泥巖或者頁巖中，全世界頁巖氣的儲存總量約 456×1012m3，我國頁巖氣資源占世界頁巖氣總量并不是很高，大約為26×1012m3，約占總量的5.7％。截至目前我國頁巖氣勘探開發程度很低，只在四川省有部分頁巖氣田投入商業生產，但是調查研究的步伐卻越來越深入，自今年在貴州發現大型頁巖氣田，諸多學者對國內的頁巖氣研究的自信程度有了更大的提升，到現在已經有了實質性的進步。雖然如此，但是頁巖氣儲層和常規油氣的儲層具有很大的差別，成藏具有隱蔽性，所以開發難度也比較大，本文從分析頁巖氣的儲層特征入手，探討了目前頁巖氣開發的技術，并對未來作出展望。

1 頁巖氣儲層特征

頁巖氣藏為自身自儲式油氣藏，所以對頁巖層的有機質含量要求很高，需要有較高的有機質豐度和成熟度。對于頁巖層中的礦物的研究，除了常見的粘土礦物外，還發現有白云石、長石、白云母、石英等礦物。有學者研究發現，如果頁巖層中存在類似于石英等的脆性礦物，有利于后期開采過程中壓裂形成裂縫，并且富含方解石有利于形成溶蝕孔隙。

物性特征是判斷頁巖層好壞的最重要的因素之一。頁巖氣藏儲層具有低孔隙度、低滲透率的特點，孔隙度一般要小于10％，滲透率則在頁巖層發育過程中有較大的變化。本來根據常規氣藏的勘探開發理論，對于低滲透率的氣藏并沒有太大的開采價值，但是頁巖氣的特殊性在于以游離相和吸附相存在，所以通過大規模長時間的壓裂就會開采出工業性氣流。頁巖層中的儲集空間主要以微裂縫的形式存在，有利于對天然氣的吸附，并成為頁巖氣運移和開采的通道。

2 頁巖氣成藏機理

頁巖氣屬于天然氣的一種，天然氣一般以游離相、吸附相以及溶解相存在，這也是頁巖氣的主要賦存形式，在頁巖氣生成的各個階段與常規的油氣資源具有相似性。在頁巖氣生成初期主要是生物成因，生物在頁巖中分解埋藏之后，經過一系列化學作用形成天然氣，然后吸附在巖石表面，當吸附達到飽和之后，就會發生運移和逃逸。當達到熱裂解階段，當孔隙內的壓力升高后，若巖層中存在裂縫或者其他相對脆弱的部分，則天然氣以游離相的狀態開始在其中聚集，可形成有商業價值的工業性氣藏。隨著頁巖中天然氣不斷的產生，裂縫中也無法儲存更多的天然氣，發生生烴膨脹作用，此時天然氣就會發生逃逸作用，這時候，天然氣不僅能夠在頁巖中儲存，還會在比較薄的砂層中賦存達到飽和狀態。

頁巖氣藏主要是在暗色泥巖和淺色砂巖互層的地層中富集，主要是以游離相和吸附相之間的狀態大量存在頁巖儲層中運移距離很短或者可以忽略不計，是典型的自生自儲式氣藏，頁巖層既是烴源巖也是儲層，也可以是蓋層，不需要像常規油氣藏的圈閉，導致頁巖氣藏分布非常隱蔽，所以在勘探和開發上對技術要求更為嚴格。

3 頁巖氣勘探技術

3.1 密閉取心技術

密閉取心技術是一種工藝上更為復雜，操作也更為嚴格，并且涉及的方面也更為廣泛，需要地質、開發、鉆井等技術人員共同配合。密閉取心的最大優點就是在水基鉆井液中鉆取巖心的時候可以不受鉆井液的污染，能真實再現地層原始地隙度、含油飽和度及水侵和含水率等資料。在實際生產過程中，這是通過專用的密閉取心工具和密閉液共同作用來實現的一種油田鉆井取心工藝。這項技術在實施過程中，不僅需要專業的技術和施工人員在現場進行專業的工具實施，而且需要有科研人員配合，進行準確的地質預告、優良高效的密閉液的研發和配置、及時精確的現場監督和化學試驗以及細致精確的室內分析等。利用這種技術可以在鉆井過程中獲得更多有效的巖心樣品，為頁巖氣的勘探開發提供優良的室內分析研究證據。密閉取心這一技術在20世紀60年代就已經成功在我國大慶油田使用，并取得了良好的效果。

3.2 測井技術

頁巖氣和其他常規的天然氣不同，沒有明顯的儲層和圈閉，孔隙度和滲透率都很低，成藏機理有別于常規氣藏，所以利用測井技術對頁巖氣藏的識別也有所不同，主要通過判別頁巖層的總有機碳含量和成熟度來識別頁巖氣層。含氣頁巖的測井相應具有高自然伽馬值、高電阻率、低光電效應的特點。高自然伽馬值可以區分含氣頁巖和普通頁巖，泥質含量越高，自然伽馬值越大，有機質中可能含有高放射性物質，自然電位測井曲線可以劃分儲層的有效性，電阻率的高低也能對含氣性有所顯示，頁巖的電阻率總體低值，局部高值，深淺電阻率幾乎重合。國內有學者在四川省頁巖氣開采的實踐過程證實了測井曲線識別頁巖氣層的有效性，并且還要對國內外的一些研究不斷的學習，吸收先進的技術，有望在頁巖氣開發方面取得新進展。

[1]蔣國盛，王榮璟.頁巖氣勘探開發關鍵技術綜述[J].探礦工程（巖土鉆掘工程）.2013，40（1）：3-8.

[2]董大忠，鄒才能，李建忠，等.頁巖氣資源潛力與勘探開發前景[J].地質通報，2011，（S1）：324-336.

[3]鄒才能，董大忠，王社教，等.中國頁巖氣形成機理、地質特征及資源潛力[J].石油勘探與開發，2010，37（6）：641-653.

Study on Formation Mechanism and Exploration Technique of Shale Gas

Gao Xin，Gui Hang，Liu Nan

Shale gas resources are widely distributed and have great exploitation potential.However，compared with conventional gas reservoirs，the reservoir formation mechanism，reservoir characteristics and development technologies are very different，which bring great difficulties to the actual production.Based on the introduction of shale gas concept，reservoir formation mechanism and reservoir characteristics，this paper summarizes the domestic and foreign shale gas exploration technology and the advantages and disadvantages，combined with the actual situation of China's future exploration direction of analysis.

shale gas；reservoir forming mechanism；reservoir characteristics；exploration technology

10.16028

A

1003-6490（2016）08-0016-02

2016-08-15

高莘（1995—），女（滿族），吉林松原人，本科在讀，主要研究方向為石油地質學。