非常規油氣資源的開發

賈志豪+顧軍

摘要：近年來，北美地區如美國、加拿大的頁巖氣開采技術取得了革命性突破，這也有效得帶動了中國在頁巖氣勘探與開發技術上的進步。同時，中國也成為了世界上第三個開始生產頁巖氣的國家。先人對頁巖氣的定義以及基本特征進行了一系列研討，獲得一系列研究成果。其中，對頁巖氣的賦存機理以及富集條件有進行針對性研究，并取得突破，這些對頁巖氣的勘探以及開發具有一系列啟示意義。

關鍵詞：頁巖氣；賦存機理；富集條件；開發手段

1. 頁巖氣的賦存機理及富集條件

1.1 頁巖氣的賦存狀態與賦存機理

1.1.1 頁巖氣的賦存狀態

頁巖氣具有多種賦存形態，而其主要的賦存方式為游離態和吸附態。其中，以游離態的形式賦存于巖石孔隙與裂縫中，以吸附態的形式賦存于存在于有機質顆粒、粘土礦物顆粒之上。

1.1.2 頁巖氣的賦存機理

根據頁巖氣賦存狀態的分類，可以將頁巖氣的賦存機理分為四類：吸附機理、游離機理、溶解機理以及綜合賦存機理[11]。

（1）吸附機理：

頁巖中的吸附方式分為物理吸附與化學吸附。物理吸附一般可以認為是分子間的范德華力所引起的，其特點為普遍性、無選擇性、可逆性，也是主要的吸附方式。化學吸附一般發生在物理吸附之后，在常溫下吸附速度通常較慢，其特點也與物理吸附恰好相反。頁巖氣在頁巖中大部分處于被吸附的狀態。

（2）游離機理：

以游離形式存在的天然氣一般可以在頁巖的孔隙或裂縫中自由流動，而頁巖內有效空間或者有效厚度和面積則決定了游離態天然氣的含量。當頁巖氣吸附達到動態平衡后，多余的氣體分子可能會流動到巖石孔隙或裂縫中。

（3）溶解機理：

同游離機理，天然氣分子總會吸附平衡，當處于吸附平衡態時，部分氣體可能會處于游離，還有部分氣體則會進入連續相中發生溶解[5]。那部分頁巖氣被認為溶解在有機質如干酪根、液態油等連續相中。

（4）綜合賦存機理：

頁巖氣的吸附、游離和溶解機理并非相互獨立的，三種賦存機理是有機統一的，在一定條件下可以相互轉化其表現形式。因此，單獨研究每一項吸附機理是遠遠不夠的，而應該將三者有機統一起來。

1.2 頁巖氣的富集條件

頁巖氣油氣藏有其自身特點，除了沒有統一的壓力系統外，頁巖氣成藏需要充足的氣源、具有適度的儲集空間等。從多年的研究結果，可以將頁巖氣的富集條件分為三類：物源條件（生）、儲層條件（儲）、保存條件（保）[12]。

（1）物源條件

頁巖氣油氣藏的形成首先得有豐富的生油巖，即充足的氣源。因此那些大量蘊含有機質的黑色泥頁巖通常是頁巖氣成藏的優選條件，然而這些頁巖的形成條件非常苛刻，除了封閉，能快速沉積外，還需要有較好的還原環境。

（2）儲集條件

頁巖不僅僅要考慮物源條件還要考慮儲層條件，其自身巖性為頁巖氣的儲集創造了條件。與常規油氣類似，頁巖的孔隙則是提供儲集空間的重要條件，所以它的有效厚度，含氣面積以及孔隙度的大小則能反應其容量。

然而頁巖儲層往往孔隙度非常小，滲透率也非常低，從統計學的角度來看，絕大部分頁巖的孔隙度小于15%，滲透率一般小于0.1mD，單一的頁巖孔隙介質是不足以提供足夠的儲集空間，因此頁巖的儲集空間往往是由構造運動產生的裂縫來承擔的。

（3）保存條件

頁巖氣的富集對保存條件的要求是極為苛刻的，構造作用對頁巖氣的保存有重要的影響。頁巖氣由于其吸附特征，具有一定的抗破壞能力。但在板塊交界處，往往會發生構造作用，例如四川盆地有大量的斷裂帶。因此，這些由于構造作用影響的發育裂縫會嚴重影響頁巖氣的保存。

2. 頁巖油氣的開發

2.1 頁巖氣的勘探開發

對于頁巖氣開發，最初的認識是無機礦物（特別是脆性礦物）的類型及含量對于工程壓裂至關重要，進一步研究表明，無機礦物的類型、成因與演化對于探索頁巖氣成藏機理與成藏過程同樣很重要。無機礦物孔隙對于頁巖內部早期液態烴類聚集具有重要作用，無機礦物與固體有機質共同形成的固體格架對于有機孔及其中頁巖氣的保存有重要意義。

由于頁巖的密封性好，油氣不容易散失，因此頁巖氣的開采必須采用水平井及多級壓裂進行開發[10]。與直井相比較，水平井具有與儲層接觸更長的完井層段，通過水力壓裂形成裂縫網絡，可有效溝通縫洞，從而改善儲層物性，使油氣在更大范圍內從基質向裂縫滲流的距離更短。采用水平井可大幅度提高井筒與地層的接觸面積，提高儲層整體滲流能力，具有“少井高產”的特點。

2.2 頁巖氣的開發所面臨的挑戰

盡管中國頁巖氣開發取得了可喜的成就，但也面臨諸多挑戰和考驗：

（1）頁巖氣的開采尚處在研究階段，對于資源的勘探準確性還不能保證；

（2）深頁巖氣藏（4000m以下）勘探與開發技術還不夠成熟；

（3）頁巖氣本身開采難度非常大，尤其是環保問題難得到解決，且水資源量也是個很大的問題；

（4）勘探開發成本仍較高。

對于如何加快推進頁巖氣的開發，在技術、成本、理論、環境4個方面仍需進行突破，需要在實踐中積累經驗，尋求合理的開發方式。

參考文獻：

[1] John B Curits. 2002. Fractured shale-gas systems. AAPG Bulletin，86（11）：1921～1938.

[2]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.

[3] 董大忠， 王玉滿， 李新景，等. 中國頁巖氣勘探開發新突破及發展前景思考[J]. 天然氣工業， 2016， 36（1）.

[4] 張金川， 姜生玲， 唐玄，等. 我國頁巖氣富集類型及資源特點[J]. 天然氣工業， 2009， 29（12）：109-114.

[5] 屈策計， 李江山， 劉玉博. 頁巖氣賦存機理研究[J]. 中國石油和化工標準與質量， 2013（15）：157-157.

[6] 王社教， 楊濤， 張國生，等. 頁巖氣主要富集因素與核心區選擇及評價[J]. 中國工程科學， 2012， 14（6）：94-100.

[7] 蔣裕強，董大忠， 漆麟，等. 頁巖氣儲層的基本特征及其評價[J]. 天然氣工業， 2010， 30（10）：7-12.

[8]張金川， 金之鈞， 袁明生. 頁巖氣成藏機理和分布[J]. 天然氣工業， 2004， 24（7）：15-18.

[9]鄒才能， 董大忠， 王玉滿，等. 中國頁巖氣特征、挑戰及前景（二）[J]. 石油勘探與開發， 2016， 43（2）：166-178.

[10] 李傳亮. 油藏工程原理[M]. 石油工業出版社， 2011.

[11]張雪芬， 陸現彩， 張林曄，等. 頁巖氣的賦存形式研究及其石油地質意義[J]. 地球科學進展， 2010， 25（6）：597-604.

[12] 王社教， 楊濤， 張國生，等. 頁巖氣主要富集因素與核心區選擇及評價[J]. 中國工程科學， 2012， 14（6）：94-100.endprint