頁巖氣勘探開發(fā)中地球物理技術(shù)的應(yīng)用研究

楊國慶

摘? 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及各個行業(yè)發(fā)展的要求，對各種資源的需求越來越多。在眾多的資源類型中，頁巖氣是一種重要的資源。為了滿足各行各業(yè)對頁巖氣的需求，近些年在勘探開發(fā)頁巖氣的過程中也不斷采用新技術(shù)，大大提高了頁巖氣的勘探開發(fā)效率。地球物理技術(shù)在頁巖氣的勘探開發(fā)中發(fā)揮了重要作用，也為其他技術(shù)的利用提供了輔助作用。

關(guān)鍵詞：頁巖氣? 勘探開發(fā)? 地球物理技術(shù)? 應(yīng)用研究

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2021）07（a）-0017-03

Application of Geophysical Technology in Shale Gas Exploration and Development

YANG? Guoqing

（Botou Vocational College， Cangzhou， Hebei Province， 061250? China）

Abstract： With the continuous development of China's economy and the requirements of the development of various industries， there is an increasing demand for various resources. Among many resource types， shale gas is an important resource. In order to meet the needs of all walks of life for shale gas， new technologies have been continuously adopted in the process of exploration and development of shale gas in recent years， which has greatly improved the exploration and development efficiency of shale gas. Geophysical technology plays an important role in the exploration and development of shale gas， and also provides an auxiliary role for the utilization of other technologies.

Key Words： Shale gas; Exploration and development; Geophysical technology; Application research

頁巖氣是存在于頁巖這種地質(zhì)中的一種氣體，它具有很高的利用價值。頁巖氣在我國的儲量十分可觀。隨著發(fā)達(dá)國家對頁巖氣的開采以及相關(guān)技術(shù)的利用，我國逐漸開始重視頁巖氣的勘探開發(fā)工作。我國在長期的頁巖氣勘探和開發(fā)中積累了一些經(jīng)驗，也利用了很多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，促進(jìn)了頁巖氣勘探開發(fā)更好的發(fā)展。我國的頁巖氣分布不均，在四川地區(qū)已經(jīng)進(jìn)行了一定的開采，開采技術(shù)也相對成熟。一方面刺激了廣大的投資者，使更多的資本進(jìn)入到頁巖氣的勘探和開采中;另一方面也提高了其他地區(qū)進(jìn)行頁巖勘探開發(fā)的信心。通過以上分析可以看出，頁巖氣的開發(fā)在一定程度上具備了各種內(nèi)外部條件，也能極大地緩解我國能源緊缺的問題。因此，各個層面要重視頁巖氣的勘探開發(fā)工作，為其提供各種支持，提高頁巖氣的開采量，為經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供更好的服務(wù)。

1? 頁巖氣的分布情況及美國對頁巖氣的勘探開發(fā)情況

1.1 頁巖氣的分布情況

頁巖氣在全世界的分布極不均勻，全球頁巖氣的儲量大約在456萬m3。從地域來說，頁巖氣主要分布在拉美、北美、中亞等地區(qū)。在我國，頁巖氣主要分布在南方，特別是四川地區(qū)儲量尤為豐富，這和南方地區(qū)的地質(zhì)地貌有很大的關(guān)系。四川盆地中因為擁有很多的泥頁巖，而且其發(fā)育也比較好，引起了相關(guān)人員的高度重視并進(jìn)行深入研究。很多專業(yè)人士對四川盆地頁巖氣的開發(fā)保有樂觀的態(tài)度，這也給頁巖氣勘探和開發(fā)提供了動力。隨著各種新技術(shù)的利用，我國的頁巖氣的開采量也逐年上升，為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了更多的能源資源[1]。

1.2 美國對頁巖氣的勘探開發(fā)情況

頁巖氣的勘探開發(fā)需要強大的資金支持，且頁巖氣的勘探開發(fā)具有很大的難度，所以經(jīng)過了漫長的時間才有所發(fā)展。美國是最早進(jìn)行頁巖氣開發(fā)的國家，其在19世紀(jì)20年代打出第一口頁巖氣井，在之后的發(fā)展過程中逐漸認(rèn)識到頁巖氣具有很好的吸附作用，這一發(fā)現(xiàn)大大提升了頁巖氣的開采量。進(jìn)入21世紀(jì)，美國利用多種先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，使頁巖氣的勘探開發(fā)獲得了較快的發(fā)展，并逐漸擴(kuò)大了開采范圍。美國頁巖氣的勘探開發(fā)給世界其他國家的頁巖氣開發(fā)提供了借鑒，促進(jìn)了世界其他地區(qū)和國家的頁巖氣開發(fā)工作。

2? 頁巖氣勘探開發(fā)中利用地球物理技術(shù)呈現(xiàn)出的特點

2.1 具有各向異性特點

頁巖氣所在的地質(zhì)儲層具有各向異性特點。頁巖氣儲層之所以具有各向異性特點是由頁巖的屬性決定的。一般頁巖的形狀是薄頁或者是薄片，分布著很多節(jié)理，且孔隙很小，但是也有一定的滲透率，這也是頁巖具有各向異性的主要原因。在利用地球物理技術(shù)進(jìn)行頁巖氣的勘探開發(fā)時，反射振幅會隨著方位角的變化而變化，這是由于各向異性的特點所決定的。這樣就可以對地層裂隙發(fā)育情況進(jìn)行計算，有利于相關(guān)人員根據(jù)計算結(jié)果進(jìn)行判斷[2]。

2.2 能夠預(yù)測頁巖層含氣豐度的特點

與其他能源儲藏不同，頁巖氣儲層具有自生自儲的特點，而且它還具有低豐度、連續(xù)性的特點。不同的頁巖層有不同的經(jīng)濟(jì)價值，判斷頁巖層經(jīng)濟(jì)價值高低的重要因素之一就是巖層中有機(jī)成分的多少。利用地球物理技術(shù)可以實現(xiàn)對含氣層豐度的測試，大大提高了頁巖氣勘探效率。

2.3 能夠?qū)搸r氣勘探工程中的“甜點”進(jìn)行有效預(yù)測

頁巖氣探勘工程中的“甜點”指的是油氣勘探過程中發(fā)現(xiàn)的大面積的油氣層，這些油氣層具有很高的經(jīng)濟(jì)價值，而且相對來說開采難度較低。這種情況出現(xiàn)的頻率不高，而且也不會連片分布，因此把這種現(xiàn)象叫作“甜點”。在利用地球物理技術(shù)進(jìn)行頁巖氣的勘探開發(fā)時，可以獲取各種計算信息，有利于勘探人員找到工程中的“甜點”，開采出更多的頁巖氣[3]。

3? 我國頁巖氣勘探開發(fā)利用地球物理技術(shù)的現(xiàn)狀

由于各種因素的制約，我國的頁巖氣勘探開發(fā)開始的較晚，進(jìn)程也比較緩慢。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及我國積極引進(jìn)國外的相關(guān)技術(shù)，促使我國的頁巖氣勘探開發(fā)有了一定的發(fā)展。我國的頁巖氣探勘從資源和技術(shù)方面逐步進(jìn)行;頁巖氣的開發(fā)從小型的開采到中型的開采，中間經(jīng)歷了很長的時間。在長期的頁巖氣勘探和開發(fā)中，針對我國的地質(zhì)特點，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)逐漸形成了一套具有我國特色的頁巖氣研究的思路。在這個思路的基礎(chǔ)上，我國也逐漸形成了自己的方法，比如利用地球物理技術(shù)對資料進(jìn)行采集;利用地球物理技術(shù)進(jìn)行處理解釋等。這種物理技術(shù)的應(yīng)用，大大促進(jìn)了我國頁巖氣勘探開發(fā)的發(fā)展，也逐漸拉近了與國外先進(jìn)技術(shù)之間的距離。

3.1 我國頁巖氣勘探開發(fā)的基礎(chǔ)理論和實驗技術(shù)

要想利用地球物理技術(shù)必須從頁巖氣儲層巖石物理技術(shù)開始，這是利用地理物理技術(shù)的基礎(chǔ)。我國很多測試技術(shù)和方法在長時間的實踐中更加成熟，對巖石的物理測定技術(shù)也有很大的突破。近年來，由于科技的發(fā)展和國家的支持，我國的頁巖運動學(xué)和力學(xué)性質(zhì)研究已經(jīng)有了配套的技術(shù)，特別是在頁巖氣儲層地震各向異性的建模技術(shù)方面受到廣泛的關(guān)注。我國的數(shù)字巖心技術(shù)既可以從微觀角度，也可以從宏觀角度對巖石進(jìn)行物理特性的研究。這種技術(shù)也是目前我國研究巖石物理特性的重要技術(shù)之一。

3.2 頁巖氣勘探階段的地球物理技術(shù)的應(yīng)用

頁巖氣的勘探雖然與其他常規(guī)氣的勘探有不小的差別，但是在地球物理技術(shù)作用方面卻大同小異?；诖?，相關(guān)人員在進(jìn)行頁巖氣的勘探時可以利用其他常規(guī)氣勘探的成熟技術(shù)，把勘探階段的信息采集、處理解釋等利用地球物理技術(shù)一體化解決，而且在實踐中得到了較好的應(yīng)用。我國這種利用地球物理技術(shù)的方式與國際先進(jìn)水平相差無幾。地球物理技術(shù)在頁巖氣勘探階段有很好的使用效果，因此相關(guān)人員也要加強對勘探階段地球物理技術(shù)的研究，使其更好地作用于頁巖氣的勘探。

3.3 頁巖氣開發(fā)階段的地球物理技術(shù)的應(yīng)用

隨著我國相關(guān)人員對頁巖氣開發(fā)的不斷探究，地球物理技術(shù)在這個階段也得到了很好的應(yīng)用，現(xiàn)在與國際先進(jìn)水平的差距也逐漸縮短。我國正逐步研究利用地球物理技術(shù)中的地震資料實現(xiàn)對儲層脆性、儲層含氣豐度的預(yù)測。只有做好了儲層脆性和儲層含氣豐度的預(yù)測，才能為下一步的儲層改造做好鋪墊。在現(xiàn)階段，我國利用地球物理技術(shù)可以對疊前、疊后裂縫發(fā)育帶進(jìn)行綜合檢測，還可以利用脆性預(yù)測技術(shù)、“甜點”預(yù)測技術(shù)進(jìn)行各方面的檢測。這些技術(shù)在我國的頁巖氣開發(fā)中得到應(yīng)用，在應(yīng)用的過程中相關(guān)人員要不斷加強研究，積極利用地球物理技術(shù)的優(yōu)勢，使頁巖氣開發(fā)的過程更加順利。

另外，我國在頁巖氣開發(fā)階段還引進(jìn)了微地震監(jiān)測方法。這種監(jiān)測方法主要作用于產(chǎn)油生產(chǎn)活動中，或者是水力壓裂過程中引起的地下應(yīng)力場的變動。地下應(yīng)力場發(fā)生變動會使巖層破裂甚至出現(xiàn)斷層，在這種情況下就會產(chǎn)生地震波。施工人員利用檢波器監(jiān)測到微地震，并可以對裂縫成像。這樣施工人員就明確了裂縫的各種信息，為頁巖氣的順利開采提供了一定的保障。我國的微地震監(jiān)測技術(shù)還不太完善，需要相關(guān)人員繼續(xù)努力，積極研發(fā)配套軟件，使我國的微地震監(jiān)測技術(shù)更加成熟，更好地用于頁巖氣開采階段的裂縫監(jiān)測。

4? 地球物理技術(shù)在頁巖氣勘探開發(fā)中的應(yīng)用

頁巖氣的勘探開發(fā)是一項系統(tǒng)性工程，在每個工程階段都可以利用地球物理技術(shù)，但是在每個階段地理物理技術(shù)所發(fā)揮的作用是不同的?？碧饺藛T在實際的工作中要根據(jù)遇到的問題恰當(dāng)、合理地利用地球物理技術(shù)，使其更好地發(fā)揮出作用。筆者基于自己的工作經(jīng)驗和一定的調(diào)查研究，把各個階段利用地球物理技術(shù)的情況進(jìn)行如下說明。

4.1 在頁巖氣勘探階段利用地球物理技術(shù)的情況

在進(jìn)行頁巖氣的勘探時，主要利用地球物理技術(shù)對頁巖氣的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行勘測，比如頁巖氣埋藏的深度、頁巖氣儲量、頁巖氣分布等。通過各種勘測數(shù)據(jù)，勘探人員對頁巖氣各方面的情況了解得更加全面，從而做出正確的資源評估報告。資源評估報告也有利于勘探人員更好地確定頁巖氣的核心區(qū)，為后期的開采做好準(zhǔn)備工作。在勘探階段，地球物理技術(shù)主要的作用表現(xiàn)在頁巖氣的測井方面，并對頁巖氣各方面進(jìn)行預(yù)測，掌握頁巖氣的空間分布，更好地開展后期工作[4]。

4.2 在頁巖氣開發(fā)階段利用地球物理技術(shù)的情況

在頁巖氣的勘探完成后就需要進(jìn)行下一步的開發(fā)工作。地球物理技術(shù)在頁巖氣的探勘階段已經(jīng)為開發(fā)階段做好一定的準(zhǔn)備工作，因此這個階段利用地球物理技術(shù)發(fā)揮了完全不同的作用。在這個階段，施工人員要進(jìn)行鉆井施工，這就需要地理物理技術(shù)對鉆井工作與儲層壓裂改造工作進(jìn)行不斷的優(yōu)化。利用地球物理技術(shù)需要做好礦物組成、力學(xué)性質(zhì)、裂縫成因的分析工作，另外要對工程、巖石等方面進(jìn)行科學(xué)的評價。只有做好全面的分析和預(yù)測工作，才能為開發(fā)階段的鉆井等施工提供信息支撐[5-6]。

4.3 發(fā)達(dá)國家頁巖氣勘探開發(fā)利用地球物理技術(shù)的情況

在發(fā)達(dá)國家，進(jìn)行頁巖氣的勘探開發(fā)利用地球物理技術(shù)的范圍更廣，利用的地球物理技術(shù)也更加有深度。發(fā)達(dá)國家利用地球物理技術(shù)可以有效地開采頁巖氣，而且取得了較好的效果。他們主要利用地球物理技術(shù)中封閉應(yīng)力，更好、更有效地指導(dǎo)頁巖氣水平井的鉆探工作。另外，利用地球物理技術(shù)中的楊氏模量和水平應(yīng)力，更好地找到工程中的“甜點”;利用地球物理技術(shù)中的巖石力學(xué)還能對壓裂問題作出一定的指導(dǎo)。以上是發(fā)達(dá)國家利用地球物理技術(shù)進(jìn)行頁巖氣勘探開發(fā)中的利用情況，我國要結(jié)合自身的勘探和開發(fā)實際，積極向發(fā)達(dá)國家學(xué)習(xí)和借鑒，更好地發(fā)展我國的頁巖氣勘探開發(fā)事業(yè)。

5? 結(jié)語

為了更好地進(jìn)行頁巖氣的勘探開發(fā)，我國在借鑒國外先進(jìn)技術(shù)的同時還要提升自身的技術(shù)水平。地球物理技術(shù)在頁巖氣的勘探開發(fā)中發(fā)揮了重要作用，因此我國要重視對地球物理技術(shù)的研究，并不斷創(chuàng)新，使頁巖氣的勘探開發(fā)更好地為社會發(fā)展服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄒才能，趙群，董大忠，等.頁巖氣基本特征、主要挑戰(zhàn)與未來前景[J].天然氣地球科學(xué)，2017（12）：24-27.

[2] 李家斌，朱大友，屈念念，等.高精度重力方法在“大塘坡式”錳礦找礦中的應(yīng)用[J].中國地質(zhì)調(diào)查，2016，3（2）：5-10.

[3] 鐘敏.致密油資源開發(fā)技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價研究[D].北京：中國礦業(yè)大學(xué)（北京），2018.

[4] 王琳.渝東南地區(qū)重點層系頁巖氣富集條件及可采資源[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2020.

[5] 周玲.青海省貴德縣扎倉溝地?zé)崽锍梢驒C(jī)理及開采潛力研究[D].長春：吉林大學(xué)，2020.

[6] 劉曰武，高大鵬，李奇，等.頁巖氣開采中的若干力學(xué)前沿問題[J].力學(xué)進(jìn)展，2019，49（1）：1-236.