页岩气开发的若干问题探讨

页岩气开发的若干问题探讨

摘要：页岩气是指主体位于暗色泥页岩或者高碳泥页岩中，以吸附和游离状态为主要存在方式的地层中的天然气聚集。页岩气有两种主要成因模式：裂解成因和生物成因，介于二者之间的为混合成因模式。页岩气渗流机理非常复杂，目前国内外的理论研究较少。美国已经成功开发的页岩气藏，在工艺上主要依靠水平井技术和水力压裂技术。

关键词：页岩气 成因 渗流机理 开采工艺

引言目前，煤层气、页岩气等非常规能源越来越受到人们的重视[1]，北美地区对于页岩气的理论研究和工艺技术最为成熟[2,3]，从上世纪20年代开始，美国页岩气就开始进行大规模矿场开发，1989—1999年美国页岩气生产总体保持较高速度增长，年产量达到1.06×1010m3。现在，页岩气已经成为支持美国经济发展的重要接替能源[4]。研究表明，我国页岩气储量巨大，有良好的勘探开发前景[5]。本文总结了当前页岩气在理论和工艺技术层面急需解决的问题，并对此进行了相关的探讨。

1页岩气资源的特点

1.1多相态存在于致密页岩中

页岩气是以有游离、吸附和溶解状态存在于暗色泥页岩中的天然气，其赋存形式具有多样性，但以游离态和吸附态为主，溶解态仅少量存在，其中游离态的含量取决于页岩有效孔隙度和含气饱和度。游离气主要存在于粒间空隙和天然裂隙中，吸附气则存在于基质表面。较早的理论认为页岩气中吸附气的含量较少，但是随着页岩气研究的不断深入，学者们开始认为吸附态页岩气至少占到总储量的一半。天然气在页岩中的生成、吸附与溶解逃离，具有与煤层气大致相同的机理。当吸附在基质表面的气量达到饱和后，富余的气体会解析进入基质孔隙，然后随着天然气的产出，裂隙内压力降低，基质内气体进入裂隙聚集后流出。

1.2页岩气复杂成因与原地成藏模式

通过对美国5大页岩气盆地成因研究表明，页岩气大体通过两种途径演变而成。第一种是热裂解成因，典型的案例是美国Barnett页岩气；第二种途径是：生物成因，如美国密歇根盆地的Antrin页岩气；此外还有混合成因型即两者兼而有之。

按照成因机制，页岩气为典型的自生自储、大面积连续聚集型的天然气藏，富有机质暗色页岩既是气源岩，又是储层和盖层，是典型的原地成藏模式。页岩气内部普遍的饱含气体状态使其成为资源量大的天然气类型，页岩气藏不需要常规圈闭的存在，页岩内部具有工业价值天然气的聚集具有隐蔽性的特点。张金川等学者认为页岩气成藏模式介于煤层气和根缘气之间，表现为过渡特征，并将我

国页岩气资源富集类型分为：南方型、北方型和西北型。

中国页岩气藏与北美地区相比较有以下特殊性：（1）海相页岩热演化程度较高（Ro值为2.5%-5.0%）、构造活动较强，需寻找保存有利的地区，避开露头和断裂破坏区（2）陆相页岩热演化程度较低、分布非均质性较强（3）地面多山地、丘陵等复杂地表，埋藏较深（5000m-7000m）。所以在勘探开发过程要有针对性地采取合理措施开发我国页岩气。

1.3储层评价

由于页岩气藏具有与常规气藏明显的不同，所以对于页岩气藏储层的评价一直是开发地质工作的一项难题。影响页岩气储层评价的因素也是众多，目前国内外学者普遍认同的是有总有机碳含量（TOC）、热成熟度、储层物性、含气性、页岩厚度、矿物组成是储层评价的重要指标，对于页岩气储量的主要存在的计算方法有：类比法、容积法、动态分析法、递减曲线法等。根据北美地区页岩气储层得出的资源量与孔隙度和TOC的关系，其中TOC是公认的表征页岩气储层好坏的标准。蒋裕强、董大忠等人较为全面地分析了，影响页岩气评价的各个内容，主要包括：有机质丰度、热成熟度、含气性、页岩厚度、储层物性、矿物组成、脆性、力学性质等八个方面。

2 渗流理论和动态分析

笔者认为解决页岩气渗流机理问题的关键在于两点：（1）明确页岩气吸附-解吸附之间的物理化学机理，并用合适的数学公式加以描述，目前大多数学者采用煤层气的处理方式即兰氏等温吸附方程来描述页岩气的吸附机理，有研究表明此吸附机理适用于北美某些页岩气藏，但是对于我国页岩气地层的适用性还没有相关的机理实验进行验证。（2）合理的多重介质表征模型。由于页岩气存在于复杂的地质状况中，渗流过程伴随着基质、小裂隙和大孔隙与井筒之间的复杂流动，因而建立成熟的物理和数学模型对于准确把握页岩气藏开发具有重大意义，也是今后油藏工作者需要加强研究的方向。

3开采工艺

美国开发页岩气的关键技术是水平井技术和压裂技术。水力压裂从1985年开始用于页岩储层增产作业中，多级压裂、清水压裂、同步压裂、水力喷射压裂和重复压裂是目前页岩气水力压裂常用技术。唐颖等人认为清水压裂是现阶段中国页岩气开发储层改造的适用技术，开采长度大的页岩气井，可以适用多级分段清水压力技术，同步压裂是规模化页岩气开发的客观需要。

4结论

（1）页岩气的存在形式有吸附态、游离态和溶解态等多种形式。

（2）页岩气成因机理较为复杂主要为：热裂解成因和生物成因，介意两者

之间为混合成因。

（3）对于页岩气储层的评价和渗流机理都是急需解决的问题，是今后研究需要重点攻关的方向。

（4）开采页岩气的关键技术有两项：水平井技术和水力压裂技术。

参考文献

[1]张金川,边瑞康,等.页岩气理论研究的基础意义[J].地质通报, 2011,30(2-3):318-323.

[2]董大忠,邹才能,等.页岩气资源潜力与勘探开发前景[J]. 地质通报，2011,30(2-3):324-335.

[3]《页岩气地质与勘探开发实践丛书》编委会.北美地区页岩气勘探开发新进展[M].石油工业出版社，2009:1-271.

[4]US Department of Energy,Office of Fossil Energy,Nation Energy Technology Laboratory. Modern Shale Gas Development in the United States: a Primer. http://www.netl.doe.gov/technologies/oil-gas/publication/EP-reports/Shale Gas Primer 2009.pdf. 2009,4.

[5]刘洪林,王红岩,等.中国页岩气资源及勘探潜力分析[J].地质学报, 2010,84(9):1374-1377.