页岩气藏储层特征与开采技术

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1、页岩气藏成藏特征与主要开发技术页岩气藏成藏特征与主要开发技术摘要：页岩气作为一种重要的非常规能源，目前只有美国和加拿大取得商业开发成功。页岩气独特的赋存状态，成藏特点与模式,区别于常规天然气储层的特征以及评价内容等决定了页岩气储层研究的特殊性。页岩气商业开发成功主要取决于水平钻井和压裂技术的突破。目前常用的技术有多级压裂、清水压裂、缝网压裂重复压裂和同步压裂等。我国页岩气的勘探和开发处于初级阶段，本文从页岩气成藏特征和主要开发技术方面做了简要介绍。关键词：页岩气;成藏；异常高压；压裂；裂缝0引言根据勘探资料显示，我国页岩气主要盆地的可采资源量约为23.5

2、×1012m3，资源量十分丰富，略小于美国的28×1012m3。在美国，页岩气商业性开采早已实现，2009年美国页岩气产量为889×108m3，高于中国当年的常规天然气产量830×108m3，美国页岩气2010年超过了1200×108m3，占据13%~15%的天然气产量。我国四川盆地下古生界泥页岩分布厚度大，有机质含量丰富，且演化程度高、生烃量大，尤其地质特征与美国页岩气盆地极为相似。近年来，中国对页岩气的勘探开发投入力度加大，特别是四川盆地威201井，经过直井压裂测试，日产气量上万方，达到工业气流，这给后续页岩气资源的勘探开发提供了基础和信心。1页岩气

3、藏的成藏特征1.1页岩气藏基本特征与煤层气类似，富含有机质的页岩本身可以作为页岩气的气源岩，又可以作为储集层，页岩气的赋存方式、成藏机理和成藏过程与常规天然气有很大不同，因此，页岩气藏具有独特的地质特征。页岩气的赋存方式和赋存空间的特殊性，决定了页岩气藏具有隐蔽性特征和裂缝型圈闭。构造圈闭对页岩气藏的形成并不起主导作用，但是一个长期长期稳定的构造背景，对页岩气聚集可能具有一定的积极作用。泥页岩的孔隙较小且不发育，游离状态的页岩气主要赋存于裂缝系统中，泥页岩中的裂缝发育带往往是页岩气的有利聚集带，因此，裂缝型圈闭是页岩气藏的主要圈闭类型。裂缝产生的原因主要

4、是上文中提到的气体的连续生产所产生的页岩内外压力差，另外构造作用也是产生裂缝的原因之一。1.2页岩气成藏条件与储量丰度关系复杂选取美国正在进行商业性开采的5套页岩层系的成藏条件参数－热成熟度（镜煤反射率Ro）、储层厚度（Thickness）、总有机碳含量（Toc）和页岩气资源特征参数－吸附气含量（AbsorbedGas）、页岩气资源丰度（GIP）作图，进行页岩气的有机地化特征与地质特征比较，发现关系图形状各异（图1），五项关键参数之间的关系有出人意料的变化，说明，页岩气成藏条件与储量丰度关系复杂。因为页岩较为致密，孔隙度、渗透率都比常规储层岩石低，使得页

5、岩的含气量较低，页岩的含气量变化幅度较大,从0.4m3/t到10m3/t,一般小于5m3/t。同时由于页岩的孔隙半径小，所以大分子烃饱和度含量较低。　图1美国五大含气页岩地球化学特征与地质特征对比图（据Hill和Nelson，2000）1.3页岩气成藏边界条件　　广义上的页岩气普遍发育且分布广泛,但要形成具有工业勘探开发价值的页岩气尚需具备相应的地质条件。结合对美国具有工业勘探开发价值页岩气的统计研究,可对页岩气的形成条件简单作一讨论。按照常规的烃源岩评价指标,有机碳含量(TOC)0.5%和成熟度(Ro)0.5%是有效烃源岩的底限边界,但由于页岩气的成藏

6、机理和过程特殊,其中天然气的聚集不需要考虑运移、圈闭等复杂条件。因此有机碳含量和成熟度等条件不再苛刻。在有机碳含量0.3%、有机质成熟度0.4%、岩石总孔隙度3%、净页岩厚度6m等条件下亦可分别形成页岩气。在页岩气成藏条件中,尽管某一项地质要素要求条件很低,但其他地质条件的补偿将会使页岩气具有更好的产能。对比分析美国不同盆地的页岩气成藏地质条件发现,各影响因素之间具有不同程度的相互弥补性(图2)。（图2）美国不同盆地页岩气成藏条件的互补性图(数据选自Curtis,2002)1.4页岩气富集带特征裂缝发育在大部分页岩中，以多种成因（压力差、断裂作用、顺层作

7、用等）的网状裂缝系统为特征。在页岩中裂缝、溶蚀页理缝是主要的储集空间。次要储集空间：钙质条带中的溶孔、生物体腔孔、晶间孔、粒间孔等。粒间孔主要是指的砂质及泥质双重孔隙。在钙质泥页岩互层为主的夹薄层砂岩的地层中，具有泥页岩裂缝、层理缝和薄层砂岩孔隙等储集空间。裂缝发育带不但提供了游离态页岩气赋存的空间，而且为页岩气的运移、聚集提供了输导通道，并且对页岩气的开发十分有利。美国页岩气的开发实践证明只有裂缝发育的页岩气藏不需压裂就可以获得工业气流，多数的页岩气藏必须经过压裂才能达到工业产量要求。页岩气虽然具有地层普遍含气性特点，但目前具有工业勘探价值的页岩气藏或

8、甜点主要依赖于页岩地层中具有一定规模的裂缝系统。在美国的大约30000口钻井中，