页岩气研究开发进展

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1、页岩气研究开发进展高大鹏摘要:介绍了页岩气在美国、加拿大及我国的开采历史，探究了页岩气藏的成因及特性，综述了关于页岩气藏的模拟、开采等技术的研究及应用进展，最后，关于页岩气藏在中国部分地区的实际开采归纳到了几点认识。关键词：页岩气；成藏特点；开采技术[1][2]页岩气指主体以游离、吸附或溶解方式存在于页泥岩及其间所夹砂质、粉砂质泥岩[3][4]地层中的天然气。页岩气藏属于非常规气藏、多为连续性气藏，常与常规天然气藏相伴生，与常规天然气藏开发相比，储层物性差，孔隙度（常＜5％）和渗透率（0.0001～0.001

2、md）低，采收率差异大（5％～60％）且较低。但页岩气田生产周期长，开采寿命可达30～50年甚至更长，且在天然气产出的同时伴随有页岩油、地层水排出。从天然气聚集的有利性和开采的经济性分析,页岩气位居五大类已开发气藏中的第三位。1页岩气开采及研究历史1.1国外页岩气开发美国是世界上进行页岩气勘探和开发研究最早的国家，从1821年于纽约Chautauga县[5]泥盆系Dunkirk页岩钻探第一口页岩气井，虽然只有8.2m深，但也产出了能够用于照明的天然气。近两百年中经历了开发基础期、过渡期，目前已进入快速增长期（

3、指数增长），页岩气井已超过4万口，页岩气产量占其天然气总产量的10％。据估算美国页岩气总资源123量估计在(500～600)×10ft范围内，已形成了成熟的配套开发技术，正向降低开发成本、[3]提高采收率方面进行更深入研究。美国联邦地质调查局最新数据显示，美国沃思堡盆地Barnett页岩气田开采寿命可达80～100年。此外加拿大正在勘探几个大型页岩区，如Alberta、Muskwa等，发现了一些较好的页岩气藏，目前属于试验性开采，预计在2010年123将进入大规模开采阶段。目前估计全球最终页岩气资源量将超过1

4、000×10m1.2国内页岩气开发我国四川盆地曾发现页岩气，1966年在威5井、1981年在阳63井的页岩中有天然气产出，且在付深1井、临7井等页岩层的钻井、气测中出现过气侵、井涌和异常显示等情况，但因当时对页岩气认识不够，并未引起足够重视。随着我国天然气需求量增加，以及在美国页岩气开发的带动下，我国已开始重视页岩气开发，但对其研究尚处起步阶段，近几年不少学者针对上扬子区尤其是四川盆地页岩气成藏的地质条件进行了初步探究，并且中国石油勘探开发研究院于2008年在四川盆地长宁构造钻探第一口页岩气浅井—长芯一井，着

5、重探讨了上扬子区志留系页岩气成藏的地质条件，分析其勘探潜力。此外，2009年在重庆实施了我国第一口页岩气战略调查井，见到了良好的页岩气显示，标志着继美国、加拿大之后，中国正式开始页岩气资源的勘探开发。据估算我国页岩气资源量约为15～30万亿立方米，尤以我国南方和中西部地区盆地为主要赋存区。2页岩气成藏机理及控制因素2.1页岩气成藏机理[1]张金川等学者关于页岩气的成藏机理主要提出了四点认识：①页岩气成藏机理兼具煤层吸附气和常规圈闭气藏特征,体现出复杂的多机理递变特点。②在页岩气成藏过程中,天然气的赋存方式和成

6、藏类型逐渐改变,含气丰度和富集程度逐渐增加。③完整的页岩气成藏与演化可分为3个主要作用过程,自身构成了从吸附聚集、膨胀造隙富集到活塞式推进或置换式运移的机理序列。④相应的成藏条件和成藏机理变化对页岩气的成藏与分布产生了控制或影响作用，岩性特征变化和裂缝发育状况对页岩气藏中天然气的赋存特征和分布规律具有控[5]制作用。并且页岩气可以是热成因、生物成因或混合成因。页岩含气量主要与有机质丰度、类型及演化程度有关。[4]页岩气成藏不需要常规圈闭的存在,页岩气成藏具有典型的自生自储，连续大面积成藏，原地性特点，且浮力不

7、是成藏的主要动力。页岩内部具有工业价值天然气的聚集(甜点,SweetSpots)具有隐蔽性特点。统计资料表明,页岩气藏的地层压力系数可有较大幅度变化。除此之外,水平方向的构造挤压作用亦对页岩气藏地层压力的发育产生重要影响,这种作用可以通过势场分析方法予以考虑,通常情况下,页岩气藏存在于流体高势能区。盆地构造较深部位是页岩气藏发育的有利区,页岩气成藏和分布的最大范围与有效气源岩面积相当。与常规气相比,页岩虽普遍含气但单井产量变化较大,如美国页岩气产区的单井产量常介于32800～33000m/d之间，一般只有钻遇

8、裂缝的页岩气井才具有较大的工业开发价值。[5]页岩的孔隙度与渗透率极低。需要裂缝来提高孔渗性能。一般情况下，页岩气藏需要人工压裂才能进行工业生产。大多数产气页岩具有分布范围广、层厚、普遍含气等特点，这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。2.2页岩气成藏控制因素[6]控制页岩气成藏的因素可分为内部因素和外部因素，内部因素主要包括有机质类型、成熟度、裂缝、孔隙度和渗透率、矿物组成、厚度、湿度等；外部