楊露鴻

（中石化江漢石油工程有限公司 重慶 408000）

頁(yè)巖氣勘探開發(fā)的地質(zhì)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

楊露鴻

（中石化江漢石油工程有限公司 重慶 408000）

頁(yè)巖氣作為一種新型能源，目前被認(rèn)為是最清潔的能源之一，發(fā)展頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)是未來(lái)能源利用的必然趨勢(shì)。因此加大頁(yè)巖氣勘探開發(fā)的地質(zhì)技術(shù)的研究具有重要意義，本文根據(jù)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)的現(xiàn)狀，對(duì)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)的地質(zhì)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)做了有關(guān)論述。

頁(yè)巖氣；勘探開發(fā)；地質(zhì)技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)

1 引言

頁(yè)巖氣是一種潔凈環(huán)保的優(yōu)質(zhì)能源，具有供應(yīng)穩(wěn)定、改善空氣質(zhì)量、安全可靠、經(jīng)濟(jì)廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。在大力實(shí)行低碳經(jīng)濟(jì)的當(dāng)下，頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)獲得了良好的發(fā)展機(jī)遇，但在實(shí)際勘探開發(fā)中，也會(huì)面臨著各種問題，為了解決這些問題，更加有效的開采，要不斷鉆研勘探開發(fā)技術(shù)。

2 我國(guó)頁(yè)巖氣的分布特點(diǎn)

隨著科技的發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)形成了比較完善的勘探技術(shù)，主要包括地震勘探技術(shù)、測(cè)井技術(shù)、模擬技術(shù)等，為我國(guó)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)提供了有利條件。我國(guó)存在著區(qū)域發(fā)育頁(yè)巖氣的地質(zhì)背景和條件。依據(jù)地質(zhì)歷史及其變化特點(diǎn)，可將我國(guó)的頁(yè)巖氣發(fā)育區(qū)劃分為大致與板塊對(duì)應(yīng)的四大區(qū)域，即南方、華北一東北、西北及青藏等四大地區(qū)。從震旦紀(jì)到中三疊世，中國(guó)南方地區(qū)發(fā)育了廣泛的海相沉積，分布面積達(dá)200余萬(wàn)平方公里，累計(jì)最大地層厚度超過(guò)10km，形成了上震旦統(tǒng)（陡山沱組）、下寒武統(tǒng)、上奧陶統(tǒng)（五峰組）一下志留統(tǒng)（龍馬溪組）、中泥盆統(tǒng)（羅富組）、下石炭統(tǒng)、下二疊統(tǒng)（棲霞組）、上二疊統(tǒng)（龍?zhí)逗痛舐〗M）、下三疊統(tǒng)（青龍組）等8套以黑色頁(yè)巖為主體特點(diǎn)的烴源巖層系。其中下寒武統(tǒng)、上奧陶統(tǒng)五峰組一下志留統(tǒng)龍馬溪組、下二疊統(tǒng)、上二疊統(tǒng)等4套烴源巖是區(qū)域主力烴源巖。經(jīng)研究認(rèn)為，南方地區(qū)與美國(guó)東部頁(yè)巖氣產(chǎn)出地區(qū)（阿巴拉契亞等盆地）具有諸多的地質(zhì)可比性（包括頁(yè)巖地質(zhì)時(shí)代、構(gòu)造變動(dòng)強(qiáng)度等），下寒武統(tǒng)、上奧陶一下志留統(tǒng)以及二疊系等地層分布廣泛、厚度大，有機(jī)質(zhì)豐富、成熟度高，是南方地區(qū)區(qū)域上的頁(yè)巖氣發(fā)育最有利層位，四川盆地、鄂東渝西及下?lián)P子地區(qū)是平面上分布的有利區(qū)。我國(guó)潛在的頁(yè)巖氣發(fā)育區(qū)分布圖（見圖1）。

圖1 我國(guó)潛在的頁(yè)巖氣發(fā)育區(qū)分布圖

3 頁(yè)巖氣勘探開發(fā)的地質(zhì)技術(shù)現(xiàn)狀

3.1 地震勘探技術(shù)

根據(jù)地下介質(zhì)密度和彈性的不同，經(jīng)過(guò)技術(shù)人員進(jìn)一步的觀測(cè)和分析大地對(duì)人工激發(fā)地震波的回應(yīng)，利用流體界面上縱、橫波振幅及速度的差異，橫波雙折射，對(duì)地震記錄的信噪比、分辨率、保真度等進(jìn)行分析得到檢測(cè)結(jié)果，并推斷地下巖層的物理性質(zhì)及其存在形態(tài)。地震勘探是有效勘測(cè)頁(yè)巖氣資源的重要手段之一，在頁(yè)巖氣地質(zhì)勘查、存量多少研究等方面，也得到廣泛應(yīng)用。復(fù)雜地質(zhì)條件的地震勘探技術(shù)是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的記錄和總結(jié)，形成適合當(dāng)?shù)氐乩項(xiàng)l件的地震采集、處理、解釋方法，為發(fā)現(xiàn)大氣田做出了突出貢獻(xiàn)。

目前地震勘探技術(shù)可以為我們提供層位地震反射層構(gòu)造圖、標(biāo)志層地震相分區(qū)圖、標(biāo)志層厚度預(yù)測(cè)圖、裂縫發(fā)育程度圖及地震地質(zhì)解釋剖面圖，尤其是地震地質(zhì)解釋剖面圖可以為井眼軌跡提供非常重要的數(shù)據(jù)依據(jù)（如圖2）。

圖2 地震地質(zhì)解釋剖面圖

3.2 測(cè)井技術(shù)

頁(yè)巖氣的性質(zhì)會(huì)對(duì)沉積物產(chǎn)生作用，使沉積物在隙度、滲透、擴(kuò)散強(qiáng)度等物理方面發(fā)生變化，在頁(yè)巖氣邊界上有明顯的特征表現(xiàn)，從而在測(cè)井曲線也會(huì)出現(xiàn)不同程度的變化。由于測(cè)井技術(shù)的特點(diǎn)，使其在頁(yè)巖氣勘探手段中更加突出重要位置。測(cè)井技術(shù)主要是測(cè)定井下油、氣、水層的物理性質(zhì)，監(jiān)測(cè)各油層的工作情況，確定頁(yè)巖氣等各種組分在深度上的分布以及各組分濃度的鑒定?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)井技術(shù)可以很清晰的認(rèn)識(shí)各個(gè)地層的物理特性，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)錄井的數(shù)據(jù)可以做出有效的綜合圖及對(duì)比圖，可以直觀看出各層位厚度變化，同時(shí)可以預(yù)判油氣層的走向（如圖3～4）。

圖3 綜合圖柱狀圖

3.3 建立模擬技術(shù)

建立模擬技術(shù)是基于通過(guò)物理化學(xué)的地質(zhì)機(jī)理，例如達(dá)爾文的進(jìn)化論，通過(guò)一定的進(jìn)化程度和一系列的理論支持，在時(shí)間上和空間上模擬含油氣盆地的形成和演化、烴類的生成、運(yùn)移和聚集，當(dāng)然這是需要一定的科學(xué)理論和依據(jù)，來(lái)總結(jié)盆地油氣的形成規(guī)律，確定頁(yè)巖氣的產(chǎn)生位置及時(shí)間。綜合應(yīng)用油氣地質(zhì)理論進(jìn)行盆地分析研究，對(duì)其形成的歷史、熱史、生烴史、排烴史、遠(yuǎn)移聚集史進(jìn)行模擬，并預(yù)測(cè)油氣資源量，進(jìn)行地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)，指出有利勘探區(qū)帶。在我國(guó)以二維模擬為主，并且發(fā)展的較為完善。

3.4 頁(yè)巖含氣量錄井和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)

頁(yè)巖孔隙度低，以裂縫和微孔隙為主，絕大多數(shù)頁(yè)巖氣以游離態(tài)、吸附態(tài)存在。游離態(tài)頁(yè)巖氣在取心鉆進(jìn)過(guò)程中逸散進(jìn)入井筒，主要是測(cè)定巖心的吸附氣含量。錄井過(guò)程中需要在現(xiàn)場(chǎng)做頁(yè)巖層巖性、氣含量測(cè)定、頁(yè)巖解吸及吸附等重要資料的錄取。這些資料對(duì)評(píng)價(jià)頁(yè)巖層的資源量具有重要意義。針對(duì)頁(yè)巖氣油機(jī)鉆井對(duì)錄井的影響，可以通過(guò)改進(jìn)錄井設(shè)備、方法和措施，達(dá)到取全、取準(zhǔn)錄井資料的目的。

3.5 固井技術(shù)

頁(yè)巖氣固井水泥漿主要有泡沫水泥、酸溶性水泥、泡沫酸溶性水泥以及火山灰＋H級(jí)水泥等4種類型。其中火山灰＋H級(jí)水泥成本最低，泡沫酸溶性水泥和泡沫水泥成本相當(dāng)，高于其他兩種水泥，是火山灰＋H級(jí)水泥成本的1.45倍。固井水泥漿配方和工藝措施處理不當(dāng)，會(huì)對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層造成污染，增加壓裂難度，直接影響后期采氣效果。

3.6 鉆井技術(shù)

頁(yè)巖氣一般采用水平井鉆進(jìn)的方式，井眼方位平行于最小水平地應(yīng)力方向，以保證在后期的壓裂過(guò)程中可使更多天然裂縫與誘導(dǎo)裂縫彼此連通，提高頁(yè)巖氣采收率。由于頁(yè)巖層理發(fā)育、黏土成分含量高、非均質(zhì)性嚴(yán)重，本身穩(wěn)定性差，沿最小水平地應(yīng)力方向鉆進(jìn)更進(jìn)一步增加井壁坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。威遠(yuǎn)、長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣井高伽瑪碳質(zhì)頁(yè)巖井段井眼垮塌現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，造成多次井下復(fù)雜事故。一般情況下，頁(yè)巖氣井井徑規(guī)則程度較差。

為增大頁(yè)巖氣儲(chǔ)層裸露面積，頁(yè)巖氣水平井水平段較長(zhǎng)，一般為1500m甚至更長(zhǎng)，套管下放摩阻較大；頁(yè)巖氣井井徑規(guī)則程度較差，增加了下套管過(guò)程中硬卡的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，由于頁(yè)巖本身穩(wěn)定性差，下套管過(guò)程中對(duì)井壁的刮擦易引起井壁坍塌等事故。此外，為提高鉆井液的抑制性，減小鉆井復(fù)雜的風(fēng)險(xiǎn)，頁(yè)巖氣井目的層鉆進(jìn)一般采用油基鉆井液鉆進(jìn)。

4 頁(yè)巖氣勘探開發(fā)的地質(zhì)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

通過(guò)頁(yè)巖氣科技工作者的不斷努力，我國(guó)已形成一系列屬于自己的頁(yè)巖氣探測(cè)技術(shù)，為打破國(guó)外的技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)我國(guó)頁(yè)巖氣勘探技術(shù)的飛躍發(fā)展，達(dá)到低碳經(jīng)濟(jì)的目的，為今后勘探開發(fā)提供了巨大的技術(shù)支持。針對(duì)頁(yè)巖氣資源勘探所面臨的關(guān)鍵技術(shù)，面對(duì)新能源的開發(fā)利用，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，形成了一系列關(guān)鍵探測(cè)技術(shù)：

①通過(guò)運(yùn)用三維與高頻地震聯(lián)合探測(cè)技術(shù)，獲得頁(yè)巖氣礦體外形及內(nèi)部的結(jié)構(gòu)資料，這是頁(yè)巖氣礦體探測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)支持；②頁(yè)巖氣礦藏的原位及流體地球化學(xué)示蹤技術(shù)，為頁(yè)巖氣的高效勘探提供技術(shù)服務(wù)；③頁(yè)巖氣鉆探保真取樣（芯）器及配套技術(shù)，為頁(yè)巖氣鉆探工程化及采獲頁(yè)巖氣樣品提供技術(shù)支撐；④海洋可控源電磁探測(cè)儀器系統(tǒng)，為獲取頁(yè)巖氣勘探的地磁場(chǎng)數(shù)據(jù)提供技術(shù)服務(wù)；⑤海底熱流原位探測(cè)系統(tǒng)，為頁(yè)巖氣勘探的海底熱流原位提供技術(shù)服務(wù)；⑥三維、可視頁(yè)巖氣開采過(guò)程中應(yīng)用物理模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，模擬沉頁(yè)巖氣沉積物中開采數(shù)值，得出頁(yè)巖氣安全可靠的開采方案。

5 加快頁(yè)巖氣勘探的保障措施

5.1 加強(qiáng)頁(yè)巖氣地質(zhì)理論研究，不斷深化地質(zhì)認(rèn)識(shí)

地質(zhì)理論的完善和發(fā)展，在以往的頁(yè)巖氣勘探中發(fā)揮了重要的作用。

（1）逐漸完善多元的成氣理論，則能夠?qū)Χ鯛柖嗨古璧毓派纭⑺锬九璧貛?kù)車坳陷、松遼盆地北部深層煤成氣的勘探起到一定的推進(jìn)作用；

（2）提高對(duì)路盆地成藏富集規(guī)律的認(rèn)識(shí)，對(duì)前路盆地的頁(yè)巖氣勘察起到了一定推進(jìn)作用，為前陸盆地的頁(yè)巖氣勘探，為川西盆地等前陸盆地的頁(yè)巖氣勘探取得重大突破奠定了理論基礎(chǔ)；

（3）發(fā)展并完善頁(yè)巖氣晚期成藏理論，能夠?qū)ν砥谛纬傻臍獠氐呢S度進(jìn)行明確，儲(chǔ)量的規(guī)模比較大，勘探目標(biāo)具有的效益較高；

（4）隨著地質(zhì)理論的不斷發(fā)展和地質(zhì)認(rèn)識(shí)的不斷深化，對(duì)頁(yè)巖氣成藏富集規(guī)律將更加明確，可為頁(yè)巖氣勘探成功率的提高發(fā)揮重要作用。

5.2 加強(qiáng)關(guān)鍵勘探技術(shù)的發(fā)展，為條件復(fù)雜地區(qū)的勘探創(chuàng)造條件

未來(lái)頁(yè)巖氣勘探對(duì)象主要具有的特點(diǎn)如下所述：

①勘探目的層埋藏的深度較大；②地面條件復(fù)雜，常見的地面類型有沙漠、黃土源、山地、鹽沼、海洋等；③儲(chǔ)層分布及物性橫向變化大；④地下構(gòu)造復(fù)雜。

上述的四個(gè)特點(diǎn)充分的體現(xiàn)出勘探工作的復(fù)雜性，因而對(duì)于勘探技術(shù)就提出了以下的幾點(diǎn)要求：

（1）勘探地震的發(fā)展不但要與深層構(gòu)造以及復(fù)雜構(gòu)造的準(zhǔn)確識(shí)別相滿足，并且有利于采集和處理復(fù)雜地面條件的地震資料，與儲(chǔ)層預(yù)測(cè)以、氣藏的描述以及烴類檢測(cè)等方面相滿足；

（2）發(fā)展測(cè)井技術(shù)務(wù)必要跟非均質(zhì)以及低孔滲儲(chǔ)物性參數(shù)的識(shí)別和提取相滿足，滿足復(fù)雜構(gòu)造地區(qū)地層有關(guān)參數(shù)提取等方面的要求；

（3）發(fā)展鉆井完井技術(shù)務(wù)必要跟深井以及超深井成功鉆探，能夠有效與復(fù)雜構(gòu)造及塑性地層成功鉆探相滿足，滿足低孔滲氣層的保護(hù)與發(fā)現(xiàn)等方面的要求；

（4）壓裂酸化技術(shù)發(fā)展必須滿足致密儲(chǔ)集體、復(fù)雜巖性體、低孔滲薄互層段等提高產(chǎn)能的要求。在未來(lái)的頁(yè)巖氣勘探中，利用先進(jìn)、實(shí)用以及有效的勘探技術(shù)能夠充分發(fā)揮重大的作用，積極開發(fā)并引進(jìn)和應(yīng)用先進(jìn)的、實(shí)用、有效的勘探技術(shù)是提高勘探效益的有效手段。

5.3 加大頁(yè)巖氣勘探的投資力度

為了確保頁(yè)巖氣儲(chǔ)量不斷增長(zhǎng)，要不斷創(chuàng)新理論和技術(shù)，加大對(duì)頁(yè)巖氣勘察的投資力度，確?？碧降墓ぷ髁孔銐蛴斜Ｕ希鴮?duì)于那些有利于勘探領(lǐng)域以及目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，則需要加大勘探的力度以及確保有足夠的資金和勘探工作量的投入。

6 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著地質(zhì)和技術(shù)的要求，勘探難度也不斷增加，所以要求我們?cè)诳碧健㈤_采、研究等方面應(yīng)加強(qiáng)研究，創(chuàng)新勘探方法，總結(jié)出一套適合不同地質(zhì)特點(diǎn)的開采技術(shù)，并充分考慮到可能造成的危害，促進(jìn)我國(guó)資源開發(fā)利用與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

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