賈志豪+顧軍

摘要：近年來，北美地區(qū)如美國、加拿大的頁巖氣開采技術(shù)取得了革命性突破，這也有效得帶動了中國在頁巖氣勘探與開發(fā)技術(shù)上的進(jìn)步。同時，中國也成為了世界上第三個開始生產(chǎn)頁巖氣的國家。先人對頁巖氣的定義以及基本特征進(jìn)行了一系列研討，獲得一系列研究成果。其中，對頁巖氣的賦存機(jī)理以及富集條件有進(jìn)行針對性研究，并取得突破，這些對頁巖氣的勘探以及開發(fā)具有一系列啟示意義。

關(guān)鍵詞：頁巖氣；賦存機(jī)理；富集條件；開發(fā)手段

1. 頁巖氣的賦存機(jī)理及富集條件

1.1 頁巖氣的賦存狀態(tài)與賦存機(jī)理

1.1.1 頁巖氣的賦存狀態(tài)

頁巖氣具有多種賦存形態(tài)，而其主要的賦存方式為游離態(tài)和吸附態(tài)。其中，以游離態(tài)的形式賦存于巖石孔隙與裂縫中，以吸附態(tài)的形式賦存于存在于有機(jī)質(zhì)顆粒、粘土礦物顆粒之上。

1.1.2 頁巖氣的賦存機(jī)理

根據(jù)頁巖氣賦存狀態(tài)的分類，可以將頁巖氣的賦存機(jī)理分為四類：吸附機(jī)理、游離機(jī)理、溶解機(jī)理以及綜合賦存機(jī)理[11]。

（1）吸附機(jī)理：

頁巖中的吸附方式分為物理吸附與化學(xué)吸附。物理吸附一般可以認(rèn)為是分子間的范德華力所引起的，其特點(diǎn)為普遍性、無選擇性、可逆性，也是主要的吸附方式?；瘜W(xué)吸附一般發(fā)生在物理吸附之后，在常溫下吸附速度通常較慢，其特點(diǎn)也與物理吸附恰好相反。頁巖氣在頁巖中大部分處于被吸附的狀態(tài)。

（2）游離機(jī)理：

以游離形式存在的天然氣一般可以在頁巖的孔隙或裂縫中自由流動，而頁巖內(nèi)有效空間或者有效厚度和面積則決定了游離態(tài)天然氣的含量。當(dāng)頁巖氣吸附達(dá)到動態(tài)平衡后，多余的氣體分子可能會流動到巖石孔隙或裂縫中。

（3）溶解機(jī)理：

同游離機(jī)理，天然氣分子總會吸附平衡，當(dāng)處于吸附平衡態(tài)時，部分氣體可能會處于游離，還有部分氣體則會進(jìn)入連續(xù)相中發(fā)生溶解[5]。那部分頁巖氣被認(rèn)為溶解在有機(jī)質(zhì)如干酪根、液態(tài)油等連續(xù)相中。

（4）綜合賦存機(jī)理：

頁巖氣的吸附、游離和溶解機(jī)理并非相互獨(dú)立的，三種賦存機(jī)理是有機(jī)統(tǒng)一的，在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化其表現(xiàn)形式。因此，單獨(dú)研究每一項吸附機(jī)理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而應(yīng)該將三者有機(jī)統(tǒng)一起來。

1.2 頁巖氣的富集條件

頁巖氣油氣藏有其自身特點(diǎn)，除了沒有統(tǒng)一的壓力系統(tǒng)外，頁巖氣成藏需要充足的氣源、具有適度的儲集空間等。從多年的研究結(jié)果，可以將頁巖氣的富集條件分為三類：物源條件（生）、儲層條件（儲）、保存條件（保）[12]。

（1）物源條件

頁巖氣油氣藏的形成首先得有豐富的生油巖，即充足的氣源。因此那些大量蘊(yùn)含有機(jī)質(zhì)的黑色泥頁巖通常是頁巖氣成藏的優(yōu)選條件，然而這些頁巖的形成條件非?？量?，除了封閉，能快速沉積外，還需要有較好的還原環(huán)境。

（2）儲集條件

頁巖不僅僅要考慮物源條件還要考慮儲層條件，其自身巖性為頁巖氣的儲集創(chuàng)造了條件。與常規(guī)油氣類似，頁巖的孔隙則是提供儲集空間的重要條件，所以它的有效厚度，含氣面積以及孔隙度的大小則能反應(yīng)其容量。

然而頁巖儲層往往孔隙度非常小，滲透率也非常低，從統(tǒng)計學(xué)的角度來看，絕大部分頁巖的孔隙度小于15%，滲透率一般小于0.1mD，單一的頁巖孔隙介質(zhì)是不足以提供足夠的儲集空間，因此頁巖的儲集空間往往是由構(gòu)造運(yùn)動產(chǎn)生的裂縫來承擔(dān)的。

（3）保存條件

頁巖氣的富集對保存條件的要求是極為苛刻的，構(gòu)造作用對頁巖氣的保存有重要的影響。頁巖氣由于其吸附特征，具有一定的抗破壞能力。但在板塊交界處，往往會發(fā)生構(gòu)造作用，例如四川盆地有大量的斷裂帶。因此，這些由于構(gòu)造作用影響的發(fā)育裂縫會嚴(yán)重影響頁巖氣的保存。

2. 頁巖油氣的開發(fā)

2.1 頁巖氣的勘探開發(fā)

對于頁巖氣開發(fā)，最初的認(rèn)識是無機(jī)礦物（特別是脆性礦物）的類型及含量對于工程壓裂至關(guān)重要，進(jìn)一步研究表明，無機(jī)礦物的類型、成因與演化對于探索頁巖氣成藏機(jī)理與成藏過程同樣很重要。無機(jī)礦物孔隙對于頁巖內(nèi)部早期液態(tài)烴類聚集具有重要作用，無機(jī)礦物與固體有機(jī)質(zhì)共同形成的固體格架對于有機(jī)孔及其中頁巖氣的保存有重要意義。

由于頁巖的密封性好，油氣不容易散失，因此頁巖氣的開采必須采用水平井及多級壓裂進(jìn)行開發(fā)[10]。與直井相比較，水平井具有與儲層接觸更長的完井層段，通過水力壓裂形成裂縫網(wǎng)絡(luò)，可有效溝通縫洞，從而改善儲層物性，使油氣在更大范圍內(nèi)從基質(zhì)向裂縫滲流的距離更短。采用水平井可大幅度提高井筒與地層的接觸面積，提高儲層整體滲流能力，具有“少井高產(chǎn)”的特點(diǎn)。

2.2 頁巖氣的開發(fā)所面臨的挑戰(zhàn)

盡管中國頁巖氣開發(fā)取得了可喜的成就，但也面臨諸多挑戰(zhàn)和考驗：

（1）頁巖氣的開采尚處在研究階段，對于資源的勘探準(zhǔn)確性還不能保證；

（2）深頁巖氣藏（4000m以下）勘探與開發(fā)技術(shù)還不夠成熟；

（3）頁巖氣本身開采難度非常大，尤其是環(huán)保問題難得到解決，且水資源量也是個很大的問題；

（4）勘探開發(fā)成本仍較高。

對于如何加快推進(jìn)頁巖氣的開發(fā)，在技術(shù)、成本、理論、環(huán)境4個方面仍需進(jìn)行突破，需要在實踐中積累經(jīng)驗，尋求合理的開發(fā)方式。

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