基本介紹
- 中文名：頁岩氣開採技術
- 外文名：Shale gas mining technology
- 中國集中分布：川渝地區
- 全球頁岩氣量：456×1012m3
資源存量,開發現狀,開採技術,存在問題,技術分析,開發建議,
資源存量
全球頁岩氣資源量多達456×1012m3相當於煤層氣與緻密砂岩氣資源量的總和占三種主要非常規天然氣煤層氣緻密砂岩氣頁岩氣總資源量的50%左右1因此頁岩氣是現有技術經濟條件下天然氣工業化勘探的重要目標我國頁岩氣資源亦非常豐富僅四川盆地下志留系烴源岩即有60×108m3左右的資源量但目前對頁岩氣的勘探開發還處於探索階段尚需深入研究
開發現狀
目前全球對頁岩氣的勘探開發並不普遍但美國和加拿大做了大量工作歐洲許多國家開始著手頁岩氣的研究俄羅斯僅有局部少量開採
美國頁岩氣資源總量超過28×1012m3頁岩氣技術可采資源達到3．6×1012m3近30年來頁岩氣開發的發展很快20世紀70年代中期美國頁岩氣開始規模化發展70年代末期頁岩氣年產量約19．6×108m32000年5個頁岩氣產氣盆地的生產井約28000口年產量約122×108m32007年頁岩氣產氣盆地有20餘個生產井增加到近42000口頁岩氣年產量為450×108m3約占美國天然氣年產量的8%2成為重要的天然氣資源之一2009年美國頁岩氣生產井約98590口頁岩氣年產量接近1000×108m3超過我國常規天然氣的年產量2010年美國頁岩氣年產量為1378×108m3
加拿大頁岩氣資源分布廣層位多預測頁岩氣資源量超過42．5×1012m3目前已有多家油氣生產商在加拿大西部地區進行頁岩氣開發試驗2007年該地區頁岩氣產量約8．5×108m3
歐洲受美國啟發近年來一些國家開始著手頁岩氣的研究2009年初歐洲頁岩項目在德國國家地學實驗室啟動3此項跨學科工程由政府地質調查部門諮詢機構研究所和高等院校的專家組成工作團隊工作目標是收集歐洲各個地區的頁岩樣品測井試井和地震資料數據建立歐洲的黑色頁岩資料庫與美國的含氣頁岩進行對比分析盆地有機質類型岩石礦物學成分等以尋找頁岩氣目前為此工作提供數據支持的有MarathonStatoiHydro埃克森美孚GazdeFranceSuezVermil－lion德國地學實驗室等13家公司和機構
研究人員認為僅西歐潛在的頁岩氣資源量將有14．4×1012m34歐洲的沉積盆地主要發育熱成因類型的頁岩氣如北歐的寒武―奧陶系Alum頁岩德國的石炭系海相頁岩近年來多個跨國公司開始在歐洲地區展開行動2007年10月波蘭能源公司被授權勘查波蘭的志留系黑色頁岩殼牌公司聲稱對瑞典的Skane地區感興趣埃克森美孚公司已在匈牙利Makó地區部署了第一口頁岩氣探井5並計畫在德國LowerSaxony盆地完成10口頁岩氣探井6Devon能源公司與法國道達爾石油公司建立合作關係獲得在法國鑽探的許可康菲石油公司最近宣布它已經與BP英國石油公司的子公司簽署了在波羅的海盆地尋找頁岩氣的協定。
美國頁岩氣資源總量超過28×1012m3頁岩氣技術可采資源達到3．6×1012m3近30年來頁岩氣開發的發展很快20世紀70年代中期美國頁岩氣開始規模化發展70年代末期頁岩氣年產量約19．6×108m32000年5個頁岩氣產氣盆地的生產井約28000口年產量約122×108m32007年頁岩氣產氣盆地有20餘個生產井增加到近42000口頁岩氣年產量為450×108m3約占美國天然氣年產量的8%2成為重要的天然氣資源之一2009年美國頁岩氣生產井約98590口頁岩氣年產量接近1000×108m3超過我國常規天然氣的年產量2010年美國頁岩氣年產量為1378×108m3
加拿大頁岩氣資源分布廣層位多預測頁岩氣資源量超過42．5×1012m3目前已有多家油氣生產商在加拿大西部地區進行頁岩氣開發試驗2007年該地區頁岩氣產量約8．5×108m3
歐洲受美國啟發近年來一些國家開始著手頁岩氣的研究2009年初歐洲頁岩項目在德國國家地學實驗室啟動3此項跨學科工程由政府地質調查部門諮詢機構研究所和高等院校的專家組成工作團隊工作目標是收集歐洲各個地區的頁岩樣品測井試井和地震資料數據建立歐洲的黑色頁岩資料庫與美國的含氣頁岩進行對比分析盆地有機質類型岩石礦物學成分等以尋找頁岩氣目前為此工作提供數據支持的有MarathonStatoiHydro埃克森美孚GazdeFranceSuezVermil－lion德國地學實驗室等13家公司和機構
研究人員認為僅西歐潛在的頁岩氣資源量將有14．4×1012m34歐洲的沉積盆地主要發育熱成因類型的頁岩氣如北歐的寒武―奧陶系Alum頁岩德國的石炭系海相頁岩近年來多個跨國公司開始在歐洲地區展開行動2007年10月波蘭能源公司被授權勘查波蘭的志留系黑色頁岩殼牌公司聲稱對瑞典的Skane地區感興趣埃克森美孚公司已在匈牙利Makó地區部署了第一口頁岩氣探井5並計畫在德國LowerSaxony盆地完成10口頁岩氣探井6Devon能源公司與法國道達爾石油公司建立合作關係獲得在法國鑽探的許可康菲石油公司最近宣布它已經與BP英國石油公司的子公司簽署了在波羅的海盆地尋找頁岩氣的協定。
2019年1月下旬，隨著涪陵頁岩氣田老建產區一批加密井測試獲得超過30萬立方米/天的高產工業氣流，我國在頁岩氣開發壓裂技術上取得新突破。
開採技術
美國將頁岩氣田開發周期劃分為5個階段。資源評估階段，即對頁岩及其儲層潛力做出評估；勘探啟動階段，開始鑽探試驗井測試壓裂並預測產量；早期開採階段，開始快速開發建立相應標準；成熟開採階段，進行生產數據對比，確定氣藏模型，形成開發資料庫；產量遞減階段，為了減緩產量遞減速度通常需要實施再增產，措施如重複壓裂、人工舉升等。整體看這5個階段開發頁岩氣所採用的技術與常規天然氣開發技術有所區別
2．1地震勘探技術
包括三維地震技術和井中地震技術。三維地震技術有助於準確認識複雜構造、儲層非均質性和裂縫發育帶，以提高探井或開發井成功率。由於泥頁岩地層與上下圍岩的地震傳播速度不同，結合錄井測井等資料可識別解釋泥頁岩進行構造描述，套用高解析度三維地震可以依據反射特徵的差異識別預測裂縫，裂縫預測技術對井位最佳化起到關鍵作用。
井中地震技術是在地面地震技術基礎上，向高解析度高信噪比高保真發展的一種地球物理手段。在油氣勘探開發中，可將鑽井測井和地震技術很好地結合起來，成為有機聯繫鑽測井資料和地面地震資料對儲層進行綜合解釋的有效途徑。該項技術能有效監測壓裂效果為壓裂工藝提供部署最佳化技術支撐，這是頁岩氣勘探開發的必要手段。
2．2鑽井技術
自從美國1821年完鑽世界上第一口頁岩氣井以來，頁岩氣鑽井先後經歷了直井單支水平井，多分支水平井叢式井，叢式水平井的發展歷程。2002年以前直井是美國開發頁岩氣的主要鑽井方式，隨著2002年Devon能源公司7口Barnett頁岩氣實驗水平井取得巨大成功，水平井已成為頁岩氣開發的主要鑽井方式。叢式水平井可降低成本節約時間，在頁岩氣開發中的套用正逐步增多。
國外在頁岩氣水平井鑽完井中，主要採用的相關技術有：8旋轉導向技術，用於地層引導和地層評價，確保目標區內鑽井；隨鑽測井技術和隨鑽測量技術，用於水平井精確定位地層評價，引導中靶地質目標；控壓或欠平衡鑽井技術，用於防漏提高鑽速和儲層保護，採用空氣作循環介質在頁岩中鑽進；泡沫固井技術，用於解決低壓易漏長封固水平段固井質量不佳的難題；有機和無機鹽複合防膨技術，確保了井壁的穩定性。
2．3測井技術
現有測井評價識別技術，可用於含氣頁岩儲層的測井識別總有機碳TOC含量和熱成熟度Ro指標，計算頁岩孔隙及裂縫參數評價，頁岩儲集層含氣飽和度估算，頁岩滲透性評價，頁岩岩礦組成測定，頁岩岩石力學參數計算。
水平井隨鑽測井系統，可在水平井整個井筒長度範圍，內進行自然伽馬電阻率成像測井和井筒地層傾角分析，能夠實時監控關鍵鑽井參數，進行控制和定位，可以將井數據和地震數據進行對比，避開已知有井漏問題和斷層的區域，及時提供構造信息、地層信息、力學特性信息，將天然裂縫和鑽井誘發裂縫進行比較，用於最佳化完井作業，幫助作業者確定射孔和氣井增產的最佳目標。
2．1地震勘探技術
包括三維地震技術和井中地震技術。三維地震技術有助於準確認識複雜構造、儲層非均質性和裂縫發育帶，以提高探井或開發井成功率。由於泥頁岩地層與上下圍岩的地震傳播速度不同，結合錄井測井等資料可識別解釋泥頁岩進行構造描述，套用高解析度三維地震可以依據反射特徵的差異識別預測裂縫，裂縫預測技術對井位最佳化起到關鍵作用。
井中地震技術是在地面地震技術基礎上，向高解析度高信噪比高保真發展的一種地球物理手段。在油氣勘探開發中，可將鑽井測井和地震技術很好地結合起來，成為有機聯繫鑽測井資料和地面地震資料對儲層進行綜合解釋的有效途徑。該項技術能有效監測壓裂效果為壓裂工藝提供部署最佳化技術支撐，這是頁岩氣勘探開發的必要手段。
2．2鑽井技術
自從美國1821年完鑽世界上第一口頁岩氣井以來，頁岩氣鑽井先後經歷了直井單支水平井，多分支水平井叢式井，叢式水平井的發展歷程。2002年以前直井是美國開發頁岩氣的主要鑽井方式，隨著2002年Devon能源公司7口Barnett頁岩氣實驗水平井取得巨大成功，水平井已成為頁岩氣開發的主要鑽井方式。叢式水平井可降低成本節約時間，在頁岩氣開發中的套用正逐步增多。
國外在頁岩氣水平井鑽完井中，主要採用的相關技術有：8旋轉導向技術，用於地層引導和地層評價，確保目標區內鑽井；隨鑽測井技術和隨鑽測量技術，用於水平井精確定位地層評價，引導中靶地質目標；控壓或欠平衡鑽井技術，用於防漏提高鑽速和儲層保護，採用空氣作循環介質在頁岩中鑽進；泡沫固井技術，用於解決低壓易漏長封固水平段固井質量不佳的難題；有機和無機鹽複合防膨技術，確保了井壁的穩定性。
2．3測井技術
現有測井評價識別技術，可用於含氣頁岩儲層的測井識別總有機碳TOC含量和熱成熟度Ro指標，計算頁岩孔隙及裂縫參數評價，頁岩儲集層含氣飽和度估算，頁岩滲透性評價，頁岩岩礦組成測定，頁岩岩石力學參數計算。
水平井隨鑽測井系統，可在水平井整個井筒長度範圍，內進行自然伽馬電阻率成像測井和井筒地層傾角分析，能夠實時監控關鍵鑽井參數，進行控制和定位，可以將井數據和地震數據進行對比，避開已知有井漏問題和斷層的區域，及時提供構造信息、地層信息、力學特性信息，將天然裂縫和鑽井誘發裂縫進行比較，用於最佳化完井作業，幫助作業者確定射孔和氣井增產的最佳目標。
2．4頁岩含氣量錄井和現場測試技術
頁岩孔隙度低，以裂縫和微孔隙為主，絕大多數頁岩氣以游離態吸附態存在。游離態頁岩氣在取心鑽進過程中逸散進入井筒，主要是測定岩心的吸附氣含量錄井過程中，需要在現場做頁岩層氣含量測定、頁岩解吸及吸附等重要資料的錄取，這些資料對評價頁岩層的資源量具有重要意義。針對頁岩氣鑽井對錄井的影響，可以通過改進錄井設備方法和措施達到取全取準錄井資料的目的。
2．5固井技術
頁岩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級水泥等4種類型，其中火山灰+H級水泥成本最低，泡沫酸溶性水泥和泡沫水泥成本相當高。其他兩種水泥是火山灰+H級水泥成本的1．45倍，固井水泥漿配方和工藝措施處理不當會對頁岩氣儲層造成污染，增加壓裂難度直接影響後期採氣效果。
2．6完井技術
國外一些公司認為頁岩氣井的鑽井並不困難，難在完井。主要是由於頁岩氣大部分以吸附態賦存於頁岩中，而其儲層滲透率低，既要通過完井技術提高其滲透率，又要避免其地層損害。這是施工的關鍵，直接關係到頁岩氣的採收率。
頁岩氣井的完井方式主要包括套管固井後射孔完井、尾管固井後射孔完井，裸眼射孔完井組合式橋塞，完井機械式組合完井等。完井方式的選擇關係到工程複雜程度、成本及後期壓裂作業的效果，適合的完井方式能有效簡化工程複雜程度，降低成本，為後期壓裂完井創造有利條件。
2．7儲層改造技術
頁岩氣儲層改造技術包括水力壓裂和酸化。可以通過常規油管或連續油管進行施工。國外在新井老井再次增產或二次完井中經常採用連續油管進行施工作業，可用於分支水平井壓裂增產措施有多種，包括氮氣泡沫壓裂、凝膠壓裂、多級壓裂、清水壓裂、同步壓裂、水力噴射壓裂重複壓裂等，多級壓裂、清水壓裂、同步壓裂、水力噴射壓裂和重複壓裂是目前頁岩氣水力壓裂常用的技術。
2．7．1多級壓裂
多級壓裂是利用封堵球或限流技術分隔儲層，不同層位進行分段壓裂的技術有2種，方式一是滑套封隔器分段壓裂，二是可鑽式橋塞分段壓裂。美國頁岩氣生產井85%採用水平井和多級壓裂技術結合的方式，開採增產效果顯著。
2．7．2清水壓裂
清水壓裂是清水加少量減阻劑穩定劑、表面活性劑等添加劑作為壓裂液，又叫做減阻水壓裂SlickwaterFracture。實驗表明添加了支撐劑的清水壓裂效果明顯提高，並且成本低、地層傷害小。
2．7．3同步壓裂
同步壓裂是對2口或更多的配對井OffsetWells，進行同時壓裂，最初是2口互相接近且深度大致相同的水平井間的同時壓裂，目前已發展成3口井甚至4口井同時壓裂。此技術是採用使壓裂液和支撐劑，在高壓下從一口井向另一口井運移距離最短的方法，來增加水力壓裂裂縫網路的密度和表面積利用井間連通的優勢來，增大工作區裂縫的程度和強度最大限度地連通。天然裂縫同步壓裂對頁岩氣井短期內增產非常明顯而且對工作區環境影響小完井速度快，節省壓裂成本。
2．7．4水力噴射壓裂
水力噴射壓裂是集水力射孔壓裂隔離一體化的技術有多種工藝如水力噴射輔助壓裂水力噴射環空壓裂水力噴射酸化壓裂等此技術優點是不受水平井完井方式的限制可在裸眼和各種完井結構的水平井實現壓裂不使用密封元件而維持較低的井筒壓力迅速準確地壓開多條裂縫解決了裸眼完井水力壓裂常見的儲層天然裂縫發育時裸露井壁表面會使大量流體損失影響壓裂效果的難題缺點是受到壓裂井深和加砂規模的限制
2．7．5重複壓裂
重複壓裂是在頁岩氣井初始，壓裂處理已經無效或者原有支撐劑因時間關係損壞或質量下降，導致產氣量大幅下降的情況下，對氣井重新壓裂的增產工藝。能在頁岩氣藏重建儲層到井眼的線性流，產生導流能力更高的支撐裂縫，恢復或增加產能。據統計重複壓裂能夠以0．3530．706美元104m3的儲量成本，增加頁岩氣產量。、，可使頁岩氣井估計最終採收率提高8%-10%，可采儲量增加60%。
頁岩孔隙度低，以裂縫和微孔隙為主，絕大多數頁岩氣以游離態吸附態存在。游離態頁岩氣在取心鑽進過程中逸散進入井筒，主要是測定岩心的吸附氣含量錄井過程中，需要在現場做頁岩層氣含量測定、頁岩解吸及吸附等重要資料的錄取，這些資料對評價頁岩層的資源量具有重要意義。針對頁岩氣鑽井對錄井的影響，可以通過改進錄井設備方法和措施達到取全取準錄井資料的目的。
2．5固井技術
頁岩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級水泥等4種類型，其中火山灰+H級水泥成本最低，泡沫酸溶性水泥和泡沫水泥成本相當高。其他兩種水泥是火山灰+H級水泥成本的1．45倍，固井水泥漿配方和工藝措施處理不當會對頁岩氣儲層造成污染，增加壓裂難度直接影響後期採氣效果。
2．6完井技術
國外一些公司認為頁岩氣井的鑽井並不困難，難在完井。主要是由於頁岩氣大部分以吸附態賦存於頁岩中，而其儲層滲透率低，既要通過完井技術提高其滲透率，又要避免其地層損害。這是施工的關鍵，直接關係到頁岩氣的採收率。
頁岩氣井的完井方式主要包括套管固井後射孔完井、尾管固井後射孔完井，裸眼射孔完井組合式橋塞，完井機械式組合完井等。完井方式的選擇關係到工程複雜程度、成本及後期壓裂作業的效果，適合的完井方式能有效簡化工程複雜程度，降低成本，為後期壓裂完井創造有利條件。
2．7儲層改造技術
頁岩氣儲層改造技術包括水力壓裂和酸化。可以通過常規油管或連續油管進行施工。國外在新井老井再次增產或二次完井中經常採用連續油管進行施工作業，可用於分支水平井壓裂增產措施有多種，包括氮氣泡沫壓裂、凝膠壓裂、多級壓裂、清水壓裂、同步壓裂、水力噴射壓裂重複壓裂等，多級壓裂、清水壓裂、同步壓裂、水力噴射壓裂和重複壓裂是目前頁岩氣水力壓裂常用的技術。
2．7．1多級壓裂
多級壓裂是利用封堵球或限流技術分隔儲層，不同層位進行分段壓裂的技術有2種，方式一是滑套封隔器分段壓裂，二是可鑽式橋塞分段壓裂。美國頁岩氣生產井85%採用水平井和多級壓裂技術結合的方式，開採增產效果顯著。
2．7．2清水壓裂
清水壓裂是清水加少量減阻劑穩定劑、表面活性劑等添加劑作為壓裂液，又叫做減阻水壓裂SlickwaterFracture。實驗表明添加了支撐劑的清水壓裂效果明顯提高，並且成本低、地層傷害小。
2．7．3同步壓裂
同步壓裂是對2口或更多的配對井OffsetWells，進行同時壓裂，最初是2口互相接近且深度大致相同的水平井間的同時壓裂，目前已發展成3口井甚至4口井同時壓裂。此技術是採用使壓裂液和支撐劑，在高壓下從一口井向另一口井運移距離最短的方法，來增加水力壓裂裂縫網路的密度和表面積利用井間連通的優勢來，增大工作區裂縫的程度和強度最大限度地連通。天然裂縫同步壓裂對頁岩氣井短期內增產非常明顯而且對工作區環境影響小完井速度快，節省壓裂成本。
2．7．4水力噴射壓裂
水力噴射壓裂是集水力射孔壓裂隔離一體化的技術有多種工藝如水力噴射輔助壓裂水力噴射環空壓裂水力噴射酸化壓裂等此技術優點是不受水平井完井方式的限制可在裸眼和各種完井結構的水平井實現壓裂不使用密封元件而維持較低的井筒壓力迅速準確地壓開多條裂縫解決了裸眼完井水力壓裂常見的儲層天然裂縫發育時裸露井壁表面會使大量流體損失影響壓裂效果的難題缺點是受到壓裂井深和加砂規模的限制
2．7．5重複壓裂
重複壓裂是在頁岩氣井初始，壓裂處理已經無效或者原有支撐劑因時間關係損壞或質量下降，導致產氣量大幅下降的情況下，對氣井重新壓裂的增產工藝。能在頁岩氣藏重建儲層到井眼的線性流，產生導流能力更高的支撐裂縫，恢復或增加產能。據統計重複壓裂能夠以0．3530．706美元104m3的儲量成本，增加頁岩氣產量。、，可使頁岩氣井估計最終採收率提高8%-10%，可采儲量增加60%。
存在問題
3．1頁岩氣研究與開發情況
2005年2010年國土資源部油氣資源戰略研究中心從在川渝鄂蘇浙皖及中國部分北方地區共40×104km2範圍內開展調查勘查示範研究我國正式開始頁岩氣這一新型能源的資源勘探開發項目實施的第一口地質資料井已於2009年11月初在重慶市彭水縣開鑽
中國石油中國石化中國海洋石油已經施工7口頁岩氣探井並壓裂利用老井複查若干口淺井20餘口正在施工的水平井2口頁岩氣勘查工作在四川威遠湖北等地取得了良好的勘查效果已有4口探井獲得了工業氣流
中國石油2007年10月與美國新田石油公司簽署了威遠地區頁岩氣聯合研究協定研究內容是四川威遠地區頁岩氣資源勘探開發前景綜合評價這是中國頁岩氣開發對外合作簽署的第一個協定還與美國沃思堡盆地頁岩氣生產中最有實力的Devon公司簽約聯合研究另一方面中國石油正著手研究從中國已進行和正進行的油氣勘探中取得的頁岩氣第一手資料中國石油在吐哈盆地侏羅系實施了油氣兼探以新的手段專門獲得頁岩吸附氣游離氣含量的資料認識含油氣盆地的測井和地震回響特別值得一提的是在四川宜賓實施了1口頁岩氣專探井設計200m的井深取芯154m進行多項目大量的測試分析該井已於2008年11月完鑽此外為了促進該項工作2009年12月中國石油西南油氣田公司成功開鑽我國第一口頁岩氣井威201井2010年9月威201井獲氣2011年1月西南油氣田公司又開鑽了國內第一口頁岩氣水平井威201－H1井目前該井已完鑽此外西南油氣田公司還同殼牌公司開展了頁岩氣合作對富順―永川區塊頁岩氣進行聯合評價
中國石化中原油田於2010年5月成功實施大型壓裂改造的頁岩氣井方深1井順利進入排液施工階段這口氣井的壓裂施工成功標誌著中國石化頁岩氣勘探開發工作邁出了實質性的重要一步
3．2頁岩氣開發存在的問題
當前我國頁岩氣資源的勘探開發尚處於初級階段面臨著諸多經濟上和技術上的困難與問題這些難題主要體現在以下方面
1開發經驗匱乏需要技術積累頁岩氣開發技術還不成熟處於剛剛起步的階段加之我國的常規天然氣開發正處在蓬勃發展時期目前也無法動用大量人力物力去勘探開發頁岩氣資源
2頁岩氣資源的開採難度大頁岩氣儲集層是由岩化的黏土有機物質和礦物質混合而成儘管有機質能夠產生豐富的頁岩氣但這些紋理清楚的岩石間的空隙太小滲透率低氣流阻力比常規天然氣大開採難度很大所有的井都需要實施多級壓裂改造而且頁岩氣採收率比常規天然氣低常規天然氣採收率在60%以上而頁岩氣僅為5%60%
3需要比美國更先進的技術我國頁岩氣藏的儲層與美國相比有所差異如四川盆地的頁岩氣層埋深要大於美國美國的頁岩氣層深度在800m2600m而四川盆地的頁岩氣層埋深在2000m3500m頁岩氣層深度的增加增添了開採難度
4其他困難比如頁岩氣開發需要大量資金投入初期開發成本很高短期內很難降下來而且頁岩氣開發的投資回收周期長經濟效益短期內難以體現但是業內人士普遍認為相比之於技術這些困難並不是問題的主要方面只要解決好技術難題我國頁岩氣大發展指日可待
2005年2010年國土資源部油氣資源戰略研究中心從在川渝鄂蘇浙皖及中國部分北方地區共40×104km2範圍內開展調查勘查示範研究我國正式開始頁岩氣這一新型能源的資源勘探開發項目實施的第一口地質資料井已於2009年11月初在重慶市彭水縣開鑽
中國石油中國石化中國海洋石油已經施工7口頁岩氣探井並壓裂利用老井複查若干口淺井20餘口正在施工的水平井2口頁岩氣勘查工作在四川威遠湖北等地取得了良好的勘查效果已有4口探井獲得了工業氣流
中國石油2007年10月與美國新田石油公司簽署了威遠地區頁岩氣聯合研究協定研究內容是四川威遠地區頁岩氣資源勘探開發前景綜合評價這是中國頁岩氣開發對外合作簽署的第一個協定還與美國沃思堡盆地頁岩氣生產中最有實力的Devon公司簽約聯合研究另一方面中國石油正著手研究從中國已進行和正進行的油氣勘探中取得的頁岩氣第一手資料中國石油在吐哈盆地侏羅系實施了油氣兼探以新的手段專門獲得頁岩吸附氣游離氣含量的資料認識含油氣盆地的測井和地震回響特別值得一提的是在四川宜賓實施了1口頁岩氣專探井設計200m的井深取芯154m進行多項目大量的測試分析該井已於2008年11月完鑽此外為了促進該項工作2009年12月中國石油西南油氣田公司成功開鑽我國第一口頁岩氣井威201井2010年9月威201井獲氣2011年1月西南油氣田公司又開鑽了國內第一口頁岩氣水平井威201－H1井目前該井已完鑽此外西南油氣田公司還同殼牌公司開展了頁岩氣合作對富順―永川區塊頁岩氣進行聯合評價
中國石化中原油田於2010年5月成功實施大型壓裂改造的頁岩氣井方深1井順利進入排液施工階段這口氣井的壓裂施工成功標誌著中國石化頁岩氣勘探開發工作邁出了實質性的重要一步
3．2頁岩氣開發存在的問題
當前我國頁岩氣資源的勘探開發尚處於初級階段面臨著諸多經濟上和技術上的困難與問題這些難題主要體現在以下方面
1開發經驗匱乏需要技術積累頁岩氣開發技術還不成熟處於剛剛起步的階段加之我國的常規天然氣開發正處在蓬勃發展時期目前也無法動用大量人力物力去勘探開發頁岩氣資源
2頁岩氣資源的開採難度大頁岩氣儲集層是由岩化的黏土有機物質和礦物質混合而成儘管有機質能夠產生豐富的頁岩氣但這些紋理清楚的岩石間的空隙太小滲透率低氣流阻力比常規天然氣大開採難度很大所有的井都需要實施多級壓裂改造而且頁岩氣採收率比常規天然氣低常規天然氣採收率在60%以上而頁岩氣僅為5%60%
3需要比美國更先進的技術我國頁岩氣藏的儲層與美國相比有所差異如四川盆地的頁岩氣層埋深要大於美國美國的頁岩氣層深度在800m2600m而四川盆地的頁岩氣層埋深在2000m3500m頁岩氣層深度的增加增添了開採難度
4其他困難比如頁岩氣開發需要大量資金投入初期開發成本很高短期內很難降下來而且頁岩氣開發的投資回收周期長經濟效益短期內難以體現但是業內人士普遍認為相比之於技術這些困難並不是問題的主要方面只要解決好技術難題我國頁岩氣大發展指日可待
技術分析
要選擇適合國情的頁岩氣開發技術，首先要了解我國各地區頁岩儲層的特性，如粘土礦物成分及含量、脆性等。在借鑑國外頁岩氣開發工藝技術的基礎上，最佳化出適應性較強的頁岩氣開發技術。
4.1、國內外頁岩儲層層位對比
美國頁岩儲層屬於海相沉積層位，深度範圍在76~2440m，厚度通常為30~150m。如NewAlbaney和Antrim有9000口頁岩氣井深度在76~610m。AppalachianDevonian和Lewis有20000口頁岩氣井深度在915~1525m。Bar－nett和Woodford頁岩氣井要更深些，在1525~2440m。Caney和Fayetteville頁岩氣井深度在610~1830m。
我國四川盆地頁岩氣比較有利的儲層是下志留系龍馬溪組和下寒武系筇竹寺組。這兩個層位的深度分別在2188~4131m和1948~4618m，也屬於海相沉積下志留系龍馬溪組。黑色頁岩厚度由威遠地區的0~170m向東南增厚到650m。下寒武系筇竹寺組頁岩厚度基本穩定在200~300m。
通過以上比較可以看出我國四川盆地的頁岩氣富集儲層埋深比美國的最大厚度相當。
4．2國內外頁岩儲層特性對比
以美國Barnett頁岩和四川盆地龍馬溪組和筇竹寺組頁岩為例頁岩儲層的鏡質組反射率總有機質含量孔隙度滲透率的對比見表1
通過比較以上幾組頁岩各指標基本相當但是對於四川盆地頁岩儲層的改造還需參考其它因素通過試驗進一步驗證
4．3國內頁岩氣開發技術適應性分析
我國水平井鑽井技術與欠平衡鑽井技術已比較成熟2005年以來西南油氣田先後引入LWD旋轉地質導向FEMWD等先進裝備2007年套用欠平衡鑽井技術完成廣安0022H1井鑽井作業水平井段超過2000m在固井方面泡沫水泥固井技術從20世紀80年代就已在我國部分油氣田套用目前在青海油田花土溝吐哈油田巴喀勝利油田草橋鄂爾多斯氣田河南油田氣井中均取得了較好的套用效果技術已相對成熟目前國內完井常採用工藝包括射孔完井如TCP射孔水力噴射射孔以及多功能組合管柱試油完井等這些技術在國內各油氣田均得到廣泛套用
儲層改造技術方面水力壓裂酸化工藝廣泛套用於油氣井增產其中連續油管水力噴射加砂壓裂在大慶長慶四川吐哈等油田成功套用在此基礎上發展的水平井分段水力噴射加砂壓裂技術也較成熟我國許多油氣田已從國外進口了大型的壓裂設備如四川井下作業公司先後引進了FC222512Q型壓裂車HQ2000型壓裂車FBRC100ARC混砂車HR10M連續油管作業等設備可以完全滿足水力壓裂施工的需要再次增產可採用重複壓裂技術人工舉升技術大慶油田成功套用了裂縫轉向重複壓裂技術可以實現裂縫有效控制氣舉排水在煤層氣開發中已經被大量採用
4.1、國內外頁岩儲層層位對比
美國頁岩儲層屬於海相沉積層位，深度範圍在76~2440m，厚度通常為30~150m。如NewAlbaney和Antrim有9000口頁岩氣井深度在76~610m。AppalachianDevonian和Lewis有20000口頁岩氣井深度在915~1525m。Bar－nett和Woodford頁岩氣井要更深些，在1525~2440m。Caney和Fayetteville頁岩氣井深度在610~1830m。
我國四川盆地頁岩氣比較有利的儲層是下志留系龍馬溪組和下寒武系筇竹寺組。這兩個層位的深度分別在2188~4131m和1948~4618m，也屬於海相沉積下志留系龍馬溪組。黑色頁岩厚度由威遠地區的0~170m向東南增厚到650m。下寒武系筇竹寺組頁岩厚度基本穩定在200~300m。
通過以上比較可以看出我國四川盆地的頁岩氣富集儲層埋深比美國的最大厚度相當。
4．2國內外頁岩儲層特性對比
以美國Barnett頁岩和四川盆地龍馬溪組和筇竹寺組頁岩為例頁岩儲層的鏡質組反射率總有機質含量孔隙度滲透率的對比見表1
通過比較以上幾組頁岩各指標基本相當但是對於四川盆地頁岩儲層的改造還需參考其它因素通過試驗進一步驗證
4．3國內頁岩氣開發技術適應性分析
我國水平井鑽井技術與欠平衡鑽井技術已比較成熟2005年以來西南油氣田先後引入LWD旋轉地質導向FEMWD等先進裝備2007年套用欠平衡鑽井技術完成廣安0022H1井鑽井作業水平井段超過2000m在固井方面泡沫水泥固井技術從20世紀80年代就已在我國部分油氣田套用目前在青海油田花土溝吐哈油田巴喀勝利油田草橋鄂爾多斯氣田河南油田氣井中均取得了較好的套用效果技術已相對成熟目前國內完井常採用工藝包括射孔完井如TCP射孔水力噴射射孔以及多功能組合管柱試油完井等這些技術在國內各油氣田均得到廣泛套用
儲層改造技術方面水力壓裂酸化工藝廣泛套用於油氣井增產其中連續油管水力噴射加砂壓裂在大慶長慶四川吐哈等油田成功套用在此基礎上發展的水平井分段水力噴射加砂壓裂技術也較成熟我國許多油氣田已從國外進口了大型的壓裂設備如四川井下作業公司先後引進了FC222512Q型壓裂車HQ2000型壓裂車FBRC100ARC混砂車HR10M連續油管作業等設備可以完全滿足水力壓裂施工的需要再次增產可採用重複壓裂技術人工舉升技術大慶油田成功套用了裂縫轉向重複壓裂技術可以實現裂縫有效控制氣舉排水在煤層氣開發中已經被大量採用
開發建議
5．1川渝地區頁岩氣資源潛力
1侏羅系頁岩氣資源潛力1113侏羅系中統和下統是四川盆地內暗色頁岩發育的主要層系湖盆中心暗色頁岩厚度最大其西側附近的暗色頁岩平均厚度45m南充至重慶一線的東北部暗色頁岩有效厚度50m以上最大厚度達379m四川盆地東部地區暗色頁岩有效厚度平均為142m川北地區暗色頁岩有效厚度平均為96m川中地區暗色頁岩有效厚度平均為45m生油量127．05×108t生氣量8×1012m3川西地區侏羅系紅層中所夾的暗色頁岩厚度為47．5m114m鑽探中還發現瀝青生氣量為5．6118．26×1012m3
2二疊系頁岩氣資源潛力14二疊繫上統頂部發育有海相深水沉積的暗色頁岩即大隆組烴源岩四川盆地北部分布有4個大型海槽城口―鄂西海槽開江―梁平海槽廣元―旺蒼海槽和松潘―甘孜海槽此前的鑽探已表明前三個海槽地區均有大隆組暗色頁岩廣泛分布大隆組暗色頁岩的厚度有從西向東變薄的趨勢廣元―旺蒼海槽區14口井鑽遇大隆組地層厚度平均32．34m開江―梁平海槽7口井鑽遇大隆組地層厚度平均22．86m城口―鄂西海槽區6口井鑽遇大隆組地層厚度平均15．67m大隆組暗色頁岩分布面積很大如開江―梁平海槽相區內分布的面積約2．5×104km2
3志留系頁岩氣資源潛力志留系是我國南方地區的重要烴源岩特別是志留系下統地層是四川盆地上覆碳酸鹽岩氣藏天然氣主要補充來源尤其為盆地東部地區石炭系雲岩氣藏集中存在發揮了重要的作用川南地區志留系下統頁岩氣資源很豐富中石油於2006年的資源調查成果豐碩威遠地區的筇竹寺組和瀘州地區的龍馬溪組暗色頁岩均有頁岩氣成藏的地質條件威遠陽高寺和九奎山區域158口井前期鑽井資料複查普遍有氣顯示威5井筇竹寺組暗色頁岩井段鑽井顯示氣浸和井噴在未進行裂縫型氣藏解堵措施條件下獲得天然氣產量2．46×104m3d瀘州地區龍馬溪組暗色頁岩地層幾口井資料複查也有不同級別的氣顯示威遠和瀘州兩地區的兩套暗色頁岩地層頁岩氣資源初步評估就多達6．88．4×1012m3相當於四川盆地內的常規天然氣資源總量
5．2開發建議
當前我國頁岩氣資源勘探開發尚處於初級階段急需完成以下幾個方面的工作
1頁岩氣地質條件具有複雜性和特殊性非常規油氣藏成藏條件複雜儲層緻密非均質性強屬於低滲透儲層滲透率極低而目前對川渝地區的頁岩儲層特徵缺乏系統認識尚有待於全面而系統地勘探開發和評價建議借鑑國外技術手段對比川渝地區的儲層和國外頁岩氣儲層尋找頁岩氣富集區帶和有利開發區
2頁岩氣儲層的鑽完井技術包括直井和水平井以目前國內技術完全可以實現為了提高固井質量建議在成本允許的條件下採用泡沫水泥固井技術目前國內從頁岩氣井的鑽探到儲層改造均已具備了一定的技術基礎但還未投入實踐需要開展試驗性的工作進行驗證並從中摸索經驗在開發初期可以先選擇較淺深度2000m左右的頁岩儲層鑽直井進行試驗了解目的層特性獲得鑽井壓裂和投產經驗獲取一定數據資料和施工經驗後再向深井深度3000m4000m和水平井發展先期水平井壓裂試驗應在單支水平井中進行積累一定成功經驗後再試驗同步壓裂等技術7
3儲層改造技術方面建議借鑑國外經驗在產層初期改造時可採用水力壓裂工藝對於水平井可採用較為成熟的分段水力噴射射孔壓裂技術此外對水力壓裂效果監測可嘗試微地震監測技術根據四川志留系龍馬溪組頁岩樣品礦物分析結果其中方解石平均含量為16．6%白雲石平均含量為14．2%因此可以考慮通過酸壓來提高儲層滲透率但必須經過實驗室分析測試後才能決定是否採用該工藝以及採用何種酸液體系建議在水平井水力壓裂方面開發或引進類似DeltaStim技術的用於水平裸眼井段的增產滑套完井和多級壓裂技術7
4根據川渝地區頁岩儲層的特點開發適合壓裂施工所需的工作液體系
1侏羅系頁岩氣資源潛力1113侏羅系中統和下統是四川盆地內暗色頁岩發育的主要層系湖盆中心暗色頁岩厚度最大其西側附近的暗色頁岩平均厚度45m南充至重慶一線的東北部暗色頁岩有效厚度50m以上最大厚度達379m四川盆地東部地區暗色頁岩有效厚度平均為142m川北地區暗色頁岩有效厚度平均為96m川中地區暗色頁岩有效厚度平均為45m生油量127．05×108t生氣量8×1012m3川西地區侏羅系紅層中所夾的暗色頁岩厚度為47．5m114m鑽探中還發現瀝青生氣量為5．6118．26×1012m3
2二疊系頁岩氣資源潛力14二疊繫上統頂部發育有海相深水沉積的暗色頁岩即大隆組烴源岩四川盆地北部分布有4個大型海槽城口―鄂西海槽開江―梁平海槽廣元―旺蒼海槽和松潘―甘孜海槽此前的鑽探已表明前三個海槽地區均有大隆組暗色頁岩廣泛分布大隆組暗色頁岩的厚度有從西向東變薄的趨勢廣元―旺蒼海槽區14口井鑽遇大隆組地層厚度平均32．34m開江―梁平海槽7口井鑽遇大隆組地層厚度平均22．86m城口―鄂西海槽區6口井鑽遇大隆組地層厚度平均15．67m大隆組暗色頁岩分布面積很大如開江―梁平海槽相區內分布的面積約2．5×104km2
3志留系頁岩氣資源潛力志留系是我國南方地區的重要烴源岩特別是志留系下統地層是四川盆地上覆碳酸鹽岩氣藏天然氣主要補充來源尤其為盆地東部地區石炭系雲岩氣藏集中存在發揮了重要的作用川南地區志留系下統頁岩氣資源很豐富中石油於2006年的資源調查成果豐碩威遠地區的筇竹寺組和瀘州地區的龍馬溪組暗色頁岩均有頁岩氣成藏的地質條件威遠陽高寺和九奎山區域158口井前期鑽井資料複查普遍有氣顯示威5井筇竹寺組暗色頁岩井段鑽井顯示氣浸和井噴在未進行裂縫型氣藏解堵措施條件下獲得天然氣產量2．46×104m3d瀘州地區龍馬溪組暗色頁岩地層幾口井資料複查也有不同級別的氣顯示威遠和瀘州兩地區的兩套暗色頁岩地層頁岩氣資源初步評估就多達6．88．4×1012m3相當於四川盆地內的常規天然氣資源總量
5．2開發建議
當前我國頁岩氣資源勘探開發尚處於初級階段急需完成以下幾個方面的工作
1頁岩氣地質條件具有複雜性和特殊性非常規油氣藏成藏條件複雜儲層緻密非均質性強屬於低滲透儲層滲透率極低而目前對川渝地區的頁岩儲層特徵缺乏系統認識尚有待於全面而系統地勘探開發和評價建議借鑑國外技術手段對比川渝地區的儲層和國外頁岩氣儲層尋找頁岩氣富集區帶和有利開發區
2頁岩氣儲層的鑽完井技術包括直井和水平井以目前國內技術完全可以實現為了提高固井質量建議在成本允許的條件下採用泡沫水泥固井技術目前國內從頁岩氣井的鑽探到儲層改造均已具備了一定的技術基礎但還未投入實踐需要開展試驗性的工作進行驗證並從中摸索經驗在開發初期可以先選擇較淺深度2000m左右的頁岩儲層鑽直井進行試驗了解目的層特性獲得鑽井壓裂和投產經驗獲取一定數據資料和施工經驗後再向深井深度3000m4000m和水平井發展先期水平井壓裂試驗應在單支水平井中進行積累一定成功經驗後再試驗同步壓裂等技術7
3儲層改造技術方面建議借鑑國外經驗在產層初期改造時可採用水力壓裂工藝對於水平井可採用較為成熟的分段水力噴射射孔壓裂技術此外對水力壓裂效果監測可嘗試微地震監測技術根據四川志留系龍馬溪組頁岩樣品礦物分析結果其中方解石平均含量為16．6%白雲石平均含量為14．2%因此可以考慮通過酸壓來提高儲層滲透率但必須經過實驗室分析測試後才能決定是否採用該工藝以及採用何種酸液體系建議在水平井水力壓裂方面開發或引進類似DeltaStim技術的用於水平裸眼井段的增產滑套完井和多級壓裂技術7
4根據川渝地區頁岩儲層的特點開發適合壓裂施工所需的工作液體系
