页岩气压裂的地质因素和技术发展

【摘要】页岩气是指泥岩或页岩在各种地质条件下生成的没有完全排出的天然气，页岩气主要缺失二次运移，其主要游离和吸附在页岩层上，页岩气开采中主要采用压裂开采，其中页岩气压裂相关的储层地质因素为：岩性及矿物组分、孔隙度和渗透率和裂缝，笔者也论述了页岩气压裂技术的发展。

【关键词】页岩气 裂压 地质因素 发展

1 概述

页岩气正获得全球范围的认同，其资源勘探和开采已引起越来越多国家和企业的关注。页岩气是指泥岩或页岩在各种地质条件下生成的没有完全排出的天然气，页岩气主要缺失二次运移，其主要游离和吸附在页岩层上，页岩气是一种非常规的天然气，与致密气和煤层气同属于非常规的天然气。页岩气主要形成在沉积盆地内厚度较大、分布广泛的页岩或者泥岩之中，页岩气的富集分为吸附和游离态。页岩气的富集状态就决定页岩气的开采与常规的天然气相比有很多的不同，页岩气的开采具有开采寿命和开采的周期较长的特点，页岩气只有通过压裂技术才能够达到一定的经济产量，通过大量的水平井的钻探才能够使页岩气井能够有长期并且稳定的产量。

在中国，中石油、中石化等国家石油企业都把页岩气作为新型能源，都大大加强对页岩气的勘探与开发。页岩气在储量上教丰富，期页岩气的资源量远远多于常规开发的天然气。通过大量地质工作，中国的页岩气的可采资源量大约26万亿立方米，页岩气的产生需要一定的热量使有机质成熟，因此中国的页岩气主要是分布在吐哈、准噶尔、江汉、鄂尔多斯和四川等含油气盆地中。

2 页岩气压裂相关的储层特征

2.1 岩性及矿物组分复杂

通过得比美国页岩气开采的经验，页岩的开采必须寻找到容易压裂的岩层，这些页岩的黏土含量要小于50%才能够成功被压裂，在美国页岩气的开采中，Barnett盆地页岩的黏土含量小于50%，这使得Barnett盆地页岩的压裂很容易。通过实验室X射线衍射分析Barnett盆地页岩，其主要的矿物成分为石英、碳酸盐和黏土，页岩中次要的矿物主要为长石、绿泥石和有机干酪根。同样，页岩气的生产运移速度都是直接取决裂缝的发育，裂缝越发育，其通过的速度都越大，还有其裂缝越发育，页岩的排烃厚度越大，其产量就越大，因此页岩的矿物组成直接决定裂缝的发育，也直接影响页岩气的产能。

2.2 页岩孔隙度和渗透率

页岩气主要是以吸附状和游离状存在，页岩的孔隙大小直接决定页岩气的游离态含量的大小。虽然孔隙度和渗透率是在常规储层中分析的重要的地质指标，但是对非常规的页岩气的开采也有重要的指导作用。在美国的页岩气的勘探中，Ohio页岩和Antrim页岩分布位于阿巴拉契亚盆地和密执安盆地，这两个盆地中局部孔隙度可以高达15%，这些孔隙一大半被游离的页岩气充满，这样的孔隙就直接影响着页岩气的产量。虽然页岩的基岩几乎没有渗透率，但是渗透率的大小直接判断页岩气气藏是否具有开发经济价值的重要参数，渗透率的大小直接决定人工压裂后页岩的排烃厚度，也决定其压裂的效果。

2.3 裂缝

页岩的原生的裂缝几乎很少，主要是通过人工压裂后产生的次生裂缝，裂缝的产生有助于页岩气的游离状态体积的增加，同样也加速了天然气的解析，天然气的解析直接也决定页岩气气藏的品质，一般认为，裂缝越发育，页岩气的品质也越好，但是不是绝对成正比关系，裂缝的发育对待页岩气成藏具有双重作用，首先适量的裂缝可以为天然气的成藏运移通过较大的聚集空间和运移通道，也直接增加了游离页岩气的产量，其次，如果裂缝发育的规模较大，页岩气直接游离到空气中，这样就直接造成页岩气资源的流失。原始的页岩具有非常低的渗透率，相应的天然的裂缝也不发育，这样就必须通过人工的压裂来增加次生裂缝，这样次生裂缝能够与采气井直接相连，这样也为页岩气的解析提供较大的面积和压力。

通过上述的影响页岩气压裂相关的地质因素，压裂的主要目的是产生适量的孔隙，提高页岩的渗透率，增加页岩气的游离空间。上述地质因素中岩性和矿物组分是影响裂缝发育的重要因素，其中岩石中有机物含量和石英等脆性物质的含量直接影响裂缝的发育。因此，在岩石压裂前预测页岩的矿物成分是准确判断页岩人工压裂后效果的基础。

3 页岩气压裂技术发展

页岩气储层是一个致密的页岩层，现在对待页岩气的开采必须经压裂才能形成工业气流。页岩气储层的压裂是一个重要的石油开采工艺，其压裂改造工艺、加砂规模等都与常规压裂改造有明显不同，常规的储层压裂都是通过滑溜水和大排量压裂进行压裂开采，但不同的页岩区块储层特征不相同，常规的压裂的工艺不是很适合页岩气开采。页岩气的压裂的开采要根据地层的岩性、脆塑性和敏感性等其他的微观特征进行选择开采方式。一般脆性地层只要是含有大量的石英和盐酸盐岩，脆性地层容易形成网络裂缝。而黏土含量高的塑性地层更容易产生双翼裂缝，因此不同的页岩储层采用的开采工艺和采钻液体系都不一样。

国内页岩气的开发刚刚起步，没有成型的页岩气开发配套技术。根据国内外页岩气压裂技术发展现状和动态，建议我国在以下方面加强研究与应用：

（1）页岩气混合压裂技术研究。包括页岩气储层及混合压裂可行性评价、压裂井气藏数值模拟及压裂效果预测、压裂液体系优选及配方研究、混合压裂优化设计方法研究、混合压裂现场试验研究。

（2）页岩气网络压裂技术研究。包括网络压裂机理及裂缝扩展模式研究、优化设计方法研究、现场监测与诊断方法研究、压后产能评价方法研究和现场试验。

（3）页岩气“水平井+多段压裂”技术研究。包括页岩气水平井分段压裂地质评价、水平井压裂选段及射孔参数优化、滑套式喷射器开发与研制、水平井测试压裂设计与解释方法研究、水平井多段压裂优化设计方法研究和现场试验。

参考文献

[1] 张金川，金之钧，袁明生.页岩气成藏机理和分布[J].天然气工业，2004，24（7）：15-18

[2] Gidley，J.L.等著，单文文译：水力压裂技术新发展，北京：石油工业出版社，1995

作者简介

李旖旎，女，2010年毕业于长江大学石油工程专业，现于中国石油青海油田分公司采油一厂采油工艺研究所工作。