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非常规油气资源的开发

作者：贾志豪 顾军

来源：《科学与财富》2017年第28期

摘要：近年来，北美地区如美国、加拿大的页岩气开采技术取得了革命性突破，这也有效得带动了中国在页岩气勘探与开发技术上的进步。同时，中国也成为了世界上第三个开始生产页岩气的国家。先人对页岩气的定义以及基本特征进行了一系列研讨，获得一系列研究成果。其中，对页岩气的赋存机理以及富集条件有进行针对性研究，并取得突破，这些对页岩气的勘探以及开发具有一系列启示意义。

关键词：页岩气；赋存机理；富集条件；开发手段 1. 页岩气的赋存机理及富集条件 1.1 页岩气的赋存状态与赋存机理 1.1.1 页岩气的赋存状态

页岩气具有多种赋存形态，而其主要的赋存方式为游离态和吸附态。其中，以游离态的形式赋存于岩石孔隙与裂缝中，以吸附态的形式赋存于存在于有机质颗粒、粘土矿物颗粒之上。 1.1.2 页岩气的赋存机理

根据页岩气赋存状态的分类，可以将页岩气的赋存机理分为四类：吸附机理、游离机理、溶解机理以及综合赋存机理[11]。 （1）吸附机理：

页岩中的吸附方式分为物理吸附与化学吸附。物理吸附一般可以认为是分子间的范德华力所引起的，其特点为普遍性、无选择性、可逆性，也是主要的吸附方式。化学吸附一般发生在物理吸附之后，在常温下吸附速度通常较慢，其特点也与物理吸附恰好相反。页岩气在页岩中大部分处于被吸附的状态。 （2）游离机理：

以游离形式存在的天然气一般可以在页岩的孔隙或裂缝中自由流动，而页岩内有效空间或者有效厚度和面积则决定了游离态天然气的含量。当页岩气吸附达到动态平衡后，多余的气体分子可能会流动到岩石孔隙或裂缝中。 （3）溶解机理：

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同游离机理，天然气分子总会吸附平衡，当处于吸附平衡态时，部分气体可能会处于游离，还有部分气体则会进入连续相中发生溶解[5]。那部分页岩气被认为溶解在有机质如干酪根、液态油等连续相中。 （4）综合赋存机理：

页岩气的吸附、游离和溶解机理并非相互独立的，三种赋存机理是有机统一的，在一定条件下可以相互转化其表现形式。因此，单独研究每一项吸附机理是远远不够的，而应该将三者有机统一起来。

1.2 页岩气的富集条件

页岩气油气藏有其自身特点，除了没有统一的压力系统外，页岩气成藏需要充足的气源、具有适度的储集空间等。从多年的研究结果，可以将页岩气的富集条件分为三类：物源条件（生）、储层条件（储）、保存条件（保）[12]。 （1）物源条件

页岩气油气藏的形成首先得有丰富的生油岩，即充足的气源。因此那些大量蕴含有机质的黑色泥页岩通常是页岩气成藏的优选条件，然而这些页岩的形成条件非常苛刻，除了封闭，能快速沉积外，还需要有较好的还原环境。 （2）储集条件

页岩不仅仅要考虑物源条件还要考虑储层条件，其自身岩性为页岩气的储集创造了条件。与常规油气类似，页岩的孔隙则是提供储集空间的重要条件，所以它的有效厚度，含气面积以及孔隙度的大小则能反应其容量。

然而页岩储层往往孔隙度非常小，渗透率也非常低，从统计学的角度来看，绝大部分页岩的孔隙度小于15%，渗透率一般小于0.1mD，单一的页岩孔隙介质是不足以提供足够的储集空间，因此页岩的储集空间往往是由构造运动产生的裂缝来承担的。 （3）保存条件

页岩气的富集对保存条件的要求是极为苛刻的，构造作用对页岩气的保存有重要的影响。页岩气由于其吸附特征，具有一定的抗破坏能力。但在板块交界处，往往会发生构造作用，例如四川盆地有大量的断裂带。因此，这些由于构造作用影响的发育裂缝会严重影响页岩气的保存。

2. 页岩油气的开发

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2.1 页岩气的勘探开发

对于页岩气开发，最初的认识是无机矿物（特别是脆性矿物）的类型及含量对于工程压裂至关重要，进一步研究表明，无机矿物的类型、成因与演化对于探索页岩气成藏机理与成藏过程同样很重要。无机矿物孔隙对于页岩内部早期液态烃类聚集具有重要作用，无机矿物与固体有机质共同形成的固体格架对于有机孔及其中页岩气的保存有重要意义。

由于页岩的密封性好，油气不容易散失，因此页岩气的开采必须采用水平井及多级压裂进行开发[10]。与直井相比较，水平井具有与储层接触更长的完井层段，通过水力压裂形成裂缝网络，可有效沟通缝洞，从而改善储层物性，使油气在更大范围内从基质向裂缝渗流的距离更短。采用水平井可大幅度提高井筒与地层的接触面积，提高储层整体渗流能力，具有“少井高产”的特点。

2.2 页岩气的开发所面临的挑战

尽管中国页岩气开发取得了可喜的成就，但也面临诸多挑战和考验： （1）页岩气的开采尚处在研究阶段，对于资源的勘探准确性还不能保证； （2）深页岩气藏（4000m以下）勘探与开发技术还不够成熟；

（3）页岩气本身开采难度非常大，尤其是环保问题难得到解决，且水资源量也是个很大的问题；

（4）勘探开发成本仍较高。

对于如何加快推进页岩气的开发，在技术、成本、理论、环境4个方面仍需进行突破，需要在实践中积累经验，寻求合理的开发方式。 参考文献：

[1] John B Curits. 2002. Fractured shale-gas systems. AAPG Bulletin，86（11）：1921～1938. [2]邹才能， 董大忠， 王社教，等. 中国页岩气形成机理、地质特征及资源潜力[J]. 石油勘探与开发， 2010， 37（6）：641-653.

[3] 董大忠， 王玉满， 李新景，等. 中国页岩气勘探开发新突破及发展前景思考[J]. 天然气工业， 2016， 36（1）.

[4] 张金川， 姜生玲， 唐玄，等. 我国页岩气富集类型及资源特点[J]. 天然气工业， 2009， 29（12）：109-114.