页岩气开发技术现状及研究方向

页岩气是一种非常规气藏,在全世界都有广泛的分布,近年来在天然气产量中的比例正在不断增加.页岩气是以多种相态存在并富集于页岩地层中的天然气.页岩既是烃源岩又是储集层,属于典型的自生自储型气藏,页岩气主要以基质吸附气和裂缝、孔隙中的游高气存在.页岩气储层具有低孔、低渗特征,在开发上主要表现为常规试气产能低或无产能,正是由于...     

页岩气成藏条件及中国页岩气勘探风险

分析了页岩气的成藏要素（烃源岩有机质丰度、成熟度、储集层孔隙及埋深等条件）及各要素与含气量之间的关系后发现,应在页岩厚度大、有机碳含量高于0.5%、有机质成熟度大于0.4%、有机质生烃形成的孔隙和裂缝较发育的地区寻找有工业价值的页岩气藏。页岩气储集层具有测井曲线自然伽马值高、体积密度值低、电阻率值高等特征。中国页岩气勘探应重点考虑页岩储集层孔隙（裂缝）发育、储集层埋深大和钻采技术薄弱等风险因素。     

不同母质类型烃源岩排气效率

随着全球页岩气等非常规油气勘探的不断加强,烃源岩排气效率的研究越来越受到关注。根据页岩或煤中实测或理论计算的含气量数据,以及在不同热演化阶段的生气量,探讨了不同母质类型烃源岩在不同热演化阶段的排气效率。煤系烃源岩和海相Ⅰ—Ⅱ1型烃源岩排气效率随着成熟度的增加,排气效率逐渐增加,但两者存在很大的差异,煤系烃源岩排气效率很高,在RO=1.0%时为75%,在RO=5.5%时高达90%以上,高排气效率表明,煤系烃源岩生成的天然气绝大部分都运移到了储层,成为常规天然气和致密砂岩气的主要气源。与煤系烃源岩相比,海相Ⅰ—Ⅱ1型烃源岩排气效率较低,大部分低于70%,低排气效率结果表明,在页岩体系中生成的天然气相当一部分仍滞留在烃源岩中,残留在页岩中的天然气为页岩气的富集提供了物质基础。     

松辽盆地的深盆油藏

借鉴深盆气的形成机理，从沉积及储集层特点、烃源岩超压、油气运移动力、油水分布特征等方面深入剖析松辽盆地扶杨油层的成藏机制。认为坳（凹）陷中大面积分布的低渗透油藏可称为深盆油藏，其成藏特点与常规岩性油藏不同：①砂岩全盆地连续分布，凹陷区储集层致密；②油源充足，超压为主要排烃动力，浮力作用弱；③油藏平面分布具有油水倒置现象；④油层连片分布，产量普遍较低，但局部存在储集层厚度大、物性好、单井产能高的经济勘探地区，即“甜点”。建立了松辽盆地扶杨油层深盆油藏成藏模式，预测松辽盆地深盆油藏的资源潜力巨大，指出应转变勘探思路，向富油坳（凹）陷拓展，转变资源定位，调整预探目标和勘探技术序列，勘探深盆油藏。图7表1参9     

鄂尔多斯盆地石炭系-二叠系煤系非常规天然气勘探开发进展与攻关方向

随着非常规天然气甜点评价、水平井分段压裂及多层立体开发等技术的发展,非常规天然气勘探开发对象逐渐由单一型向复合型转变,海-陆过渡相复合型煤系非常规气共探合采有望成为中国页岩油气后的“新非常规革命”。石炭系-二叠系是鄂尔多斯盆地重要的烃源岩层系,非常规天然气资源潜力巨大,但尚处在勘探开发初级阶段。基于“十三五”勘探进展和攻关认识,总结出鄂尔多斯盆地石炭系-二叠系具有“两源、三高、三气”的非常规天然气地质特征。石炭系-二叠系发育多种岩性/岩性组合类型,其中富煤岩性组合和富有机质页岩岩性组合（“两源”）是勘探潜力比较大的主体类型,烃源岩有机显微组分以镜质组为主,储集空间以有机孔和微裂缝为主,具有高有机碳含量、高热演化程度和高含气量的“三高”特点;气体赋存状态深、浅层分异明显,浅层煤层以吸附气为主,深层煤层存在游离气,形成了煤层气、页岩气、致密砂岩气“三气”共存的多种组合类型。聚焦煤系储层致密、甜点识别难度大、应力大等挑战,初步形成了“长水平段、大排量、大液量、大砂量”钻完井工艺,有效支撑了深层煤系非常规天然气勘探突破。“十四五”期间将进一步加强煤系烃源岩及岩性组合综合研究,建立地质-工程甜点综合评价理论与技术,形成立体勘探开发与工程配套技术,助力鄂尔多斯盆地非常规天然气高质量发展。     

美国页岩气压裂增产技术

页岩气是非常规气勘探开发的重要领域,并在美国取得了巨大成功。页岩气以吸附或游离状态为主要存在形式,形成于暗色高碳泥质烃源岩中。页岩气藏是典型的非常规天然气藏,它具有低渗透、生产周期长和开采寿命长的特点。页岩气作为一种高效、清洁的能源,其中蕴藏着巨大的经济和环境效益。美国页岩气开发采用了先进的压裂增产技术,页岩气产量逐年提高。水力压裂技术的改进主要是指各种压裂技术的涌现,如分段压裂技术、重复压裂技术、同步压裂技术和清水压裂技术等。     

再论海相沉积是中国石油工业未来的希望

中国海相沉积分布广泛,古老碳酸盐岩是勘探规模储量发现的主要领域,在四川盆地的震旦系与寒 武系、塔里木盆地的寒武系与奥陶系以及鄂尔多斯盆地的奥陶系均发现了规模储量。 古老碳酸盐岩油气 资源丰富,泥质烃源岩生烃潜力大,古隆起背景上油藏类型多,未来的油气勘探要集中在大型古隆起复式 油气聚集带、区域不整合面控制的地层溶蚀带、台缘带礁滩体及与蒸发岩共生的台内颗粒滩等重点领域。 四川盆地广泛分布的海相黑色页岩沉积是页岩气勘探的重要领域,非常规油气勘探前景广阔。     

准噶尔盆地二叠系全油气系统与源内天然气勘探新领域

为进一步拓展准噶尔盆地油气勘探领域,丰富和发展石油地质基础理论及认识,以近年来勘探实践为基础,总结现阶段油气勘探特点与发展趋势,分析了二叠系全油气系统及源内深层非常规天然气大规模成藏条件。结果表明,中—下油气成藏组合已成为勘探主体,深层具备油气聚集条件,烃源岩控制油气分布,形成了常规和非常规油气藏有序共存的分布模式。二叠系优质烃源岩持续供烃,是全油气系统形成的前提,并发育源内和源外2套油气成藏子系统,二叠系发育不同类型的源内储集层,具有大规模天然气,特别是非常规天然气的勘探潜力。这不仅拓宽了准噶尔盆地油气勘探领域,支撑从大油田建成大油气田,也对进一步完善全油气系统理论具有重要意义,深层源内非常规油气是未来富烃凹陷勘探的重要领域。     

烃源岩矿物组成特征及油气地质意义——以中上扬子古生界海相优质烃源岩为例

系统分析中上扬子古生界3套海相优质烃源岩矿物组成及其影响因素,探讨烃源岩矿物组成所蕴含的油气地质意义。中上扬子古生界下寒武统牛蹄塘组、上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组、上二叠统大隆组优质烃源岩具有相似的矿物组成,主要为硅质型泥页岩,黏土矿物含量低,而上二叠统龙潭组烃源岩矿物组成变化较大。约65%的烃源岩样品中石英含量大于70%,黏土型泥页岩主要发育在龙潭组。海相烃源岩矿物组成的差异主要由沉积环境所致,同时受生物沉积作用、热演化成熟度的影响。矿物组成是导致烃源岩生烃模式和排烃能力差异的因素之一。牛蹄塘组、五峰组-龙马溪组、大隆组优质烃源岩富脆性的硅质矿物而低黏土矿物,有利于页岩气的开采,但较低的黏土矿物含量对泥页岩吸附气能力是一种制约因素;龙潭组页岩气勘探应根据其矿物组成的变化在不同区域分别对待。图11表1参65     

南华北盆地禹州地区ZK0606钻孔上古生界煤系烃源岩评价

南华北盆地禹州地区上古生界含煤地层具有良好的非常规油气勘探前景,但对该地区潜在烃源岩缺少系统的评价。研究选取禹州地区上古生界揭露较全的全取心ZK0606钻孔,对上古生界煤岩、泥岩和碳酸盐岩系统地取样,并进行有机碳、岩石热解、氯仿沥青"A"、有机显微组分、镜质体反射率和干酪根碳同位素分析。结果表明:禹州地区ZK0606钻孔上古生界烃源岩不仅包括煤岩和泥岩,碳酸盐岩也可作为潜在烃源岩;纵向上,烃源岩主要分布于太原组和山西组下部,较为连续,山西组上部、下石盒子组烃源岩主要分布在煤层(线)附近,控制厚度较小,上石盒子组基本不发育烃源岩,烃源岩纵向上的分布规律主要与晚古生代的海侵作用有关;ZK0606钻孔上古生界煤岩和泥岩烃源岩有机质类型为Ⅲ型,碳酸盐岩有机质类型也为Ⅲ型,明显有别于一般碳酸盐岩的有机质类型,此与该区碳酸盐岩特殊的沉积环境有关;ZK0606钻孔上古生界烃源岩热演化程度达到成熟—高成熟阶段,具有随深度增加而逐渐增大的趋势,较高的热演化程度可能与该区较高的地温梯度有关。根据烃源岩的基本特征,结合煤层气和页岩气的评价方法,山西组二1煤及其上下部的泥岩应是煤层气和页岩气最主要的勘探目的层,白沙向斜的南东侧应是重点勘探的区域。     

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涩北气田为一成岩程度较低的砂泥岩浅层大型气田，岩心实验表明各种粒级的砂质和泥质岩类孔隙度相差不大，尤其对泥质含量高的储层气层电性特征不明显，不能有效地划分储层。根据涩北气田的储层和盖层的特征，章提出采用排驱压力法来区分储层和盖层，通过岩心分析和试油结果建立的泥质含量、产能、渗透率与排驱压力的关系表明，排驱压力与泥质含量为很好的正相关的关系，储层与盖层排驱压力差越大产能越高，而排驱压力与岩心渗透率有良好的负相关关系，说明采用排驱压力可以较理想地识别储层。考察各测井资料与排驱压力关系，确定自然伽马的相对值和电阻率与排驱压力关系密切，因而建立起测井资料与排驱压力关系，进而比较全面地建立起了一套适用于该浅层生物气田的测井储层评价方法。使用该方法，对涩北气田的储层进行了重新解释，新层经试油得到验证，为本气田的增储上产发挥了重要作用。     

中国非常规致密岩油气藏特征

致密岩油气是非常规油气资源的一种,在全球广泛分布,在中国分布也十分广泛,具有广阔的开发潜力,但目前我国对其的勘探程度还比较低。为此,研究并总结了中国致密岩(砂质岩、泥质岩、泥质灰岩等)油气的主要特征:具有特低的孔隙度、渗透率条件,致密岩与烃源岩多呈互层状,多时代、多层段叠置并大面积成藏,该类油气藏组合类型多样、以自生自储组合为主,具有多层、多点、全方位排烃和充注的特点,油、气、水关系复杂,常与泥页岩油气及煤层气共存。结论认为,在中国非常规油气资源类型中,致密岩油气资源潜力最大,而且致密岩油气比暗色泥页岩油气或煤层气开采技术难度相对要小,是我国当前和今后油气勘探开发最重要和现实的接替领域之一。     

四川盆地南部页岩气藏大型水力压裂作业先导性试验

四川盆地南部的古生界页岩发育,储集了丰富的天然气资源。由于页岩气藏渗透率极低,通常都需要水力压裂改造才能获得经济的开采。为此,针对区块内某一口页岩气井志留系龙马溪组和寒武系筇竹寺组储层特征和技术改造难点,分别从工艺优化、设备配套、供液配套、高低压连接到质量控制等方面进行了详细的分析,将整体配套技术应用于现场作业并取得了成功,证实了采用大型水力压裂作业技术对页岩气藏实施增产改造是可行的,为下一步页岩气藏的规模化、效益化开发提供了技术支撑。     

页岩气勘探和开发进展综述

页岩气是指以吸附或游离状态聚集在暗色泥页岩或高碳泥页岩中的一种非常规天然气,储集空间为有机质孔隙及矿物基质孔隙和裂缝,其来源有生物成因和热解成因 2 种,具有典型的自生自储特征。页岩气孔隙度（<10％）和渗透率（μD～nD）较低,需通过压裂（一般为水力压裂）来增强连通性,进而获得经济开发。页岩气在美国的成功开发展示了页岩气是基础地质和石油工程高度结合的典范。页岩气勘探程度低,技术不成熟,页岩气藏主控因素不清楚,成藏理论或模式有待深入研究,是当前我国页岩气发展面临的主要问题。     

中国页岩气与致密气开发特征与开发技术异同

对比分析我国页岩气藏与致密气藏的开发特征与技术对策,对深刻认识和高效开发上述非常规天然气资源具有重要的意义。为此在研究我国页岩气与致密气地质特征和开发特征的基础上,着重对比分析了二者在开发策略与技术方法上的差异及对策。结果表明:(1)两种非常规气藏宏观上均具有储层致密、非均质性强且大面积连续分布的特点,页岩气储层集中分布,致密气储层多层分散分布;(2)两种气藏均具有异常低孔低渗特征,都需要通过改造达到工业产量,但压裂改造特征和流体渗流特征差异明显;(3)气井产量曲线均为"L"形,但页岩气早期产量递减更快、低产期的生产时间更长;(4)开采均需要优选相对富集区,采用小井距、优快钻井工艺技术,核心工艺是压裂改造,采用单井自然递减、井间接替的生产方式;(5)但上述二者的开发对策和技术方法各有所侧重、解决的关键问题不同。结论认为:(1)页岩气开发对工程技术手段的依赖性更强,对开发技术要求更苛刻;(2)致密气储层的渗透性相对较好,压裂后仍表现出"相对均质"的开发特征,但受地层水影响,致密气高效开发技术同样面临着更高的要求;(3)致密气以成本为目标导向的开发技术是页岩气降低开发成本的主要方向,页岩气工厂化作业及新型压裂工艺技术有助于低品位资源的有效动用。     

页岩气产能影响因素及动态分析

页岩气藏是具有超低渗透率、无圈闭的特点,且有一部分气吸附于储层岩石表面的特殊气藏。页岩气藏中的天然裂缝在成藏过程中通常由于地层水的作用都被方解石充填,在形成产能之前一般都需要进行压裂。因此页岩气藏产能与常规气藏相比有其特殊复杂的影响因素,表现出其独特的渗流机理和生产动态。分析了页岩气产能的影响因素,阐述页岩气的渗流机理,介绍页岩气产能动态分析方法,并利用实例分析证明随水锁启动压力的增大,气井产能逐渐减小。     

黔东南地区岑巩页岩气区块勘探潜力

上扬子地台页岩气资源丰富,特别是下寒武统牛蹄塘组勘探潜力巨大。岑巩页岩气区块位于上扬子地台牛蹄塘组主要页岩气富集区,其页岩气勘探潜力亟待深入和准确评价。运用地层对比、储层分析和烃源岩地球化学分析等手段,结合前人研究成果,对岑巩页岩气区块的构造、储层和烃源岩特征进行了系统研究。通过上述研究,厘定了研究区牛蹄塘组地层的分布范围、储层物性、烃源岩厚度等参数及其分布特征,结合岑页1井含气量测试结果,进一步计算了该区块的资源量。结果表明,岑巩页岩气区块牛蹄塘组有机质类型主要为Ⅰ型和Ⅱ₁型;烃源岩有机质含量高,平均为3.38%;计算镜质体反射率平均为3.56%,达到成熟晚期阶段;储层具有低孔-超低渗、高比表面积特征;区块的可采资源量达71.94×10⁸ m³。由此可认为,岑巩页岩气区块具备了较好的烃源岩、储层、埋藏条件,可采资源量大,可以选择该区块的民和、羊桥和大坪等有利地区进行下一步的勘探和评价工作。     

鄂尔多斯盆地致密油、页岩油特征及资源潜力

长庆油田对渗透率为0.3～1mD的超低渗透油藏已实现了规模有效开发。考虑到鄂尔多斯盆地石油勘探开发实际,将储集层地面空气渗透率小于0.3mD,赋存于油页岩及其互层共生的致密砂岩储层中,石油未经过大规模长距离运移的油藏称为致密油,包括致密砂岩油和页岩油2大类。延长组致密油主要发育于半深湖-深湖相区,以延长组7段（简称长7）油层组油页岩、致密砂岩和湖盆中部的延长组6段（简称长6）油层组致密砂岩最为典型。致密油具有分布范围广,烃源岩条件优越,砂岩储层致密,孔喉结构复杂,物性差,含油饱和度高,原油性质好,油藏压力系数低的特点。纳米级孔喉系统广泛发育是致密油储集体连续油气聚集的根本特征,延长组致密砂岩储层中大多数连通的孔喉直径大于临界孔喉直径,满足油气在致密储层中运移的条件。根据致密油层与生油岩层的接触关系,确定了3种致密油储集层类型：①致密块状砂岩储层;②砂岩-泥岩互层型储层;③油页岩型致密储层。鄂尔多斯盆地长6和长7油层组致密油分布广泛,初步预测致密油总资源量约30×10⁸t,其中长7油层组页岩油资源量超过10×10⁸t,长7油层组致密砂岩油资源量约9×10⁸t,长6油层组致密砂岩油资源量约11×10⁸t。致密油资源是长庆油田实现年产油气当量5000×10⁴t并长期稳产较为现实的石油接替资源。     

页岩气井全生命周期物理模拟实验及数值反演

页岩储层极低的孔隙度、渗透率和复杂的赋存、输运状态导致其特有的L型生产特征曲线,而且页岩气流动机理复杂。对页岩气井衰竭开发全生命周期生产过程进行了全直径岩心物理模拟实验,获取了模拟页岩气井生产过程完整的压力、日产气量等重要的生产数据,解决了页岩气井生产时间短以及作业引起的间断性等问题导致难以获取完整生产数据的问题。开发模拟实验研究结果表明,模拟实验生产特征与气井相一致;利用模拟实验数据可以准确判断岩心的临界解吸压力（12 MPa）、游离气量（3 820.8 mL）与吸附气量（2 152.2 mL）以及不同时间、地层压力时对应的日产气量中游离气与吸附气比例,废弃压力对应的生产时间和最终采出程度。运用岩心与气井无因次时间的相似性以及试井与相似理论,开展了数值反演计算页岩气井的生产动态曲线,预测气井的开发效果,提出了渗透率与压裂效果（缝网密度）是页岩气藏有效开发的关键,其中渗透率是根本,压裂技术是手段。     

页岩气藏应力敏感效应实验研究

页岩气藏降压开采过程中,地层压力和井底压力的变化导致气藏产生应力敏感效应,使气藏流体的流动动态和气藏产能受到影响。为了明确开采压力的下降对气藏渗透率变化的影响,实验通过改变内压与围压这2种方式,对页岩气藏的应力敏感效应进行了研究。研究结果表明:页岩的渗透率随着内压的降低而下降,随着上覆岩层压力的增加而下降;页岩渗透率与内压的变化存在明显的指数关系;页岩对外压的敏感效应远远大于对内压的敏感效应。该研究对确定页岩气藏产能及制订气井合理生产制度具有一定意义。