页岩气是潜力巨大的非常规天然气资源

通过对北美页岩气藏的深入研究并系统总结其勘探开发历史与成功经验,指出页岩气藏是典型的非常规天然气藏。探讨了页岩气藏在地质特征、开发特征上与常规天然气藏的明显差异。北美油气生产商把页岩气藏作为重要天然气开发目标,其有效勘探开发的关键在于有政策引导和水平井、水力压裂等先进钻、完井技术的成功应用。借鉴其经验,认为我国对页岩气的研究与勘探开发尚处于探索阶段,存在古生界海相与中、新生界陆相两大页岩气勘探开发领域,页岩气资源潜力巨大,在地质理论和钻、完井等生产技术发展的推动下,将成为中国现实的天然气资源。建议加快我国页岩气资源战略调查,制定优惠政策,加强对外合作,推动我国页岩气勘探开发技术和产业化发展。     

影响页岩气开发因素及勘探开发技术展望

页岩气的勘探开发在缓解能源供给压力、发展低碳经济和调整优化能源结构等方面具有不可忽视的作用。以此为契机,在系统研究页岩气藏地质特征、开发特征和成藏机理的基础上,主要从有机质含量、成熟度、矿物成分、裂缝发育程度等几个方面着手,综述分析了影响页岩气产能的客观控制因素;针对页岩气储层物性差、开采难度大的特点,重点介绍了北美开采页岩气过程中采用的特殊完井工艺、水平井钻井技术、水力压裂等储层改造技术及裂缝监测等先进技术。同时对我国页岩气资源的勘探开发前景进行了简述,为实现页岩气大规模商业化开采,提供理论依据和技术思路。     

美国页岩气勘探开发技术和管理经验的启示

我国页岩气资源丰富,但页岩气勘探开发起步较晚,在技术以及管理方面都有很大欠缺,美国页岩气的快速发展有很好的借鉴作用。通过对美国页岩气藏资源分布与地质特征、管理经验及勘探开发与增产技术的介绍与分析,总结了美国页岩气藏勘探开发的成功经验,并揭示出对我国页岩气藏勘探开发的启示,指出页岩气的勘探开发需要从技术及管理上借鉴美国经验的同时还应注意到我国页岩气藏的特殊性以及我国的国情。     

页岩气钻完井工程技术现状

介绍了页岩气的性质、特点及全球分布情况,针对页岩气储层物性差、开采难度大的特点,重点介绍了北美页岩气开采过程中所采用的水平井钻井技术、特殊的完井工艺以及水力压裂等储层改造技术。通过文献调研得知,美国页岩气勘探开发已进入商业化模式,集成应用了先进的钻完井技术和井下工具。我国页岩气地质储量丰富,但是勘探开发技术尚在探索起步阶段,需要克服的困难还很多。文章借鉴国外先进页岩气钻完井技术,结合国内现有技术,提出适合我国页岩气勘探开发的理论依据和技术思路。     

页岩气测井评价及地震预测、监测技术探讨

我国页岩气资源潜力巨大,勘探开发一旦突破并形成产能,必将对缓解中国油气资源紧张的压力产生重大深远的影响。页岩气藏与常规天然气藏在储集、运聚、保存等地质条件方面有较大差别,其含气储层速度变化小,具有典型的低孔、低渗物性特征和地球物理参数弱敏感性,对地球物理预测评价技术和方法提出了新的挑战。根据国外页岩气勘探开发经验,水平井钻井和储层改造是页岩气勘探开发提高产量的关键技术,而地球物理方法则是优化页岩气钻井及储层压裂改造部署的必要技术支撑,能贯穿始终服务和指导勘探开发工程。因此,通过对页岩气层岩石物理特性和页岩气储集特征的研究,指出应利用现有地球物理成熟技术和借鉴国外页岩气勘探开发的成功经验,来探索适合我国页岩气测井识别评价技术和页岩气地震预测、监测技术。     

页岩气成藏特点及勘探选区条件

中国页岩气勘探尚属于早期阶段,对页岩气成藏的认识还不够深入,页岩气的资源评价亦处于薄弱环节.通过北美与四川盆地页岩气的对比可知,与常规天然气相比,页岩气的成藏条件只需要物源条件、储集条件、初次运移条件及保存条件,没有二次运移和圈闭条件的要求.页岩气具有3个典型的成藏特征,即独特的成因特征、气源生产力特征和赋存特征.基于页岩气成藏条件和成藏特征的分析,综合考虑地质状况、经济效益和环境影响等多方面的因素,建立了页岩气勘探开发的选区指标,以此为页岩气资源评价服务.     

地质工程一体化在涪陵页岩气示范区立体勘探开发中的应用

四川盆地涪陵海相页岩气区具有不同于北美页岩气区的地质条件,很难直接采用北美大规模、高密度、连片化布井的开发模式。针对四川盆地涪陵页岩气田下部气层一次井网开发后剩余资源精细刻画难度大、剩余资源动用率低和提高老井最终技术可采储量（EUR）技术不完善等难题,提出了适用于涪陵海相页岩气立体开发特点的地质工程一体化思路。在页岩气立体开发方案实施过程中,对剩余气分布、钻完井、压裂和生产等多学科知识进行系统总结,建立地模数模一体化储量动用评价技术、立体开发调整井位一体化优化技术和钻井、完井配套工艺一体化实施技术,形成了一套地质工程一体化技术系列,有效指导了涪陵海相页岩气高效立体勘探开发。     

四川盆地中国石化探区天然气勘探开发领域与技术攻关方向

四川盆地中国石化探区天然气勘探开发成果显著,自新场气田发现以来,勘探开发领域逐步扩大,储量和产量快速增长。地质理论认识深化与关键技术进步是推动天然气勘探开发大发展的主要动力。中国石化探区天然气资源丰富,有利目标类型多,常规天然气整体探明程度为16%,页岩气勘探尚处于初期阶段,根据HCZ模式预测,中国石化探区天然气（含页岩气）勘探开发仍将快速发展,具备年均新增探明天然气地质储量(1 600~2 000)×10⁸ m³的潜力。围绕页岩气、海相碳酸盐岩天然气、陆相致密砂岩气等领域的高效勘探开发,需要加强深层海相页岩气增产降本的钻完井、压裂技术攻关,以及陆相、海陆过渡相页岩气资源潜力评价和勘探开发适应性技术准备,加强深层超深层礁滩相碳酸盐岩储层、风化壳储层预测和超深井高效钻井、压裂测试技术攻关,加强陆相致密砂岩气地质—测井—地震一体化甜点预测和低成本直井多层压裂技术攻关。     

阿巴拉契亚盆地Marcellus页岩气藏地质特征及启示

随着水平钻井及水力压裂技术的进步,北美页岩气得以成功开发并成为北美最为重要的非常规天然气之一,其中阿巴拉契亚盆地Marcellus页岩气藏作为北美资源量最大的页岩气藏为世人所瞩目。根据研究资料,分析了泥盆系Marcellus黑色页岩厚度、有机质类型及丰度、成熟度、孔渗等参数,重点分析了页岩微裂缝的特征及发育机制。将Marcellus页岩气藏地质特征与目前北美页岩气产量最大的FortWorth盆地Barnett页岩气藏进行对比分析,二者不仅具有相似的构造及沉积背景,并且Marcellus含气页岩在多项石油地质指标上优于Barnett页岩,认为Marcellus页岩气为北美最具发展前景的页岩气区带。我国特殊地质条件决定不能直接套用北美页岩气成藏理论,只要有足够大面积与页岩厚度,黑色页岩大多可形成页岩气藏。综合研究及权衡各地质参数,认为中国上扬子地区多套海相页岩和其他地区陆相暗色页岩地层均具有良好页岩气潜力。     

页岩气及其聚集机理研究

页岩气是非常规天然气资源勘探的重要领域,掌握其地质理论是进行页岩气开采的基础。国内学者做了中美页岩气聚集机理条件及地质条件相似性对比研究,对国外页岩气地质理论进行了总结,发现我国页岩气聚集地质条件优越,形成了对页岩气的生成、运移、聚集和成藏等方面的初步认识：页岩气成藏体现出了非常复杂的多机理递变特点,具有自生自储的成藏特征;控制页岩气成藏的主要因素有：总有机碳含量、有机质成熟度、岩石矿物成分、地层压力、温度、优质泥页岩厚度和分布面积等。分析研究页岩气成藏特征,形成聚集机理与富集规律,有助于更好地评价和开发我国的页岩气资源。     

中国页岩气勘探开发进展与发展前景

全球掀起了轰轰烈烈的"页岩气绿色革命",北美以外地区有20余个国家在进行页岩气前期评价和勘探开发先导试验,页岩气资源成为潜力较大、较重要的天然气开发目标。中国发育海相、海陆过渡相—陆相煤系和湖相3类富含有机质页岩,都具备页岩气形成与富集条件,页岩气资源丰富。中国在页岩气资源潜力评价和勘探开发先导性试验上取得了重要进展,正在寻求实现页岩气资源有效开发。本文系统总结了中国页岩气勘探开发实践,分析了中国页岩气资源前景,指出中国页岩气资源丰富。目前已在中国多处发现了页岩气资源,发展前景良好。与北美相比,中国页岩气形成与发展具明显的特殊性,许多地质与开发难题亟待解决。随着页岩气地质评价与开发理论创新及相关关键技术突破、经济条件改善和国家政策支持,未来中国页岩气资源发展前景广阔,有望改变中国天然气发展乃至整个能源发展格局。     

页岩气井固井技术难点分析

页岩气是我国一个新的天然气矿种,具有非常广阔的开采前景。页岩气藏属于低孔低渗气藏,其特殊的生产方式对固井质量要求非常高。但页岩气藏地质特征、钻完井方式及开发方式决定了页岩气井固井难度远远大于常规油气井。结合我国页岩气资源特点,从顶替效率、水泥环完整性和水泥浆体选择三方面分析页岩气井固井技术难点,以期对页岩气固井技术开发提供帮助。分析表明:不规则井眼条件下的水平井固井、保证水泥环长期完整性和水泥浆性能与成本的平衡问题是我国页岩气井固井作业的主要难点。建议从"水平井复杂井况下提高顶替效率技术、水泥环长期完整性评价技术、页岩气固井水泥浆体系"三方面加强技术攻关,以提高我国页岩气井勘探开发效益。参11     

中国页岩气资源前景与战略地位

随着页岩气开采技术进步和勘探投入条件的改善,页岩气的开采活动将进一步繁荣和快速扩展。在介绍国内外页岩气资源量的基础上,分析了中国页岩气资源勘探开发前景以及页岩气资源的战略地位。研究表明：从我国油气总体发展的战略角度,积极寻找天然气后备资源已是当务之急;我国地质历史时期广泛发育的富含有机质的页岩地层具有优越的页岩气形成与富集条件,资源潜力巨大,勘探开发前景广阔,必将成为新的天然气勘探开发重要领域。建议加大页岩气资源的研究力度和勘探投入,形成我国的页岩气资源储备和勘探开发特色技术;我国南方的古生界下组合泥页岩、北方中生界泥页岩等层系具有较好的页岩气勘探前景,建议通过老井复查优选有利井段进行试气和试采,以点带面,开创页岩气勘探开发新局面     

技术进步是推动美国页岩气快速发展的关键

近年来,美国页岩气的勘探开发步入大规模快速发展阶段。除了得益于天然气市场需求的增长、国家政策扶持等因素外,技术进步是推动美国页岩气快速发展的关键因素,其中钻井、完井与增产技术的进步,尤其是水平井钻井、水力多段压裂、重复压裂、同步压裂以及裂缝综合监测等技术的突破与广泛运用起着极为重要的作用。美国页岩气勘探开发的巨大成功表明,只要突破传统的勘探思想,坚持不懈地开展技术创新,仍然能够使分布广泛的页岩气资源量逐步转化为经济和技术可采储量。     

北美典型克拉通盆地页岩气成藏特征、模式及启示

北美含页岩气克拉通盆地主要以密执安盆地、伊利诺斯盆地和德拉华盆地为代表。对上述盆地的岩性特征、有机质类型、生气方式、埋深、热成熟度、吸附气含量、裂缝对页岩气成藏的作用进行了探讨,梳理了北美克拉通盆地页岩气的两种成藏模式,分别以密执安盆地Antrim页岩气成藏模式(A型模式)和德拉华盆地Barnett页岩气成藏模式(B型模式)为代表。A型模式主要特征为:从盆地周缘较浅至较深部位赋存着具有生物成因和热成因的"二元"成因结构的天然气,依次从生物气过渡到混合气,最后为热成因气。B型模式主要特征为:页岩气生气方式为热成因天然气"原地"生成聚集,在不同成熟度的区域,产出不同热成因类型的天然气。结合我国克拉通盆地油气地质特征认为,德拉华盆地Barnett页岩气成藏模式(B型模式)对我国页岩气勘探更有意义,密执安盆地Antrim页岩气成藏模式(A型模式)对我国页岩气勘探的意义不能忽视。     

美国页岩气藏勘探开发及其启示

美国是全球唯一商业化生产页岩气的国家。介绍了美国页岩气勘探开发历程、储层物性特征和页岩气快速发展的经验。通过与美国页岩气成藏地质条件的对比研究后发现,我国具有广泛的页岩气发育基础条件和良好的页岩有机地球化学指标以及可进行商业开采的页岩气藏地质条件。因此,应借鉴和学习美国在页岩气藏勘探、开发领域积累的较成熟的经验和做法,建立起符合中国地质特点的页岩气勘探开发技术体系,促进我国页岩气产业健康、迅速发展。     

对中国页岩气压裂工程技术发展和工程管理的思考与建议

中国页岩气的资源禀赋与北美地区存在着较大的差异,由此决定了不能生搬硬套后者页岩气革命的经验和做法。为了实现中国页岩气资源的规模有效开发,在借鉴北美页岩气开发先进理念的基础上,结合自身页岩气资源的实际情况,对我国页岩气增产改造技术现状进行了梳理与总结,进而对页岩气压裂关键技术发展方向与加强工程管理提出了建议:①融合了地质、工程及生产信息的数据体是页岩气勘探开发与生产各环节设计与优化的基础,应打破"数据孤岛",深入数据挖潜,实现数据的高效应用,促进地质工程一体化数据融合;②应在考虑页岩岩石力学各向异性特征与地应力特征的基础上,发展并完善适用于页岩的地质力学测试评价方法和技术,提升地质工程一体化方案设计水平;③需要研发全可溶桥塞,提高分段压裂作业效率,降低施工风险,助力页岩气开发降本增效;④工程管理方面尚有很大的提升空间,值得探索和研究,油气行业和油气公司应抓住这一重要的战略机遇期,积极优化现有的工程管理模式,寻找提质增效的最佳途径。结论认为,我国页岩气资源的勘探开发目前还处于起步阶段,技术与装备、生产管理、勘探开发效果、政策法规等与国外存在着显著的差距,亟需结合自身资源条件,对美国页岩气革命水力压裂经验与管理理念进行借鉴、消化、吸收与再创新,进而探索出一条符合中国实际的页岩气开发可行之路。     

鄂尔多斯盆地延长探区陆相页岩气勘探开发进展、挑战与展望

鄂尔多斯盆地为大型富油气叠合盆地,发育二叠系和三叠系多套页岩层系,陆相页岩气资源丰富。相比较于海相页岩,陆相页岩存在较多特殊性,其勘探开发面临诸多挑战,制约陆相页岩气难以实现经济开采,在地质特征、资源背景及勘探开发技术等方面对鄂尔多斯盆地页岩气勘探开发实践中取得的成果进行归纳,对目前的技术难点进行分析,以期在陆相页岩气发展进程中,有效利用机遇及时应对挑战。综合分析认为:延长探区陆相页岩厚度、有机碳含量、成熟度、含气量等参数达到国家标准规定的页岩气有利层段参数下限标准,具备页岩气成藏地质条件;陆相页岩气在宏观和微观非均质条件控制下,相态和规模上具有差异性富集特征,存在吸附成藏和吸附+游离复合成藏两类成藏模式,不同成藏机理指导陆相页岩气有利区优选及页岩气井生产。陆相页岩气勘探实践中形成多项关键配套工艺技术,建立起适用于强非均质性陆相页岩的测井评价方法,研发出适用于陆相页岩的水基钻井液体系和系列钻完井配套技术装备,形成CO_2压裂技术体系和井场废液回收处理—利用技术。同时,面临精细"甜点"预测、钻井提速提效、压裂环保增效、降低成本等诸多挑战。目前中国陆相页岩气仍处于勘探开发初期,成本高,初期产量低,还需通过开展陆相页岩气勘探开发先导性试验,实现科技突破,形成资源接替,促进陆相页岩气产业取得经济效益。     

页岩气的形成与开发

以自给系统为特征的页岩气藏的勘探开发在北美获得了巨大成功,拓宽了天然气勘探的空间。页岩气形成的成熟度较宽,在页岩演化的各个阶段均发现了页岩气藏,处于高演化阶段的页岩成藏的规模更大。页岩中有机碳含量、有机质类型、矿物组成、孔隙含水量、可诱导的裂缝发育程度等均与页岩气的产能密切相关。Barnett页岩气的生产历史表明,页岩气地质储量评价方法的进步、针对页岩储层的有效压裂方式和水平井钻井技术的应用在页岩气的有效开发中起着关键作用。     

四川盆地页岩气勘探开发进展、挑战及对策

2020年中国页岩气年产量已经超过200×10~8 m~3,创造了我国天然气发展史上的一个奇迹。四川盆地已经并将继续成为我国页岩气勘探开发的主战场。为了进一步推动我国页岩气大规模高效益开发,在全球新冠肺炎疫情蔓延和国内提出"碳达峰碳中和"目标的新形势下,从资源勘探、气藏工程、钻采工程和产业规制4个方面梳理了四川盆地页岩气勘探开发的进展和挑战,提出了实现页岩气大规模高效开发的对策建议。研究结果表明:(1)四川盆地页岩气大规模高效开发必须以中浅层页岩气持续稳产和深层页岩气规模建产为基础;(2)较之于北美地区,四川盆地页岩气勘探开发在地理环境、地质条件、钻采技术、产业规制等方面具有自身的特点,很难复制北美大规模、高密度、连片化布井的开发模式,因此需要立足于"少井高产"的策略,一方面在页岩气井全生命周期,继续坚持采用地质工程一体化技术,开展"一体化研究、一体化设计、一体化实施和一体化迭代",另一方面以问题为导向,从地质评价、开发政策、工程技术、产业规制等方面开展持续攻关,完善地质评价理论与技术、创新气藏工程理论与方法、研发降本增效工程技术、健全页岩气产业规制,形成技术要素与非技术要素协同促进的新格局。结论认为,该研究成果对于四川盆地乃至全国页岩气大规模高效益开发具有重要的借鉴指导意义。