页岩气勘探开发的地质技术发展趋势

2016-08-04杨露鸿

大科技 2016年20期

关键词：页岩勘探

杨露鸿

（中石化江汉石油工程有限公司重庆 408000）

页岩气勘探开发的地质技术发展趋势

杨露鸿

（中石化江汉石油工程有限公司重庆 408000）

页岩气作为一种新型能源，目前被认为是最清洁的能源之一，发展页岩气产业是未来能源利用的必然趋势。因此加大页岩气勘探开发的地质技术的研究具有重要意义，本文根据页岩气勘探开发的现状，对页岩气勘探开发的地质技术发展趋势做了有关论述。

页岩气；勘探开发；地质技术；发展趋势

1 引言

页岩气是一种洁净环保的优质能源，具有供应稳定、改善空气质量、安全可靠、经济廉价等优点。在大力实行低碳经济的当下，页岩气产业获得了良好的发展机遇，但在实际勘探开发中，也会面临着各种问题，为了解决这些问题，更加有效的开采，要不断钻研勘探开发技术。

2 我国页岩气的分布特点

随着科技的发展，我国已经形成了比较完善的勘探技术，主要包括地震勘探技术、测井技术、模拟技术等，为我国页岩气勘探开发提供了有利条件。我国存在着区域发育页岩气的地质背景和条件。依据地质历史及其变化特点，可将我国的页岩气发育区划分为大致与板块对应的四大区域，即南方、华北一东北、西北及青藏等四大地区。从震旦纪到中三叠世，中国南方地区发育了广泛的海相沉积，分布面积达200余万平方公里，累计最大地层厚度超过10km，形成了上震旦统（陡山沱组）、下寒武统、上奥陶统（五峰组）一下志留统（龙马溪组）、中泥盆统（罗富组）、下石炭统、下二叠统（栖霞组）、上二叠统（龙潭和大隆组）、下三叠统（青龙组）等8套以黑色页岩为主体特点的烃源岩层系。其中下寒武统、上奥陶统五峰组一下志留统龙马溪组、下二叠统、上二叠统等4套烃源岩是区域主力烃源岩。经研究认为，南方地区与美国东部页岩气产出地区（阿巴拉契亚等盆地）具有诸多的地质可比性（包括页岩地质时代、构造变动强度等），下寒武统、上奥陶一下志留统以及二叠系等地层分布广泛、厚度大，有机质丰富、成熟度高，是南方地区区域上的页岩气发育最有利层位，四川盆地、鄂东渝西及下扬子地区是平面上分布的有利区。我国潜在的页岩气发育区分布图（见图1）。

图1 我国潜在的页岩气发育区分布图

3 页岩气勘探开发的地质技术现状

3.1 地震勘探技术

根据地下介质密度和弹性的不同，经过技术人员进一步的观测和分析大地对人工激发地震波的回应，利用流体界面上纵、横波振幅及速度的差异，横波双折射，对地震记录的信噪比、分辨率、保真度等进行分析得到检测结果，并推断地下岩层的物理性质及其存在形态。地震勘探是有效勘测页岩气资源的重要手段之一，在页岩气地质勘查、存量多少研究等方面，也得到广泛应用。复杂地质条件的地震勘探技术是经过长期的记录和总结，形成适合当地地理条件的地震采集、处理、解释方法，为发现大气田做出了突出贡献。

目前地震勘探技术可以为我们提供层位地震反射层构造图、标志层地震相分区图、标志层厚度预测图、裂缝发育程度图及地震地质解释剖面图，尤其是地震地质解释剖面图可以为井眼轨迹提供非常重要的数据依据（如图2）。

图2 地震地质解释剖面图

3.2 测井技术

页岩气的性质会对沉积物产生作用，使沉积物在隙度、渗透、扩散强度等物理方面发生变化，在页岩气边界上有明显的特征表现，从而在测井曲线也会出现不同程度的变化。由于测井技术的特点，使其在页岩气勘探手段中更加突出重要位置。测井技术主要是测定井下油、气、水层的物理性质，监测各油层的工作情况，确定页岩气等各种组分在深度上的分布以及各组分浓度的鉴定。可以通过测井技术可以很清晰的认识各个地层的物理特性，并结合现场录井的数据可以做出有效的综合图及对比图，可以直观看出各层位厚度变化，同时可以预判油气层的走向（如图3～4）。

图3 综合图柱状图

3.3 建立模拟技术

建立模拟技术是基于通过物理化学的地质机理，例如达尔文的进化论，通过一定的进化程度和一系列的理论支持，在时间上和空间上模拟含油气盆地的形成和演化、烃类的生成、运移和聚集，当然这是需要一定的科学理论和依据，来总结盆地油气的形成规律，确定页岩气的产生位置及时间。综合应用油气地质理论进行盆地分析研究，对其形成的历史、热史、生烃史、排烃史、远移聚集史进行模拟，并预测油气资源量，进行地质综合评价，指出有利勘探区带。在我国以二维模拟为主，并且发展的较为完善。

3.4 页岩含气量录井和现场测试技术

页岩孔隙度低，以裂缝和微孔隙为主，绝大多数页岩气以游离态、吸附态存在。游离态页岩气在取心钻进过程中逸散进入井筒，主要是测定岩心的吸附气含量。录井过程中需要在现场做页岩层岩性、气含量测定、页岩解吸及吸附等重要资料的录取。这些资料对评价页岩层的资源量具有重要意义。针对页岩气油机钻井对录井的影响，可以通过改进录井设备、方法和措施，达到取全、取准录井资料的目的。

3.5 固井技术

页岩气固井水泥浆主要有泡沫水泥、酸溶性水泥、泡沫酸溶性水泥以及火山灰＋H级水泥等4种类型。其中火山灰＋H级水泥成本最低，泡沫酸溶性水泥和泡沫水泥成本相当，高于其他两种水泥，是火山灰＋H级水泥成本的1.45倍。固井水泥浆配方和工艺措施处理不当，会对页岩气储层造成污染，增加压裂难度，直接影响后期采气效果。

3.6 钻井技术

页岩气一般采用水平井钻进的方式，井眼方位平行于最小水平地应力方向，以保证在后期的压裂过程中可使更多天然裂缝与诱导裂缝彼此连通，提高页岩气采收率。由于页岩层理发育、黏土成分含量高、非均质性严重，本身稳定性差，沿最小水平地应力方向钻进更进一步增加井壁坍塌的风险。威远、长宁页岩气井高伽玛碳质页岩井段井眼垮塌现象尤为严重，造成多次井下复杂事故。一般情况下，页岩气井井径规则程度较差。

为增大页岩气储层裸露面积，页岩气水平井水平段较长，一般为1500m甚至更长，套管下放摩阻较大；页岩气井井径规则程度较差，增加了下套管过程中硬卡的风险；同时，由于页岩本身稳定性差，下套管过程中对井壁的刮擦易引起井壁坍塌等事故。此外，为提高钻井液的抑制性，减小钻井复杂的风险，页岩气井目的层钻进一般采用油基钻井液钻进。

4 页岩气勘探开发的地质技术发展趋势

通过页岩气科技工作者的不断努力，我国已形成一系列属于自己的页岩气探测技术，为打破国外的技术垄断，实现我国页岩气勘探技术的飞跃发展，达到低碳经济的目的，为今后勘探开发提供了巨大的技术支持。针对页岩气资源勘探所面临的关键技术，面对新能源的开发利用，强强联合，形成了一系列关键探测技术：

①通过运用三维与高频地震联合探测技术，获得页岩气矿体外形及内部的结构资料，这是页岩气矿体探测的关键技术支持；②页岩气矿藏的原位及流体地球化学示踪技术，为页岩气的高效勘探提供技术服务；③页岩气钻探保真取样（芯）器及配套技术，为页岩气钻探工程化及采获页岩气样品提供技术支撑；④海洋可控源电磁探测仪器系统，为获取页岩气勘探的地磁场数据提供技术服务；⑤海底热流原位探测系统，为页岩气勘探的海底热流原位提供技术服务；⑥三维、可视页岩气开采过程中应用物理模拟实验系统，模拟沉页岩气沉积物中开采数值，得出页岩气安全可靠的开采方案。