页岩气勘探开发现状与展望 刘致
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[摘要]页岩气是以吸附和游离状态同时存在于泥页岩中的天然气，美国Barnett，Marcellus等页岩气田的巨大成功，预示着页岩气资源的广阔前景。由于页岩的低孔、低渗特性，页岩气以吸附为主的赋存方式等，使得开采极为困难，开采过程中又可能会对环境造成伤害。页岩气丰度低，分布广，自身产能低，新型的钻井、完井技术，让许多以前没有经济开采价值的页岩气藏得以开发。本文总结了页岩气的分布状况及一些开发技术。
[关键词]页岩气；地质特征；增产技术
1.引言
页岩气（shale gas）是指还保留在生油岩中的天然气。作为新能源之一，它既是常规天然气的潜在替代能源，也是一种清洁环保能源。页岩气的生烃方式有热演化成因及生物成因两种；气体组分以甲烷为主，含少量乙烷、丙烷等；具自生，自储，自盖特点。页岩气分布广泛，一般认为当其地质条件达到一定的标准时就可以形成工业价值的气藏。页岩气由吸附气和游离气组成，其中吸附气约占总气量的20％-80％。页岩气储层致密，孔隙度一般为4％-6％，渗透率小于0.001×10-3μm2。开发思路通常为排气、降压、解吸。
2.页岩气资源分布及开发现状
从全世界范围来看，泥、页岩分布范围广，页岩气资源前景巨大，资源量达到15490.6 TCF（Trillion Cubic feet），主要分布在北美，中亚和中国、拉丁美洲、中东和北非、前苏联等地。
页岩气最早是1821年在美国东部阿巴拉契亚盆地的泥盆系中钻的一口井中获得的，其开采历史已有190多年了。目前只有美国对页岩气进行大规模商业开发。美国页岩气的产量近几年快速增长，1999年产量为380 BCF，占当年美国天然气总产量1.9％，2008年高达2022 BCF，占到美国天然气总产量的8％，在美国天然气消费中的比重也越来越高，预计在2035年时会达到6TCF，占美国当年天然气消费总量的35％。
在中国，页岩气的勘探刚刚开始。中国拥有非常丰富的页岩资源，预测资源量大约与美国相同，出于能源安全与保护环境的考虑，中国政府将重视对页岩气的勘探与开发。中国石油，中国石化的几个分公司已经开始进行页岩气开发的初步探索。
欧洲的非常规天然气储量的规模尚未可知。国际能源组织估计其储量可达3.5×10m3。这一数字虽远低于美国及世界其它地区，但却差不多是欧洲常规能源储量的6倍。IEA预计，按照目前的水平，这一储量足以替代欧洲未来40年的天然气进口量。而其中将近一半蕴藏在页岩中；其余的则来自煤层气和致密砂岩气。
3.页岩气的地质特征及评价
尽管页岩分布十分广泛，但只有部分区域具有商业开发价值。在北美，页岩气选区时通常考虑天然气成因、分布面积、有效厚度、气体的可能产生机制以及基本控制影响经济效益的不利因素之后，才可能有效动用页岩气储量。因此，与常规油气藏钻井之后随即投产的模式不同，页岩气资源投入商业开发的前提是综合评价。
页岩气的生成方式主要为热成因气和生物成因气；从IEA在美国不同页岩气产区的统计数据来看，页岩气储层厚度范围介于15-300米，埋深从3000-4100米均有，镜质体反射率（Ro）范围为0.6％～3.8％，其来源可以是非成熟源岩，也可以是高成熟或者过成熟源岩，总有机碳含量（TOC）在0.5％～12％之间。
4.页岩气的开发增产技术
4.1水平井技术
页岩气的开发中主要使用垂直井和水平井。2002年以前，垂直井是美国页岩气开发的主要井型。在2002年Devon能源公司在Barnett页岩的7口试验水平井取得的巨大成功后，美国页岩气的开采中才大力推广水平井，水平井已然成为页岩气生产开发的主要钻井方式。而垂直井主要用来提供储层特征、钻井、压裂参数。水平井的成本虽然比垂直井高1～2倍，但其产量却是垂直井3倍多。水平井位与井眼方位应选择在有机质与硅质富集、裂缝发育程度高的页岩区及层位，水平井的方位角及进尺对页岩气产量有重要的影响。一般选择沿最小应力方向钻进，以使得压裂时产生优良的横向裂缝，并与较多的天然裂缝联通。在水平钻井过程采用地质导向技术，确保在目标区内钻井，避免断层和其他复杂构造区。对比井数据和地震数据以避开已知有井漏问题和断层的区域。水平钻井取得成功的关键是有效的井身设计，这利于节约完井和管理成本。钻井作业采用泥浆系统、井下钻具以及定向设备等常规钻井技术。通常，水平段越长，最终采收率和初始开采速度就会得到越大的提高。
4.2完井技术
完井过程既要提高储层渗透率，又要避免储层损害，这直接关系到页岩气的采收率。一般，从事页岩气开发的公司认为，页岩气井的完井难于钻井。页岩气井通常采用泡沫水泥固井技术。泡沫水泥具有浆体稳定、密度低、渗透率低、失水小、抗拉强度高等特点，因此泡沫水泥有良好的防窜效果，能解决低压易漏长封固段复杂井的固井问题，而且水泥侵入距离短，可以减小储层损害。根据国外经验，泡沫水泥固井比常规水泥固井产气量平均高出23％。
5.认识与总结
（1）页岩气在北美的成功给世界以震撼和启示，页岩气是常规天然气的重要替代能源，不远的将来，必然在世界能源消费品中占有非常重要的一席。
（2）合理利用已成熟的常规油气勘探开发技术。新型的钻井、完井技术都应该在以后得到广泛应用。
根据数值模拟结果，建议转注井组南部的史8-30井增加边外注水点，完善注采井网。
4.2大修恢复储量控制的潜力
史8侧39井目前生产层位沙二21，日液73.2t／d，日油2.3t／d，含水96.3％。沙二22+5层末期合采日液76t／d，日油7t／d，含水90.4％。2004.9月上作业钻塞改层生产沙二22+5时造成鱼顶2015.52m，储量无法动用。从该井储层含油性、末期产能情况及邻井对比，同时该井对应水井史8斜49井注水正常，认为该井有大修潜力。