页岩气基础知识

页岩气基础知识

( 1) 页岩岩性多为沥青质或富含有机质的暗色、黑色泥页岩和高碳泥页岩类, 岩石组成

一般为30%~ 50%的粘土矿物、 15% ~ 25% 的粉砂质 ( 石英颗粒 ) 和4%~ 30%的有机质。页岩气的工业聚集需要丰富的气源物质基础 , 要求生烃有机质含量达到一定标准 , 那些”肥沃” 的黑色泥页岩通常是页岩气成藏的最好岩性, 它们的形成需要较快速的沉积条件和封闭性较好的还原环境。在页岩气藏中, 地层有机碳含量相对较高 , 一般大于 2%, 可以达到普通源岩有机碳含量的 10~ 20 倍。天然气的生成

可来源于生物作用、热成熟作用或两者的结合 , 因此镜质体反射率一般在 0. 4%以上。在陆相盆地中 , 湖沼相和三角洲相沉积产物一般是页岩气成藏的最好条件 ,但通常位于或接近于盆地的沉降沉积中心处 , 导致页岩气的分布有利

区主要集中于盆地中心处。从天然气的生成角度分析 , 生物气的产生需要厌氧环境 , 而热成因气的产

生也需要较高的温度条件 , 因此靠近盆地中心方向是页岩气成藏的有利区域。

( 2) 页岩本身既是气源岩又是储集层 , 其总孔隙度一般小于 10%, 而含气的有效孔隙度一般不及总孔隙度的一半 , 渗透率则随裂缝的发育程度不同而有较大变化。页岩气虽然为地层普遍含气性特点 , 但目前具有工业勘探价值的页岩气藏或甜点主要依赖于页岩地层中具有一定规模的裂缝系统。根据有关

资料分析 , 页岩的含气量变化幅度较大 , 从0. 4m3/ t 到 10 m3/ t, 在美国的大约 30000 口钻井中 , 钻遇具有自然工业产能的裂缝性甜点的井数只有大约 10%, 表明裂缝系统是提高页岩气钻井工业产能的

重要影响因素。除了页岩地层中的自生裂缝系统以外 , 构造裂缝系统的规模性发育为页岩含气丰度的

提高提供了条件保证。因此 , 构造转折带、地应力相对集中带以及褶皱断裂发育带通常是页岩气富集

的重要场所。

页岩气的采收率变化较大 ( 5%~ 60%)钻井的产气量相对较低 , 但生产周期较长 , 在天然气产出的同时伴随有地层水的排出。美国页岩气井的单井总平均产气量约为 1000 m3/ d, 但页岩气产区的单井

产率一般介于 2800~ 33000 m3/ d 之间。

页岩气在中国具有良好的勘探前景 , 对页岩气 ( 泥页岩气 ) 的勘探研究也已经逐步展开 , 在四川盆地、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地、松辽盆地、吐哈盆地、江汉盆地、吐哈盆地、塔里木盆地、准噶尔盆地等均有页岩气成藏的地质条件 , 局部有机碳含量在 30%以上 , 发现了典型页岩层中局部的

天然气富集。其中 , 暗色页岩发育的地区和层位是需要重点研究的领域和目标。在吐哈盆地 , 吐鲁番坳陷水西沟群地层广泛发育了暗色泥岩和炭质泥页岩 , 炭质泥岩累积平均厚度在 30 m 以上, 有机碳含量一般介于 6% ~ 30% ; 暗色泥页岩厚度更大 , 如八道湾组暗色泥页岩厚度一般大于 100 m, 盆地中北部达到 200m 以上, 西山窑组暗色泥页岩最大厚度大于 600 m, 有机质的成熟度目前大都处于 0. 4% ~ 1.

5% 之间,非常有利于页岩气藏的形成和发育。此外 , 我国南方志留系广布区中泥页岩气的勘探前景亦不可忽视

孔隙度和渗透率极低，总孔隙度一般小于10%，含气的有效孔隙度只有 1%〜5%

压裂方法：（ 1）泡沫压裂液技术。国外泡沫压裂液研究始于20世纪 70年代，最早应用

于美国。泡沫压裂液至今大概经历了 4个阶段：第一代泡沫压裂液主要由酸类、盐水、原油、 N 、甲醇和起泡剂配制而成，其泡沫质量小、泡沫稳定性差、寿命短、携砂能力弱，仅适合于浅井小规施工；第二代泡沫压裂液主要由盐水、起泡剂、聚合物、稳泡剂和N或CO组成，

泡沫质量适中、气泡沫稳定性好、寿命长、粘度大，携砂浓度可达 480~600kg/m ，适合各类油气井压裂施工；第三代泡沫压裂液主要由盐水、聚合物、起泡剂、交联剂、N或 CC组成，

以交联冻胶体为稳泡剂，泡沫质量大，气泡分散更均匀、更稳定、粘度更大，携砂浓度最低可达600 kg /m ，适合高温深井压裂施工；第四代泡沫压裂液成分与第三代相似，但是更强调相内泡的分布和体积的控制，具有耐温抗剪切性更好、泡沫质量更好、泡沫寿命更长、粘度更大、携砂能力更强的优点，浓度可

达1440 kg /m以上，能够满足大型加沙压裂的需求。

国内现在发展较成熟的有两种，即酸性交联CO泡沫压裂液和有机硼（碱性）交联N泡沫压裂

液。这两种都相当于国外第三代泡沫压裂液，其稳泡性、抗温耐剪切性、携砂性、破胶性、助排性、滤失性等方面均获得了显著提高。其中 N 泡沫压裂液因对管柱的低伤害更胜一筹，因此在实际应用中获得了良好的效果。

（ 2）清水压裂技术。清水压裂是在低渗透油气藏改造中, 应用清水作为工作液 , 靠水

力（有时也加少量的支撑剂）在地层中形成水力裂缝 , 具有低伤害、低成本、能够深度解堵等优势, 弥补了常规污水增注措施的不足。清水压裂技术主要由以下四种机理协调作用来提高开发效果：①存在于地层岩石中的天然裂缝表面一般较为粗糙，裂缝不能够完全闭合, 因此具有一定的导流能力，为注入水提供了有利的通道；②油水井实施清水压裂作业后，工作液返排率高、残渣少，减少了工作液残渣对储层造成的二次伤害；③压裂过程中，原本存在

于地层或在压裂过程中脱落的岩石颗粒能起到很好的支撑作用，能保持裂缝张开；④当裂缝

周边的岩石在压力超过临界压力后，剪切力使上下裂缝粗糙面产生剪切滑移，停泵后粗糙面不能再滑回到原来的位置，使得裂缝张开，具有一定的导流能力。

清水压裂用低粘度减阻水代替常用的凝胶压裂液，这样既降低了成本又减小了凝胶对地层的伤害，但是因压裂液粘度低，携砂能力弱，使得压开的裂缝半径小。因此，清水压裂适合于天然裂缝较发育、杨氏模量较高的地层。张金川等认为清水压裂在国内有较多的理论研究和作业实践，用于我国的页岩气开发有一定的技术基础，是可行的压裂技术