湘西北页岩气勘探慈页1井地质背景及钻探效果

图 1 慈页 1 井 2706.02~2715.26m 牛蹄塘组页岩岩芯 （据慈页 1 井钻探工程地质日报）
3 页岩气勘探水平井及压裂技术 ห้องสมุดไป่ตู้十几年来，美国、加拿大等国家在水平井与水力
压裂等技术进步的推动下（图 2），把页岩气藏作为勘探 开 发 的 重 要 目 标 ，并 获 得 了 巨 大 的 成 功 。 国 内 彭 页 HF-1 页岩气水平井钻井应用旋转导向钻井技术和油
参考文献: [1] 蒋裕强,董大忠,漆麟,等. 页岩气储层的基本特征及其评价
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古生物有所不同，厚度 257~1119m。湘西北下寒武统 牛蹄塘组黑色页岩分布面积广、厚度大且厚度分布受 沉积相带控制、有机碳含量和热演化程度高，已达高－ 过成熟阶段，黑色页岩属Ⅰ型干酪根，具有良好的页岩 气形成条件[2-4]。
湘西北地区下寒武统牛蹄塘组泥页岩中矿物以石 英和粘土矿物为主，硅质含量较高、脆性矿物含量丰 富，粘土矿物中主要以伊利石和伊／蒙混层为主，利于 后期压裂改造和吸附气的大量富集。发育的构造裂 缝、有机质微孔隙和不稳定矿物溶蚀孔是页岩基质孔 裂隙的主要组成部分。牛蹄塘组泥页岩中蜂窝状的有 机质丰富，其内部纳米级孔隙发育。测试分析表明湘 西北下寒武统牛蹄塘组泥页岩的孔隙度相对较低，为 0.6% ~11.7% ，平 均 4.6% ，渗 透 率 度 相 对 较 低 ，为 0.002~0.06mD，平均 0.014mD。页岩的吸附气含量达 0.45~1.30cm3/g，具有较强的气体吸附能力[5-7]。 2 慈页 1 井钻探效果
及页岩气成藏靶区分析[J]. 西部探矿工程,2013(9): 159-162. [4] 肖正辉,杨荣丰,冯涛,等.湘西北下寒武统牛蹄塘组页岩气成
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湘西北页岩气勘探慈页 1 井地质背景及钻探效果
肖拥军*1,2，雷隆贤 1 ，杨 仙 1,2 ，邓 敏 1
(1.湖南科技大学土木工程学院，湖南 湘潭 411201； 2.湖南科技大学页岩气资源利用湖南省重点实验室，湖南 湘潭 411201)
摘 要：页岩气是一种非常规气藏，湘西北下寒武统牛蹄塘组黑色页岩有机碳含量和热演化程度高， 具有良好的页岩气形成条件。牛蹄塘组泥页岩的孔隙度相对较低，渗透率度相对较低，具有较强的 气体吸附能力。慈页 1 井是一口页岩气预探井，设计井深 2 810 m，目的层位为下寒武统牛蹄塘组， 完钻井深达 3008 米，根据慈页 1 井钻探工程地质日报分析了实际钻进地层及井身结构，共划分了 15 个储层，发现 52 米的富有机质页岩。论文对后期页岩气勘探水平井及压裂技术进行了总结分析，还 指出国际油价的走低对页岩气开采带了较大的压力。 关键词：湘西北；慈页 1 井；页岩气；地质背景；钻探效果 中图分类号：TE1 文献标识码：B 文章编号：1004-5716(2016)03-0070-03
页岩气藏是典型的自生自储型气藏，因此评价页 岩气储层除与常规储层有相同的岩石学、物性等储层 基本特征外，还应考虑页岩气藏形成的含气性及能否 被开采条件，其中影响页岩气的地质因素包括有机质 丰度、热成熟度、页岩厚度、埋深、孔隙度和裂隙率、脆 性等 。 [1] 湘西北地区寒武系下统牛蹄塘组以黑色炭质 页岩为主夹细砂岩及粉砂质页岩，底部为黑色薄层硅 质岩、“石煤”层及磷矿层，区内各地岩性变异不大，仅
页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优 点，但页岩气储集层渗透率低，开采难度较大，所有的 井都需要实施储层压裂改造才能开采出来。水力压裂 是改善储层裂缝系统，增加渗流通道的最有效方法，页 岩气开发水力压裂技术根据工艺差别分为多级压裂、 清水压裂、水力喷射压裂、重复压裂、同步压裂。 4 讨论
页岩气的成功来自于地质理论认识的创新和先进 的钻完井技术的完美结合。湘西北地区寒武系下统牛 蹄塘组具有良好的页岩气形成条件。近期已在湘西北 等地开展了勘探钻井工作并成功探获页岩气。后期商
（上接第 71 页） 业开采过程需要采用水平井及压裂技术，需要根据实 际地质情况建立适用我国页岩地层情况的钻井压裂技 术。另一方面美国页岩气开发成功从供求两个方面影 响国际原油市场，从 2014 年 6 月的每桶 100 多美元到 2015 年 1 月跌破 50 美元，国际油价的狂跌使美国页岩 油勘探和生产企业造成致命打击。美国 WBH Energy 页岩油开采公司成为美国本土第一家破产的页岩油公 司。由于国内页岩气开发技术不成熟，地质结构复杂， 每口井的勘探成本远高于美国，国际油价下跌也会对 国内页岩气勘探开发带来较大压力。
页岩气是从页岩层或泥岩层中开采出来的天然 气，是一种非常规气藏，全世界范围内泥、页岩约占全 部沉积岩的 60%，页岩气资源前景巨大。近十几年来， 美国、加拿大等国家在水平井与水力压裂等技术进步 的推动下，页岩气藏的勘探开发获得了巨大的成功， 2013 年，美国页岩气产量接近 3000×108m3。2011 年 12 月，国土资源部发布新发现矿种公告，将页岩气作为独 立矿种加强管理。据 2011 年全国页岩气资源潜力评价 初步预算，湖南页岩气资源量达 9.2×1012m3 左右，可开 采量在 1.5~2×1012m3左右，主要分布在湘西北、湘中和 湘东南，其中湘西北地区为优先开发区块，近期已在湘 西北、湘中、湘东南等地开展了勘探钻井工作并成功探 获页岩气。 1 湘西北下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏地质条件
基钻井液是页岩气水平井施工成功的关键 。 [9] 湘页 1 井采用清水代替滑溜水进行压裂，施工用液 1520m3，累 计加 82m3，压后最高产气量 2700m3/d[10]。也有研究认 为埋深 1500m 以浅的有利储层或勘探浅井可采用氮气 泡沫压裂, 埋深在 1500~ 3000m 的井可采用清水压 裂, 埋深超过 3000m 的储层暂不考虑开发[11-12]。
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头钻进，页岩层井段采用 PDC 钻头，以达到提高钻进 效率的目的。在牛蹄塘组中设计取芯进尺 100m，取芯 段采用低钻压、低转速、低排量的钻进规程保证岩芯采 取率。
慈页 1 井于 2013 年 12 月 26 日开钻，至 2014 年 6 月 3 日完钻井深 3008m，钻时 136d。根据慈页 1 井钻探工 程地质日报分析该井自上而下依次钻遇下志留统龙马 溪组页岩，上奥陶统五峰组页岩和临湘组瘤状泥质灰 岩，中奥陶统灰岩，下奥陶统大湾组灰岩、红花园组生 物灰岩、桐梓组云质灰岩，上寒武统娄山关群灰质白云 岩，中寒武统探溪组泥质灰岩、下寒武统清虚洞组云灰 岩和牛蹄塘组页岩夹泥质灰岩（745m）、震旦系灯影组含 灰硅质白云岩等地层。一开采用⌀ 444.5mm 钻头钻进了 158.2m，下入⌀339.7mm套管，二开采用⌀311.1mm钻头钻 进到 2926m，下入⌀ 244.5mm 套管，三开采用⌀ 215.9mm 钻头钻进到 3008m，下入⌀139.7mm 套管。通过测井 资料解释，在 2260~2760m 井段内，共划分了 15 个储层 （总厚度 248.7m）。其中在 2697~2749m 牛蹄塘组井段 (图 1)，发现 52m 的富有机质页岩，本段气测全烃值最高 可达 3.6%，且甲烷含量占 98%；该段储层孔隙度大于 2%，TOC 达到 6%以上，为物性较好且有机质丰度高的 储层，预测该层段页岩气可达 2.6m3/t[8]。
建议该区可采取 2 阶段试油的方法，使地层压力得 以恢复，原油性质得以改善，这样才能使产能进一步提 高。新井试油产能的不理想和对几年甚至十几年前老 井的重新试油获得较高产能这一事实就说明了这一 点。
图 2 肇源—裕民地区地层压力预测图
参考文献： [1] 肇源—裕民地区钻井地质设计[R]. [2] 肇源—裕民地区录井报告[R].
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图 2 页岩气勘探水平井及水力压裂示意图
页岩储集层薄直井单井产量低，与直井相比水平 井在页岩气开发中具有无可比拟的优势。 水平井成本 为直井的 1.5~2.5 倍，但初始开采速度、控制储量和最 终评价可采储量却是直井的 3~4 倍；水平井与页岩层 中裂缝(主要为垂直裂缝)相交机会大，可明显改善储层 流体的流动状况，另外水平井减少了地面设施，开采延 伸范围大，能够避免地面不利条件的干扰。水平井钻 井所涉及的技术包括井位与井眼的方位选择、井身设 计等。水平井井位与井眼方位一般应选在有机质与硅 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产生重要的影响。理论上， 钻井的方向应与最大水平应力方向垂直，使井筒穿过 尽可能多的地层，与更多的裂缝接触，使气体更容易流 入井筒，提高采收率。
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产出。 （3）该区扶、杨油层物性普遍较差，影响了油的产
出。 4 结论
本区扶、杨油层含油砂岩较连续，且厚度较大，含油 产状以油浸砂岩为主，如果含油丰度 ST值大于 8mg/g， 即有产能。但由于该区储层物性差，地层压力低，原油 流动性差，影响了油的产出。因此，一次试油无论常规 测试还是压裂，效果均不理想。但经过一段时间恢复 后，产量会有显著提高。
“慈页 1 井”是中国地质调查局油气资源调查中 心 在 湖 南 地 区 部 署 的 第 一 口 页 岩 气 预 探 井 ，设 计 井 深 2810m，目的层位为下寒武统牛蹄塘组，设计完钻层 位为上震旦统灯影组。奥陶系及寒武系上部为近 2000m 灰岩段，地层古老，岩石致密坚硬，采用牙轮钻
* 收稿日期：2015-03-16 修回日期：2015-03-17 基金项目：湖南省教育厅资助科研项目(13C309 ); 页岩气资源利用湖南省重点实验室开放基金资助项目(E21428)。 第一作者简介：肖拥军（1974-），男（汉族），湖南祁东人，博士,副教授,研究方向:地质工程。