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页岩气勘探技术与进展

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页岩 勘探 技术 进展
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页岩气勘探技术与进展一. 页岩气简介页岩气是从页岩层中开采出来的天然气,主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中,页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气,它可以生成于有机成因的各种阶段天然气主体上以游离相态(大约 50%)存在于裂缝、孔隙及其它储集空间,以吸附状态(大约50%)存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面,极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中为天然气生成之后,在源岩层内的就近聚集表现为典型的原地成藏模式,与油页岩、油砂、地沥青等差别较大。与常规储层气藏不同,页岩既是天然气生成的源岩,也是聚集和保存天然气的储层和盖层。因此,有机质含量高的黑色页岩、高碳泥岩等常是最好的页岩气发育条件。页岩气发育具有广泛的地质意义,存在于几乎所有的盆地中,只是由于埋藏深度、含气饱和度等差别较大分别具有不同的工业价值。中国传统意义上的泥页岩裂隙气、泥页岩油气藏、泥岩裂缝油气藏、裂缝性油气藏等大致与此相当,但其中没有考虑吸附作用机理也不考虑其中天然气的原生属性,并在主体上理解为聚集于泥页岩裂缝中的游离相油气。因此属于不完整意义上的页岩气。因此,中国的泥页岩裂缝性油气藏概念与美国现今的页岩气内涵并不完全相同,分别在烃类的物质内容、储存相态、来源特点及成分组成等方面存在较大差异。中国主要盆地和地区页岩气资源量约为 15 万亿亿立方米,与美国 济价值巨大。另一方面,生产周期长也是页岩气的显著特点。页岩气田开采寿命一般可达 30~50 年,甚至更长。美国联邦地质调查局最新数据显示,美国沃思堡盆地 岩气田开采寿命可达 80~100 年。开采寿命长,就意味着可开发利用的价值大,这也决定了它的发展潜力。分布北美克拉通盆地、前陆盆地侏罗系、泥盆系种成熟度页岩气资源。中国许多盆地发育有多套煤系及暗色泥、页岩地层,互层分布大套的致密砂岩存在根缘气、页岩气发育有利条件,有不同规模的天然气发现,但目前尚未在大面积区域内实现天然气勘探的进一突破。资料显示,中国南方海相页岩地层可能是页岩气的主要富集地区。除此之外,松辽、鄂尔多斯、吐哈、准噶尔等陆相沉积盆地的页岩地层也有页岩气富集的基础和条件。重庆綦江、万盛、南川、武隆、彭水、酉阳、秀山和巫溪等区县是页岩气资源最有利的成矿区带,因此被确定为首批实地勘查工作目标区。与传统意义上的泥页岩裂缝气并不完全相同 , 现代概念的页岩气是主 体上以吸附和游离状态同时赋存于具有生烃能力泥岩及页岩等地层中的天然气聚集,具有自生自储、吸附成藏、隐蔽聚集等地质特点。美国的页岩气勘探取得巨大成功,是投入工业性勘探开发的三大非常规天然气 类型之一 ,目前已 形成了 区域性页岩气 勘探开发局面。中国的页岩气研究正在起步 ,许多盆地及研究区具有页岩气成藏的地质条件,与美国东部地区页岩气成藏地质条件进行初步对比 , 中国南方具有有利的页岩气发育条件 ,开展页岩气研究具有重要意义。二 . 页 岩 气 成 藏 机 理 页岩在地层组成上 ,多为暗色泥岩与浅色粉砂岩的薄互层 。在页岩中 , 天然气的赋存状态多种多样 。除极少量的溶解状态天然气以外,大部分均以吸附状态赋存于岩石颗粒和有机质表面,或以游离状态赋存于孔隙和裂缝之中。吸附状天然气的赋存与有机质含量密切有关,它与游离状天然气含量之间呈彼此消长 关系,其中吸附状态天然气的含量变化于 20 % ~ 85 % 之间。因此从赋存状态观察,页岩气介于煤层吸附气(吸附气含量在 85 %以上)和常规圈闭气 (吸附气含量通常忽略为零)之间。页岩气成藏体现出了非常复杂的多机理递变特点,除天然气在孔隙水、干酪根有机质及液态烃类中的溶解作用机理以外,天然气从生烃初期时的吸附聚集到大量生烃时期的活塞式运聚,再到生烃高峰时期的置换式运 聚 ,体现出了页岩气自身所构成的完整性天然气成藏机理序列 。上 述 一 系 列 作 用 过 程 的 发 生 使 页 岩 中 的 天 然 气 赋 存 相 态 本 身 也 构 成 了 从 典 型 吸 附 到 常 规 游 离 之 间 的 序 列 过 渡 , 因 而 页 岩 气 成 藏 机 理 研 究 具 有 自 身 的 独 特 意 义 , 它 至 少 将 煤 层 气 ( 典 型 吸 附 气 成 藏 原 理 ) 、 根 缘 气 ( 活 塞 式 气 水 排 驱 原 理 ) 和 常 规 气 ( 典 型 的 置 换 式 运 聚 机 理 ) 的 运 移 、 聚 集 和 成 藏 过 程 联 结 在 一 起 。 由 于 页 岩 气 在 主 体 上 表 现 为 吸 附 状 态 与 游 离 状 态 天 然 气 之 间 的 递 变 过 渡 , 体 现 为 成 藏 过 程 中 的 无 运 移 或 极 短 距 离 的 有 限 运 移 , 因 此 页 岩 气 藏 具 有 典 型 煤 层 气 、 典 型 根 缘 气 和 典 型 常 规 圈 闭 气 成 藏 的 多 重 机 理 意 义 , 在 表 现 特 征 上 具 有 典 型 的 过 渡 意 义 。第 一 阶 段 是 天 然 气 在 页 岩 中 的 生 成 、 吸 附 与 溶 解 逃 离 , 具 有 与 煤 层 气 成 藏 大 致 相 同 的 机 理 过 程 。 在 天 然 气 的 最 初 生 成 阶 段 , 主 要 由 生 物 作 用 所 产 生 的 天 然 气 首 先 满 足 有 机 质 和 岩 石 颗 粒 表 面 吸 附 的 需 要 , 当 吸 附 气 量 与 溶 解 的 逃 逸 气 量 达 到 饱 和 时 , 富 裕 的 天 然 气 则 以 游 离 相 或 溶 解 相 进 行 运 移 逃 散 , 条 件 适 宜 时 可 为 水 溶 气 藏 的 形 成 提 供 丰 富 气 源 。 此 时 所 形 成 的 页 岩 气 藏 分 布 限 于 页 岩 内 部 且 以 吸 附 状 态 为 主 要 赋 存 方 式 , 总 体 含 气 量 有 限 。在 热 裂 解 气 大 量 生 成 过 程 中 , 由 于 天 然 气 的 生 成 作 用 主 要 来 自 于 热 化 学 能 的 转 化 , 它 将 较 高 密 度 的 有 机 母 质 转 换 成 较 低 密 度 的 天 然 气 。 在 相 对 密 闭 的 系 统 中 , 物 质 密 度 的 变 小 导 致 了 体 积 的 膨 胀 和 压 力 的 提 高 , 天 然 气 的 大 量 生 成 作 用 使 原 有 的 地 层 压 力 得 到 不 断 提 高 , 从 而 产 生 原 始 的 高 异 常 地 层 压 力 , 即 “高 压 锅 ”原 理 。 由 于 压 力 的 升 高 作 用 , 页 岩 内 部 沿 应 力 集 中 面 、 岩 性 接 触 过 渡 面 或 脆 性 薄 弱 面 产 生 裂 缝 , 天 然 气 聚 集 其 中 则 易 于 形 成 以 游 离 相 为 主 的 工 业 性 页 岩 气 藏 , 此 时 页 岩 气 藏 的 形 成 在 主 体 上 表 现 为 由 生 气 膨 胀 力 所 促 动 的 成 藏 过 程 , 天 然 气 原 地 或 就 近 分 布 , 构 成 了 挤 压 造 隙 式 的 运 聚 成 藏 特 征 。 在 该 阶 段 , 游 离 相 的 天 然 气 以 裂 隙 聚 集 为 主 , 页 岩 地 层 的 平 均 含 气 量 丰 度 达 到 较 高 水 平 。随 着 更 多 天 然 气 源 源 不 断 地 生 成 , 越 来 越 多 的 游 离 相 天 然 气 无 法 全 部 保 留 于 页 岩 内 部 , 从 而 产 生 以 生 烃 膨 胀 作 用 为 基 本 动 力 的 天 然 气 “逃 逸 ”作 用 。 在 通 常 情 况 下 , 与 页 岩 间 互 出 现 的 储 层 主 要 为 粉 - 细 砂 岩 类 , 具 有 低 孔 低 渗 特 点 , 它 限 定 了 天 然 气 的 运 移 方 式 为 活 塞 式 排 水 特 点 , 这 种 气 水 排 驱 方 式 从 页 岩 开 始 , 从 而 在 页 岩 边 缘 以 活 塞 式 推 进 方 式 产 生 根 缘 气 聚 集 。 此 时 的 天 然 气 聚 集 已 经 超 越 了 页 岩 本 身 , 表 现 为 无 边 、 底 水 和 浮 力 作 用 发 生 的 地 层 含 气 特 点 。 因 此 从 整 套 页 岩 层 系 考 察 , 不 论 是 页 岩 地 层 本 身 还 是 薄 互 层 分 布 的 砂 岩 储 层 , 均 表 现 为 普 遍 的 饱 含 气 性 。 若 地 层 中 的 砂 岩 含 量 逐 渐 增 多 并 逐 步 转 变 为 以 致 密 砂 岩 为 主 , 则 页 岩 气 藏 逐 渐 改 变 为 根 缘 气 藏 。 如 果 生 气 量 继 续 增 加 , 则 天 然 气 分 布 范 围 进 一 步 扩 大 , 直 到 遇 常 规 储 层 或 输 导 通 道 后 , 天 然 气 受 浮 力 作 用 而 进 行 置 换 式 运 移 , 从 而 导 致 常 规 圈 闭 气 藏 的 大 范 围 出 现 。 图 1   天 然 气 成 藏 的 三 个 阶 段 ( ①页 岩 气 成 藏 阶 段 ; ②根 缘 气 成 藏 阶 段 ; ③常 规 圈 闭 气 成 藏 阶 段 )三、页岩气勘探开发1. 页岩气地质理论页岩气藏因为页岩基质孔隙度很低 , 最高仅为 4 % ~5 % , 渗透率小于 1×10m 2 , 因此, 主要由裂缝提供其储气空间。页岩在地层组成上多为暗色泥岩与浅色粉砂岩的薄互层。 在页岩中, 天然气的赋存状态多种多样, 除极少量溶解状态的天然气以外, 大部分均以吸附状态赋存于岩石颗粒和有机质表面, 或以游离状态赋存于孔隙和裂缝之中。 吸附状态天然气的赋存与有机质含量密切相关, 其中吸附状态天然气的含量变化于 20 % ~ 85 % 之间。页岩气介于煤层吸附气(吸附气含量在 85 % 以上)和常规圈闭气(吸附气含量通常忽略为零)之间。 页岩气成藏有着非常复杂的多机理递变特点, 体现为成藏过程中的无运移或极短距离的有限运移。 因此, 页岩气藏具有典型煤层气、 典型根缘气和典型常规圈闭气成藏的多重机理。页岩气藏的形成是天然气在烃源岩中大规模滞留的结果。 页岩气藏是“ 自 生自 储” 式气藏, 运移距离极短, 其现今保存状态基本上可以反映烃类运移的状况, 即天然气主要以游离相、 吸附相和溶解相存在。 在生物化学生气阶段, 天然气首先吸附在有机质和岩石颗粒表面, 饱和后则富余的天然气以游离相或溶解相进行运移。 当达到热裂解生气阶段, 由于压力升高, 若页岩内部产生裂缝, 则天然气以游离相为主向其中运移聚集, 受周围致密页岩烃源岩层遮挡、 圈闭, 易形成工业性页岩气藏。 由于扩散对气态烃的运移能起到相当大的作用, 天然气继续大量生成, 会因生烃膨胀作用而使富余的天然气向外扩散运移, 故此时不论是页岩地层本身还是薄互层分布的砂岩储层, 均表现为普遍的饱含气性。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. 页岩气勘探方法 页岩气勘探方法有地质、 地球物理、 地球化学勘探、 钻井等方法, 采用多学科综合勘探是页岩气勘探发展方向。3. 页岩气勘探开发技术工艺页岩气和煤层气的赋存机理有共同之处,它们都有相当部分的气以吸附状态存在。在未开发前煤层气绝大部分被吸附于煤颗粒表面及内部,而按美国已开发页岩气田的测试值,吸附气占的比例可以为20%~80% [2]。另一部分气可以游离态存在于页岩的微裂隙和煤层的割理中。他们开发的主要手段都是水平井和压裂,都有较长的有效生产期。其不同之处主要在于煤层气开发中以排水降压解吸,而页岩气的分段压裂有更强的造缝能力,开发井处的采出降压可以使吸附气逐渐产出。页岩气和致密砂岩气在美国都属于非常规气。他们的经济开发都主要靠水平井和压裂对储层的改造,对这两种气藏来说其技术工艺也是大同小异,其压裂液的配方、构成可因所针对的岩性和流体差异而有所变化。显然,如果页岩气、煤层气、致密砂岩气在空间上已有了较密切的共/伴生关系,再加上开发所使用的技术工艺、地面及井下设备的类似,这就为其综合勘探、综合开发创造了有利条件,增大了其实际运作的可行性。美国将页岩气田开发周期划分为5 个阶段, 即资源评估、勘探启动、早期开采、成熟开采和产量递减阶段。在资源评估阶段需要对页岩及其储层潜力做出评估。在勘探启动阶段开始钻探试验井, 测试压裂并预测产量。进入早期开采阶段后, 开始快速开发 , 建立相应标准。在成熟开采阶段进行生产数据对比, 确定气藏模型, 形成开发数据库。经过一定时间的开采后, 进入到产量递减阶段, 为了减缓产量递减速度, 在此阶段通常需要实施再增产措施, 如重复压裂、人工举升等。整体看这5 个阶段, 开发页岩气所采用的技术与常规天然气开发技有所区别,下面将分别说明。(1). 地震勘探技术页岩气储集在厚层的泥页岩中( 中间可以有薄夹层 ) , 解释、识别这样的地层相对比较容易, 从勘探到开发都离不开地震勘探技术。三维地震技术有助于准确认识复杂构造、储层非均质性和裂缝发育带,以提高探井( 或开发井) 成功率, 微地震监测是一种主要用于油气田开发的新的地震方法。由于泥页岩地层与上下围岩的地震传播速度不同, 在泥页岩的顶底界面会产生较强的波阻抗界面,结合录井、测井等资料识别解释泥页岩, 进行构造描述并不难。裂缝的存在会引起地震反射特征的改变, 应用高分辨率三维地震可以依据反射特征的差异识别预测裂缝。利用三维地震绘制页岩裂缝带图主要是通过相干分析技术、地震属性分析、层时间切片等预测泥页岩裂缝。裂缝预测技术对井位优化也起到关键作用。(2). 钻井技术美国页岩气井钻井主要包括直井和水平井两种方式。直井主要目的用于试验, 了解页岩气藏特性,获得钻井、压裂和投产经验, 并优化水平井钻井方案。水平井主要用于生产, 可以获得更大的储层泄流面积, 得到更高的天然气产量。在水平井钻井中采用了旋转钻井导向工具, 可以形成光滑的井眼, 更易获得较好的地层评价。同时采用欠平衡钻井技术, 实施负压钻井, 避免损害储层。随钻测井技术( 和随钻测量技术 ( ,可以使水平井精确定位 , 同时作出地层评价, 引导中靶地质目标。水平井形式包括单支、多分支和羽状水平井。(3). 页岩气井测井技术页岩气井测井内容主要指气层、裂缝、岩性的定性与定量识别。页岩气与常规气一样, 是不导电介质, 具有密度值很小、含氢指数低、传播速度慢等物理特性。气层测井显示高电阻、高声波时差、低体积密度、低补偿中子、低光电效应等特征。C￿ 线经岩性及环境影响校正后进行重叠, 可根据差异判断气层, 利用三条孔隙度曲线和电阻率曲线及数字处理成果进行综合评价。核磁双井进行差谱分析, 根据差谱识别油、气、水层, 对双井进行移谱分析, 判断气层。时间推移测井, 下套管后最佳时间测量的中子与固井后24h 内测量的中子曲线重叠, 利用其差值可以评价气层。(4). 页岩含气量录井和现场测试技术由于页岩的孔隙度低, 以裂缝和微孔隙为主, 绝大多数的页岩气以游离态、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。页岩气在录井过程中需要在现场做页岩层气含量测定、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。(5). 完井技术国外从事油气勘探开发的一些公司认为, 页岩气井的钻井并不困难, 难在完井。主要由于页岩气大部分以吸附态赋存于页岩中, 而其储层渗透率低,既要通过完井技术提高其渗透率, 又要避免地层损害是施工的关键, 直接关系到页岩气的采收率, 因此在固井、完井方式、储层改造方面有其特殊技术。页岩气井通常采用泡沫水泥固井技术。由于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% 。页岩气井的完井方式主要包括组合式桥塞完井、水力喷射射孔完井和机械式组合完井。组合式桥塞完井是在套管井中, 用组合式桥塞分隔各段,分别进行射孔或压裂, 这是页岩气水平井最常用的完井方法, 但因需要在施工中射孔、坐封桥塞、钻桥塞, 也是最耗时的一种方法。水力喷射射孔完井适用于直井或水平套管井。该工艺利用柏奴利原理, 从工具喷嘴喷射出的高速流体可射穿套管和岩石, 达到射孔的目的。通过拖动管柱可进行多层作业, 免去下封隔器或桥塞, 缩短完井时间。机械式组合完井采用特殊的滑套机构和膨胀封隔器, 适用于水平裸眼井段限流压裂, 一趟管柱即可完成固井和分段压裂施工。目前主要技术有公司的St 井技术, 施工时将完井工具串下入水平井段, 悬挂器坐封后, 注入酸溶性水泥固井。井口泵入压裂液, 先对水平井段最末端第一段实施压裂, 然后通过井口落球系统操控滑套,依次逐段进行压裂。最后放喷洗井, 将球回收后即可投产。膨胀封隔器的橡胶在遇到油气时会自动发生膨胀, 封隔环空、隔离生产层, 膨胀时间也可控制。(6). 储层改造技术页岩气储层改造技术包括水力压裂和酸化, 可以通过常规油管或连续油管进行施工。水力压裂适用于致密储层。关键在于压裂液处理, 除了使用大量的活性水外, 还要加入一些特殊添加剂, 如特殊的降阻剂( 不含苯酚) 、微乳化表面活性剂、裂缝清洁加强剂和导流增强剂等。在这些添加剂的综合作用下, 可以改善页岩气层本身超低的渗透率, 提高导流性, 优化页岩气的生产条件, 减小地层损害。水力压裂施工时, 采用大量的活性水和少量的支撑剂。根据国外的实践经验, 页岩气采收率与支撑剂尺寸之间不存在对应关系, 许多井在无支撑剂或只有少量支撑剂的情况下, 也可达到商业采收率。在水力压裂施工中采用微地震监测这一辅助技术, 通过倾斜仪和传感器可以远距离在地面或井下对压裂效果进行监测, 记录在水力压裂期间由岩石剪切造成的微地震或声波传播情况。通过处理微地震数据确定水力压裂产生的裂缝走向、倾向、高度、长度等。国外在新井或老井再次增产或二次完井中经常采用连续油管进行施工作业, 可用于单支或多分支水平裸眼井或套管井。当开采进入到产量递减阶段时, 需要采取再次增产措施以提高采收率。重复压裂就是在老井中再次进行水力压裂, 直井中的重复压裂可以在原生产层再次射孔, 注入的压裂液体积至少比其最初的水力压裂多出25% , 可使采收率增加30%- 80% 。四.) 利用油气微生物勘探技术,可以开展预测含油气区、油气前景分级评价、油气成藏主控因素分析等。近几年来该技术在中国12 个区块应用效果良好。页岩气是一种非常规的天然气。控制页岩气富集的因素较多,如有机碳含量、有机质类型、热演化程度、页岩的孔隙与裂缝、埋深、压力等。在页岩气勘探中,原生页岩气藏较高的异常压力、气藏的隐蔽特性、页岩的孔隙与微裂缝愈发育气藏富集程度愈高等这些有利的页岩气成藏特点, 均为油气微生物勘探技术充分发挥其独特优势提供了得天独厚的条件,可以更有效地反映页岩气的富集规律,进而圈定页岩气有利目标区,大大提高页岩气的勘探成功率,降低页岩气的勘探风险。(2)油气微生物勘探技术的原理和特点油气微生物勘探技术的原理是: 在油气藏压力的驱动下, 油气藏的轻烃气体持续地向地表垂直扩散和运移, 土壤中的专性微生物以轻烃气作为唯一的能量来源, 专性微生物在油藏正上方的地表土壤中非常发育并形成微生物异常。利用现代生物技术,分离、培养和检测专性微生物异常,结合工区地质、钻井、试油等资料,可以预测含油气区、油气前景分级评价、油气成藏主控因素分析、预测剩余油气分布、单井钻前快速评价、储层预测和井位部署。油气微生物勘探技术具有应用效果良好、成本低廉、信息独立、技术隐蔽等特点。同时,由于该方法利用专性微生物表征地下的含油气情况, 因而具有独特的优势:(1)灵敏度高。只要在一定的地层压力驱动下,油气藏向上方保持恒定微弱的烃通量, 即可被专性微生物作为唯一的能量来源加以利用。一般情况下轻烃以微泡的形式向上浮动, 即使一般仪器无法检测, 专性微生物仍然能够有效地加以利用并得以繁殖;(2)稳定性好。常温常压下,在半个月的时间内将样品送往实验室进行专性微生物分析, 其分析结果表现为良好的稳定性。同时, 微生物休眠激活方便,在适宜的温度下冷藏后再激活时,异常水平值亦较稳定;(3)可将异常指数级放大。微生物繁殖在一定条件下呈指数级增长, 控制实验条件可将微弱异常放大,使之易于分析检测,可以充分利用该特点有效地反映地下页岩的含气性;(4)微生物单解性强。微生物依赖微弱恒定的烃通量即可生存繁殖, 在油气藏正上方地表土壤中形成微生物异常,因而具有较强的单解性;(5)油气可区分性强。甲烷氧化菌指示天然气藏,烃氧化菌指示油藏,可以通过二者直接表征地下的含油气性,为天然气、页岩、煤成气的勘探提供有效的技术;(6)分析便捷迅速。取样和分析迅速快捷,周期短,出成果快,安全环保,不仅容易在油气主控因素、运移规律、前景分级评价等方面产生新的认识,而且极易工业化。(3)利用油气微生物勘探技术预测页岩气有利目标区近几年来, 油气微生物勘探技术先后在中国中扬子地区松滋油田,鄂尔多斯盆地长庆桥区块、西峰董志塬区块、呼和坳陷区块, 松辽盆地大庆卫星油田、滨北地区、齐家北油田、徐家围子,环渤海湾大港油田港西构造、乌马营地区、胜利油田惠民凹陷、八面河地区12 个油气田进行了生产应用,取得了较好的效果。在这些盆地或地区发育大量的泥页岩。研究结果表明, 油气微生物勘探技术仍然能够有效地检测出微生物异常。页岩气藏的富集受多种因素的影响, 影响因素包括页岩的矿物成分和结构、有机碳含量、有机质类型、热演化程度、有效厚度、孔隙与裂缝空间、埋深、压力等。其中,页岩有效厚度、有机碳含量和孔隙、裂缝的发育程度对页岩气藏的富集影响最大, 从而在适宜的条件下形成页岩气的富集区。例如,目前四川盆地发现的页岩气显示最多, 其中以下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组2 套页岩最为有利。下寒武统筇竹寺组页岩形成于深水陆棚相带, 主要分布在川南、川北和川东—鄂西地区,地层厚度由北向南增大,最厚可达955m,埋深1000~6000m,川南最浅。页岩总有机碳(10%,下部最高;页岩中有机质演化程度除广元矿山梁地区较低外(有机质成熟度, 其余地区均很高(。但页岩气显示丰富,集中分布于川南地区,如威5 井1966 04m3/d。因此, 在页岩气富集的区域可以利用油气微生物勘探寻找其有利的目标区块。成藏机理及赋存特征方面都有其独特的特点,识别页岩气的方法也有别于以往对常规天然气气藏的判别模式。总有机碳含量、成熟度是其重要的判别指标。通过对这些地球化学指标的认识,作为对可用地化分析样品的补充,利用测井资料计算这两个参数将有助于对页岩气藏的识别。总有机碳含量代表了页岩气源岩的生气潜力,成熟度则表现干酪根的演化程度,两者综合指示页岩储层中可能存在的天然气量。总有机碳含量(成熟度、干酪根类型、气体含量、烃的相态、埋藏史和演化程度作为表征页岩气的重要地化指标而备受关注。其中总有机碳含量、成熟度更是决定性要素暗色页岩在中国分布广泛,中国南方、西北及华北地区中、古生界等都是页岩气藏发育的有利地区。有机碳含量大于2%,泥岩或页岩均具有形成工业价值气藏的基础条件。对这几个地区的老井测井资料复查是找到有利页岩气藏的重要途径之一,综合测井资料分析可以在测井曲线上辨别有利的页岩气储层。(1) 总有机碳含量:产气页岩中的总有机碳含量一般为1%~20%,为是有潜力的页岩气源岩的下限,较高的且有机质可以作为吸附气的核心载体, 其值的大小直接影响吸附气数量的变化。不同干酪根类型的页岩中都可以生成天然气,干酪根的类型并不影响烃源岩层的产气数量,它只影响天然气吸附率和扩散率。有机质含量是生烃强度的主要影响因素,它决定着生烃的多少。在相同压力下页岩对气的吸附能力与页岩的总有机碳含量之间存在线性关系,说明含气量主要取决于其总有机碳含量。(2) 成熟度:在热成因的页岩储气层中,烃类是在时间、温度和压力的共同作用下生成的。 当页岩中机质的成熟度则成为页岩气源岩生烃潜力的重要预测指标,含气页岩的成熟度越高表明页岩生气量越大,页岩中可能赋存的气体也越多。低成熟页岩产气速率就比较低,这可能是由于生成的天然气的量少以及残留的液态烃堵塞喉道造成的。在许多页岩高成熟的井中,产气速率比较高,这是因为干酪根和石油裂解产生的气量迅速增加。页岩气藏的热演化成熟度(镜质组反射率)页岩气的生成从有机质向烃类转化开始,并伴随整个演化过程。在不同演化阶段不同类型的有机质产气量不同,所有类型的干酪根在高成熟度条件下都可以产气。页岩中即有烃类气体产生,也就有可能在页岩中聚集形成气藏。干酪根的热成熟度影响页岩中能够被吸附在有机物质表面的天然气数量。此外,随着演化程度的增高,由于烃类气体生成引起的地层压力增大也可以提高页岩对气体的吸附性能,在压力升高到一定程度时,在地层中产生的微裂缝也是页岩气赋存的良好储集空间。因此,热成熟度是评价可能的高产页岩气的关键地球化学参数。3. 测井技术测井技术是页岩气勘探开发的关键技术之一,页岩气与常规油气层存在多方面巨大差异, 决定了页岩气与常规油气层测井评价方法不同。首先是储集状态的不同。页岩气具有低孔隙度、特低渗透率及自生自储的特点, 表明其测井解释评价属于低孔隙度低渗透率储层的解释评价范畴; 其次是储层流体的赋存状态不同。页岩气常以吸附状态赋存于页岩中, 游离气少, 表明储层含气的测井响应特点面临新探索。第三是储层岩性复杂且不同于常规油气层。目前已知达到商业开采价值的页岩气储层多为硅质含量大于28%、微裂缝发育的页岩储层, 表明页岩气测井解释模型将完全不同于常规油气层。凡此种种, 加之中国页岩气储层埋藏深等因素, 其测井评价技术必将成为中国页岩气勘探开发的核心问题之一五.岩储层测井曲线图( 1) 页岩气层识别。含气页岩测井响应与普通岩相比, 具有自然伽马强度高、电阻率大、地层体密度和光电效应低的特点( 见上图 ) , 高自然伽马度被认为是页岩中干酪根的函数。( 2) 页岩气测井评价参数。运用相关测井评价系统对页岩矿物成分、总孔隙度、有效孔隙度、含气孔隙度、含水孔隙度、含水饱和度、总有机物含量、干酪根、游离气和吸附气等定量估算; 在各有效参数估算基础上, 估算单井地质储量和产量。( 3) 页岩气储层潜力评价。页岩气储层的潜力评价主要体现在岩性( 矿物) 识别、有效厚度判定、有机碳含量与成熟度计算[ 27￿ 28] 、裂缝识别与地层压力预测等方面。( 4) 主要测井系列。从当前调研情况看, 目前应用于页岩气储层的测井系列主要为常规测井系列, 包括自然伽马、井径、自然电位、声波、密度、中子与电阻率测井主要目的是为了进行页岩储层的识别与储层物性评价。在勘探阶段应用了一些特殊测井系列, 如为了精确分析页岩的矿物成分, 应用了元素俘获能谱测井。油气勘探的眼睛。为在元坝探区取得页岩气勘探新发现和新突破,日前,勘探南方分公司在元陆4井的完井测井中,首次成功应用核磁共振、元素俘获两项测井先进技术,效果良好。 川东北的复杂岩性地层由于骨架参数的不确定性,采用常规测井,计算的孔隙度误差较大,对粘土矿物的确定比较困难。核磁共振和元素俘获(目前国际上的两种测井先进技术,这两种测井技术对于页岩气地层的岩性识别效果较好。核磁共振能提供准确的储层总孔隙度、有效孔隙度,是目前唯一直接测量地层自由流体和束缚流体体积的测井方法,元素俘获是通过测量矿物元素确定矿物的含量和类型,是目前唯一能从岩石化学成分角度解决岩性识别问题的测井方法。元陆 4 井是勘探南方分公司部署在元坝区块构造取得元坝探区页岩气勘探资料,勘探南方分公司在该井千佛崖下部至须家河组一段地层采用了常规测井和成像测井(基础上,引进了核磁共振、元素俘获两项测井先进技术。核磁共振测量的储层总孔隙度与岩心分析孔隙度相近,元素俘获测井分析的矿物含量与岩心分析结果吻合,应用的效果良好。这两种测井先进技术的成功应用,不但增加了测井手段,而且对提高测井解释精度及优选测试层段、深化页岩气地质认识提供了更加完备的地质资料。六.参考文献 【1】莫修文,李舟波,潘保芝,页岩气测井地层评价的方法与进展,地质通报,2011,30(2)【2】 张言译, 郭振山. 页岩气藏开发的专项技术[ J] . 国外油田工程, 2009, 25( 1) 【3】 潘仁芳, 伍媛, 宋争. 页岩气勘探的地球化学指标及测井分析方法初探[ J] . 中国油勘探, 2009, 14( 3)【4】 李新景 , 吕宗刚, 董大忠 , 等. 北美页岩气资源形成的地质条件[ J] . 天然气工业, 2009, 29( 5) 【5】 黄玉珍, 黄金亮, 葛春梅 , 等. 技术进步是推动美国页岩气快速发展的关键[ J] . 天然气工业, 2009, 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本文标题:页岩气勘探技术与进展
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