賈志豪+顧軍

摘要：近年來(lái)，北美地區(qū)如美國(guó)、加拿大的頁(yè)巖氣開(kāi)采技術(shù)取得了革命性突破，這也有效得帶動(dòng)了中國(guó)在頁(yè)巖氣勘探與開(kāi)發(fā)技術(shù)上的進(jìn)步。同時(shí)，中國(guó)也成為了世界上第三個(gè)開(kāi)始生產(chǎn)頁(yè)巖氣的國(guó)家。先人對(duì)頁(yè)巖氣的定義以及基本特征進(jìn)行了一系列研討，獲得一系列研究成果。其中，對(duì)頁(yè)巖氣的賦存機(jī)理以及富集條件有進(jìn)行針對(duì)性研究，并取得突破，這些對(duì)頁(yè)巖氣的勘探以及開(kāi)發(fā)具有一系列啟示意義。

關(guān)鍵詞：頁(yè)巖氣；賦存機(jī)理；富集條件；開(kāi)發(fā)手段

1. 頁(yè)巖氣的賦存機(jī)理及富集條件

1.1 頁(yè)巖氣的賦存狀態(tài)與賦存機(jī)理

1.1.1 頁(yè)巖氣的賦存狀態(tài)

頁(yè)巖氣具有多種賦存形態(tài)，而其主要的賦存方式為游離態(tài)和吸附態(tài)。其中，以游離態(tài)的形式賦存于巖石孔隙與裂縫中，以吸附態(tài)的形式賦存于存在于有機(jī)質(zhì)顆粒、粘土礦物顆粒之上。

1.1.2 頁(yè)巖氣的賦存機(jī)理

根據(jù)頁(yè)巖氣賦存狀態(tài)的分類，可以將頁(yè)巖氣的賦存機(jī)理分為四類：吸附機(jī)理、游離機(jī)理、溶解機(jī)理以及綜合賦存機(jī)理[11]。

（1）吸附機(jī)理：

頁(yè)巖中的吸附方式分為物理吸附與化學(xué)吸附。物理吸附一般可以認(rèn)為是分子間的范德華力所引起的，其特點(diǎn)為普遍性、無(wú)選擇性、可逆性，也是主要的吸附方式?；瘜W(xué)吸附一般發(fā)生在物理吸附之后，在常溫下吸附速度通常較慢，其特點(diǎn)也與物理吸附恰好相反。頁(yè)巖氣在頁(yè)巖中大部分處于被吸附的狀態(tài)。

（2）游離機(jī)理：

以游離形式存在的天然氣一般可以在頁(yè)巖的孔隙或裂縫中自由流動(dòng)，而頁(yè)巖內(nèi)有效空間或者有效厚度和面積則決定了游離態(tài)天然氣的含量。當(dāng)頁(yè)巖氣吸附達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡后，多余的氣體分子可能會(huì)流動(dòng)到巖石孔隙或裂縫中。

（3）溶解機(jī)理：

同游離機(jī)理，天然氣分子總會(huì)吸附平衡，當(dāng)處于吸附平衡態(tài)時(shí)，部分氣體可能會(huì)處于游離，還有部分氣體則會(huì)進(jìn)入連續(xù)相中發(fā)生溶解[5]。那部分頁(yè)巖氣被認(rèn)為溶解在有機(jī)質(zhì)如干酪根、液態(tài)油等連續(xù)相中。

（4）綜合賦存機(jī)理：

頁(yè)巖氣的吸附、游離和溶解機(jī)理并非相互獨(dú)立的，三種賦存機(jī)理是有機(jī)統(tǒng)一的，在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化其表現(xiàn)形式。因此，單獨(dú)研究每一項(xiàng)吸附機(jī)理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而應(yīng)該將三者有機(jī)統(tǒng)一起來(lái)。

1.2 頁(yè)巖氣的富集條件

頁(yè)巖氣油氣藏有其自身特點(diǎn)，除了沒(méi)有統(tǒng)一的壓力系統(tǒng)外，頁(yè)巖氣成藏需要充足的氣源、具有適度的儲(chǔ)集空間等。從多年的研究結(jié)果，可以將頁(yè)巖氣的富集條件分為三類：物源條件（生）、儲(chǔ)層條件（儲(chǔ)）、保存條件（保）[12]。

（1）物源條件

頁(yè)巖氣油氣藏的形成首先得有豐富的生油巖，即充足的氣源。因此那些大量蘊(yùn)含有機(jī)質(zhì)的黑色泥頁(yè)巖通常是頁(yè)巖氣成藏的優(yōu)選條件，然而這些頁(yè)巖的形成條件非?？量?，除了封閉，能快速沉積外，還需要有較好的還原環(huán)境。

（2）儲(chǔ)集條件

頁(yè)巖不僅僅要考慮物源條件還要考慮儲(chǔ)層條件，其自身巖性為頁(yè)巖氣的儲(chǔ)集創(chuàng)造了條件。與常規(guī)油氣類似，頁(yè)巖的孔隙則是提供儲(chǔ)集空間的重要條件，所以它的有效厚度，含氣面積以及孔隙度的大小則能反應(yīng)其容量。

然而頁(yè)巖儲(chǔ)層往往孔隙度非常小，滲透率也非常低，從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度來(lái)看，絕大部分頁(yè)巖的孔隙度小于15%，滲透率一般小于0.1mD，單一的頁(yè)巖孔隙介質(zhì)是不足以提供足夠的儲(chǔ)集空間，因此頁(yè)巖的儲(chǔ)集空間往往是由構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的裂縫來(lái)承擔(dān)的。

（3）保存條件

頁(yè)巖氣的富集對(duì)保存條件的要求是極為苛刻的，構(gòu)造作用對(duì)頁(yè)巖氣的保存有重要的影響。頁(yè)巖氣由于其吸附特征，具有一定的抗破壞能力。但在板塊交界處，往往會(huì)發(fā)生構(gòu)造作用，例如四川盆地有大量的斷裂帶。因此，這些由于構(gòu)造作用影響的發(fā)育裂縫會(huì)嚴(yán)重影響頁(yè)巖氣的保存。

2. 頁(yè)巖油氣的開(kāi)發(fā)

2.1 頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)

對(duì)于頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)，最初的認(rèn)識(shí)是無(wú)機(jī)礦物（特別是脆性礦物）的類型及含量對(duì)于工程壓裂至關(guān)重要，進(jìn)一步研究表明，無(wú)機(jī)礦物的類型、成因與演化對(duì)于探索頁(yè)巖氣成藏機(jī)理與成藏過(guò)程同樣很重要。無(wú)機(jī)礦物孔隙對(duì)于頁(yè)巖內(nèi)部早期液態(tài)烴類聚集具有重要作用，無(wú)機(jī)礦物與固體有機(jī)質(zhì)共同形成的固體格架對(duì)于有機(jī)孔及其中頁(yè)巖氣的保存有重要意義。

由于頁(yè)巖的密封性好，油氣不容易散失，因此頁(yè)巖氣的開(kāi)采必須采用水平井及多級(jí)壓裂進(jìn)行開(kāi)發(fā)[10]。與直井相比較，水平井具有與儲(chǔ)層接觸更長(zhǎng)的完井層段，通過(guò)水力壓裂形成裂縫網(wǎng)絡(luò)，可有效溝通縫洞，從而改善儲(chǔ)層物性，使油氣在更大范圍內(nèi)從基質(zhì)向裂縫滲流的距離更短。采用水平井可大幅度提高井筒與地層的接觸面積，提高儲(chǔ)層整體滲流能力，具有“少井高產(chǎn)”的特點(diǎn)。

2.2 頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)所面臨的挑戰(zhàn)

盡管中國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)取得了可喜的成就，但也面臨諸多挑戰(zhàn)和考驗(yàn)：

（1）頁(yè)巖氣的開(kāi)采尚處在研究階段，對(duì)于資源的勘探準(zhǔn)確性還不能保證；

（2）深頁(yè)巖氣藏（4000m以下）勘探與開(kāi)發(fā)技術(shù)還不夠成熟；

（3）頁(yè)巖氣本身開(kāi)采難度非常大，尤其是環(huán)保問(wèn)題難得到解決，且水資源量也是個(gè)很大的問(wèn)題；

（4）勘探開(kāi)發(fā)成本仍較高。

對(duì)于如何加快推進(jìn)頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)，在技術(shù)、成本、理論、環(huán)境4個(gè)方面仍需進(jìn)行突破，需要在實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)，尋求合理的開(kāi)發(fā)方式。

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