張 冰

(中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 138000)

0 引 言

近年來(lái)，中國(guó)頁(yè)巖油氣開(kāi)發(fā)進(jìn)展迅速，產(chǎn)量明顯增加。柳波等[1]、金之鈞等[2]、王維紅等[3]對(duì)松遼盆地陸相頁(yè)巖油地質(zhì)研究方法與勘探評(píng)價(jià)進(jìn)展進(jìn)行了研究，并認(rèn)為松遼盆地是中國(guó)頁(yè)巖油重要的基地。目前，松遼盆地北部的古龍地區(qū)、柴達(dá)木盆地西部的油泉子地區(qū)和南翼山地區(qū)均發(fā)現(xiàn)了頁(yè)巖油儲(chǔ)層，部分區(qū)域已達(dá)到開(kāi)發(fā)建產(chǎn)的階段。寧文祥等[4]、劉雅慧等[5]、焦方正等[6]開(kāi)展了頁(yè)巖儲(chǔ)層的開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)工作，張相春等[7]、張才利等[8]開(kāi)展了頁(yè)巖油氣藏開(kāi)發(fā)合理悶井時(shí)間數(shù)值模擬研究，提出頁(yè)巖油氣藏開(kāi)發(fā)應(yīng)該悶井至少2個(gè)月以上。頁(yè)巖油氣的開(kāi)采特點(diǎn)不同于常規(guī)天然氣[9-10]，能提高頁(yè)巖油氣井產(chǎn)量的先進(jìn)技術(shù)較多，包括水平井立體開(kāi)發(fā)技術(shù)[11]、多層壓裂技術(shù)、重復(fù)壓裂技術(shù)等，這些技術(shù)對(duì)提高頁(yè)巖油氣井的產(chǎn)量至關(guān)重要。雖然松遼盆地頁(yè)巖油取得重大突破，但至今仍未形成一套適合松遼盆地北部古龍地區(qū)頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)系列，因此，迫切需要調(diào)研國(guó)內(nèi)外相關(guān)的頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)，總結(jié)出一套適合松遼盆地地質(zhì)特征的頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)，為促進(jìn)松遼盆地北部早日建成商業(yè)示范開(kāi)發(fā)基地提供技術(shù)保障。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

松遼盆地是中國(guó)東北部的一個(gè)大型中、新生代沉積盆地，共分為5個(gè)構(gòu)造單元(圖1)[12]，其基底為前古生界、古生界的變質(zhì)巖、火成巖等，上部沉積蓋層從侏羅系開(kāi)始，至新生界均有不同程度的發(fā)育。松遼盆地北部頁(yè)巖儲(chǔ)層主要包括白堊系青山口組一段，嫩江組一、二段，其中主力層青一段、青二段以黑色頁(yè)巖為主，夾劣質(zhì)油頁(yè)巖，含薄層條帶及分散狀黃鐵礦，富含介形類微體化石，底部富含黑色泥巖，有機(jī)質(zhì)處于成熟階段。研究區(qū)頁(yè)巖厚度相對(duì)較大，由北向南逐漸減薄。隨著頁(yè)巖油氣的勘探不斷深入，在松遼盆地北部區(qū)域發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖油氣資源分布領(lǐng)域廣，是頁(yè)巖油氣勘查有利區(qū)域。

2 頁(yè)巖儲(chǔ)層地質(zhì)評(píng)價(jià)

松遼盆地北部頁(yè)巖儲(chǔ)層地質(zhì)特征復(fù)雜，以低孔低滲為主，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，平均孔隙度為2%，平均滲透率為0.21 mD，泥質(zhì)含量為20%，以泥頁(yè)巖、泥頁(yè)巖薄砂條頁(yè)巖為主，目的層厚度為361 m。青一段厚度為90 m，以紋層狀泥頁(yè)巖為主，青二+三段厚度為271 m，以泥頁(yè)巖夾薄砂條為主，屬于典型的頁(yè)巖儲(chǔ)層。實(shí)測(cè)壓力為33.98 MPa，實(shí)測(cè)溫度為103.7 ℃，原油密度為0.82～0.86 g/cm3，凝固點(diǎn)為31 ℃，動(dòng)力黏度為16.13 mPa·s。

圖1 松遼盆地北部區(qū)域構(gòu)造Fig.1 The regional structure of Northern Songliao Basin

在中國(guó)的頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)中，一直將頁(yè)巖油氣視為“自生自儲(chǔ)”的連續(xù)氣藏[13-14]，需要對(duì)頁(yè)巖油氣藏的保存條件、封閉條件及構(gòu)造條件開(kāi)展評(píng)價(jià)。頂?shù)装蹇梢允侨魏晤愋偷膸r性，如頁(yè)巖、致密砂巖、碳酸鹽巖等，頂?shù)装搴晚?yè)巖之間良好的間隔形成流體圍護(hù)箱，可有效減緩頁(yè)巖油氣運(yùn)移，使頁(yè)巖油氣得到有效保存。在頁(yè)巖油氣選區(qū)時(shí)，由于構(gòu)造穩(wěn)定，頁(yè)巖油氣可以靠自身實(shí)現(xiàn)封閉。一旦地層上升剝離，基巖生烴停止，不能有效補(bǔ)充油氣，且造成頁(yè)巖油氣流失。頁(yè)巖油氣斷層的破壞作用最直接體現(xiàn)在“通天”斷層，其為頁(yè)巖油氣流失的通道，造成頁(yè)巖油氣的破壞；而穿過(guò)頁(yè)巖油氣層的開(kāi)口斷層相連，高滲透頁(yè)巖層也會(huì)引起頁(yè)巖氣和油向外運(yùn)移，導(dǎo)致含油氣量下降。不同時(shí)期、不同的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用力，導(dǎo)致不同地層發(fā)生不同程度的褶皺、斷裂和剝蝕。頁(yè)巖儲(chǔ)層的地質(zhì)特征決定了單井產(chǎn)量的高低，頁(yè)巖儲(chǔ)層有機(jī)質(zhì)豐度高、頁(yè)理縫發(fā)育、晶間孔發(fā)育的儲(chǔ)層的開(kāi)發(fā)效果較好。松遼盆地北部頁(yè)巖儲(chǔ)層條件較好，發(fā)育了一套有機(jī)質(zhì)豐度高、裂縫較發(fā)育的儲(chǔ)層，為頁(yè)巖油規(guī)模建產(chǎn)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。該地區(qū)多井試油達(dá)到工業(yè)油流，如松頁(yè)油2HF井獲得日產(chǎn)為10.06 m3/d工業(yè)油流，吉頁(yè)油1HF井獲得日產(chǎn)為16.40 m3/d的工業(yè)油流等。

目前對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層地質(zhì)評(píng)價(jià)的方法主要有沉積地質(zhì)學(xué)、儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)、非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)、有機(jī)地球化學(xué)等多學(xué)科交叉與綜合[15-16]，結(jié)合國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層基礎(chǔ)研究的前沿理論對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)開(kāi)展研究[17-19]。研究結(jié)果認(rèn)為，頁(yè)巖埋藏深度、頁(yè)巖厚度、有機(jī)質(zhì)豐度、熱演化程度、頁(yè)巖脆性礦物含量、儲(chǔ)集條件對(duì)頁(yè)巖油氣儲(chǔ)量影響較大，為此，對(duì)這6個(gè)方面開(kāi)展評(píng)價(jià)研究。

2.1 頁(yè)巖埋藏深度

目前，商業(yè)開(kāi)發(fā)頁(yè)巖油氣藏的深度一般小于3 500 m。如果深度太大，會(huì)導(dǎo)致頁(yè)巖油氣開(kāi)采技術(shù)成本過(guò)高，沒(méi)有經(jīng)濟(jì)價(jià)值?？紤]到中國(guó)頁(yè)巖油氣藏勘探開(kāi)發(fā)剛剛起步，開(kāi)發(fā)技術(shù)難度大，有利富集區(qū)的埋深以3 500 m以淺為宜[20]，分布在斜坡相對(duì)穩(wěn)定的部分盆地或盆地的中心[21]。

松遼盆地頁(yè)巖儲(chǔ)層的埋深一般為1 600～3 000 m，埋深對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層的品質(zhì)影響較大，松遼盆地的頁(yè)巖儲(chǔ)層埋深合適，因此，符合頁(yè)巖油有效開(kāi)發(fā)的埋深要求，具有較好的工業(yè)開(kāi)發(fā)價(jià)值。

2.2 頁(yè)巖厚度

薛海濤等[22]對(duì)松遼盆地北部頁(yè)巖儲(chǔ)層各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，認(rèn)為頁(yè)巖進(jìn)入規(guī)模商業(yè)開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖系統(tǒng)總厚度為30～79 m，單井年產(chǎn)油氣高。通過(guò)對(duì)松遼盆地北部頁(yè)巖儲(chǔ)層厚度、溫度、壓力、滲透率等參數(shù)開(kāi)展評(píng)價(jià)(表1)，結(jié)果表明，頁(yè)巖儲(chǔ)層的厚度對(duì)儲(chǔ)量計(jì)算準(zhǔn)確性十分重要。在松遼盆地頁(yè)巖油勘探成果的基礎(chǔ)上，分別從沉積條件和儲(chǔ)層特征分析了頁(yè)巖儲(chǔ)層的厚度，松遼盆地北部頁(yè)巖儲(chǔ)層主要為60～80 m，最大可達(dá)200 m，頁(yè)巖儲(chǔ)層的厚度在某種程度上決定了單井產(chǎn)能的高低。普遍認(rèn)為在目前油價(jià)下頁(yè)巖儲(chǔ)層的厚度在30 m以上可以達(dá)到效益開(kāi)發(fā)的目的。

表1 頁(yè)巖儲(chǔ)層巖石及儲(chǔ)層性質(zhì)參數(shù)Table 1 The rock and reservoir property parameters of shale reservoirs

2.3 頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度

大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，形成頁(yè)巖油氣的TOC至少為2.00%以上，但研究表明，在中國(guó)有些區(qū)域，原始有機(jī)碳含量與殘余有機(jī)碳含量不同，TOC為1.00%的頁(yè)巖即可成為有效頁(yè)巖。通過(guò)N2吸附和壓汞分析得到松遼盆地TOC為1.73%～3.11%，松遼盆地北部頁(yè)巖油富集有利面積較大，約為1 500 km2，但頁(yè)巖儲(chǔ)層地質(zhì)條件復(fù)雜，富集主控因素有待進(jìn)一步深化研究。

2.4 熱演化程度

在常規(guī)油氣勘探過(guò)程中，熱演化程度一般作為評(píng)價(jià)烴源巖的重要指標(biāo)。通常，Ro為0.60%～1.60%的烴源巖已達(dá)到成熟和高成熟，而滿足大型商業(yè)開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖儲(chǔ)層Ro為1.00%～2.00%，且以2.00%為主。Ⅰ型有機(jī)質(zhì)只有在Ro為1.40% 的條件下才能成為良好的儲(chǔ)層，而Ⅱ型和Ⅲ型有機(jī)質(zhì)則需要更高的氫指數(shù)才能保證足夠的天然氣量。采用壓汞法得到松遼盆地頁(yè)巖儲(chǔ)層的熱演化程度為0.90%～2.10%，熱演化程度較高。

2.5 頁(yè)巖脆性礦物含量

相關(guān)研究表明[4]，頁(yè)巖儲(chǔ)層的硅質(zhì)含量為25%，有利于微裂縫形成。已大規(guī)模商業(yè)開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖油氣田脆性頁(yè)巖礦物石英含量為22%，產(chǎn)量較高的頁(yè)巖油氣井脆性礦物含量為25%。一般認(rèn)為，頁(yè)巖脆性礦物含量應(yīng)大于25%，有利于頁(yè)巖儲(chǔ)層后期改造。研究區(qū)儲(chǔ)層巖心礦物組成分析結(jié)果表明，頁(yè)巖儲(chǔ)層的脆性礦物含量為30%～50%，后期有利于水平井大規(guī)模壓裂改造的實(shí)施。

2.6 儲(chǔ)集條件

頁(yè)巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集條件對(duì)頁(yè)巖油氣賦存也至關(guān)重要[23]。有機(jī)質(zhì)的豐度、黏土礦物的種類和含量影響頁(yè)巖油氣的吸附和儲(chǔ)存。有機(jī)質(zhì)豐度越大、多孔黏土(晶間微孔等)礦物含量越大、巖石比表面積越大，對(duì)頁(yè)巖油氣的富集越有利。頁(yè)巖一般為低孔低滲儲(chǔ)層，頁(yè)巖的滲透率對(duì)于頁(yè)巖油氣層的識(shí)別和商業(yè)開(kāi)發(fā)非常重要[24]。微裂縫的開(kāi)發(fā)不僅可以為頁(yè)巖油氣的自由富集提供儲(chǔ)存空間，還可以為頁(yè)巖油氣的運(yùn)移和開(kāi)采提供渠道。在構(gòu)造作用的影響下，頁(yè)巖儲(chǔ)層生產(chǎn)層周圍產(chǎn)生微裂縫。研究表明，對(duì)于中國(guó)的頁(yè)巖氣，孔隙度為2%～4%，滲透率大于1 mD，天然微裂縫發(fā)育。松遼盆地頁(yè)巖儲(chǔ)層頁(yè)理層發(fā)育、物性條件較好，孔隙度與滲透率均滿足儲(chǔ)層儲(chǔ)集條件，具有較好的頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)前景。

3 頁(yè)巖儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)

3.1 頁(yè)巖油氣開(kāi)發(fā)特征

通常情況下，頁(yè)巖油氣開(kāi)采具有如下特點(diǎn)。

(1) 單井生產(chǎn)能力低或無(wú)自然生產(chǎn)能力。50%的頁(yè)巖油氣井在初始開(kāi)井測(cè)試時(shí)無(wú)天然氣流量，頁(yè)巖油氣井均要實(shí)施油藏壓裂改造才能建產(chǎn)。

(2) 頁(yè)巖油氣井生產(chǎn)周期長(zhǎng)。頁(yè)巖油氣主要以游離態(tài)存在并吸附于泥頁(yè)巖地層中，游離氣體過(guò)濾速度快，初期產(chǎn)量較高，但產(chǎn)量下降較快，已有研究表明，頁(yè)巖油氣井使用壽命可達(dá)50 a。

(3) 頁(yè)巖油氣具有吸附和脫附的特征，采收率低于常規(guī)天然氣。根據(jù)埋藏深度、地層壓力、有機(jī)質(zhì)含量和吸附氣體量的不同，不同頁(yè)巖氣和油藏的采收率不盡相同。

3.2 溫度和壓力

溫壓系統(tǒng)對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層的形成有重要影響。地層溫度越高，相同壓力下游離氣體含量越低，吸附氣體含量越低。隨著壓力的不斷升高，富含有機(jī)質(zhì)的頁(yè)巖的吸附能力不斷降低，游離氣的比例不斷增加。常規(guī)油氣藏是外源性的，良好的保護(hù)條件可以表現(xiàn)為超壓或低壓。頁(yè)巖油氣田是內(nèi)生的，以頁(yè)巖為基巖的碳?xì)浠衔锏纳蓪?dǎo)致孔隙壓力增加并形成異常高壓，在異常壓力和油氣質(zhì)量濃度差的作用下，油氣運(yùn)移總是向壓力較低處運(yùn)移，頁(yè)巖油氣排放過(guò)快，導(dǎo)致壓力急劇下降。

3.3 頁(yè)巖油氣開(kāi)發(fā)井網(wǎng)、井距、注采參數(shù)設(shè)計(jì)

頁(yè)巖油氣藏的開(kāi)發(fā)主要是實(shí)現(xiàn)地面“小間距井組”(井廠)的整合和集中，實(shí)現(xiàn)“少組多井”，井距以300～600 m為主，初期主要采用衰竭式開(kāi)發(fā)，后期采用注氣開(kāi)發(fā)，注氣速度為8 t/d，采收率一般為30%～40%左右。一般來(lái)說(shuō)，頁(yè)巖油氣田所需井?dāng)?shù)是常規(guī)氣田的10倍，井距較小，因?yàn)樵诔Ｒ?guī)油氣田中，如果布井過(guò)密，井間干擾會(huì)影響單井產(chǎn)量。但由于頁(yè)巖滲透率極低，只要鉆井密度適當(dāng)或相鄰井的裂縫不相交，每口井都可以對(duì)應(yīng)采出一小塊受控氣藏。因此，頁(yè)巖油氣產(chǎn)量與井?dāng)?shù)和開(kāi)發(fā)技術(shù)政策相關(guān)。

3.4 多級(jí)壓裂技術(shù)

水平井多段壓裂是目前頁(yè)巖油氣儲(chǔ)層改造的主要方式，人工裂縫是頁(yè)巖油氣產(chǎn)出的主要通道。金成志等[25]參考國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖儲(chǔ)層適應(yīng)性較好的改造技術(shù)參數(shù)，在此基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際地質(zhì)特征，總結(jié)出一套適合松遼盆地頁(yè)巖油氣高產(chǎn)井儲(chǔ)層改造參數(shù)(表2)。在巖石為脆性的情況下，不規(guī)則發(fā)育的天然裂縫的存在為誘導(dǎo)可控性裂縫的擴(kuò)展創(chuàng)造機(jī)會(huì)，因此，在設(shè)計(jì)儲(chǔ)層改造參數(shù)時(shí)，需要考慮利用天然裂縫的脆弱性。與常規(guī)儲(chǔ)層改造方式相比，頁(yè)巖儲(chǔ)層致密且難以壓裂，需要加大儲(chǔ)層改造規(guī)模，以便采出更多的頁(yè)巖油氣。為了提高儲(chǔ)層改造的效率，下連續(xù)油管壓裂改造是一種簡(jiǎn)單易行且相對(duì)便宜的選擇，特別是隨著適用于長(zhǎng)段水平井或波狀井的地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)的興起，連續(xù)油管鉆井的效率一直不斷提高。應(yīng)用“疊加井”代替了多級(jí)水力壓裂，通過(guò)增加數(shù)口波狀連續(xù)油管井來(lái)降低不必要的橫向氣流影響和技術(shù)難度，從而促使裂縫擴(kuò)展。

表2 頁(yè)巖油氣高產(chǎn)井儲(chǔ)層改造參數(shù)Table 2 The reservoir stimulation parameters of high-yield shale oil and gas wells

4 頁(yè)巖油氣關(guān)鍵技術(shù)

4.1 水平井軌跡設(shè)計(jì)技術(shù)

松遼盆地頁(yè)巖油分布廣泛、儲(chǔ)層地質(zhì)特征復(fù)雜、油藏分布類型等變化較大，從地質(zhì)上決定了需應(yīng)用水平井軌跡設(shè)計(jì)技術(shù)，目前該技術(shù)主要應(yīng)用于頁(yè)巖儲(chǔ)層，在松遼盆地乾安區(qū)塊應(yīng)用效果較好。水平段井眼位置主要依據(jù)頁(yè)巖層的物性，水平段方位的設(shè)計(jì)主要依據(jù)地應(yīng)力資料。在鉆井過(guò)程中穿透裂縫，裂縫出現(xiàn)在鉆孔路徑的頂部和底部，并在應(yīng)力較大的井側(cè)結(jié)束[26]。天然裂縫垂直穿過(guò)井的頂部、底部和側(cè)面。一般水平段越長(zhǎng)，最終采收率和初采速度越高，水平井軌跡設(shè)計(jì)應(yīng)盡量穿行裂縫發(fā)育的區(qū)域并與最大主應(yīng)力方向垂直。

4.2 長(zhǎng)水平段水平井鉆井技術(shù)

松遼盆地陸相頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)尚未形成效益開(kāi)發(fā)的體系，因此，松遼盆地頁(yè)巖油區(qū)塊必須開(kāi)展長(zhǎng)水平井開(kāi)發(fā)，水平井長(zhǎng)度應(yīng)大于500 m，爭(zhēng)取少井高產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)效益開(kāi)發(fā)，頁(yè)巖油氣藏的有效開(kāi)發(fā)需要長(zhǎng)水平段的水平井或水平分支井[27-29]，分支長(zhǎng)度為500～600 m。為提高水平井開(kāi)發(fā)效果，需優(yōu)化研究水平段的傾角、井徑、縱向位置和井長(zhǎng)。水平井可以是單分支的，也可高達(dá)4個(gè)分支，一般認(rèn)為單分支水平井的效果較好，建議在開(kāi)采期中采用單分支水平井鉆井。為提高壓裂效果，需要研究分支的形狀、數(shù)量和方向等。關(guān)于水平段鉆井過(guò)程中循環(huán)鉆井液的選擇，從研究情況來(lái)看，過(guò)去采用的是水基鉆井液，然后是油基鉆井液。壓裂過(guò)程中使用了氮?dú)馀菽退鶋毫岩?，這是目前最佳選擇。

4.3 頁(yè)巖油氣井完井技術(shù)

與常規(guī)油氣井相比，頁(yè)巖油開(kāi)發(fā)成本高，頁(yè)巖油的完井技術(shù)更加注重高效安全。對(duì)于大多數(shù)井，完井主要有裸眼完井、套管完井等，總體要求完井速度快、保障完井質(zhì)量高。目前的頁(yè)巖儲(chǔ)層完井技術(shù)可以達(dá)到快速但是未必能達(dá)到高效，未來(lái)還有一定的提升空間，完井方法的選擇直接受巖石強(qiáng)度、是否需要堵水堵氣、頁(yè)巖的活動(dòng)性和穩(wěn)定性等影響，以及在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上鉆頭選擇、完井體系選擇、軌跡測(cè)控、完井方法等都體現(xiàn)了這些完井要求，未來(lái)的完井技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和改進(jìn)方向是形成不同頁(yè)巖地質(zhì)特征區(qū)塊的最優(yōu)化的完井技術(shù)體系模式，并建立相應(yīng)的完井技術(shù)學(xué)習(xí)模式。

頁(yè)巖油氣儲(chǔ)層的低孔、低滲、產(chǎn)量低、生產(chǎn)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，決定了頁(yè)巖油氣完井工程技術(shù)包括應(yīng)用水平井地質(zhì)導(dǎo)向、組合式橋塞、水力噴射射孔等，為速度和經(jīng)濟(jì)性做出良好貢獻(xiàn)，降低開(kāi)發(fā)成本，為后期頁(yè)巖油氣井完井打下基礎(chǔ)，盡可能延長(zhǎng)生產(chǎn)壽命，且頁(yè)巖油氣井完井工具的開(kāi)發(fā)材料和新的井下工具將是未來(lái)的發(fā)展方向?？傊鳛榉莻鹘y(tǒng)的油氣藏，頁(yè)巖油氣藏是否能得到合理開(kāi)發(fā)依賴于完井技術(shù)進(jìn)步，頁(yè)巖油氣井完井技術(shù)的發(fā)展將促進(jìn)松遼盆地北部地區(qū)頁(yè)巖油氣藏早日規(guī)模建產(chǎn)。

4.4 井壁穩(wěn)定技術(shù)

井壁穩(wěn)定技術(shù)是關(guān)注和描述如何穩(wěn)定滲透性地層的有效方法。在鉆井過(guò)程，已經(jīng)將井壁強(qiáng)化技術(shù)看作是一項(xiàng)主要的挑戰(zhàn)，但迄今為止能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)所需的技術(shù)和理論依然不夠完善，需要進(jìn)一步攻關(guān)。目前確定井壁強(qiáng)化技術(shù)對(duì)砂巖地層有效，若對(duì)低滲透巖石如頁(yè)巖地層也有效果，則將在整個(gè)鉆井行業(yè)中產(chǎn)生巨大的影響[30]。由于頁(yè)巖儲(chǔ)層鉆井、壓裂過(guò)程中井壁穩(wěn)定性差，造成了井眼復(fù)雜性及其相關(guān)成本的增加，同時(shí)也引起了業(yè)界對(duì)井壁強(qiáng)化技術(shù)的關(guān)注和興趣。隨著井壁穩(wěn)定技術(shù)不斷發(fā)展，井壁處理劑由應(yīng)力籠效應(yīng)顆粒和具有延時(shí)凝膠特性的專用交聯(lián)凝膠聚合物混合而成，對(duì)凝膠聚合物體系抗壓強(qiáng)度、吸附性、溫度和壓力的敏感性等性能進(jìn)行了評(píng)估，并且完成了所需的架橋固體顆粒的大小和質(zhì)量濃度的設(shè)計(jì)模擬。采用漏失實(shí)驗(yàn)測(cè)量地層初始破裂梯度，確立原始地層壓力，處理劑被擠注并在一定壓力下凝固，然后再鉆開(kāi)地層，該技術(shù)在頁(yè)巖儲(chǔ)層鉆井中應(yīng)用廣泛。目前已在松遼盆地吉頁(yè)油1HF井成功應(yīng)用，該井鉆井、壓裂過(guò)程中始終保持了井壁的穩(wěn)定性，投產(chǎn)后獲得16.4 m3/d工業(yè)油流。

4.5 加密調(diào)整技術(shù)

由于頁(yè)巖油單井的產(chǎn)能較低，儲(chǔ)量動(dòng)用較差，因此，加密鉆井是頁(yè)巖油氣田開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)技術(shù)，在確定加密井的位置時(shí)，首先考慮由于母井壓裂和生產(chǎn)所誘發(fā)的地質(zhì)力學(xué)變化的重要性，加密調(diào)整技術(shù)也是松遼盆地頁(yè)巖油區(qū)塊未來(lái)實(shí)現(xiàn)高效開(kāi)發(fā)的主體技術(shù)。為了優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)管理策略，全面了解生產(chǎn)引起的地質(zhì)力學(xué)性質(zhì)變化對(duì)加密井性能的影響，利用全耦合有限元模型，深入研究加密井返排，以幫助減少裂縫損壞并實(shí)現(xiàn)單井產(chǎn)能最大化。利用測(cè)井和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)生成的地質(zhì)力學(xué)模型，建立加密井相應(yīng)的基礎(chǔ)模型，應(yīng)用有限元計(jì)算集成工作流程來(lái)預(yù)測(cè)壓裂和生產(chǎn)引起的應(yīng)力變化。為了更好地理解原有母井的地質(zhì)力學(xué)變化對(duì)加密井性能和支撐劑返排的影響，建議在加密調(diào)整技術(shù)中，由于原有的母井的應(yīng)力狀態(tài)的變化和井筒周圍的應(yīng)力差異增加，需加快加密井——子井的返排并優(yōu)化子井的性能。此外，集成的井網(wǎng)加密技術(shù)工作流程具有模擬壓力下降和相關(guān)應(yīng)力條件的能力，可長(zhǎng)期優(yōu)化該地區(qū)的油田開(kāi)發(fā)。

4.6 應(yīng)用實(shí)例

松頁(yè)油2HF井是使用水基泥漿完成陸相頁(yè)巖油氣水平井鉆探的第1口井，水平井段較長(zhǎng)，鉆井過(guò)程中水平井軌跡控制較好，完鉆水平段739 m，松頁(yè)油2HF井壓裂投產(chǎn)后獲得日產(chǎn)10.06 m3/d的工業(yè)油流。在該井施工過(guò)程中水基泥漿攜泥頁(yè)巖碎屑差、泥頁(yè)巖掉塊嚴(yán)重等陸相頁(yè)巖油氣鉆井技術(shù)難題較多，且耗時(shí)長(zhǎng)、費(fèi)用大，在施工鉆過(guò)程中頻繁出現(xiàn)掉塊、憋泵、卡鉆現(xiàn)象，因此，目前水基泥漿不適合陸相頁(yè)巖油氣水平井鉆探，因此需要采用先進(jìn)的油基泥漿壓裂液體系保持井壁穩(wěn)定。在頁(yè)巖油井鉆探過(guò)程中[31-33]，特別是在水平井中，由于儲(chǔ)層膨脹和吸水性礦物，如蒙脫石的含量高，且部分水平井的設(shè)計(jì)裂縫必須在最小主應(yīng)力的方向。對(duì)于穩(wěn)定性最不利的儲(chǔ)層，應(yīng)防止黏土膨脹，提高井眼穩(wěn)定性，防止鉆井液的損失，并增加鉆井速度，因此，應(yīng)將鉆井液系統(tǒng)中的穩(wěn)定因素作為主要因素來(lái)考慮，垂直井段用水基泥漿且無(wú)特殊要求[34]，水平段鉆井主要采用油基泥漿。

5 頁(yè)巖油氣未來(lái)發(fā)展啟示

注入CO2和N2均可提高頁(yè)巖油采收率，注入純CO2可使頁(yè)巖油采收率提高約20%。由于CO2吸附導(dǎo)致基質(zhì)膨脹，降低了裂縫的滲透率，從而導(dǎo)致產(chǎn)量的下降，因此，產(chǎn)量提高的幅度不如預(yù)期。觀察結(jié)果表明，雖然實(shí)施CO2驅(qū)替時(shí)對(duì)壓力不敏感，但當(dāng)考慮到封存的CO2時(shí)，其對(duì)壓力比較敏感。

注N2可以提高頁(yè)巖氣的采收率80%左右，因?yàn)樽2可以降低頁(yè)巖中地層壓力，更多的頁(yè)巖氣從基質(zhì)中解吸，由于N2對(duì)頁(yè)巖的吸收能力較低，所以裂縫擴(kuò)大，頁(yè)巖油單井產(chǎn)能較高。

將CO2和N2混合物注入頁(yè)巖儲(chǔ)層以優(yōu)化天然氣采收率和封存CO2。利用雙孔隙度、雙滲透率有限元模型來(lái)模擬多孔介質(zhì)中多組分氣體流動(dòng)與頁(yè)巖變形和吸附狀態(tài)的耦合。注入不同比例的N2和CO2混和物，獲得的采收率約為20%～80%。此外，注入較高比例的N2比CO2更有益，因?yàn)椴捎肗2得到的采收率更高。因此，提高注入壓力并不是提高產(chǎn)量的唯一手段，提高N2/CO2也可以達(dá)到同樣的目的。此外，通過(guò)注入CO2、N2混和物來(lái)封存CO2并不會(huì)隨著CO2/N2的增加而簡(jiǎn)單地增加。由于較高的CO2/N2會(huì)導(dǎo)致頁(yè)巖采收率下降，從而導(dǎo)致更多的頁(yè)巖油氣保留在儲(chǔ)層中，進(jìn)而導(dǎo)致采收率降低。

6 結(jié)論和建議

(1) 影響頁(yè)巖油氣成藏的控制因素和評(píng)價(jià)參數(shù)基本上是相同的，但評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不同，而且差異較大。建議盡快建立一套適合于松遼盆地的頁(yè)巖油氣成藏評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以便指導(dǎo)該地區(qū)的頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)。

(2) 頁(yè)巖油氣藏的有效開(kāi)發(fā)需要鉆水平井或水平分支井的長(zhǎng)水平段，水平井可以是單分支的，也可高達(dá)4個(gè)分支，一般認(rèn)為單分支水平井的效果較好，建議在開(kāi)采期中采用單分支水平井鉆井。

(3) 頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明，加強(qiáng)低成本高質(zhì)量水平鉆完井技術(shù)、井壁穩(wěn)定技術(shù)、合理的完井方式、注氣新技術(shù)等是頁(yè)巖油氣取得重大突破的關(guān)鍵技術(shù)。建議堅(jiān)持勘探開(kāi)發(fā)一體化、地質(zhì)工程一體化，盡快建立地質(zhì)、鉆井、壓裂、開(kāi)發(fā)一體化勘探開(kāi)發(fā)體系。