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页岩气:清洁能源的“宠儿”

2019-8-20 9:04:26 来源:中国矿业报 作者:周 志

保障国家能源安全、满足人民日益增长的美好生活和促进生态环境质量根本好转需要更多清洁能源。作为一种绿色清洁能源,页岩气具有连续分布的特征,开发利用潜力巨大。我国页岩气资源丰富,产业发展迅速,产量、储量均已进入世界三甲。

在近60多年的常规油气勘探开发历程中,多个含油气盆地见到页岩气显示,例如松辽盆地、柴达木盆地、四川盆地等。其中,1966年在四川威远地区完钻的“威5井”,钻遇九老洞组(志留系龙马溪组)页岩段时发生气浸与井喷,裸眼测试日产气量达到2.46万立方米。但由于常规油气勘探成藏理论导致认识的误差,该井的页岩气发现在当时并未引起重视,错过了我国发展页岩气的一次开拓性的机会。

2009年12月,中石油在四川盆地威远构造钻探了我国第一口页岩气井——威201井,加砂压裂后日产气量为1.08万立方米,证实我国存在页岩气。威201井的成功开发,不但揭开了四川盆地页岩气的神秘面纱,而且拉开了我国页岩气开发序幕。

2012年11月28日,中石化在重庆焦石坝地区部署的焦页1HF井,在上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组试采获20.3万立方米/日高产页岩气,发现了涪陵页岩气田。2013年4月10日,焦页1HF井被重庆市政府正式命名为“页岩气开发功勋井”,该井自2013年1月9日投入商业试采以来,保持日产6万立方米左右持续生产超过两年,累计生产页岩气突破5000万立方米。截至2018年底,重庆涪陵页岩气田累计产气214.2亿立方米,成为北美之外最大的页岩气田。2014年,原国土资源部评审认定,涪陵页岩气田储层厚度大、丰度高、分布稳定、埋深适中,是典型的优质海相页岩气田,决定授予涪陵页岩气田“页岩气勘查开发示范基地”称号。

2012年4月11日,国家发改委、国家能源局同意“十二五”期间设立四川长宁-威远国家级页岩气示范区,引领和示范国内页岩气勘探开发。同年,中石油西南油气田分公司启动长宁-威远国家级页岩气示范区建设。截至2018年12月,长宁-威远国家级页岩气示范区累计产气量突破100亿立方米。

2009年9月,湖北省交通规划设计院在施工三峡翻坝高速公路季家坡隧道时,在震旦系陡山沱组下部灰黑色碳质白云岩及泥岩中发现可燃气体,焊接点火即燃,火焰多呈蓝色,部分呈黄色。湖北省景宁科技有限公司专家对隧道内气体进行初步检测鉴定后发现,可燃气体主要成分为甲烷,其地质成因初步推测为陡山沱组页岩气。

2013年以来,中国地质调查局相关单位针对湖北宜昌地区震旦系陡山沱组、寒武系牛蹄塘组页岩气部署实施了一系列二维地震勘探和钻探工程,发现黄陵背斜周缘地区地质构造稳定,震旦系、寒武系均具有良好的页岩气成藏地质条件,实施的钻井在这两套层系中均钻遇了良好的页岩气显示。其中鄂阳页1HF井、鄂宜页1HF井均钻获了超过5万立方米/日的高产工业气流,为四川盆地外寒武系页岩气调查的一个重大突破;鄂阳页2HF井陡山沱组获稳产5.53万立方米/日页岩气流,发现了全球迄今最古老的页岩气藏。

页岩气是产于泥页岩中的非常规天然气,成分以甲烷为主,是一种清洁、高效的能源资源和化工原料;其产层——泥页岩也是常规石油、天然气的母岩(烃源岩)。页岩气的形成和富集有着自身独特的特点,往往分布在盆地内厚度大、分布广的页岩烃源岩地层中。与常规天然气相比,页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点。

页岩气在成藏过程中无运移或只有很短的运移,具有典型的过渡性成藏机理,即自生、自储、自封闭的成藏模式。页岩气的自然扩散作用和页岩气藏形成后所遭受的构造作用、水动力作用都会影响页岩气的保存。但无论是气体的自然扩散、储层后期改造作用,还是温度、压力、水动力等外界条件的改变,亦或是构造活动、热演化程度的变化等都无疑受控于构造演化作用。

地球物理方法是分析页岩气空间分布最有效、最准确的预测技术,在所有地球物理方法中,地震勘探在识别和追踪页岩储层空间分布方面具有明显优势;测井则可以精细评价页岩层及储气能力;电磁法具有探测深度大、工作相率高的特点,可用于寻找深部圈闭构造;而重磁法可解决区域构造格架问题,圈定有效远景区。

页岩气钻井先后经历了直井、水平井、丛式“井工厂”的发展历程。作为页岩气藏开发的一项重要技术手段,水平井技术在页岩气开发中起到了重要的作用。根据美国Barnett区块开发经验,水平井最终评价的开采储量是直井的3倍以上,但成本只相当于直井的1.5倍。目前,我国基本掌握了3800米以浅水平井钻井、完井作业。自主研发的可移动式钻机,水平井钻完井周期从150天减少到70天,最短46天,水平井单井成本从1亿元下降到5000万~7000万元。“井工厂”即将井场或平台作为一个联合作业的“工厂”,将钻井、固井、射孔、多级压裂等施工视为流水线作业上的一道道工序,在同一井场完成多口井的钻井、完井和投产,从而提高作业时效,实现页岩气安全、经济、高效开发。

由于页岩基岩致密,有效孔喉半径较小,渗透率极低,因此只有通过裂缝来运移页岩气。在自然状态下,页岩中的裂缝非常少,一般在开发时需要依靠大规模水力压裂形成复杂缝网,才能实现经济产能。水力压裂通过井筒向油层挤注具有较高粘度的压裂液,当注入压裂液的速度超过页岩层的吸收能力时,则在井底形成很大的压力,当这种压力超过井底附近油层岩石的破裂压力时,页岩层将被压开并产生裂缝。水平井分段压裂改造是实现“网络裂缝”最关键的技术,通过封隔器将水平井分成若干小段,利用地面高压泵,对目标区域实施逐级改造形成大规模缝网,从而达到提高页岩储层渗透率以及页岩气产能的效果。□

(作者单位:自然资源部中国地质调查局油气资源调查中心)

网站编辑:宫莉

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