頁巖氣勘探開發(fā)的難點(diǎn)與新技術(shù)發(fā)展方向

頁巖氣主要是指存儲(chǔ)于暗色泥頁巖或者高碳泥頁巖當(dāng)中，以吸附或者游離狀態(tài)為主要形態(tài)的天然氣聚集物質(zhì)。在頁巖氣藏當(dāng)中，天然氣主要存在于夾層狀的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，或者砂巖地層當(dāng)中，這主要是天然氣產(chǎn)生之后在源巖層中聚集獲得的。其具有明顯的“原地”成藏特點(diǎn)，或者游離在基質(zhì)孔隙、裂縫當(dāng)中，甚至吸附在有機(jī)質(zhì)或者黏土礦的表層，當(dāng)在對(duì)應(yīng)條件的作用下，將聚集成藏，最終達(dá)到可開采的水平。
　　1、頁巖氣勘探開發(fā)的技術(shù)現(xiàn)狀
　　我國在頁巖氣勘探開發(fā)方面，核心技術(shù)不足也是我國需要面對(duì)的一大現(xiàn)實(shí)情況。由于我國在勘查開發(fā)領(lǐng)域還處于起步階段，還未徹底掌握一些核心技術(shù)，不太了解頁巖氣的富集特點(diǎn)及成藏機(jī)理，對(duì)頁巖氣勘查開發(fā)中一些實(shí)驗(yàn)分析不太熟練，使得我國目前所掌握的技術(shù)無法滿足頁巖氣勘查開發(fā)所需，這對(duì)勘查工作的順利開展造成很大影響。我國還不能充分應(yīng)用一些關(guān)鍵技術(shù)，例如，對(duì)監(jiān)測(cè)微地震技術(shù)體系以及水平井鉆井技術(shù)體系等的掌握與應(yīng)用。比如說，我國在監(jiān)測(cè)微地震技術(shù)體系的應(yīng)用上就存在著不足之處，在利用監(jiān)測(cè)壓力的施工技術(shù)、檢測(cè)設(shè)備和評(píng)價(jià)方法等方面都處于空白狀態(tài)。因此，限制我國頁巖氣勘查開發(fā)的主要問題即為缺乏核心技術(shù)。
　　當(dāng)前的頁巖氣勘查開發(fā)和天然氣勘查開發(fā)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)存在許多不符之處。頁巖氣一般不含有硫化氫等有毒氣體，通常只有在壓裂的情況下才會(huì)大量產(chǎn)生氣體。但是許多現(xiàn)行技術(shù)要求和標(biāo)準(zhǔn)，并不適合頁巖氣的勘查開發(fā)，這種現(xiàn)狀會(huì)在一定程度上影響頁巖氣勘查開發(fā)的正常進(jìn)行。從現(xiàn)有天然氣勘探開發(fā)的程序而言，需要編制開發(fā)方案，建產(chǎn)能，而且還要以儲(chǔ)量委員會(huì)審查通過的探明儲(chǔ)量作為根據(jù)，但是不同的是，我國目前的頁巖氣勘查開發(fā)就不能按照常規(guī)的勘查方案和程序進(jìn)行，因?yàn)槲覈€沒有頁巖氣對(duì)儲(chǔ)量計(jì)算進(jìn)行規(guī)范，也沒有自己的單井產(chǎn)量衰減曲線。
　　2、頁巖氣資源勘探開發(fā)存在的主要問題
　　2.1勘探開發(fā)條件困難
　　頁巖氣勘探開發(fā)條件困難是由頁巖氣地質(zhì)條件的復(fù)雜性與特殊性決定的，其屬于非常規(guī)的油氣藏，具有儲(chǔ)層致密、非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，且其中混合有不同類型的資源。同時(shí)，油頁巖與致密砂巖還屬于低滲透儲(chǔ)層，其滲透率較低。這些特點(diǎn)都給頁巖氣的勘探開發(fā)帶來了挑戰(zhàn)。
　　2.2開采技術(shù)不夠成熟
　　當(dāng)前部分頁巖氣的開發(fā)技術(shù)還存在著適應(yīng)性較差的問題，技術(shù)的整體發(fā)展?fàn)顟B(tài)不夠成熟。非常規(guī)油氣資源的開發(fā)是基于常規(guī)油氣資源開發(fā)而發(fā)展起來的，還處于起步階段，沒有形成相對(duì)獨(dú)立的技術(shù)體系。對(duì)于采用壓裂增產(chǎn)施工中裂縫的形成機(jī)理還不夠清楚，需要進(jìn)一步的進(jìn)行研究。另外，開采過程中分支井的鉆井失敗率較高，沒有實(shí)施過油頁巖原位開采技術(shù)的相關(guān)試驗(yàn)，主流的地球物理勘探技術(shù)難以識(shí)別油砂層。
　　2.3礦產(chǎn)資源的綜合利用效率低
　　因?yàn)轫搸r氣的綜合利用率較低，而且存在較大的環(huán)境污染問題。在油砂、油頁巖的開發(fā)利用但中，產(chǎn)生的大量工業(yè)三廢會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大影響，需要形成有力的保證措施。
　　3、頁巖氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)分析
　　3.1欠平衡鉆井技術(shù)
　　當(dāng)前，國內(nèi)正在積極試驗(yàn)開采長寧、威遠(yuǎn)頁巖氣區(qū)塊，在對(duì)上部泥漿進(jìn)行鉆井操作的過程中，出現(xiàn)了機(jī)械鉆進(jìn)速度慢、出現(xiàn)惡性井漏等情況，導(dǎo)致井下部位施工困難。例如，在使用充氣鉆進(jìn)技術(shù)之后，有效的解決了井下因?yàn)閻盒跃┰斐傻南虏烤┕だщy的問題，確保了井下部工程能夠順利的進(jìn)行，避免了由于井漏而造成的處理過程復(fù)雜、鉆井周期較長等問題，將鉆井成本進(jìn)行了有效的控制，使得鉆井經(jīng)濟(jì)效益得以提升。
　　3.2超臨界CO2開發(fā)技術(shù)
　　當(dāng)前，通常使用大型水壓裂技術(shù)進(jìn)行增產(chǎn)作業(yè)，但是其存在成本高、對(duì)儲(chǔ)層傷害大等問題，而且會(huì)導(dǎo)致頁巖氣的開采價(jià)值下降，使得頁巖氣的可開采量顯著下降。由中國石油大學(xué)沈忠厚提出的超臨界CO2開采技術(shù)，利用超臨界流體的特點(diǎn)（例如其密度與液態(tài)接近，可以給井下馬達(dá)提供足夠的扭矩等），使得開采過程中噴射破巖效率得到極大的高，而且具有門限壓力低的優(yōu)勢(shì)，能夠使用連續(xù)油管超臨界CO2進(jìn)行噴射鉆井輔助，減少井下復(fù)雜情況的出現(xiàn)，提高頁巖氣井下鉆進(jìn)速度，在提高鉆井效率的同時(shí)，縮短了鉆井周期，減少了鉆井產(chǎn)生的成本。同時(shí)，超臨界CO2流體當(dāng)中不包括固相顆粒，在使用過程中不會(huì)導(dǎo)致空隙喉道。由于超臨界CO2流體既不是液相，也不含液相，使得其不會(huì)使得地層中粘土膨脹的壓力不小，避免了傳統(tǒng)施工過程中存在的水鎖效應(yīng)、巖石潤濕性等危害。最后，超臨界CO2能夠改善流動(dòng)通道，可驅(qū)除甲烷、置換甲烷，實(shí)現(xiàn)頁巖氣單晶采收率的提高。
　　3.3射孔優(yōu)化技術(shù)
　　從頁巖氣井的開發(fā)工作來看，使用定向射孔施工過程中，還要遵循相關(guān)的原則：射孔作業(yè)過程中，應(yīng)該以射開低應(yīng)力區(qū)、高孔隙度區(qū)、石英富集區(qū)等區(qū)域；同時(shí)，通過使用大孔徑射孔，減少井筒周圍的流通阻力，提高產(chǎn)氣速度。
　　3.4壓裂增產(chǎn)技術(shù)
　　當(dāng)前，頁巖氣在開發(fā)過程中主要是通過應(yīng)用壓裂技術(shù)達(dá)到增產(chǎn)的目的，主要使用的壓裂技術(shù)包括：氮?dú)鈮毫?、泡沫壓裂、凝膠壓裂；二次壓裂、多段壓裂、清水壓裂以及同步壓裂等技術(shù)。在壓裂操作過程中，必須避免使用高粘度的膠體作為壓裂液。同時(shí)，因?yàn)閴毫堰^程中較高的初始?jí)毫?huì)導(dǎo)致井筒附近出現(xiàn)傷害（例如泥漿進(jìn)入裂縫中等），而適當(dāng)?shù)乃峄瘎t能夠有效的減少傷害。利用微地震方法則能夠檢測(cè)到其中沒有進(jìn)行壓裂改造的區(qū)域。
　　另外，在頁巖氣開采過程中，另外一個(gè)關(guān)注的問題就是其中的碳?xì)浠衔锘蛘呋瘜W(xué)藥品是否有可能滲入到提供飲用水的蓄水層中。通常，含氣層與含水層間的垂向距離較大，使用壓裂增產(chǎn)技術(shù)導(dǎo)致水污染的可能性較低。雖然水力壓裂方法具有用水量大的特點(diǎn)，但是與其他的能源生產(chǎn)相比，其消耗量依然較低。
　　4、非常規(guī)油氣勘探開發(fā)的發(fā)展方向
　　4.1利用特色技術(shù)，開發(fā)難度較大的資源
　　非常規(guī)油氣資源因?yàn)閮?chǔ)層滲透率較低，而且非均質(zhì)性較強(qiáng)，在不同的地區(qū)存儲(chǔ)層間的差異性較大，一個(gè)地區(qū)成熟的開發(fā)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)在其他的地區(qū)可能并不適合。因此，必須積極的開發(fā)適合我國自身特色的非常規(guī)油氣開發(fā)與勘探技術(shù)。
　　4.2地質(zhì)理論創(chuàng)新，準(zhǔn)確定位優(yōu)質(zhì)資源
　　根據(jù)頁巖氣的成礦特點(diǎn)以及存儲(chǔ)層的具體特征，應(yīng)該研究并分析導(dǎo)致其成礦的主要因素，并采取科學(xué)合理的存儲(chǔ)層評(píng)價(jià)分析技術(shù)，利用創(chuàng)新的地質(zhì)理論精確定位頁巖氣富集區(qū)域，提高開發(fā)效率。
　　4.3優(yōu)化既有開采技術(shù)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破
　　當(dāng)前國內(nèi)既有的頁巖氣開發(fā)勘探技術(shù)大多屬于借鑒、引進(jìn)國外的相關(guān)技術(shù)，具有成本高、適用性差的問題，應(yīng)該結(jié)合國內(nèi)頁巖氣地質(zhì)情況對(duì)既有的開發(fā)工藝與技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，通過降低開發(fā)成本、減少污染等方法，開發(fā)出適應(yīng)國內(nèi)地質(zhì)情況的頁巖氣開發(fā)技術(shù)。