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页岩气储层地质特点与体积压裂改造技术研究 孙 刚 （中国石油大学，山东东营 257061） 摘要：页岩气藏是继煤层气之后又一重要的非常规天然气资源。美国因为页岩气的低成 本开采，已经超过俄罗斯成为第一大产气国，而且改变了世界能源结构。页岩气因其储层渗 透率超低、气体赋存状态多样等特点,决定了采用传统的压裂方式形成单一裂缝的增产改造 技术已不能适应页岩气藏的改造,必须探索研究适应页岩气储层的新型压裂改造技术,方能 使其获得经济有效开发。为此,在总结分析了页岩气储层的岩性、物性、天然裂缝等特征的 基础上,依据复杂裂缝形成机理和体积压裂改造的观点,归纳了以大型滑溜水压裂和水平井 多段改造为主体的体积压裂改造工艺技术方法。实践表明:页岩气储层经过体积压裂改造后 不仅初期产量高,而且更有利于长期稳产;体积压裂改造技术将是我国开发页岩气最重要的 技术手段，应该进一步加强体积压裂适应性、体积压裂优化设计技术、裂缝监测与压后评估 等技术的攻关研究。 关键词：页岩气 页岩气储层 地质特点 体积压裂 裂缝网络 前言 页岩气作为一种典型的非常规天然气是从页岩储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，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，往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页 岩烃源岩地层中，具有开采寿命长和生产周期长的优点。资料显示， 我国南方海相页岩地 层可能是页岩气的主要富集地区（见图1）。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。 目前， 美国对我国页岩气地质储量的评估是100万亿立方米，和美国的储量大体相当。 国内相关预测数据显示中国主要盆地和地区页岩气资源量约为30万亿立方米，经济价值巨 大。作为一个新兴的非常规能源，页岩气资源的开发需要大量技术、资金和人员投入，而我 国页岩气资源的开发刚刚起步，经验匮乏，技术不成熟，这些因素制约着我国页岩气的发展， 页岩气资源的规模开发技术还要不断探索和研究。 作者简介：孙刚，男，出生于1979年8月。中国石油大学（华东）工程硕士在读。现就职于 长城钻探井下作业公司压裂酸化项目部，副经理，工程师，从事压裂酸化工艺设计与研究工 作。电话E-mail:sunganggwdc@163.com 图1 中国大陆页岩气富集分区图 1 页岩气成藏机理、储层地质特点与储集空间类型 1.1 页岩成藏机理 页岩气藏在岩性上包括了泥页岩、致密的砂岩或砂质细粒岩,在赋存状态上包含了吸附 气、游离气与溶解气,在成藏机理上则包含了吸附与扩散、溶解与析出、活塞与置换等运移 聚集过程。泥页岩成藏机理兼具煤层吸附气和常规圈闭气藏特征，在成藏过程中，天然气的 成藏方式和成藏类型逐渐改变，含气丰度和富集程度逐渐增加。根据成藏机理分析,页岩气 原生的地层压力为高异常特征。但从美国已发现页岩气的统计规律来看,页岩气藏既有高异 常地层压力,也有低异常地层压力。 1.2 页岩储层地质特点 页岩作为一种特殊的储集岩，其储层特征与常规储集层( 碎屑岩、碳酸盐岩) 有很大的 不同，而这些特殊性也是建立与完善页岩气勘探开发、体积压裂改造相关地质理论与关键技 术的基础。这些特殊性表现在: ( 1) 页岩的生烃能力较强，具有自生自储特点。暗色页岩不仅是烃源岩，还有可能是 常规油气藏的封闭盖层。而且页岩还是一种特殊的储集岩，即页岩气没有或仅有极短距离的 运移，通常就近聚集成藏，不受构造影响，无圈闭、无清晰的气水界面。 ( 2) 页岩以小粒径物质为主，一般以泥质( 粒径为5～63μm) 和粘土( 粒径＜5μm) 为主要组分，砂(＞63μm) 所占的组分相对较少。由于小粒径的特点，所以页岩气储层的渗 － 3 2 透率极低，一般在( 0.0001～0.000001)×10 μm 之间，其渗