頁岩油氣、致密油氣和煤層氣

它們的開采技術難度大

、成本高
、主要由於儲層物性差
，所以列為非常規油氣。美國James W.Schmoker最(zui)早(zao)提(ti)出(chu)連(lian)續(xu)油(you)氣(qi)聚(ju)集(ji)的(de)概(gai)念(nian)
，上(shang)述(shu)幾(ji)種(zhong)類(lei)型(xing)的(de)油(you)氣(qi)都(dou)屬(shu)於(yu)連(lian)續(xu)油(you)氣(qi)聚(ju)集(ji)，是(shi)目(mu)前(qian)討(tao)論(lun)的(de)非(fei)常(chang)規(gui)油(you)氣(qi)最(zui)熱(re)門(men)的(de)內(nei)容(rong)，也(ye)是(shi)產(chan)量(liang)增(zeng)長(chang)最(zui)迅(xun)速(su)嚴(yan)重(zhong)的(de)情(qing)況(kuang)是(shi)古(gu)油(you)藏(zang)完(wan)全(quan)被(bei)破(po)壞(huai)。如(ru)果(guo)暴(bao)露(lu)時(shi)間(jian)短(duan)，繼(ji)續(xu)有(you)上(shang)覆(fu)新(xin)地(di)層(ceng)沉(chen)積(ji)
，可(ke)以(yi)形(xing)成(cheng)不(bu)的(de)領(ling)域(yu)。

2.1　頁岩氣
、致密氣

非常規氣主要有頁岩氣
、致密氣、煤層氣3種，非常規氣與常規氣的儲層性質是逐漸變化的。

頁(ye)岩(yan)氣(qi)以(yi)吸(xi)附(fu)態(tai)與(yu)遊(you)離(li)態(tai)賦(fu)存(cun)於(yu)富(fu)含(han)有(you)機(ji)質(zhi)的(de)頁(ye)岩(yan)中(zhong)。頁(ye)岩(yan)主(zhu)要(yao)由(you)粘(zhan)土(tu)組(zu)成(cheng)

，含(han)少(shao)量(liang)粉(fen)砂(sha)顆(ke)粒(li)，也(ye)可(ke)能(neng)有(you)薄(bo)層(ceng)的(de)碳(tan)酸(suan)鹽(yan)岩(yan)，滲(shen)透(tou)率(lv)極(ji)低(di)，實(shi)際(ji)上(shang)就(jiu)是(shi)烴(ting)源(yuan)岩(yan)。富(fu)含(han)有(you)機(ji)質(zhi)，大(da)部(bu)分(fen)氣(qi)為(wei)熱(re)成(cheng)因(yin)
，也(ye)有(you)部(bu)分(fen)為(wei)生(sheng)物(wu)成(cheng)因(yin)。這(zhe)種(zhong)烴(ting)源(yuan)岩(yan)所(suo)生(sheng)成(cheng)的(de)天(tian)然(ran)氣(qi)在(zai)成(cheng)熟(shu)時(shi)一(yi)部(bu)分(fen)已(yi)經(jing)排(pai)出(chu)運(yun)移(yi)到(dao)相(xiang)鄰(lin)的(de)儲(chu)層(ceng)中(zhong)
，剩(sheng)餘(yu)部(bu)分(fen)滯(zhi)留(liu)在(zai)頁(ye)岩(yan)中(zhong)。頁(ye)岩(yan)起(qi)了(le)儲(chu)層(ceng)的(de)作(zuo)用(yong)，但(dan)其(qi)孔(kong)隙(xi)度(du)和(he)滲(shen)透(tou)率(lv)低(di)

，滲(shen)透(tou)率(lv)為(wei)毫(hao)微(wei)達(da)西(xi)（＜1×10－9μM2），孔隙度6%～12%。

頁ye岩yan氣qi的de分fen布bu不bu受shou圈quan閉bi的de控kong製zhi
，頁ye岩yan氣qi的de分fen布bu範fan圍wei基ji本ben上shang受shou有you效xiao烴ting源yuan岩yan的de分fen布bu範fan圍wei控kong製zhi。因yin此ci形xing成cheng了le大da麵mian積ji分fen布bu的de連lian續xu聚ju集ji，頁ye岩yan氣qi可ke以yi大da量liang存cun在zai於yu盆pen地di中zhong心xin和he斜xie坡po區qu，頁ye岩yan氣qi的de挑tiao戰zhan不bu在zai於yu發fa現xian是shi否fou含han氣qi，而er在zai於yu尋xun找zhao最zui佳jia區qu域yu，或huo“甜點”
，決定其高產和采收率。

在頁岩氣中許多參數極為重要
，如總有機碳（TOC）含量、幹酪根類型
、熱成熟度、礦物成分、岩性
、脆性、天然裂縫
、應力狀態
、氣的儲集位置和類型

、熱成因或生物成因係統
、沉積環境、厚度、孔隙度和壓力等參數。

頁岩中天然氣的儲存有3種形式：（1）遊離氣，包括儲存於頁岩基質孔隙中和天然裂縫中；（2）吸附氣，包括化學吸附和物理吸附；（3）溶解氣，溶解於瀝青中。最先產出的是遊離氣，隨著壓力降低後產出的是吸附氣，其數量後者大於前者，生產中不產水。

由於極低孔、jidishendetedian


，yeyanqidekaicaifangshidouyongshuipingjingheshuiliyalie，cainengchanchujuyoushangyejiazhidetianranqiziyuan。beimeiduiyeyanqideyanjiushenduda，yixingchenglepeitaojishu。meiguoyeyanqidenianchanyida6.35萬億立方英尺
，預測到2035年將達到13.5萬億立方英尺。

美國能源信息署2013年6月公布的數據，評價了除美國以外的41個國家、137個頁岩地層的評價結果
，風險後地質資源量為3.1138萬萬億立方英尺，風險後技術可采資源量6.634千萬億立方英尺，加上美國分別為3.5782萬萬億立方英尺和7.295千萬億立方英尺。頁岩氣將成為未來石油地質學和勘探開發技術的重要方向。

致密氣賦存的儲層滲透率小於0.1MD。致(zhi)密(mi)氣(qi)與(yu)頁(ye)岩(yan)氣(qi)和(he)煤(mei)層(ceng)氣(qi)不(bu)同(tong)，致(zhi)密(mi)氣(qi)是(shi)從(cong)烴(ting)源(yuan)岩(yan)中(zhong)運(yun)移(yi)出(chu)來(lai)聚(ju)集(ji)在(zai)相(xiang)鄰(lin)的(de)地(di)層(ceng)中(zhong)。致(zhi)密(mi)氣(qi)儲(chu)層(ceng)由(you)兩(liang)種(zhong)類(lei)型(xing)
，一(yi)種(zhong)是(shi)細(xi)顆(ke)粒(li)的(de)致(zhi)密(mi)沉(chen)積(ji)岩(yan)
，另(ling)一(yi)種(zhong)是(shi)岩(yan)石(shi)膠(jiao)結(jie)緊(jin)密(mi)
，低(di)孔(kong)隙(xi)、細喉道和毛細管連通性差。

致密氣的許多特征介於常規氣和頁岩氣之間，它不存在分離的氣水接觸帶，但往往含有少量的水，產狀呈層狀和透鏡狀，孔隙度介於7%～15%，qichucunyukongxizhong，bushibiaozhundelianxujuji。zhimiqidekaicaifangshiyuyeyanqijibenxiangtong，yeyishuipingjingweizhu，bingyaojinxingshuiliyalie，caishoulvlvegaoyuyeyanqi。

應該認識到：幾(ji)乎(hu)沒(mei)有(you)相(xiang)同(tong)的(de)頁(ye)岩(yan)氣(qi)藏(zang)，也(ye)沒(mei)有(you)典(dian)型(xing)的(de)致(zhi)密(mi)氣(qi)藏(zang)，對(dui)這(zhe)兩(liang)類(lei)氣(qi)藏(zang)的(de)研(yan)究(jiu)必(bi)須(xu)根(gen)據(ju)實(shi)際(ji)資(zi)料(liao)進(jin)行(xing)深(shen)入(ru)研(yan)究(jiu)。目(mu)前(qian)，美(mei)國(guo)的(de)致(zhi)密(mi)氣(qi)產(chan)量(liang)與(yu)頁(ye)岩(yan)氣(qi)基(ji)本(ben)相(xiang)當(dang)，但(dan)從(cong)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)來(lai)看(kan)，頁(ye)岩(yan)氣(qi)將(jiang)大(da)大(da)超(chao)過(guo)致(zhi)密(mi)氣(qi)。

zhongguodefeichangguiqiyizhimiqiweizhuti，zaixiangdangchangdeshijianneirengshiruci。youbushaojigouduizhimiqideqianlijinxingpinggu，danchabiejiaoda，yemeiyouxiangxidepingjiabaogao。IEA（2009）指出
，全球致密砂岩氣可采資源量為3.883千萬億立方英尺，發展潛力巨大。頁岩氣、致密氣和常規氣的地質特征具有逐漸變化的過程。如表1所列。

頁岩氣和致密氣從勘探到生產研究方法和內容已取得了相似的認識。

（1）勘探階段。

其任務是選擇盆地、層係和地區
、確定核心區（“甜點”）。進行儲層描述，初步確定儲層潛力和經濟價值。具體內容有地質學數據———沉積學、地層學及沉積環境；地球化學———TOC、幹酪根類型、熱成熟度；儲層物性———岩石類型、岩性、礦物成分、孔隙度。充分使用三維地震研究地質學數據。利用地震屬性認識天然裂縫，利用地震交彙圖確定“甜點”，利用聲阻抗技術確定最高TOC地區，應用測井資料進行初期儲層描述。

（2）評價階段。

其(qi)任(ren)務(wu)是(shi)鑽(zuan)探(tan)評(ping)價(jia)井(jing)，建(jian)立(li)地(di)質(zhi)模(mo)型(xing)進(jin)行(xing)數(shu)值(zhi)模(mo)擬(ni)

，製(zhi)定(ding)氣(qi)田(tian)開(kai)發(fa)計(ji)劃(hua)，確(que)認(ren)儲(chu)層(ceng)的(de)經(jing)濟(ji)可(ke)行(xing)性(xing)。評(ping)價(jia)階(jie)段(duan)所(suo)鑽(zuan)井(jing)數(shu)增(zeng)加(jia)將(jiang)進(jin)一(yi)步(bu)完(wan)善(shan)氣(qi)藏(zang)描(miao)述(shu)。研(yan)製(zhi)各(ge)種(zhong)評(ping)價(jia)方(fang)法(fa)
，如(ru)遞(di)減(jian)曲(qu)線(xian)分(fen)析(xi)
，物(wu)質(zhi)平(ping)衡(heng)法(fa)（Payne和Holditch）
，但多不完全匹配。

用水力壓裂後，頁岩氣藏和致密氣藏特點已發生變化。要研究更可靠的分析和預測方法，Vassilells等人引進了多學科交叉的方法———“頁岩工程技術方法”，該方法涉及3種模型（氣藏模型
、氣井模型和裂縫模型）所用技術涉及地質學、岩石物理學、地質力學、地球化學、地震學和工程學。

（3）開發階段。

qirenwushibuchongwanshanqitiankaifafangan，jinxingzuanjingshejiheyouhuazuanjingchengben
，xihuaheyouhuashuiliyaliehewanjingsheji。kaifajieduandehexinjishushishuiliyalie
，xianzaiyipubianyingyongweidizhenjianceyishishijiankongyeyanqihezhimiqideyaliezuoye，jiankongliefengdefangweijiao、寬度和長度（是否超出作業區到含水層）。

（4）生產階段。

qirenwushijianceheyouhuacaiqisudu
，shuixunhuanchuli
，fangzhifushi
，xijunwuran，huanjingbaohu
，yaoguanlihekongzhiyalieyefanpaisudu。yongshengchancejingyihefenbuwendujishu（DTS）測定壓裂後不產氣井段，確定是否要用其它儲層改造技術。對於頁岩氣井的壓裂返排水和致密氣井采出水的脫水技術和水處理。

（5）氣田再生階段。

再zai生sheng階jie段duan的de主zhu要yao挑tiao戰zhan在zai於yu修xiu複fu低di產chan井jing和he低di經jing濟ji效xiao益yi井jing
，要yao評ping價jia篩shai選xuan出chu需xu要yao再zai次ci壓ya裂lie的de井jing
，再zai壓ya裂lie可ke以yi減jian緩huan產chan量liang遞di減jian或huo恢hui複fu生sheng產chan。有you時shi甚shen至zhi超chao過guo原yuan始shi壓ya裂lie後hou產chan量liang。根gen據ju生sheng產chan狀zhuang況kuang確que定ding加jia密mi井jing的de井jing網wang密mi度du。如ru有you的de致zhi密mi氣qi藏zang從cong原yuan來lai井jing網wang密mi度du為wei160英畝
，後加密到5～10英畝。

2.2　煤層氣

煤是有機物質和無機物質的複合體
，具有明顯的非均質性。煤的顯微組分可以分為殼質組、鏡質組和惰質組。按煤的成因可以分為腐殖煤（由高等植物形成），腐泥煤（由海藻等低等植物殘骸生成）和殘留煤（由細菌和分散的植物形成）。

煤層氣是一種由煤層自生自儲的非常規氣藏。包括煤層顆粒基質表麵吸附氣
、裂隙中的遊離氣、煤層水中溶解氣和煤層之間薄砂岩、碳酸鹽岩等儲層、夾層間的遊離氣。煤層氣俗稱“瓦斯”，其主要成分是甲烷
，其熱值與天然氣相當，可以與天然氣混輸混用。

煤層氣有兩種基本成因類型：生物成因和熱成因。生物成因氣是由各類微生物的一係列複雜作用過程導致有機質發生降解而形成的；而熱成因氣是指隨著煤化作用的進行，伴隨著溫度升高、煤分子結構與成分的變化而形成的烴類氣體。煤層氣以遊離狀態、吸附狀態和溶解狀態賦存於煤層內。

世界主要產煤國都十分重視開發煤層氣。美國
、英國
、德國、俄羅斯等國煤層氣的開發利用起步較早
，主要采用煤炭開采前抽放和采空區封閉抽放方式開采煤層氣
，產業發展較為成熟。

20世紀80年代初美國開始試驗應用地麵鑽井開采煤層氣並獲得突破性進展，標誌著煤層氣開發進入一個新階段。

2011年，中石油對全球74個主要含煤盆地煤炭和煤層氣資源量進行了重新統計核算。全球煤層氣資源量約為（4.008～4.344）萬萬億立方英尺。加上中國的1.299千萬億立方英尺

，全球煤層氣資源量超過5.295千萬億立方英尺。

煤層氣評價內容包括儲層地質學特征評價、儲集層物性特征評價
、資源儲量評價以及煤層氣可采性綜合評價技術等。煤層氣儲層評價參數包括含煤性

、含氣性、滲透性
、儲層壓力、含氣飽和度、原地應力、儲層溫度、煤層產狀8個方麵。煤層氣資源量計算方法主要有類比法、體積法、壓降曲線法、物質平衡法、數值模擬法和產量遞減法等。

煤層氣井的鑽井方法與油氣田開發的鑽井方法相類似。當煤層深度小於1000M


，dicengyalizhengchangshi，zuanjingtongchangcaiyongxiaoxingzuanjihuochezaizuanjidengchangguizuanjingshebei。zaimeicengmaizangjiaoshen
，meicengdeshentoulvjiaogao，yalijiaodadeqingkuangxia
，zuanjingxuyaocaiyongfeichangguidezuanjingfangfa。

目前，煤層氣較為有效的增產改造技術主要有多元氣體驅替技術、水力壓裂增產改造技術和采煤采氣一體化技術等。多元氣體驅替技術指的是通過注氣來開采煤層氣的技術。

注入煤層的氣體包括二氧化碳
、氮氣、煙道氣
、空kong氣qi等deng氣qi體ti。注zhu入ru氣qi體ti在zai地di層ceng中zhong膨peng脹zhang，能neng有you效xiao增zeng加jia煤mei層ceng的de地di層ceng能neng量liang，改gai變bian壓ya力li傳chuan導dao特te性xing和he增zeng大da氣qi體ti的de擴kuo散san速su率lv，從cong而er達da到dao提ti高gao單dan井jing產chan量liang和he采cai收shou率lv的de目mu的de。

由於煤層氣儲層孔隙度、滲(shen)透(tou)率(lv)很(hen)低(di)，地(di)層(ceng)壓(ya)力(li)往(wang)往(wang)不(bu)足(zu)，采(cai)用(yong)常(chang)規(gui)抽(chou)汲(ji)開(kai)采(cai)的(de)方(fang)法(fa)開(kai)發(fa)效(xiao)果(guo)常(chang)常(chang)不(bu)佳(jia)，煤(mei)層(ceng)氣(qi)的(de)產(chan)量(liang)往(wang)往(wang)很(hen)低(di)
，因(yin)此(ci)壓(ya)裂(lie)技(ji)術(shu)和(he)水(shui)平(ping)井(jing)技(ji)術(shu)成(cheng)為(wei)了(le)提(ti)高(gao)煤(mei)層(ceng)氣(qi)產(chan)量(liang)的(de)有(you)效(xiao)技(ji)術(shu)方(fang)法(fa)。國(guo)內(nei)外(wai)工(gong)業(ye)煤(mei)層(ceng)氣(qi)開(kai)采(cai)已(yi)有(you)30多年的曆史，大部分煤層氣都是經過壓裂後才獲得有價值的工業氣流。

煤的開采與煤層氣的開采相結合的技術稱為采煤采氣一體化。在煤層的開采過程中會引起煤儲層的裂縫移動，這種變形
、移動會使煤儲層內部壓力下降
，壓力的釋放有助於煤層氣的開采。

這(zhe)種(zhong)方(fang)式(shi)也(ye)使(shi)得(de)煤(mei)儲(chu)層(ceng)的(de)滲(shen)透(tou)率(lv)大(da)大(da)提(ti)高(gao)，為(wei)煤(mei)層(ceng)氣(qi)的(de)開(kai)采(cai)建(jian)立(li)了(le)很(hen)好(hao)的(de)滲(shen)濾(lv)通(tong)道(dao)。先(xian)采(cai)氣(qi)

，後(hou)采(cai)煤(mei)，可(ke)以(yi)有(you)效(xiao)降(jiang)低(di)煤(mei)層(ceng)瓦(wa)斯(si)含(han)量(liang)和(he)煤(mei)層(ceng)瓦(wa)斯(si)壓(ya)力(li)
，減(jian)少(shao)煤(mei)礦(kuang)瓦(wa)斯(si)事(shi)故(gu)。

煤層氣埋藏較淺，鑽井費用較低，煤層氣的開采通常要排水降壓，初始產量低

，產量遞減慢。

2.3　頁岩油和致密油

頁ye岩yan油you和he致zhi密mi油you與yu頁ye岩yan氣qi密mi切qie相xiang關guan。開kai始shi多duo稱cheng為wei頁ye岩yan油you，後hou來lai在zai公gong開kai場chang合he交jiao替ti使shi用yong。現xian在zai石shi油you界jie一yi般ban將jiang其qi稱cheng為wei致zhi密mi油you，因yin為wei這zhe個ge名ming稱cheng有you更geng大da的de包bao容rong性xing
，更geng為wei確que切qie

，關guan係xi到dao在zai任ren何he具ju體ti井jing中zhong產chan油you的de地di質zhi層ceng位wei，包bao括kuo頁ye岩yan以yi外wai的de地di層ceng。

頁岩油和致密油的成因和分布與頁岩氣密切相關。油的來源與頁岩氣一樣，烴源岩受熱成熟度控製
，如果處於生油窗階段
，生成的是油；如果處於生氣窗階段就生氣。

生(sheng)成(cheng)的(de)油(you)排(pai)出(chu)，運(yun)移(yi)至(zhi)常(chang)規(gui)儲(chu)層(ceng)
，成(cheng)為(wei)常(chang)規(gui)油(you)藏(zang)，運(yun)移(yi)到(dao)致(zhi)密(mi)儲(chu)層(ceng)就(jiu)成(cheng)為(wei)致(zhi)密(mi)油(you)，繼(ji)續(xu)滯(zhi)留(liu)在(zai)生(sheng)油(you)的(de)頁(ye)岩(yan)中(zhong)就(jiu)成(cheng)為(wei)頁(ye)岩(yan)油(you)。油(you)的(de)分(fen)子(zi)量(liang)比(bi)氣(qi)的(de)分(fen)子(zi)量(liang)大(da)，要(yao)求(qiu)運(yun)移(yi)的(de)孔(kong)隙(xi)直(zhi)徑(jing)更(geng)大(da)，能(neng)夠(gou)運(yun)移(yi)油(you)的(de)儲(chu)層(ceng)物(wu)性(xing)要(yao)求(qiu)更(geng)高(gao)。美(mei)國(guo)的(de)巴(ba)肯(ken)組(zu)和(he)鷹(ying)灘(tan)組(zu)可(ke)以(yi)作(zuo)為(wei)典(dian)型(xing)的(de)代(dai)表(biao)。

巴肯組上下為頁岩層，富含有機質，一直處於生油窗階段
，孔隙度在2%～4%
，滲透率小於0.1MD，含油飽和度達70%～80%

，而巴肯組的中間是致密層
，油氣運移聚集在這套地層中。

巴肯組岩心剖麵圖

巴肯組石油主要產自中下部致密地層，但也產自經壓裂改造的頁岩層。巴肯頁岩幹酪根類型為Ⅰ、Ⅱ型，Ro為0.6%～0.9%
，原油密度0.81～0.82，壓力係數1.35～1.56，TOC含量11%～15%
，最高達20%，為世界級烴源岩。中部儲層由砂岩、細粉砂岩和灰岩組成，是主要產油層段。

鷹灘組由層狀的海相碳酸鹽岩和富含有機質的頁岩組成。在鷹灘同一套頁岩層係內
，Ro介於0.6%～0.8%的生產井均為油；Ro介於0.8%～1.1%的生產井均為凝析油；Ro大於1.1%的生產井均為幹氣。Ro隨頁岩層埋深增加而增加，由盆地東南向西北逐漸抬高；油氣相態自東南向西北依次由幹氣過渡為凝析油和油。