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页岩气藏的开采技术过去150年所钻的数百万口油气井在达到其目标深度之前，都钻透了大量页岩层段。
既然页岩层段的暴露如此普遍，是否每口干井实际上都是潜在的页岩气井呢？当然不是，页岩气只有在某些特定条件下才可以被开采出来。
页岩是一种渗透率极其低的沉积岩，通常被认为是油气运移的天然遮挡。
在含气油页岩中，气产自其本身，页岩既是气源岩，又是储层。
天然气可以储存在页岩岩石颗粒之间的孔隙空间或裂缝中，也可以吸附在页岩中有机物的表面上。
对常规气藏而言，天然气从气源岩运移到砂岩或碳酸盐岩地层中，并聚集在构造或地层圈闭内，其下通常是气水界面。
因此，与常规气藏相比，将含气页岩看作非常规气藏也就理所当然了。
美国地质调查局（USGS）认为，页岩气产自连续的气藏。
USGS列举了16个特征，所有这些特征都可能在连续气藏中出现。
与含气页岩有关的独特特征包括区域性分布，缺少明显的盖层和圈闭，无清晰的气水界面，天然裂缝发育，估算最终采收率（EUR）通常低于常规气藏，以及极低的基岩渗透率。
此外，其经济产量在很大程度上还依赖于完井技术。
尽管页岩具有很多明显的不利因素，但是美国已经将某些具有合适页岩类型、有机质含量、成熟度、孔隙度、渗透率、含气饱和度以及裂缝发育等综合条件的页岩作为开采目标。
一旦经济上可行，非常规天然气开采活动将呈现出一派繁荣的景象。
天然气需求的日益增长以及油田新技术的不断发展，促进了页岩气远景区的勘探与开发。
在美国这一趋势正在扩大，天然气价格的不断上扬和每年23万亿英尺3（651.82亿米3）的天然气消耗量推动了其陆上钻井活动的发展。
勘探与生产公司正在租赁数十万英亩的矿区钻井权，而先进的钻完井技术正在帮助作业者扩大已知页岩气盆地的范围。
这些远景区同时也促进了技术的发展，使人们对这种普通的碎屑岩有了更深入的认识，并且推动了评价页岩资源的新设备、新技术的发展。
气藏开发岩石内必须具备足够的通道以使天然气流入井筒，产至地面。
在页岩中，气源岩中裂缝引起的渗透性在一定程度上可以补偿基质的低渗透率。
非常规油气勘探与开发技术在当今能源需求日益增长的社会环境下，石油和天然气仍然是主要的能源来源。
但是，传统的油气田已经逐渐变得稀缺和难以开采，进而导致了非常规油气资源的开发热潮。
而非常规油气勘探与开发技术的发展，则是支撑该热潮的关键因素之一。
本文将探讨一些关于非常规油气开发技术的现状和未来趋势。
1、页岩气开采技术页岩气是一种以页岩作为储存和传输介质的天然气，它的开发始于上世纪90年代，而至今仍然是全球非常规天然气产业中最成熟的一项。
页岩气是通过水平钻井和水力压裂技术（或称为水力破裂技术）来采集的。
通过钻井向地下注入高压水和砂子，然后断掉水压的作用，砂子就在岩石中裂开了微波形状的裂缝，这样天然气就可以顺着这些微缝流出来。
这种技术是高效且普遍使用的，目前已经发展成为了一定规模和经验。
然而这种技术也存在一些问题和挑战。
例如，多次开采同一区块存在严重的缓慢排水或系统失效问题等。
同时，这种技术也需要大量消耗水资源，会对环境产生负面影响。
2、煤层气开采技术煤层气是由煤层中的煤与天然气结合而成的一种混合物。
它的开发涉及开采和排放井下瓦斯模型，压裂和抽采液等领域。
这是一个需要系统性的工作，涉及多个方面技术的循序渐进的协调。
随着煤层气行业的发展和技术进步，新的技术和创新持续出现。
对于煤层气的开采技术，目前主要有透水杆支架纵向分层穿层自流水压缩跨层等技术和方法，其采气效率可以以上升到较为理想的水平。
由于它相对处理成本较低、能源综合利用效率高，所以其在煤炭资源丰富的国家和地区是被越来越多地看重的。
3、页岩油开采技术与页岩气类似，页岩油也是被通过水力压裂技术开采。
这种技术利用水和人工加压机械地破坏页岩，然后溢出石油。
然而，由于相对较低的原油价格和缓慢的钻井速度，加上缺乏完整的“页岩油层”研究，页岩油开发相对滞后于页岩气开发。
在页岩油开采的过程中，虽然需要使用的化学品和毒性较低，但是这种开采过程也会对地表和地下水资源产生影响（例如简单的排污、水资源的消耗和地表裂缝等）。
页岩气开采原理
页岩气开采原理是通过水平钻井和水力压裂技术将水和添加剂注入页岩岩层，使岩层裂缝扩大并释放出内部储存的天然气。
具体步骤如下：
1. 水平钻井：首先，在地表选择合适的位置进行垂直钻井，当钻杆到达目标页岩层时，钻井工程师会改变钻头方向，将钻孔延伸成水平方向。
这样可以增加页岩岩层与钻孔的接触面积，提高天然气的开采效率。
2. 水力压裂：完成水平钻井后，高压水和添加剂（如砂岩颗粒）被泵送到井中，进入页岩岩层。
压力和添加剂的作用下，岩石发生裂缝和断裂，从而使天然气能够逸出。
水力压裂也可以同时增加岩石孔隙的连接性，便于天然气在岩层内流动和采集。
3. 采集天然气：一旦页岩层被水力压裂，天然气开始从岩石毛细孔隙中释放出来，并通过新形成的裂缝流向水平井筒。
然后，运用抽油泵等装置将天然气输送到地面设备进行储存和处理。
4. 环境保护：在整个开采过程中，需要严格控制水和添加剂的使用，以减少对地下水资源的污染。
此外，储存和处理阶段也要采取相应的措施，以确保环境不受污染。
以上就是页岩气开采的基本原理。
通过水平钻井和水力压裂技术，能够充分利用页岩岩层内部的天然气资源，提高天然气开采效率，促进能源产业的发展。
頁岩气的开发和利用随着人口的不断增长和科技的不断进步，能源需求的日益增长成为全球面临的一个重要问题。
传统能源的供应方式已经不能满足社会的需求，因此寻找新的能源来源成为当前重要的任务之一。
而在这个领域中，頁岩气开采已成为发展的热门领域之一，其具有广泛应用的前景和良好的经济效益，因此受到了越来越多的关注。
本文将探讨頁岩气开发和利用的相关问题。
一、頁岩气概述頁岩气，也称为致密天然气，是一种存在于頁岩岩石层中的天然气，以甲烷为主要成分，同时含有其他烃类物质。
頁岩气的开发利用技术主要是水力压裂技术，即在高压条件下将大量的水和砂岩等填充物质压入岩层中，使之裂开，从而释放頁岩气。
与传统自然气勘探不同的是，頁岩气勘探需要通过水力压裂技术来开采，这使得勘探成本增加，但开采量也随之增加。
二、頁岩气的开发利用1、頁岩气的应用领域頁岩气的应用领域较为广泛，其中最主要的是发电、工业和家庭供气等。
頁岩气的产量相对较大，并且利用技术较为成熟，因此可用于取代传统煤炭和石油等能源，有效降低对环境和健康的影响。
2、頁岩气的利益分配在頁岩气的开发过程中，利益分配是一个关键的问题，因为勘探和开发技术需要投入大量资金和人力资源，并且相关政策和法律条款也需要满足一定的要求。
通常，利益分配的主要参与方包括政府、勘探公司和居民。
政府通常会通过税收、准入条件等方式参与利益分配，勘探公司则通过销售收益和开采成本的调整来获得利益，而居民则通过土地使用权、矿产资源权利等来获得一定的收益。
3、頁岩气的环境问题与其他能源开发一样，頁岩气的勘探和开发可能会对环境造成影响。
许多人担忧水力压裂技术可能会导致水污染，而且开发过程可能会对当地家庭和自然资源产生负面影响。
但实际上，只要采取正确的管理策略和技术，减少环境影响并保护当地生态和自然环境是完全可行的。
三、頁岩气的未来頁岩气开采和利用已经成为了一个越来越重要的话题，在未来的发展中也将继续发挥着重要的作用。
随着技术和管理策略的不断发展，頁岩气的开采和利用也将变得更加高效和环保，同时也将创造更多的就业机会和经济效益。
非常规油气开发技术现状及发展趋势分析非常规油气是指地质储层复杂，如页岩、煤层气、重油、油砂等非石油天然气资源。
随着传统油气资源逐渐枯竭，非常规油气开发成为一种必然趋势。
然而，由于非常规油气的开发技术相对较新，市场竞争也更加激烈，开发难度更高，因此，如何改善非常规油气开发技术、降低生产成本，提高资源利用效率，一直是非常规油气领域内的研究热点。
一、非常规油气开发技术现状1.页岩气开采技术目前，页岩气主要通过水力压裂技术来实现开采。
在水平钻井的基础上，将高压水和一定比例的勘探液注入页岩层中，使岩层发生裂缝，并使石油天然气从岩层中排出。
2.煤层气开采技术煤层气的开采主要依靠抽采和抽采除瓦斯两种方法。
其中，通过煤体渗透出瓦斯和破坏煤体内部微孔隙结构实现瓦斯释放的方法属于抽采除瓦斯方法。
3.油砂矿开采技术油砂矿的开采技术主要包括矿山法、堆积法、水力输送法和热水法等。
其中，热水法是最为普遍且也是最为成熟的一种方法。
通过加热水来分离原油和油砂，并通过振动式筛网来过滤出杂质，从而达到油砂开采的目的。
4.重油开采技术重油的开采可分为表面开采、地下热采和燃烧驱动三种。
其中，地下热采是最为常见的一种方法。
二、非常规油气开发技术发展趋势1.新型油气储层识别技术非常规油气储层复杂，如何准确快速地识别油气储层成为一个重要问题。
随着科技的不断发展，应用人工智能、互联网技术、遥感技术和地球物理技术等成为非常规油气储层识别的新方向。
2.生产智能化技术非常规油气开发所需的生产力大，采取智能化技术可以降低成本，提高开采效率。
目前，智能化技术已被广泛应用于油气探采、生产、加工和运输等领域。
3.绿色环保技术非常规油气开采可能会对环境造成一定的影响，如何保护环境也成为非常规油气开采发展的关键所在。
在生产和运输过程中采取吸附、过滤等技术来减少尾气排放和污染物产生已经成为一种趋势。
4.海外开发在国内，非常规油气开发已进入了实际生产阶段，但由于油气资源分布不平衡，国内市场面临的竞争也更加激烈。
页岩气资源分布、开采技术及体制机制页岩气发现于1821年，但由于开采成本相对较高，开发利用缓慢。
近几年，美国页岩气勘探开发技术突破，产量快速增长，对国际天然气市场及世界能源格局产生重大影响，世界主要资源国都加大了对页岩气的勘探开发力度。
我国国民经济和社会发展“十二五”规划也明确要求“推进页岩气等非常规油气资源开发利用”，大力推动页岩气勘探开发，增加天然气资源供应，缓解我国天然气供需矛盾，调整能源结构，促进节能减排。
一、页岩气及资源概况常规天然气是指采自气田的天然气和油田的伴生气。
非常规天然气是指在地下的储存状态和聚集方式与常规天然气有明显差异的天然气聚集，较为典型的有页岩气、煤层气、致密砂岩气等。
全球页岩气资源量相当于煤层气和致密气资源量总和。
页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式的非常规天然气聚集。
页岩气在成分上与天然气并无明显差别，都是以甲烷为主。
而与天然气的主要区别是分布方式不同，页岩气吸附或游离在页岩孔隙中，页岩和页岩气共同存在于页岩矿藏中。
而常规天然气形成气田或者与石油伴生，是具有封闭圈的气体聚集，不吸附在任何矿藏内。
如果想象天然气的状态为一个封闭空间内的所有甲烷等气体的结合，那么页岩气状态的就是封闭空间内装满了泡沫材料后的甲烷等气体的结合。
下图详细介绍了各种非常规天然气在地下的储藏深度比例及分布情况。
下表对比了天然气和非常规天然气的基本区别。
类别气体名称主要成分存在于状态占非常规天然气的比例非常规页岩气甲烷泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层吸附和游离50% 煤层气甲烷煤基质颗粒表面、煤孔隙吸附为主、游离为辅28% 致密砂岩气甲烷砂岩层，致密砂岩分布游离22%常天然气甲烷气田或油田伴生聚集游离-全球页岩气资源量丰富。
美国国家石油委员会于基于Rognar的数据估算全球非常规天然气资源量约923万亿m3；其中：近半数为页岩气（456万亿m3），常规天然气资源量378万亿m3。
页岩气开采技术1 综述页岩气是一种以游离或吸附状态藏身于页岩层或泥岩层中的非常规天然气，是一种非常重要的天然气资源，主要成分是甲烷。
页岩气的形成和富集有其自身的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。
如图1.1所示。
页岩气一般存储在页岩局部宏观孔隙体系中、页岩微孔或者吸附在页岩的矿物质和有机质中。
页岩孔隙度低而且渗透率极低，可以把页岩理解为不透水的混凝土，这也是页岩气与其他常规天然气矿藏的关键区别。
可想而知，页岩气的开采过程极为艰难。
根据美国能源情报署（EIA）2010年公布的数据，全球常规天然气探明储量有187.3×1012m3，然而页岩气总量却高达456×1012m3，是常规天然气储量的2.2倍。
与常规天然气相比，页岩气具有开采潜力大，开采寿命长和生产周期长等优点，至少可供人类消费360年。
从我国来看，中国页岩气探明储量为36×1012m3，居世界首位，在当今世界以化石能源为主要消费能源的背景下，大力发展页岩气开采技术，对我国减少原油和天然气进口，巩固我国国防安全有很重要的意义。
我国页岩气主要分布在四川盆地、长江中下游、华北盆地、鄂尔多斯盆地、塔里木盆地以及准噶尔盆地，如图1.2所示。
图1.1页岩气藏地质条件图1.2中国页岩气资源分布页岩气开采是一种广分布、低丰度、易发现、难开采、自生自储连续型非常规低效气藏，气开采过程需要首先从地面钻探到页岩层，再通过开凿水平井穿越页岩层内部，并在水平井内分段进行大型水力加砂压裂，获得大量人工裂缝，还需要在同一地点，钻若干相同的水平井，对地下页岩层进行比较彻底的改造，造成大面积网状裂缝，最后获得规模产量的天然气。
因此，水平井技术和水力压裂技术的页岩气成功开采的关键。
2 页岩气水平井技术1821年，世界上第一口商业性页岩气井在美国诞生，在井深21米处，从8米厚的页岩裂缝中产出了天然气。
美国也是页岩气研究开采最先进的国家，也是技术最成熟的国家。
国外页岩气开采主要在美国和加拿大（因为加拿大和美国地质条件类似，因此可以承接美国的开采技术），主要得益于水平井技术、完井及压裂技术的成功应用。
2.1 开采技术早期的页岩气开采主要运用直井技术，直井开采技术简单，开始投入成本低，但是开采能力却只有水平井的2141 。
因为水平井能够使井能接触更多的储层面积，降低生产成本因此，目前大多数开采井都使用水平井。
与直井相比，水平井有如下优势和注意事项：图2.1 水平井与直井2.1.1 减少地面扰动开采井从测井，录井到完井都会有大量的基础建设，会占用土地，但是直井开采范围有限，相同范围内，需要更多口井。
而且每个垂直井均需要一个钻井平台，但是多个水平井可以共享一个钻井平台，大大节省建设成本。
1km 2范围内大约需要6——7个直井，如果选择水平井，大概只需要3——4个。
页岩气的低渗透率要求直井设置需小间距，这样才能更好地控制页岩气资源。
此外，由于多个水平井可以共用一个钻井平台，这样就能减少相应的钻井平台、道路交通、管线建设、设备使用以及土地征收费。
每个直井大概控制0.16km 2范围，而水平井能控制0.64km 2范围。
总的来看，水平井不仅降低了开采成本，更重要的是减少了环境扰动面积。
2.1.2 降低对野生物种的影响页岩气作用一般在野外，对周围生物环境造成很大影响。
水平井的应用，不仅能减少地表环境扰动，还能减少道路交通和其他公共设施的使用。
相对较小的开采占地面积，将使生产作业更加灵活。
在某些生态敏感去或者生态环境脆弱区，水平井开采能减少土地占用面积，可使生态环境尽可能受到小的破坏，保护野生动物。
2.1.3 降低对居民区的影响油气开采不可避免地会经过居民区，因此也会产生交通拥挤、道路损坏、灰尘和噪声等不利影响。
尤其是在开采初期建设阶段，短期能交通压力增大，随着道路交通压力增大，超过了道路原来的承载能力，道路会破会。
因此，应当尽量采取措施，比如沿道路洒水，调整作业时间不与当地交通冲突，安装特殊设备减少灯光和噪声污染等。
必要时，必须与当地当地居民和有关部门协商。
2.1.4 地下水保护水力压裂技术涉及添加剂的使用，以及水流回收，因此，需安装多层钢管和水泥保护层，用于保护蓄水层中的淡水资源，将生产圈与上覆地层隔离开来。
设置导管、外层套管柱和中间套管柱，并用水泥密封套管地层和套管之间和两层套管之间的间隙。
多层套管、水泥胶凝材料和生产油管是页岩气完井技术的重要组成部分，主要是为了避免水污染，确保页岩气沿着钻井方向方向向上流动，不至于泄漏。
套管的作用就是隔离内外两层液体，避免其相互接触，因为钻井液带有添加剂，会污染地下水源。
如图2.2所示图2.2 套管和水泥胶结物示意图2.2 井身结构设计水平井的井身结构设计步骤是由内而外，自下而上的。
根据裸眼井段安全钻进应满足的压力平衡、压差卡钻约束条件，自全井最大地层孔隙压力处开始，自下而上逐次设计各层套管下入深度的井身结构的设计方法。
2.2.1 设计约束条件钻井液密度即最小液柱压力当量密度大于或者等于裸眼井段的最大地层孔隙压力当量密度：ρρρ∆+≥max min p考虑到地层坍塌压力对井壁稳定的影响，确定裸眼井段的钻井液密度：(){}max max max c p m ρρρρ∆+=式中min ρ——应采井的最低钻井液密度，3/cm g ；p ρ——裸眼井段最大地层孔隙压力当量密度，3/cm g ；p ∆——钻井液密度附加值，3/cm g ；m ax c ρ——裸眼井段最大地层坍塌压力。
2.2.2 最大井内压力当量密度正常作业时最大井内压力当量密度： g m S +=max max ρρ式中m ax ρ——正常作业时最大井内压力当量密度，3/cm g ； m ax m ρ——裸眼井段最大钻井液密度，3/cm g ；g S ——激动压力系数，3/cm g 。
发生溢流关井是最大井内压力当量密度：k Xm S D D ⋅=m max max ρρ 式中m ax ρ——正常作业时最大井内压力当量密度，3/cm g ；m ax m ρ——裸眼井段最大钻井液密度，3/cm g ；m D ——裸眼井段最大地层孔隙压力当量密度对应的顶部深度，m ；X D ——裸眼井段最浅井深；k S ——激动压力系数，3/cm g 。
安全地层破裂压力当量密度：f f ff S -=ρρ式中ff ρ——安全地层破裂压力当量密度，3/cm g ； f ρ——层破裂压力当量密度，3/cm g ；f S ——地层破裂压力当量密度安全允许值，3/cmg 。
2.2.3 约束条件（1）压力平衡约束条件裸眼井段某一深度处的压力当量密度b ρ应小于或等于裸眼井段最小安全地层破裂压力破裂当量密度m in ff ρ即：min ff b ρρ≤式中b ρ——裸眼井段某一深度处的压力当量密度，3/cm g ； m in ff ρ——裸眼井段最小安全地层破裂压力破裂当量密度，3/cm g 。
（2）压差卡钻约束条件；钻井作业中，钻井液液柱压力与孔隙压力最大压差不大于n p ∆或者a p ∆：()n n p mamx p D p ∆≤⋅-=∆min 00981.0ρρ式中p ∆——钻井液液柱压力与地层孔隙压力最大压差，MPa ；m ax m ρ——裸眼井段最大钻井液密度，3/cm g ；m in p ρ——裸眼井段正常或最小地层孔隙压力当量密度，3/cm g ；n D ——最深正常地层孔隙压力当量密度或最深最小地层孔隙压力当量密度对应井深，m ； n p ∆——正常压力地层压差卡钻临界值，MPa ；a p ∆——异常压力地层压差卡钻临界值，MPa ；2.2.4 井身结构设计方法与步骤（1）计算安全地层破裂压力当量密度值（2）绘制压力当量密度曲线绘制地层孔隙压力当量密度曲线、地层破坏压力当量密度曲线、安全破坏压力当量密度值曲线。
（3）确定井深结构设计参数。
（4）技术套管设计（5）表层套管设计（6）尾管设计2.2.5 套管与井眼间隙的配合一般页岩气开发应满足气田开发与压力施工的要求，选择间隙时，开发井有下而上、由内而外确定各层套管与井眼的间隙，新区的探井一般由上而下、由内而外确定各层套管与井眼的的间隙。
套管与井眼的配合应保证套管安全下入并满足固井质量要求。
下以开次的钻头尺寸应小于上层尺寸的通经。
2.3 井型的选择水平井的成本一般是直井的1——1.5倍，但是产量却是直井的3被。
在现代工艺中，钻井技术已经发展到相当高的水平，允许钻具转弯，钻头还可以准确地停留在一个狭窄的定向垂直窗口内。
因为水平段变得容易控制，因此页岩气能从相同储存厚度但过流面积却小于直井的区域流出。
水平井有更多的接触面积，相应的驱替体积也就更多，因此最终采收率和初始开采速度也就越高。
另一方面，水平井的方位角以及进尺对页岩气产量也有影响。
在于最大地应力方向垂直的方向上进行钻井，可以使井筒尽可能多穿过地层并与更多的裂缝接触，从而提高采收率。
在最新的井型发展方面，“鱼钩”井型比传统井型有更多的接触长度，因而能获得更多的产量。
虽然成本增加了40%左右，但是产量确定提高两倍。
如图2.3所示图2.3传统水平井与“鱼钩”井型3 水力压裂水力压裂技术就是一种储层改造措施，用来增加生产储层的渗透性，使气体更加容易通过井筒流出。
水力压裂用来克服阻止液体（气体或水）流向井筒的天然屏障。
这些屏障包括页岩储层的低渗透率，或者钻井活动中，井筒附近破损产生的低渗透率。
水力压裂过程包括将压裂液以预计的速率和压力压进地层中，在目的地层产生断裂和裂缝。
压裂液主要由清水和添加剂组成，添加剂的作用是增加水的携砂能力。
此外，还有支撑剂，作用是在压裂液停止注入后将裂缝撑开。
一旦裂缝形成，将继续注入新的压裂液，进行压裂过程，同时将支撑剂携带至储层更深处。
这些添加剂和支撑剂的必不可少的，塔可以维持井底深处的压力，使之适合不断延伸的储层裂缝结构。
每个岩石储层都有自己内在属性，对不同的裂缝来说，其裂缝压力也不相同。
在水力压裂设计中，需要确定目的储层的性质，包括破裂压力和预计裂缝长度等。
3.1 设计思路页岩的矿物成分和沉积结构影响着完井增产质量。
通过大量微地震监测发现，页岩压裂形成的裂缝与常规砂岩裂缝存在较大差异。
常规砂岩压裂形成平面双翼裂缝，页岩气压裂则形成三维缝网，页岩气中的吸附气通过释放与游离气一起通过这些裂缝，然后达到井筒并排除，也即形成了油藏泄油体积（SRV）。
因为油藏的复杂性以及裂缝的多样性，导致数值模拟很难进行。
因此，在油藏数值模拟中，常通过加入微地震数据测量的裂缝SRV ，来解决页岩气藏压裂后模拟不准确问题。
如图3.1所示。
图3.1 页岩气压裂设计图3.2 油藏特性分析3.2.1 含烃潜力分析页岩含烃潜力是页岩气成功开发的基础，也是影响压裂设计的参数。
