页岩气开采机理

页岩气特点及成藏机理---陈栋、王杰页岩气作为一种重要的非常规油气资源，随着能源资源的日益匮乏，作为传统天然气的有益补充，其重要性已经日益突出。

随着国家新一轮页岩气勘探开发部署的大规模展开，正确认识和掌握页岩气的成因、成藏条件等知识，对于今后从事页岩气现场录井的工作人员提高录井质量具有较好的指导意义。

1.概况页岩气（shale gas）是赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，与“煤层气”、“致密气”同属一类。

其形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布较广的页岩烃源岩地层中。

2.特点2.1 页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于暗色泥页岩、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天然气主体上以游离相态（大约50％）存在于裂缝、孔隙及其它储集空间；以吸附状态（大约50％）存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中为天然气生成之后，在源岩层内的就近聚集表现为典型的原地的有利目标。

页岩气的资源量较大但单井产量较小，美国页岩气井的单井采气量为2800-28000m3/d。

2.5 在成藏机理上具有递变过渡的特点，盆地内构造较深部位是页岩气成藏的有利区，页岩气成藏和分布的最大范围与有效气源岩的面积相当。

2.6 原生页岩气藏以高异常压力为特征，当发生构造升降运动时，其异常压力相应升高或降低，因此页岩气藏的地层压力多变。

2.7 页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点—-大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，使得页岩气井能够长期地稳定产气。

但页岩气储集层渗透率低，开采难度较大。

3.成因通过对页岩气组分特征、成熟度特征分析，页岩气是连续生成的生物化学成因气、热成因气或两者的混合。

生物成因气是有机物在低温下经厌氧微生物分解作用形成的天然气；热成因气是有机质在较高温度及持续加热期间经热降解和裂解作用形成的天然气。

页岩气成藏机理1 前言页岩气是指那些聚集在暗色泥页岩或高碳泥页岩中,以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气。

它与常规天然气的理化性质完全一样，只不过赋存于渗透率、孔隙度极低的泥页岩之中，气流的阻力比常规天然气大，很大程度上增加了页岩气的开采难度，因此被业界归为非常规油气资源。

在页岩气藏中,天然气不仅存在于泥页岩,也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩和砂岩地层中。

页岩气藏烃源岩多为沥青质或富含有机质的暗色泥页岩和高碳泥页岩,有机质含量一般为4% ~30%,是普通烃源岩的10~20倍。

天然气的生成来源于生物作用、热成熟作用或两者的结合。

页岩自身的有效孔隙度很低,页岩气藏主要是由于大范围发育的区域性裂缝,或热裂解生气阶段产生异常高压在沿应力集中面、岩性接触过渡面或脆性薄弱面产生的裂缝提供成藏所需的最低限度的储集孔隙度和渗透率。

通常孔隙度最高仅为4% ~5%,渗透率小于1×10-3μm。

2 页岩气的成藏机理天然气以多种状态存在于页岩中。

少数为溶解状态天然气,大部分为吸附状态赋存于岩石颗粒和有机质表面,或以游离状态赋存于孔隙和裂缝之中。

吸附状天然气的赋存与有机质含量密切,它与游离状天然气含量之间呈彼消长关系,其中吸附状态天然气的含量变化于20% ~85%之间。

2.1 页岩气第一阶段－吸附状态（吸附与扩散）天然气在页岩中的生成、吸附与溶解逃离(图1①),具有与煤层气成藏大致相同的机理过程。

在天然气的最初生成阶段,主要由生物作用所产生的天然气首先满足有机质和岩石颗粒表面吸附的需要,当吸附气量与溶解的逃逸气量达到饱和时,富裕的天然气则以游离相或溶解相进行运移逃散,条件适宜时可为水溶气藏的形成提供丰富气源。

此时所形成的页岩气藏分布限于页岩内部且以吸附状态为主要赋存方式,总体含气量有限。

2.2 页岩气第二阶段－游离状态（溶解与析出）在热裂解气大量生成过程中,由于天然气的生成作用主要来自于热化学能的转化,它将较高密度的有机母质转换成较低密度的天然气。

浅谈页岩气开采技术摘要:2009年末,中国首个页岩气合作开发项目富顺—永川区块页岩气项目正式进入实施阶段,这是中国石油与壳牌公司的首个页岩气开发项目,对我国的油气能源开发具有标志性意义。

本文主要对页岩气开采技术进行研究,以期对我国页岩气的勘探开发具有一定的指导。

关键词:页岩气;水平井;固井;完井1页岩气成藏条件和开发特征页岩气是一种介于煤层吸附气和常规圈闭气之间的非常规天然气藏。

其主要分布于暗色泥页岩或高碳泥页岩以及少数夹层状的粉砂岩、泥质粉砂岩等地层中,储集方式主要包括三种:以游离状态存在于天然裂缝或空隙中;以吸附状态存在于不溶有机质或矿物颗粒表面;以及少量溶解在沥青等有机溶剂中。

结合天然气成藏机理,页岩气是从根状气到根缘气的连续过渡,即当地层主体为具有生气能力的泥页岩(泥岩多、砂岩少)时,天然气是以多种方式存在的页岩气;而当地层以致密砂岩为主(砂岩多、泥岩少)时,天然气主要以活塞式整体推进为主要运移及聚集方式。

页岩气产自于有机质丰富的页源岩中,成藏过程中基本无运移,是典型的“自生自储”型天然气藏,成藏具有隐蔽性特点,不以常规圈闭的形成存在。

页岩气的储集条件主要包括以下三点:理想的页岩厚度和埋深是页岩气成藏的关键因素。

一方面足够的页岩埋深能够保证有机质具备向油气转化所必须的温度和压力,另一方面足够的页岩厚度以及连续的分布面积才能够提供足够的气源和储集空间。

页岩孔隙度越大,渗透率越大,游离气的储集空间就越大。

而作为储层,含气页岩显示出低空隙度、低渗透率和高含气饱和度的特点。

根据资料分析发现,页岩储集层含气的有效孔隙度一般只有1%～5%,渗透率一般小于10-6Lm2。

页岩中天然裂缝为页岩气提供储集空间和运移通道。

含气页岩孔隙度和渗透率都较低,所以天然裂缝的存在对页岩气的开采具有非常重要的意义。

页岩中裂缝数量越多、走向越分散、连通性越好,页岩气的产量越高。

页岩气藏具有持续产气、供气,产量低、产能稳,资源量大,但采收率较低,需要人工改造增产等特点。

页岩气成藏机理及气藏特征页岩气是泛指赋存于富含有机质的暗色页岩或高碳泥页岩中，主要以吸附或游离状态存在的非常规天然气资源。

在埋藏温度升高或有细菌侵入时，暗色泥页岩中的有机质，甚至包括已生成的液态烃，裂解或降解成气态烃，游离于基质孔隙和裂缝中，或吸附于有机质和矿物表面，在一定地质条件下就近聚集，形成页岩气藏。

从全球范围来看，页岩气拥有巨大的资源量。

据统计，全世界的页岩气资源量约为456.24xl0i2m3，相当于致密砂岩气和煤层气资源量的总和，具有很大的开发潜力，是一种非常重要的非常规资源［1-6］。

页岩气资源量占3种非常规天然气（煤层气、致密砂岩气、页岩气）总资源量的50%左右，主要分布在北美、中亚和中国、中东和北非、拉丁美洲、前苏联等地区，与常规天然气相当。

页岩气的资源潜力甚至还可能明显大于常规天然气。

1.1 页岩气成藏机理1.1.1成藏气源页岩气藏的生烃、排烃、运移、聚集和保存全部在烃源岩内部完成，页岩既是烃源岩、储层，也是盖层。

研究表明，烃源岩中生成的烃类能否排出，关键在于生烃量必须大于岩石和有机体对烃类的吸附量，同时必须克服页岩微孔隙强大的毛细管吸附等因素。

因此，烃源岩所生成的烃类只有部分被排出，仍有大量烃类滞留于烃源岩中。

北美地区目前发现的页岩气藏存在3种气源，即生物成因、热成因以及两者的混合成因。

其中以热成因为主，生物成因及混合成因仅存在于美国东部的个别盆地中，如Michigan盆地Antrim生物成因页岩气藏及Illinois盆地NewAlbany混合成因页岩气藏［2l］。

1.1.2成藏特点页岩气藏中气体的赋存形式多种多样，其中绝大部分是以吸附气的形式赋存于页岩内有机质和黏土颗粒的表面，这与煤层气相似。

游离气则聚集在页岩基质孔隙或裂缝中，这与常规气藏中的天然气相似。

因此，页岩气的形成机理兼具煤层吸附气和常规天然气两者特征，为不间断充注、连续聚集成藏（图l-l）。

有机质和黏土颗粒气体流入气体进入最终形成表面吸附与解吸页岩基质孔隙天然裂缝网络页岩气藏图1-1页岩气赋存方式与成藏过程示意图在页岩气成藏过程中，随天然气富集量增加，其赋存方式发生改变，完整的页岩气藏充注与成藏过程可分为4个阶段。

页岩气产出机理当页岩层压力降到一定程度时，页岩中被吸附的气体开始从裂隙表面分离下来，成为页岩气的解析。

由于节理中的压力降低，解析出的气体和游离态、溶解态天然气混合通过基质孔隙和裂隙扩散进入裂隙网络中，再经裂缝网络等输导系统流向井筒。

页岩气的产出可以分为三个阶段。

第一阶段：随着井筒附近中压力微幅度的降低，首先产水，井筒附近只有单相流动。

第二阶段：当储层压力继续降低时，开始有一部分甲烷从页岩孔隙和裂隙中解析出来，并和游离态的天然气混合，开始形成气泡，阻碍着水的流动，水的相对渗透率下降，但气体不能流动，无论在基质还是在节理中，气泡都是孤立的，并不相互连接为非饱和单相流。

第三阶段：当储层压力进一步降低时，有更多的气体解析出来，水中含气达到饱和，气泡相互连接成线状，气的相对渗透率大于增大，随着压力下降，饱和度降低，气产量不断上升，呈现两相流状态。

上述三个阶段是连续的过程，随时间的推进，从井孔向周围的地层逐渐蔓延。

这是一个循序渐进的过程，脱水降压时间较短，波及的范围较大，吸附气的解析范围越来越大。

从美国主要的五个页岩气系统的产水量和产气量分析得出，页岩气产量常呈现出来负的下降曲线(图Array 1－5)。

开始水产量较高，随着排水采气作业的持续进行，水产量逐渐降低，而单井产气量逐渐上升，一般在开采的两年后达到高峰，此后缓慢降低。

与常规天然气的单井生产相比，页岩气单井日产量较小（一般小于1000m3/D）,但是，日产量稳定（产量下降较慢）、生产周期较长。

图1－5 页岩气生产曲线示意图页岩储气层和常规砂岩储气对比表。

目前,世界上对页岩气的研究并不普遍,只有美国和加拿大对此做过大量工作,特别是美国,页岩气是美国勘探开发最早和最成功的天然气类型之一，对国内的5大页岩气盆地进行了十分系统的研究工作,在页岩气勘探开采方面取得了很大的突破,积累了丰富的经验。

目前已成为美国成功勘探开发的3大类非常规天然气之一,目前已发现5个商业化生产的页岩气盆地,可采储量大约为(8778～21521)×108m3。

2006年,美国大约有39500口页岩气生产井,产量占全美天然气产量的8%[1]。

我国对页岩气的研究与勘探开发还处于探索阶段。

20世纪60—90年代,在页岩油藏有所发现的基础上,部分学者对页岩气藏做过一定的探讨。

近2年,国内学者相继发表了一些关于页岩气方面的著作,将为我国的油气勘探打开新的局面。

页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中,以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气,在页岩气藏中,天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中,为天然气生成之后在源岩层内就近聚集的结果,表现为典型的“原地”成藏模式。

从某种意义来说,页岩气藏的形成是天然气在源岩中大规模滞留的结果,由于储集条件特殊,天然气在其中以多种相态存在。

页岩气是目前经济技术条件下,天然气工业化勘探的重要领域和目标[5]。

页岩气存在形式主要以吸附气与游离气为主,形成机制可划分为生物成因、热成因及二者混合成因。

页岩气的地质储量丰富,影响其成藏的因素主要有总有机碳、有机质类型和成熟度、孔隙度、地层压力及裂缝发育程度等,同时还要兼顾各参数之间的联系。

一、页岩气形成机理页岩气与深盆气、煤层气一样都属于“持续式”聚集的非常规天然气。

所谓页岩气( Shale Gas) 系指富含有机质、成熟的暗色泥页岩或高碳泥页岩中由于有机质吸附作用或岩石中存在着裂缝和基质孔隙,使之储集和保存了一定具商业价值的生物成因和/ 或热解成因天然气。

页岩气系统具有典型的自生自储特性。

页岩气及其成藏机理页岩气及其成藏机理摘要：本文介绍了页岩气的特征、形成条件和富集机理等，认为不同阶段、不同成因类型的天然气都可能会在泥页岩中滞留形成页岩气；页岩气生气量的主要因素是有机质的成熟度、干酪根的类型和有机碳含量；吸附态的赋存状态是页岩气聚集的重要特征。

我国页岩地质结构特殊复杂，需要根据我国具体的地质环境进行分析以便更加合理的进行开采。

关键词：页岩气富集资源天然气作为一种高效、优质的清洁能源和化工原料，已成为实现低碳消费的最佳选择。

全球非常规天然气资源量非常巨大，是常规油气资源的1.65倍。

其中页岩气占非常规天然气量的49%约4561012m3，巨大的储量和其优质、高效、清洁的特点，使得页岩气这一非常规油气资源成为世界能源研究的热点之一。

我国页岩气可采储量丰富，约31 1012m3，与美国页岩气技术可采储量相当。

通过对页岩气资源的勘探和试采开发，发现其储集机理、生产机制与常规气藏有较大的差别。

一、页岩气及其特征页岩是一种具有纹层与页理构造由粒径小于0.004mm的细粒碎屑、黏土矿物、有机质等组成。

黑色页岩及含有机质高的碳质页岩是形成页岩气的主要岩石类型。

页岩气是从黑色页岩或者碳质泥岩地层中开采出来的天然气。

页岩气藏的形成是天然气在烃原岩中大规模滞留的结果，由于特殊的储集条件，天然气以多种相态存在，除了少数溶解状态的天然气以外，大部分在有机质和黏土颗粒表面上吸附存在和在天然裂缝和孔隙中以游离方式存在。

吸附状态的天然气的赋存与有机质含量有关，从美国的开发情况来看，吸附气在85～20%之间，范围很宽，对应的游离气在15～80%，其中部分页岩气含少量溶解气。

页岩气主体上是以吸附态和游离态同时赋存与泥页岩地层且以自生自储为成藏特征的天然气聚集。

复杂的生成机理、聚集机理、赋存状态及富集条件等，使得页岩气具有明显的地质特殊性，具有低产量、产气时间长的特点（一般可稳产30～50年，递减率<5%）。

页岩气及其成藏机理张金川!，薛会"，张德明!，蒲军"（!#中国地质大学能源地质系，北京!$$$%&；"#石油大学盆地中心，北京!$""’(）收稿日期："$$&)$*)"*基金项目：国家自然科学基金项目（’$"+"$,"；’$!+"$*"）。

作者简介：张金川，男，副教授，博士，!(,’年出生，石油地质学专业，从事非常规天然气、成藏机理及资源评价的研究。

页岩气是以多种相态存在并富集于泥页岩（部分粉砂岩）地层中的天然气。

!%"!年在美国-./01/020/县钻探的第一口天然气生产井就是页岩气井（在井深"!3处，从%3厚的页岩裂缝中产出天然气）。

!((%年美国的页岩气当年采气量超过了!$$亿3&，其发现储量占美国天然气探明储量的"#&4。

页岩气是目前经济技术条件下天然气工业化勘探的重要领域和目标。

根据-05167等人的资料分析页岩气具有如下基本特征：（!）岩性多为沥青质或富含有机质的暗色、黑色泥页岩（高炭泥页岩类），岩石组成一般为&$48*$4的粘土矿物、!*48"*4的粉砂质（石英颗粒）和!48"$4的有机质，多为暗色泥岩与浅色粉砂岩的薄互层；（"）页岩气可以主要来源于生物作用或热成熟作用，!（9:-）介于$8"*4之间，镜质体反射率介于$#’48"4之间；（&）页岩本身既是气源岩又是储集层，目前可采的工业性页岩气藏埋深最浅为!%"3。

页岩总孔隙度一般小于!$4，而含气的有效孔隙度一般只有!48*4，渗透率则随裂缝发育程度的不同而有较大的变化；（’）页岩具有广泛的饱含气性，天然气的赋存状态多变，吸附态天然气的含量变化于"$48%*4之间；（*）页岩气成藏具有隐蔽性特点，不以常规圈闭的形成存在，但当页岩中裂缝发育时，有助于游离相天然气的富集和自然产能的提高。

沉积岩中最为丰富的岩石－页岩，终于得到了其应有的重视。

长期以来，页岩一直被认为是一种盖岩，因此钻井人员在钻井过程中直接穿越页岩层段开采砂岩或碳酸盐岩储层。

然而地质、经济和技术等方面的有机结合正在促使美国的一些作业公司租赁数千英亩矿区的钻井权，以便推动下一个页岩气远景区的发现。

页岩气藏的开采在编写本文过程中得到以下人员的帮助，谨表谢意：美国康涅狄格州Ridgefield 的Barbara Anderson ；巴西里约热内卢的Walter Arias ；犹他州盐湖城的Keith Greaves ；得克萨斯州College Station 的 Valerie Jochen ；得克萨斯州休斯敦的Barbara Marin 和Mark Puckett ；俄克拉何马州俄克拉何马城的Camron M i l l e r ，以及宾夕法尼亚州匹兹堡的J e r o n Williamson 。

AIT （阵列感应成像测井仪），ClearFRAC ，ECLIPSE ，ECS （元素俘获谱探头），ELANPlus ，FiberFRAC ，FMI （全井眼微电阻率扫描成像测井仪）， geoVISION ，Platform Express 和SpectroLith 等是斯伦贝谢公司的商标。

GS 列出的其它类型连续天然气资源包括盆地中心气，致密地层气和煤层气等。

2.Schenk CJ:“Geologic Definition of Conventional and Continous Accumulations in Select U.S. Basins －The 2001 Approach ”，提交给AAPG Hedberg 关于了解、勘探和开发致密气砂岩研究大会的文章摘要，美国科罗拉多州Vail ，2005年4月24-29日。

3.基岩渗透率是指流体通过岩石的能力，主要是指流过组成岩石的矿物颗粒之间间隙的能力，但不包括流体在岩石裂缝中的流动。

概述页岩气的形成机理及开发意义【摘要】页岩气是近年来比较新兴的一种资源，随着世界性能源的紧张以及相关方面科学技术的发展，页岩气的勘探开发变得十分的广泛，页岩气同常规的天然气能源相比具有很强的能源优势，其能源的可利用率较高，同时使用比较的方便，并且该种能源具有很好的环保性，对环境不会造成很大的污染。

在当今这样一个资源节约型和环境友好型的社会，页岩气的发展前景一定很好。

页岩气虽然是一种比较好的清洁能源，但我们对其勘探开发的历史还比较短，在勘探开发技术方面还不成熟。

因此，我们应不断加强页岩气勘探开发技术的探索，引进消化吸收国外先进技术，提高页岩气的勘探开发水平。

本文笔者结合自己在页岩气方面的研究和实际工作经验，对于页岩气的形成机理以及开发的意义进行了分析和探讨，希望对于该领域的研究起到一定的作用。

【关键字】页岩气，形成机理，开发意义中图分类号：p619.22+7 文献标识码：a 文章编号：一．前言近年来，随着经济的发展，特别是随着改革开放的不断深入，我国的经济建设取得了巨大的进步，与此同时，我国在页岩气的开发上也在不断的进步和发展着。

页岩气是属于石油开发和勘探技术方面的资源，其在我国能源的结构比例中占据着一定的分量。

我国在上世纪的时候，在页岩气的开发上还不是十分的先进，这主要是由于那时我国的科学技术还不是十分的发达，同时我们也没有真正认识到页岩气作为一种资源的重要性。

近年来，全球资源日益紧张，特别是在我国，作为一个世界性的人口大国，资源的人均占有率极低，同时加上我国在资源的利用上不是很科学，这就造成我国资源的紧张。

页岩气的开采不仅能够缓解我国资源紧张的局面，促进经济的发展和人们生活水平的提高，同时页岩气作为一种有别于常规天然气的能源，对环境基本上没有太多的不利，做好其开发工作将是一件十分有意义的事情。

二．形成机理分析1.形成气源分析页岩气藏的生烃、排烃、运移、聚集和保存全部在烃源岩内部完成，页岩既是烃源岩、储层，也是盖层。

一、概述随着我国对清洁能源的需求不断增加，页岩气作为一种新兴的天然气资源，其开发与利用备受关注。

海相页岩气作为页岩气资源的一种，具有储量大、分布广、地埋深度浅、开发潜力大等特点，对其富集机理与评价关键技术的研究至关重要。

本文将围绕海相页岩气富集机理与评价关键技术及应用成效展开探讨。

二、海相页岩气富集机理1. 海相页岩气形成条件的分析海相页岩气的形成受到多种因素的影响，通过对海相区域的地质构造、沉积环境等因素进行分析，可以揭示海相页岩气的形成条件。

2. 海相页岩气富集机理的探索海相页岩气富集机理的研究可以从页岩的物性特征、有机质丰度、孔隙结构、裂缝特征等方面进行探索，以揭示海相页岩气的富集机理。

三、海相页岩气评价关键技术1. 海相页岩气成藏条件评价技术通过对海相页岩气的成藏条件进行评价，可以为后续的勘探开发提供重要参考，因此成藏条件评价技术的研究十分关键。

2. 海相页岩气资源量评价技术评价海相页岩气资源量是开展勘探开发工作的重要基础，因此发展准确、全面的资源量评价技术对于海相页岩气的开发具有重要意义。

3. 海相页岩气存储介质评价技术海相页岩气的存储介质评价是对页岩气富集情况进行评价的关键技术之一，其研究成果可以为勘探开发提供重要依据。

四、海相页岩气富集机理与评价关键技术的应用成效1. 海相页岩气富集机理研究成果的应用通过对海相页岩气富集机理的研究，可以为相关领域的科研工作提供重要依据，促进页岩气资源的有效利用。

2. 海相页岩气评价关键技术在实际中的应用成效海相页岩气评价关键技术在勘探开发中的应用成效直接影响到资源的发现、开发和利用，因此这些关键技术的应用成效十分重要。

五、结论海相页岩气富集机理与评价关键技术对于海相页岩气资源的开发利用具有重要意义，通过对这些关键技术的深入研究和实践应用，可以为我国清洁能源的发展做出重要贡献。

展望未来，我们需要进一步加强对海相页岩气富集机理与评价关键技术的研究，不断提高技术水平，推动海相页岩气资源的可持续开发与利用。

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。

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。

据美国能源信息署（EIA）统计，2010年美国页岩气的总产量已超过1379亿立方米，占美国天然气年总产量6110亿立方米的近23%，并超过了中国常规天然气2010年的总产量967.6亿立方米。

美国页岩气的成功开发使得美国天然气储量增加了40%，这大大增强了美国在能源外交和应对气候变化等方面的主导权。

油气田地面工程（)页岩气多分支水平井增产机理*孟浩1汪益宁2滕蔓31中国石化江汉油田分公司清河采油厂2中国石油大学（北京）石油工程教育部重点实验室3中海油服油田生产研究院油藏技术所摘要：页岩气井产量低，为达到经济有效开发的目的，往往采取压裂投产或水平井工艺。

多分支水平井一方面可以定向钻进局部富集的“甜点”区，另一方面可以大规模地沟通页岩中的微裂缝，增加泄气面积；同时能够降低裂缝中的气液两相流动阻力，有望大幅提高单井产量。

页岩气多分支井产能受到多种因素制约，其中储层渗透率、岩层厚度等是最主要的先天性因素，而多分支井的分支数、井身长度、分支长度、分支夹角等设计因素对页岩气井产能也有较大影响，因此在设计中应结合实际情况对这些参数进行优化。

关键词：页岩气；多分支水平井；增产机理；影响因素doi:10.3969/j.issn.1006-6896.2012.12.006目前全球常规油气资源面临着接替困难的现状，非常规油气资源的勘探开发显得愈加重要，页岩气作为分布广泛、储量丰富的一种非常规油气资源[1]，越来越受到关注。

但页岩气井产量低，为达到经济有效开发目的，往往采取压裂投产或水平井工艺。

多分支水平井以其独到的优势受到关注，但是对其增产机理及影响因素需要进一步地研究，以便有针对性地应用于页岩气开发。

１页岩气开采机理页岩中含天然气游离气和吸附气，吸附状态存在的甲烷产出可以概括为3个过程：①从吸附态转变为游离态的解吸过程；②在浓度差、压差等作用下气体分子的扩散过程；③扩散气体在页岩储层裂隙系统渗流并最终流入井筒的过程。

页岩气在页岩中大部分以物理吸附状态赋存，页岩表面分子与甲烷分子间作用力为范德华力。

页岩气的解吸是吸附的逆过程，由于温度、压力等条件的变化使得处于吸附状态的气体分子动能增加而克服引力场，从页岩中脱离成为游离相而发生解吸[2]。

基于兰氏（Langmuir，1992）吸附方程的多组分气体在页岩中的吸附关系式为L (p ,y 1,y 2,...)i =p s RT s æèççççöø÷÷÷÷V iy i pP i 1+∑j =1nc y j p P j （1）式中p s 为标况压力；T s 为标况温度；R 为气体常数；V i 为i 组分兰氏体积常数；P i 为i 组分兰氏压力常数；y j 为i 组分摩尔分数；p 为地层压力。

工程技术角度分析页岩气开采页岩气已成为全世界非常规油气资源勘探开发的重点领域。

由于页岩气具有区别于常规气藏的显著特性，导致页岩气资源勘探开发成为一个庞大的系统工程，涉及复杂的技术体系，最主要的不同之处在于将工程技术前移至页岩气资源评价和开发过程。

水平钻井、滑溜水多段压裂、裂缝检测等一系列关键技术的突破是美国页岩气近年来飞速发展的重要原因。

中国非常规油气藏潜力很大，不同机构的评价结果表明，中国陆域页岩气可采资源量很大，是常规天然气资源量的1.1~2.4倍。

目前，中国页岩气第二轮招投标已顺利结束，距离实现65亿立方米/a产量目标只有不到3年的时间，多个区块页岩气的勘探及评价即将陆续展开。

目前，页岩气水平井分段压裂已占单井建设投资的40%~50%,进一步体现了工程技术的重要性。

为此，在勘探开发过程中提出了工程技术的早期介入、合理应用和深入理解，以有助于页岩气的资源评价。

1 页岩气储层压裂机理及实现策略1.1压裂改造原理页岩气之所以能在页岩气中存留，缘于页岩极为致密的孔隙结构和极低的渗透率。

页岩气储层中天然气基本无法运移到井筒，其主要原因在于2个方面:1.天然气分子直径在页岩气纳米级孔隙中运移难度大。

甲烷的分子直径大小是:0.40nm，乙烷的分子直径大小是0.44nm，而页岩的孔隙大小是0.5~100nm，远远小于砂岩的孔隙(大于1μm)。

对于孔隙直径较小的页岩，天然气基本是无法运移的。

即使孔隙直径在100nm的页岩，天然气的运移难度也较大。

2.天然气在致密孔隙结构中运移时间较长。

理论研究表明，基质渗透率在0.000001mD时，流体穿透100m基质流入井筒需要的时间将超过1Ma。

因此，页岩气得以开采利用，必须通过水力压裂在页岩储层里形成具有相当大体积、形态分布复杂、具有一定渗透能力的裂缝网络体系，使页岩气通过这个裂缝网络体系流入到井筒。

页岩气压裂与常规压裂形成的双翼对称的平面张开缝不同，页岩气压裂(或称之为“体积改造”)旨在形成相互交错的复杂的“网络”裂缝体(含张开缝和剪切缝)，增加平面与纵向上的储层改造体积SRV(stimulated reservoir volume)，达到与页岩最大裂缝接触面积，提高初始产量和最终采收率。