頁(yè)巖氣儲(chǔ)層損害機(jī)理及保護(hù)對(duì)策分析

　　摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程不斷推進(jìn)，我國(guó)對(duì)能源的需求量越來(lái)越大，石油天然氣作為主要的能源物質(zhì)大大的推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。但是目前的情形是常規(guī)的油氣資源勘探開(kāi)發(fā)很有局限性。因此，非常規(guī)能源頁(yè)巖氣成了開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。但是頁(yè)巖氣儲(chǔ)層在勘探開(kāi)發(fā)的過(guò)程中容易受到不可逆的傷害。本文主要針對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中所受的損害機(jī)理進(jìn)行分析，并提出了一些措施及建議，對(duì)于我國(guó)頁(yè)巖勘探開(kāi)發(fā)具有一定的理論指導(dǎo)意義。

　　關(guān)鍵詞：頁(yè)巖氣;儲(chǔ)層;損害;保護(hù)

　　1.引言

　　隨著我國(guó)工業(yè)化的不斷推進(jìn)，我國(guó)常規(guī)的能源開(kāi)發(fā)已經(jīng)完全不能滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。因此，急需對(duì)非常規(guī)能源物質(zhì)展開(kāi)研究。目前，我國(guó)已經(jīng)探明的頁(yè)巖氣資源的儲(chǔ)量巨大，可開(kāi)采的儲(chǔ)量高達(dá)2000億方，要是我國(guó)能夠在頁(yè)巖氣資源方面勘探開(kāi)發(fā)取得成功就能夠有效的解決國(guó)內(nèi)的能源供需問(wèn)題。

　　頁(yè)巖的儲(chǔ)層特征是自身能夠儲(chǔ)集成藏，一部分是以游離的狀態(tài)存在于孔隙和裂縫中，另一部分是吸附于粘土礦物質(zhì)表面。頁(yè)巖氣的屬性特征是以大面積含氣、可變的蓋層巖性以及較短的烴類(lèi)運(yùn)移距離。綜上的頁(yè)巖氣的特征可以看出，針對(duì)頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)而言，頁(yè)巖儲(chǔ)層所受到的傷害比常規(guī)的儲(chǔ)層要大得多，這對(duì)于頁(yè)巖氣的解析、擴(kuò)散以及流動(dòng)產(chǎn)生了很大的影響。因此，筆者通過(guò)大量的文獻(xiàn)調(diào)研，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等等對(duì)我國(guó)的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)提出了一系列的改進(jìn)措施及意見(jiàn)，旨在能夠?yàn)槲覈?guó)的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的保護(hù)提供一定的指導(dǎo)意見(jiàn)。

　　2.頁(yè)巖氣儲(chǔ)層損害機(jī)理分析

　　頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的損害主要來(lái)源于外來(lái)的施工操作過(guò)程，所以對(duì)頁(yè)巖氣的產(chǎn)出過(guò)程要十分的了解才能從源頭上控制對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的損害。頁(yè)巖中吸附氣的產(chǎn)出過(guò)程主要分為四個(gè)過(guò)程：“降壓—解吸—擴(kuò)散—滲流”，這每個(gè)過(guò)程之間都是緊密相關(guān)彼此影響著的，任何一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層造成傷害，所以在每個(gè)環(huán)節(jié)都要認(rèn)真做好儲(chǔ)層保護(hù)措施。針對(duì)頁(yè)巖氣的儲(chǔ)層特征分析看出，能夠?qū)?yè)巖氣儲(chǔ)層造成損害的主要有如下幾個(gè)方面的因素：

　　(1)頁(yè)巖儲(chǔ)層所含的粘土礦物一般較高，這就導(dǎo)致了儲(chǔ)層的水敏性很強(qiáng)，而且儲(chǔ)層的裂縫比較發(fā)育。在鉆井的過(guò)程中，侵入儲(chǔ)層中的一些濾液與頁(yè)巖地層會(huì)產(chǎn)生水化作用，容易將巖土顆粒之間的相關(guān)作用削弱，繼而破壞掉微裂縫之間的聯(lián)結(jié)作用，從而導(dǎo)致巖土顆粒之間的微裂縫逐步變大形成連通的裂紋，大大降低井眼周?chē)闹螒?yīng)力，造成井壁失穩(wěn)發(fā)生坍塌事故。

　　(2)地層壓差作用導(dǎo)致儲(chǔ)層損害。一般來(lái)說(shuō)在鉆井施工的過(guò)程中鉆井液液柱壓力往往大于地層壓力1.0MPa～2.0 MPa。這樣有利于安全鉆進(jìn)，但是這樣鉆井液體容易在壓差的作用下侵入儲(chǔ)層。侵入儲(chǔ)層后固體顆粒容易堵塞儲(chǔ)層滲流通道。而且侵入到儲(chǔ)層的鉆井液中的液相也會(huì)產(chǎn)生粘土的。而且隨著施工作業(yè)的時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)也會(huì)加劇儲(chǔ)層的損害程度。

　　(3)施工作業(yè)起下鉆時(shí)對(duì)儲(chǔ)層的損害。在鉆井施工過(guò)程中由于起下鉆所引起的波動(dòng)會(huì)直接導(dǎo)致鉆井液壓力產(chǎn)生波動(dòng)，這在一定程度上也會(huì)間接的損害頁(yè)巖氣儲(chǔ)層。起鉆速度過(guò)快時(shí)會(huì)使得鉆井液液柱壓力過(guò)低從而導(dǎo)致泥餅脫落，結(jié)束起鉆操作后需要一段時(shí)間來(lái)形成新的泥餅;而下鉆速度過(guò)快時(shí)會(huì)使得井底的激動(dòng)壓力增加，進(jìn)一步的加快固相顆粒侵入地層的速度。

　　(4)儲(chǔ)層特有的屬性導(dǎo)致的損害。頁(yè)巖氣儲(chǔ)層是含氣量十分致密的，而且相比于液體的粘滯系數(shù)而言氣體的流動(dòng)粘滯系數(shù)會(huì)小很多，而且頁(yè)巖儲(chǔ)層存在的天然裂縫和孔喉半徑都很小，毛管力自吸現(xiàn)象十分明顯，繼而會(huì)導(dǎo)致水侵入到儲(chǔ)層的內(nèi)部，造成鉆井液濾液很快到侵入到儲(chǔ)層并充滿井眼周?chē)牧芽p網(wǎng)絡(luò)最終造成水鎖效應(yīng)。

　　總結(jié)上述分析可以看出，頁(yè)巖氣儲(chǔ)層被固相和水相損害后會(huì)在裂縫和基質(zhì)空隙內(nèi)，容易造成井壁的失穩(wěn)，影響頁(yè)巖氣的鉆采效率。頁(yè)巖氣儲(chǔ)層自身的滲透條件比較差，在開(kāi)采過(guò)程中又容易受到外來(lái)?xiàng)l件的損害，這對(duì)于吸附氣在基質(zhì)表面的解析以及擴(kuò)散都會(huì)產(chǎn)生很大的影響，最終導(dǎo)致氣相的滲透率下降造成產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期的結(jié)果。所以，不論是鉆井、完井還是壓裂過(guò)程都必須綜合考慮各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)儲(chǔ)層的影響制定相應(yīng)的儲(chǔ)層保護(hù)措施來(lái)保護(hù)儲(chǔ)層。筆者接下來(lái)闡述幾點(diǎn)我國(guó)目前比較適用的頁(yè)巖儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)。

　　3.頁(yè)巖氣儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)

　　貝克休斯的Lucas G.M.S等人于2011年就指出，針對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層應(yīng)該以預(yù)防為主而不應(yīng)該把重點(diǎn)放在治理上。所以，針對(duì)上述所提出的儲(chǔ)層潛在損害因素，并結(jié)合頁(yè)巖氣儲(chǔ)層其自身特殊性，提出以下相應(yīng)的儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)措施：

　　(1)進(jìn)一步的研發(fā)增產(chǎn)改造儲(chǔ)層保護(hù)措施。目前，國(guó)外針對(duì)致密砂巖、煤層甲烷、泥頁(yè)巖氣藏等方面的研究展開(kāi)了大量的研究，通過(guò)研究提出了以下三點(diǎn)針對(duì)降低壓裂液損害的方案：第一點(diǎn)是研發(fā)出新型的易破膠的硼交聯(lián)壓裂液體系，針對(duì)高溫深井采用硼鋯復(fù)合交聯(lián)劑，在裂縫的前緣采用有機(jī)鋯交聯(lián)劑，然后用硼交聯(lián)劑來(lái)完成多段分級(jí)壓裂，最終達(dá)到降低了裂縫導(dǎo)流能力所造成的影響;第二點(diǎn)是由于常規(guī)的水基凝膠壓裂液在施工過(guò)程中存在著一系列的弊端，所以在后續(xù)將研究出新型的泡沫壓裂液(CO2 泡沫，N2 泡沫)、氣體 (液CO2 ，液N2 )等工作流體;第三點(diǎn)是我國(guó)已經(jīng)陸續(xù)開(kāi)展了清潔壓裂液的理論以及實(shí)踐研究，在某些地區(qū)也投入了一定的應(yīng)用，取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果，后續(xù)可以進(jìn)一步的加大推廣應(yīng)用。

　　(2)進(jìn)一步的研發(fā)出更加優(yōu)質(zhì)的鉆井液體系。眾所周知的是鉆井液是鉆井施工過(guò)程中的血液，除了大家熟知的一些功能外，優(yōu)質(zhì)的鉆井液體系還可以大大降低頁(yè)巖氣儲(chǔ)層潛在的物理化學(xué)傷害，比如能夠大大的降低鉆井過(guò)程中所產(chǎn)生的水鎖效應(yīng)以及生物作用，所以可以考慮將防水鎖劑、氧化劑以及其他各種殺菌劑等加入到低滲透儲(chǔ)層應(yīng)用的鉆井液體系中。目前，采用屏蔽暫堵技術(shù)來(lái)對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層進(jìn)行保護(hù)是一個(gè)比較全新的研究方向，但是我國(guó)針對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究還比較落后，還需展開(kāi)進(jìn)一步的研究。

　　(3)鉆井施工過(guò)程中的儲(chǔ)層保護(hù)。在開(kāi)鉆前，應(yīng)該對(duì)井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)應(yīng)該對(duì)鉆井液排量進(jìn)行優(yōu)選使得鉆頭和循環(huán)系統(tǒng)的水量分配合理，最大程度上降低起下鉆損害以及鉆井液返速損害;在鉆井施工的過(guò)程中，盡量將鉆井作業(yè)縮短并對(duì)井底的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)控，達(dá)到儲(chǔ)層段井底壓力始終低于地層壓力的目的，這即是所謂的欠平衡壓力鉆井技術(shù)，可以大大的降低頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的壓差損害以及水相圈閉損害。美國(guó)學(xué)者h(yuǎn)aynesville等人針對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層采用欠平衡和控壓鉆井技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)并取得了很好的效果，不僅很好的保護(hù)了頁(yè)巖氣儲(chǔ)層而且將鉆井周期縮短了20d。

　　4.總結(jié)語(yǔ)

　　總的來(lái)說(shuō)，頁(yè)巖氣儲(chǔ)層相比于常規(guī)儲(chǔ)層來(lái)說(shuō)地質(zhì)條件更加復(fù)雜，需要考慮的因素也越來(lái)越多，但是目前我國(guó)針對(duì)儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)以及損害機(jī)理方面的研究還不夠透徹。隨著我國(guó)對(duì)非常規(guī)能源的重視度不斷增加，應(yīng)該進(jìn)一步的加大對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層的傷害機(jī)制的研究，而且需要不斷的吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的工作經(jīng)驗(yàn)，最終必然會(huì)形成一套適合我國(guó)地質(zhì)條件的頁(yè)巖儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 •推薦閱讀：關(guān)于大型礦山爆破參數(shù)確定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的思考

　　【參考文獻(xiàn)】

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　　【作者簡(jiǎn)介】崔可心(1994-)，女，長(zhǎng)江大學(xué);研究方向：吸附氣儲(chǔ)層傷害與防治研究。

《頁(yè)巖氣儲(chǔ)層損害機(jī)理及保護(hù)對(duì)策分析》

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