浅析页岩气储层主要特征及其对储层改造的影响

何智斌 陆松梅

（云南省煤炭产品质量检验站，云南曲靖 655000）

0.引言

虽然其他国家的页岩气已逐渐形成产业化开发，然而因我国的页岩气地质特性较为特殊，在开发过程中必须要选择契合我国储层特点的非常规天然气开采路径。页岩层纳米孔隙是页岩气的主要集中地，由于微裂隙不会持续发育，因而需在页岩气井完工后进行储层改造，如此方可提升开采产量。为此，需要明确页岩气储层特征对储层改造所产生的影响，从而制定出可行性的储层改造及页岩气开采方案。

1.页岩气储层的主要特征分析

1.1 空间分布与非均质性特征

从区域分布来看，页岩有海相、陆相、海陆过渡相3种发育形态，主要分布于4个区域，为中东部、南部、西北部以及青藏区域，沉积环境、构造背景不同，含有机质泥页岩的分布也不一致。并且由于受到页岩的组成结构特性影响，页岩气储层具有强非均质性特征，可划为横向非均质性与纵向非均质性2个类别。有机质、组成矿物、储层结构是页岩气储层非均质性体现的主要位置，这一特性是在长期的原始沉积过程中，在沉积、成岩以及构造等多个作用共同影响下逐渐诞生的，存在这一特性的页岩气储层孔隙空间易出现流体聚体或渗流现象。

1.2 岩石组成特征

页岩气储层的岩石组由多种物质组成，有机质含量介于0.5%～2%，有机质含量的高低与岩石组的生烃潜力大小、吸附能力强弱有直接关联，其也是页岩裂隙发育程度的决定因素。通过分析我国页岩气储层岩石组成发现，有机值的含量变化范围差异较为明显，并且沉积相不同的页岩，其岩石组成、有机质含量、矿物多少也并不一致。我国页岩储层中碳酸盐矿物的含量较低，但富含硅质物及黏土矿物，页岩气储层中的有机质常会分布于无机矿物之间，因而会对无机矿物的组合及含量产生影响[1]。

1.3 岩石物性特征

页岩气储层的物性特征主要为2个，一是低孔隙率，二是低渗透率。美国的产气页岩岩芯分析结果显示，页岩气储层的孔隙度最低为2%，最高为14%，平均孔隙率约为4%～6%，页岩的渗透率不高于0.10mD，平均孔道半径不足0.005μm。与之相比，我国四川盆地南部区域分布的页岩气储层，这两个数值更低，页岩孔隙率最低值约为0.7%，最高值仅有3.1%，均值为1.6%。而渗透率在0.001×10-3μm与0.110×10-3μm。虽然页岩气储层的孔隙率及渗透率相对较低，然而页岩仍能够储气，这是由于页岩气储层中存在天然裂隙及微纳米级孔隙，因而页岩气体可以游离态存储于裂隙及大孔隙之中，或是以吸附态存在微孔隙表面。页岩气流在介质中的渗流需要经过一系列过程，首先，气体会在基层表面产生解吸，而后受定浓度差的影响，解吸后的气体会逐步扩散至基质微孔隙或微裂隙之中，在部分渗透性较强的微裂隙之中，气体会出现渗流，而后气体会经由宏观裂隙逐步渗流至井筒之中。

1.4 地质环境特征

与煤层气富集相比，页岩气与之特征较为相似，均是在原地聚集，并且会短距离运移。虽然页岩气的气体来源、赋存层位均与煤层气存在差别，但二者的富集特征、运移过程相一致，所应用的开发技术也较为相似。也就是说，从地质环境来看，页岩气储层易受到温度、地应力、流体3个方面影响是最为显著的特征。有机质的热成熟度越高，页岩的有机质分子结构会随之变化，孔隙结构也会转变，因而页岩成熟度越高时其孔隙含量越大。页岩气储层具备一定的地应力，这一特征的存在会导致页岩气的聚集及运移受到影响，同时也是影响网络裂隙形成的关键所在。

2.储层特征对储层改造的影响

2.1 储层改造中岩石组成所产生的影响

利用压裂技术使天然裂隙扩展成为裂隙网络，进而增大储层体积，确保天然气成功开采便是页岩气储层改造的基本原理。通常页岩气储层改造中采用的是水力压裂技术，由于页岩气储层的非均质性特征较强，需要明确影响储层改造效果的各种因素，进而确保储层改造作业的成功[2]。

2.1.1 岩石力学性质的影响

岩石的力学性质有2个参数指标，一是杨氏模量，二是泊松比。岩石所受应力及应力变化的比值就是杨氏模量，此参数指标主要用于描述岩石的形变抵抗能力，与岩石刚性大小密切相关，杨氏模量越大，说明页岩脆性更强，在钻井或压裂时，出现裂隙的概率越大，对页岩气的开采越为有利。泊松比指的是岩石横向正向应变与轴向正应变绝对值之间的比值，泊松比与页岩的脆性成反比，即泊松比越大，页岩的脆性越低，因而压裂时出现裂隙的概率越小。岩石力学性质的是决定天然裂隙发育程度的关键因素，若页岩的天然裂隙发育良好，说明其储层中含有大量的脆性矿物，因而具备更强的岩石脆性。

2.1.2 岩石敏感性的影响

岩的敏感性有4种，一为水敏，水敏会导致微粒运移，从而降低页岩储层的渗透率。二为速敏，水介质环境改变时，黏土矿物水化分解也会导致微粒运动，会使地层受损。三为酸敏，酸化时若溶蚀不完全易导致活动性残屑或微粒产生，会严重破坏地层结构。四为盐敏，盐性环境下也会使地层受到影响，使之渗透率发生变化。因而，岩石敏感性会对页岩气储层的压裂改造效果产生直接影响。改造储层之前，应详细评价分析页岩的敏感性，黏土微粒储层改造时，紊流、高剪切速率、压力波动或是淡水注入均会导致黏土颗粒分散，进而会使碎屑颗粒从黏土微粒中分离出来，在流体注入的过程中，这些碎屑会随之移动进而堵塞孔隙喉道，这会严重损伤储层，进而会降低其储层改造效果[3]。

2.2 储层改造中地质环境所产生的影响

盆－山耦合作用会对沉积环境存在差异的物源供给产生影响，在板块运动、地壳升降以及断裂的过程中，页岩的沉积相均会发生变化，会因此使页岩的气储层出现新的特征，或是对储层改造效果产生干扰。因此，页岩气储层的外在地质环境，是页岩气储层改造效果的重要影响因素，这一因素主要包含2个方面：（1）天然裂隙；（2）地应力。

2.2.1 天然裂隙的影响

在压裂作业时，需将重点放在天然裂隙压裂方面，通过扩散作用影响使低渗透率的基质能够释放出更多的气体，以促进裂隙流动能力的提升。在此基础上，使整个改造层位产生能够沟通页岩气藏与井底复杂缝网系统，如此便可使页岩气储层的改造体积进一步增大。也就是说，页岩气储层压裂设计的过程中，应重点关注储层有效裂隙网络的形成。储层改造过程中，由于天然裂隙所导致的影响主要集中于3个方面：（1）作为破裂面的天然裂隙，其可对压裂裂隙的传播产生一定的控制效果。（2）压裂时所产生的压力较大，会使天然裂隙出现滑移，因此会使裂隙顺着天然裂隙的网络延伸，不仅能使裂隙导流能力增强，同时也可有效连通天然裂隙网络及井筒。（3）改造之前，天然裂隙的导流能力高低既会决定开采井的泄油体积形状，也会影响其泄油程度[4]。

2.2.2 地应力的影响

处于地下的每一个岩石单元体，均会受到来自3个方向且相互垂直的应力影响，这3个应力中，一个是垂直应力，另外2个是水平轴向应力。由于我国的地质构造极为复杂，具备不同的结构形态，并且各板块之间、板内各块段间的构造应力具有明显差异。这些应力场会影响含油气盆地的建造与改造，同时也会对油气运移、聚集产生影响，还会干扰裂隙的分布规律，且也会对钻采工艺选用等环节产生重要的影响。页岩能否形成复杂裂隙网络，取决于其中所含有天然裂隙数量的多少，同时也与水平应力之间的差异大小存在直接关联。由于页岩气储层中天然裂隙组合存在差异，并且天然裂隙组合及最大主应力之间的相对方位也不尽相同，因而压裂裂隙的方位会受到影响，裂隙宽度也并不一致。

3.页岩气开发中储层改造的价值探讨及未来研究方向分析

3.1 储层改造的价值

页岩气商业化开展过程中，经济水平、技术能力是决定地质储量的关键因素。因而开采单位通常会采用油气井增产工艺、完井工程设计技术，通过目的层段合理筛选、钻井速度提升、单井产能增加、开采期限延长等方式保障开采效益，这一目标的实现，必然要在开采之前针对页岩气储层实施改造。现阶段，页岩储层改造中通常应用水力压裂技术，改造后的储层可开采性更强。由于页岩气储层会受到地质条件的影响，改造过程中，压裂层位、施工工艺均与改造效果有直接关联。改造浅埋层、低地层压力的页岩气储层时，可应用N2泡沫压裂法，也可应用清水压裂法，但需在压裂液中添加一定含量抑制剂，同时要求储层中不能含有大量高膨胀性的黏土物质，以免在较高的水敏性影响下导致黏土颗粒膨胀、转移或分散，会因页岩渗透率下降而影响天然气开采效果[5]。

3.2 储层改造研究方向

现阶段，我国在储层改造中主要应用水力压裂技术，但除此之外还有其他方法，未来在储层改造的过程中，应在综合考虑我国页岩气储层具有较强非均质性、构造变形复杂性2方面特征的基础上，加大对其他新型页岩气天然技术的研究。如超临界CO2开发技术，液态丙烷压裂技术等，这些开采技术均是针对页岩气储层纳米孔隙、不发育裂隙所实施的储层改造方法，利用这些先进的技术工艺改造后的页岩气储层，可有效构建页岩孔裂隙系统，并且能够贯通含气纳米孔隙，使页岩的渗流条件得到有效改善。

4.结论

储层改造是提高页岩气开采量的重要环节，页岩气储层在页岩空间分布特征、非均质性特征、岩石组成特征、地质环境特征、岩石物性特征几个方面均有显著特征，文章总结出页岩气储层特征的非均质性会影响储层孔隙空间中流体的分布情况及流动规律。同时，岩石组成当中，岩石中所含有的有机质、黏土矿物、脆性矿物以及碳酸盐矿物的含量决定着岩石的力学性质，而这一力学性质其与岩石敏感性均会影响储层改造。同时，页岩的天然裂隙越多，地应力中的水平应力越小，储层改造效果越佳。