主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

页岩气开发:岩石力学的机遇与挑战

2020-02-21

  随着社会对清洁能源的需求, 页岩气作为新型的清洁非常规天然气资源,越来越受到关注。 中国页岩气储量丰富,地质资源量为80.21×1012m3, 可采资源量12.85×1012m3。       


  长水平段水平井和分段水力压裂技术是提高我国页岩气单井产量的关键技术。 随着页岩气勘探开发面向深层,水平井钻完井面临安全钻进风险高、高效压裂难度大和单井产量低且递减快等难题, 问题的核心仍是发展页岩储层断裂、破坏和流动模型,其本质仍为页岩气储层岩石力学问题。 


  受机理研究制约,目前在页岩储层实验测试、裂缝系统与渗流、多场耦合和孔隙弹性等方面仍需要进一步研究与突破。中国的页岩气开发虽然取得了阶段性的成果,其面临的问题仍不容忽视,发展岩石力学相关理论对页岩气开发关键技术有重要的指导意义。


  同时,低油价条件下清洁开发、降低工程成本和提高单井产量是贯穿页岩气全生产周期的关键问题。


  中国石油大学(北京)油气资源与工程国家重点实验室陈勉等科研人员重点分析了页岩气储层力学特征评级(脆性、可压性、各向异性、动态断裂韧性、孔隙压力与地应力)、断裂与渗流和流固耦合等机理问题及其研究进展。


  最后,研究人员指出,虽然我国页岩气开发取得了阶段性成果,但是钻完井周期长、压裂改造效果差和开发成本高等问题普遍存在, 其主要原因: (1) 中美页岩气资源地质特征及地表条件等方面的差异,国外现有技术不能完全适应于我国的地质情况; (2) 我国没有掌握页岩气开发的基础理论。页岩储层特征的复杂性是明显有别于砂岩、碳酸盐岩储层。深部页岩具有低渗透、致密、强非均质性、强各向异性等特征,这不仅决定其特有的物质性和结构性,也决定了它与其他常规材料在研究方法上的重大差异。现有岩石力学理论沿用连续介质理论与方法,难以准确反映页岩非常规岩石力学特征,许多重要科学问题尚未解决,相关科学问题还需要深入探讨。


  在未来研究热点方面,研究人员指出:


  (1)就物性特征而言,如何识别不同尺度空间页岩结构特征成为需要研究的首要关键问题。


  (2)就赋存环境而言,需要研究深部地层复杂的应力环境及高精度的测试方法,揭示具有强烈构造活动特征的储层异常压力及地应力场形成机制,建立考虑强烈构造活动和非线性边界条件的地层压力预测及地应力场反演理论; 同时重点考虑压裂改造中裂缝扩展对压裂空间井筒应力扰动规律分析,建立典型深部页岩地层三维地应力场形成与压裂扰动条件下裂缝扩展模型。


  (3)对于深部页岩工程力学特征,从研究复杂应力条件下深部裂缝岩体的宏细观变形破坏机理和强度特性,建立非连续页岩岩体宏观力学特性的多尺度理论模型,突破峰前的力学参数或者峰后的应力衰减程度表征脆性的局限性,提出科学的脆性指数定义,建立相应评价方法及分析预测模型,形成非连续页岩脆度峰后评价理论体系。


  (4)对于断裂与流动问题,研究页岩储层多尺度裂隙网络流动力学规律,建立复杂裂隙网络三维流动力学模型,揭示流动的长效机制,优化高产的裂缝网络特征参数; 研究页岩储层岩石断裂的力学行为,揭示页岩随机动力裂缝的起裂和延伸机理,创建页岩油气压裂缝网的调控理论。


  这项研究得到了国家自然科学基金的资金支持,成果以《页岩气开发:岩石力学的机遇与挑战》(点击查看)发表于《中国科学:物理学  力学  天文学》2017年第11期。


  责任编辑:宫在芹
今日专家

男,1979年4月生,山西长治人,教授,工学博士,力学博士后,现任太原理工大...

亮点论文

系统实现了钻进速度、钻进/起拔压力、转速、转矩、水泵流量和压力等钻探施工参数的实时显示,对于辅助施钻人员进行钻进参数的优化、提高现场钻进效率和成孔质量、预防钻孔事故具有重要意义。

主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团 中国煤炭学会学术期刊工作委员会

©版权所有2015 煤炭科学研究总院出版传媒集团 地址:北京市朝阳区和平里青年沟东路煤炭大厦 邮编:100013
京ICP备05086979号-16  技术支持:云智互联