页岩油气储层改造理论技术演进路径探讨

doi:10.11743/ogg20250619

摘要/Abstract

摘要：

总结了中国页岩油气储层改造理论与技术的发展历程及演进路径，为今后的高效勘探开发提供理论指导与技术支撑。通过对比中美页岩储层地质参数特征及差异分析，采用文献追踪方法，系统梳理压裂理念、理论模型及关键技术的演进路径，提出中国页岩油气储层改造技术的整体发展框架。中国通过“高强度改造”弥补储层劣势，压裂液黏度逐步降低至滑溜水主导（占比 > 90%），支撑剂向多级微支撑演进，裂缝监测实现高精度处理与解释，最终形成复杂缝网压裂技术体系及调控闭环系统。揭示了中国特色页岩油气储层改造技术演进规律，提出了地质-工程一体化、少水环保技术和智能化装备等发展方向，对实现页岩油气革命及国家能源战略目标具有重要指导意义。

关键词: 复杂缝网, 技术发展, 理论演进, 储层改造, 提高采收率, 页岩油气

Abstract:

This study presents a comprehensive review of the development process and evolutionary paths of the theories and technologies for China’s shale oil and gas resevoir stimulation， aiming to provide theoretical guidance and technical support for the efficient exploration and exploitation of shale resources in the future. By comparing the geological parameters and characteristics of shale reservoirs in China and the United States， we systematically organize the evolutionary paths of fracturing concepts， as well as theoretical models and critical technologies for reservoir stimulation， using the citation tracking method. Accordingly， an overall development framework of techniques for China’s shale oil and gas reservoir stimulation is established. China has adopted “intensive stimulation” techniques to overcome the disadvantages of its shale reservoirs. Consequently， the viscosity of fracturing fluids has been gradually reduced， with slickwater predominating presently （accounting for more than 90%）. Meanwhile， proppants have evolved toward micro-proppants for supporting multi-scale fractures， and high-precision processing and interpretation have been achieved for fracture monitoring. These advancements have collectively contributed to the development of a fracturing technology system capable of generating complex fracture networks and the establishment of a closed-loop control system. The evolutionary pattern of the shale reservoir simulation technologies with Chinese characteristics is thus revealed， and future development directions， including geological-engineering integration， water-saving and environmentally friendly technologies， and intelligent equipment， are proposed. This study can serve as a valuable guide for advancing the shale oil and gas revolution and achieving national energy strategic goals.

Key words: complex fracture network, technical development, theoretical evolution, reservoir stimulation, enhanced oil recovery, shale oil and gas

中图分类号:

TE357.1

蒋廷学,周珺. 页岩油气储层改造理论技术演进路径探讨[J]. 石油与天然气地质, 2025, 46(6): 2041-2058. doi: 10.11743/ogg20250619 Tingxue JIANG,Jun ZHOU. Evolutionary paths for the theoretical and technological developmentof shale oil and gas reservoir simulation[J]. Oil & Gas Geology, 2025, 46(6): 2041-2058. doi: 10.11743/ogg20250619

图/表 8

图1

图2

表1

美国主要页岩层系地质特征［8］"

地层		面积/km²	埋深/m	厚度/m	孔隙度/%	黏土矿物含量/%	TOC/%	岩相描述
统	组	面积/km²	埋深/m	厚度/m	孔隙度/%	黏土矿物含量/%	TOC/%	岩相描述
上白垩统	尼尔布拉勒组	丹佛-朱尔斯堡盆地：15 680；粉河盆地：10 734	粉河盆地：610 ~ 2 134	粉河盆地：46 ~ 198	粉河盆地：3.0 ~ 8.0	20 ~ 30	丹佛-朱尔斯堡盆地：0.50 ~ 8.00，平均值3.20；粉河盆地：0.90 ~ 3.24	白垩岩和泥灰岩互层，西部局部见砂岩，向盆地中心逐渐过渡为页岩和粉砂岩
上白垩统	鹰滩组	35 584	232 ~ 4 893，平均值2 583	8 ~ 78，平均值37	平均值6.6	14 ~ 20	0.82 ~ 4.94，平均值2.62	富有机质泥灰岩、浮游有孔虫泥灰岩和颗粒灰岩，圣马科斯隆起以东黏土含量增加
上侏罗统	海恩斯维尔组	14 747	3 102 ~ 4 939，平均值3 589	0 ~ 117，平均值62	平均值6.7	10 ~ 50	0.70 ~ 6.20	生物扰动钙质泥岩、层状钙质泥岩、粉砂质鲕粒状钙质泥岩、非层状钙质富有机质泥岩
下二叠统	狼营组（米德兰盆地）	39 648	210 ~ 2 133，平均值1 465	210 ~ 1 302，平均554	平均值7.6	26	0.50 ~ 6.40，平均值2.40	硅质泥岩、钙质泥岩、泥质生物碎屑岩、骨架粒泥灰岩/泥粒灰岩
下二叠统	狼营组（特拉华盆地）	32 864	170 ~ 2 867，平均值1 942	38 ~ 2 989，平均值865	平均值7.6	21	0.50 ~ 7.30，平均值2.30	黏土质泥岩、硅质泥岩、泥质生物碎屑岩、骨架粒泥灰岩/泥粒灰岩、泥质浮石
上密西西比统	费耶特维尔组	6 032	80 ~ 2 401，平均值886	18 ~ 215，平均值83	平均值6.3	29 ~ 32	0.10 ~ 10.80，平均值4.07	灰色-黑色页岩，下部有机质含量较高，局部砂岩将该套页岩分成上、下两段
上密西西比统	巴内特组	21 111	799 ~ 2 484，平均值1 638	18 ~ 286，平均值87	平均值5.6	27	2.00 ~ 6.00； 0.36 ~ 9.66，平均值3.10； 3.30 ~ 4.50	层状硅质泥岩、层状含黏土灰岩、骨架黏土质灰泥岩
上泥盆统-下密西西比统	巴肯组	44 853	1 376 ~ 2 737，平均值2 286	0 ~ 24，平均值11	平均值5.9	20 ~ 30	1.79 ~ 20.20，平均值2.62	富有机质硅质泥岩、粒泥灰岩、钙质粉砂岩、白云岩、粉砂岩、云质泥岩
上泥盆统	伍德福德组	35 715*	平均值2 610	平均值75	3.0 ~ 6.8	15 ~ 3	5.00 ~ 6.50	黏土质页岩、黏土质硅质页岩、白云质黏土质泥岩、硅质泥岩，往南燧石夹层增多
中泥盆统	马塞勒斯组	46 648	95 ~ 2 239，平均值1 325	3 ~ 178，平均值39	平均值7.4	0 ~ 65	1.00 ~ 10.00，1.40 ~ 4.30；3.87 ~ 11.25；0.17 ~ 7.22，平均值2.11	粗粒钙质泥岩、骨架粒泥灰岩/泥粒灰岩、钙质/炭质中粒泥岩、硅质炭质细粒泥岩、含黏土粗粒泥岩
中奥陶统	尤蒂卡组/波因特普莱森特组	63 772*	933 ~ 3 773，平均值2 348	17 ~ 75，平均值46	3.2 ~ 6.5	32 ~ 49	尤蒂卡组：1.00 ~ 3.50；波因特普莱森特组上段：< 1.00；下段：3.00 ~ 8.00，平均值范围4.00 ~ 5.00（对应不同井位）	尤蒂卡组：含钙页岩（方解石含量 10% ~ 60%）；波因特普莱森特组上段：贫有机质页岩，含少量碳酸盐岩；波因特普莱森特组下段：富有机质页岩（碳酸盐矿物含量 40% ~ 60%）

表1

表2

国内外主要页岩气田地质参数对比［9］"

页岩层系	美国页岩气层					中国页岩气层
页岩层系	Fayetteville	Barnett	Haynesville	Marcellus	Utica	涪陵	黔南	延长组
沉积盆地	Arkoma	Fort Worth	Louisiana salt	Appalachian	Appalachian	四川	四川	鄂尔多斯
地层时代	石炭纪	石炭纪	侏罗纪	泥盆纪	奥陶纪	奥陶纪—志留纪	奥陶纪—志留纪	三叠纪
地层名称	Fayetteville	Barnett	Haynesville	Marcellus	Utica	五峰组-龙马溪组	五峰组-龙马溪组	延长组
分布面积/（10⁴ km²）	2.30	1.55	2.30	24.60	28.00	0.70	0.76	8.00 ~ 10.00
深度/m	330 ~ 2 300	1 980 ~ 2 591	3 350 ~ 4 270	1 200 ~ 2 400	2 100 ~ 4 300	2 000 ~ 4 000	2 000 ~ 4 500	500 ~ 1 800
净厚度/m	6 ~ 60	30 ~ 180	61 ~ 107	18 ~ 83	20 ~ 300	40 ~ 60	40 ~ 60	16 ~ 24
沉积环境	深水陆棚	深水陆棚	深水陆棚	陆表海	陆表海	深水陆棚	深水陆棚	湖相
主要岩石类型	页岩	页岩	页岩	页岩	页岩	页岩	页岩	页岩
TOC/%	4.00 ~ 9.80	4.00 ~ 5.00	0.50 ~ 4.00	4.4 ~ 9.7	3.00 ~ 8.00	2.00 ~ 8.00	2.50 ~ 8.50	0.50 ~ 25.50
R_o/%	1.00 ~ 4.00	0.80 ~ 1.40	1.80 ~ 2.50	1.23 ~ 2.56	0.60 ~ 3.20	2.65	2.50 ~ 3.80	0.50 ~ 1.50
总孔隙度/%	2.0 ~ 8.0	4.0 ~ 5.0	8.0 ~ 9.0	9.0 ~ 11.0	3.0 ~ 6.0	1.2 ~ 8.1	2.0 ~ 12.0	0.8 ~ 3.0
孔径/nm	5 ~ 100	5 ~ 750	20	10 ~ 100	15 ~ 200	50 ~ 200	50 ~ 100	3 ~ 100
基质渗透率/（10^-3 μm²）	0.100 ~ 0.800	0.073 ~ 0.500	0.050 ~ 0.800	0.100 ~ 0.700	0.800 ~ 3.500	0.001 ~ 5.700	0.020 ~ 1.730	0.012 ~ 0.650
孔隙类型	有机质孔	有机质孔	有机质孔	有机质孔	有机质孔	有机质孔	有机质孔	无机孔＋有机孔
含气量/（m³/t）	1.70 ~ 6.23	8.50 ~ 9.91	2.83 ~ 9.34	1.70 ~ 2.83	—	1.30 ~ 6.30	2.00 ~ 6.00	0.50 ~ 3.00
游离气比例/%	60 ~ 80	80	80	40 ~ 90	20 ~ 65	70 ~ 80	60 ~ 80	50 ~ 60
脆性矿物含量/%	70 ~ 80	30 ~ 60	50 ~ 70	40 ~ 70	70 ~ 80	50 ~ 80	55 ~ 80	40 ~ 70
泊松比	0.23	0.23 ~ 0.27	0.20 ~ 0.30	0.15 ~ 0.35	0.20 ~ 0.30	0.11 ~ 0.29	0.15 ~ 0.25	0.15 ~ 0.27
压力系数	0.98	0.97 ~ 1.00	1.60 ~ 2.00	0.45 ~ 0.91	1.10 ~ 1.35	1.55	1.20 ~ 2.10	1.00
井控面积/（10⁴ m²）	0.300 ~ 0.500	0.240 ~ 0.650	0.164 ~ 2.270	0.160 ~ 0.650	0.720	0.600 ~ 0.800	0.600 ~ 0.800	—
地质资源量/（10⁸ m³）	14 700	92 600	203 000	424 700	60 000	6 008	67 900	5 630
储量丰度/（10⁸ m³/km²）	6.30	3.16	5.07	1.73	1.00 ~ 1.50	10.00	5.00 ~ 8.00	2.20
技术可采资源量/（10⁸ m³）	3 624	7 362	20 493	22 281	10 352	481	12 000	—
水平井初产量/（10⁴ m³/d）	7.0	5.3	28.0	12.5	13.3	18.0	13.0	0.5 ~ 1.0
单井 EUR/（10⁸ m³）	0.42	0.70	2.50	1.06	1.30	1.50	1.00	0.10 ~ 0.30
2016年总产量/（10⁸ m³）	208	330	393	1691	403	50	28	0

表2

图3

图4

图5

表3

参考文献 95

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指标	Barnett页岩气（15 Tcf）	Eagle Ford页岩油（1 BBOE）
减少井数	11 700口（50%）	4 100口（35%）
节约水资源量	200亿加仑（25%）	200亿加仑（25%）
节约支撑剂量	210亿磅（45%）	400亿磅（60%）
节省成本金额	230亿美元	180亿美元