页岩气隐藏在页岩中。具体而言，它们主要位于深泥页岩或高碳泥页岩中（图1），是在吸附或自由状态的主要模式下的天然气积累。这是生成源岩部分附近天然气积累的结果，并且表现为典型的“现场”存储模型。

这种“现场”存储方法也给采矿带来了很大的麻烦，因此在相当长的一段时间内，它没有进入可以使用的资源范围。近年来，随着社会对清洁能源需求的持续扩展，天然气价格的不断上涨以及对页岩天然气储层的不断理解，科学和能源社区已经开始从新的角度理解页岩气，并开发了一系列技术来开采页岩气。

图1 地层中的高碳质泥茎

页岩气如何开采？

许多人已经知道，页岩气是填充页岩裂片，细毛孔和水平的天然气（图2）。开采页岩气时，通常必须先挖一口直至几千米的地下，然后水平钻到数百到数千米处，并使用大规模的液压压裂技术，即通过将破裂的流体与透明的水，陶瓷颗粒，化学物质等注射到地面上，将岩石的压力置于自然的压力上，将岩石的压力置于数百的岩石上。包含天然气流的层，以便可以释放隐藏在页岩层深处的页岩气，并最终实现采矿的目的。如果我们进行类比，液压压裂技术将在密集的页岩中建造“高速公路”，并让页岩气沿着“高速公路”延伸到水平井部分，并最终从笔直的井中拉出。

页岩气的采矿比传统的天然气更麻烦，而且成本更高。因为在相同的输出下，页岩气的井场面积约为常规天然气井田的十倍，并且钻井数量达到100倍甚至更多。此外，页岩气层的采矿需要特殊的钻井技术和增强生产措施。当然，随着采矿技术的持续发展，其采矿成本将继续下降，这使得它不再具有与传统天然气开采的明显缺点。

水平井钻孔和分割的压裂目前是页岩气挖掘中使用的核心技术。让我们看一下这两种技术：

图2通过吸附和游离

页岩气储层水平井钻孔技术

页岩气储层水平井是能量采矿场中的一种定向井。它指的是一个定向孔，其井眼垂直钻至一定深度，然后继续在水平或近乎倾斜方向上延伸一定长度。在技​​术水平上，垂直钻孔和水平钻孔的倾斜角应达到约90°（通常大于85°）；页岩层中其水平延伸的长度通常大于页岩厚度的6倍（图3）。

图3水平井的示意图

具体而言，水平井的实施通常分为三个步骤：

第一步是布置水平井：三维地震数据通常用于优化水平井的部署，并设计井眼轨迹和方向（图4）。

图4水平井井的轨迹和方向的示意图

第二步是水平井钻：页岩储层水平截面的钻孔方向应垂直于最大主应力的方向（图5），这更有利于挤出页岩气的挤出。

图5最大主要应力方向的示意图

第三步是完成水平井：水平井通过断裂的自然裂缝通信，并且可以获得更大的排放区域（图6）。看看下面的比较图表，以了解水平井与自然裂缝通过破裂的巨大效果。

图6在垂直井，水平井和水平井的部分中分离排放面积的比较

页岩气管的水平良好分段压裂技术

舞台断裂技术是水平井的关键支持技术之一。使用分阶段的压裂可以在短时间内一次完成多个储层，最大程度地减少对储层的损害，并实现多层开采，从而增加单个井的产量并最大程度地提高地质储量的动员程度。

不难理解的是，水平井段断裂用于使用包装器或桥塞分开部分，然后一个一个一个折断，将多个裂缝压入每个井眼中。它通常分为三个阶段：

首先，将初步液体（无撑杆）泵入储层中，然后将含有一定浓度的支撑剂（通常是砂）的破裂液泵入储层中，最后使用断裂液用更高浓度的来分裂（图7）。在采矿的实际操作中，通常可以使用诸如桥塞，包装器和连续管道等工具来帮助破裂。

使用水平良好的分割破裂技术，可以提高水平井的流动能力，并可以提高水平井的生产能力。因此，该技术已被广泛用于油和页岩气的地下采矿。

图7水平分割的示意图

可以说，水平钻井技术和水平分割的压裂技术是页岩气挖掘的“武术秘密”。如果您掌握了这两种独特的技能，则可以在挖掘页岩气中获得更大的气体排放区，更好的单井输出和更大的页岩气储备动员水平。因此，提高页岩气发展的成功率和商业价值至关重要。

计划：自然资源部中国地质调查局大众科学办公室（中国地质调查局地质文献中心）

作者：自然资源部中国地质调查局南京地质调查局中心李·江林

评论专家：南京地质调查局能源地质部副主任黄金奎（ ）