压裂致密砂岩和页岩的差异

最近的消息称，沙特阿拉伯尚未从页岩矿床中找到天然气，因此没有引起人们的广泛关注。沙特阿拉伯正转向勘探其致密砂岩层中的天然气。但是值得考虑一下这方面的内容，因此值得考虑。

《石油和天然气杂志》通过以下方式定义了紧密的沙子：

术语致密气砂是指主要生产干燥天然气的低渗透砂岩储层。致密的气藏是不能以经济的流量生产或无法恢复经济的气藏的，除非通过大量的水力压裂处理增产和/或使用水平井筒来生产。........在美国，致密砂每年产生约6 tcf的天然气，约占总产量的25％。

正如加拿大能源中心所指出的那样，致密砂的天然气生产与页岩气的生产不同。

初始生产率低；但是，生产力是长期存在的。

要了解为什么会这样，以及为什么会与页岩生产区分开来，需要做一些解释。

早在植物生长时，随着时间的流逝，就产生了我们现在提取的石油和天然气，周围的地面通常是土壤，随着潮汐和河流的转移，沙土会侵入。由于随后的地面覆盖了这些层，因此土壤变成了页岩，沙子变成了砂岩。沙粒趋向于更圆一些，因此，沙粒堆积在一起时，谷物之间的间隙为油气收集提供了空间。另一方面，形成页岩的粘土颗粒则变得更平整并紧密地堆积在一起。此外，尽管沙子形成了连续的材料层，且裂缝相对较少，但另一方面，页岩在压缩，干燥和挤压时却破裂了–简单地说，就像暴露在湖床下的湖床破裂一样。干旱过后的阳光把所有的水都赶走了。

其结果是，形成致密砂的细砂的渗透性相对较低-砂中的流体很难通过非常狭窄的通道，并且驱动压力必须很高才能克服沿着这些通道的摩擦力。同时，由于岩石中的天然裂缝相对较少，因此必须驱使人造裂缝穿过岩石，以便为气体逸出提供足够大的通道。在到达裂缝之前，它仍然相对缓慢地流过这些裂缝周围的岩石，这就是为什么产量相对较低，但随着时间的推移会持续的原因。

另一方面，页岩结构以不同的方式容纳了大量的石油/天然气。首先，岩石中存在天然裂缝，这些天然裂缝往往会相互撞开，并容纳大量在这些地层生产初期释放的流体。其次，紧接在裂缝周围的岩石本身在层的形成过程中本身已经破裂，并且比每个较大块的中央部分具有更高的孔隙率（即，具有更多的流体）和渗透率。

因此，为了简化这种情况，在加氢裂化之前，致密砂中的天然气相对均匀地渗透到整个岩石中（考虑到即使在相对较短的距离内控制岩石结构的各种条件）。另一方面，页岩中的天然气优先集中在天然裂缝和与其相邻的岩石中。

因此，现在沿着岩石钻了一个水平井，并每隔一段时间加压以将裂缝驱动到周围的地层中。岩石结构的差异意味着砂岩和页岩的反应将不同。并且在解释开始时稍作限定，因为到裂缝将要开始的注入点的输送管线的长度，岩石上的压力相对较慢地上升，而不是爆炸引起的尖锐压力峰值，产生多处骨折。（使用小型聚能炸药通过在岩石中打一个小孔来诱发裂缝，类似地，对于每个装药而言，只会产生从井筒向外延伸的单个裂缝）。

与石油和天然气公司显示的有关压裂裂缝如何向岩石中扩展的图片相反，裂缝不会在其自身正常发育下分支。裂缝开裂仅在相对较高的能量传递速率下发生，当裂缝速度达到最大值时，裂缝必须分叉以吸收输入能量，在离井眼任何距离的情况下，通常不会出现这些情况。

对于页岩地层，发生的情况是压力打开了岩石中的天然裂缝，并且当这些裂缝连接在一起时，压力可以在相当大的岩石体积内打开它们，从而使裂缝从井眼中的扩散程度与裂缝的扩散程度相同。随着沙子和压裂液沿着节理迁移到岩石中，初始的加压节理与其他节理相交。打开这些通道并沿其边缘进入相对较高的孔隙度的岩石，可为在这些区域中发现的天然气的初始体积提供相对较高的流量。但是，随着天然气的枯竭，天然气必须从页岩区块的更中央部分运走，因此产量急剧下降，这已引起许多人的关注（在某些情况下，第一年产量下降了约65％）。产量继续下降，因为更容易产生的体积通过相交的裂缝流失，而剩余产量下降到其初始值的一小部分。

相反，致密的砂层将以不同的方式流动。由于天然裂缝的数量少，并且沿接缝处的渗透率变化不足，因此，许多岩石的窜沟必须由压裂过程本身来解决。由于天然裂缝中的流体收集少得多（尽管仍然有一些裂缝），所以初始生产率不如页岩地层高，因为总的诱导裂缝密度和分散渗透不那么普遍。另一方面，一旦裂缝到位，尽管渗透率低，但如果地层最初确实以可接受的速度生产，那么该井更有可能继续以比页岩井更低但更稳定的流量继续流动。 ，而且时间更长。

因此，有关沙特阿拉伯现在正努力尝试开发致密砂土的消息表明，他们将需要进行更广泛的开发，才能获得他们所需的初始天然气量，但是一旦这些井被开采，生产，它们将比在页岩田中持续更长的时间。

通过。Dave Summers的Bit Tooth Energy