关于我国发展页岩气页岩气开发技术 的几点看法 罗平亚罗平亚 西南石油大学西南石油大学 油气藏地质与开发工程国家重点实验室油气藏地质与开发工程国家重点实验室 2012 52012 5 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 1 一 概述 页岩气是油气资源中新的矿种页岩气是油气资源中新的矿种 它属于它属于非常规天然气中的重要组成部份中的重要组成部份 非常规天然气定义 通常而言 泛指相对于常规天 然气之外 在非传统的储集层 笼型固态沉积物等非常 规地质条件下存在的天然气资源 主要包括致密气 煤 层气 页岩气 火成岩气和天然气水合物等 据SPE 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 2 非常规天然气是指在成藏机理 赋存状态 分 布规律或勘探开发方式等方面有别于常规天然气的 烃类 或非烃类 资源 主要指页岩气 煤层气 致密 砂岩气和天然气水合物等 重点讨论页岩气 煤层气 致密砂岩气 具有资 源丰度低 低孔 低渗 日产量低 四低 投产递 减快等特征 但是具有资源量大 单井生产寿命长 等特点 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 3 1 全球非常规天然气资源大 世界常规天然气总资源量为436万亿立方米 2010年产天然气约3万 亿立方米 储采比保持在60以上 世界非常规天然气总资源量921万亿方 是常规天然气2倍多 其中 致密气209 6万亿方 煤层气256 1万亿方 页岩气456万亿方 但产 量只占1 7左右 天然气水合物资源量超过2万万亿方 是目前化石能源资源总量2倍 以上 其中仅页岩气456万亿方就大于常规天然气总资源量436万亿 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 4 l致密砂岩气 煤层气 页岩气和火山岩气资源量约84 5万亿方 是常规气资源量1 5 倍 中国非常规油气可采资源 中国非常规天然气资源量大 发展前景广阔 种类资源量备注 非常规气 万 亿方 致密砂岩气 12主要包括鄂尔多斯和四川盆地 煤层气36 8国土资源部新一轮资评 2006年 页岩气30 72008年 火成岩气 52010年 天然气水合物 80主要指南海 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 5 2 非常规天然气历经百年探索 近年呈现快速发展态势 非常 规天然气发展世界瞩目 l1821年 钻第一口页岩气井 l1921年 钻第一口致密气井 l1951年 钻第一口煤层气井 l20世纪80年代 致密气实现规模开发 l20世纪90年代中后期 煤层气快速发展 l近年来 页岩气迅速发展世界瞩目 l天然气水合物勘探加速 各国加强基础研究 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 6 美国非常规天然气发展历程为其典型代表 18211921 第1口 页岩气井 第1口 致密气井 第1口 煤层气井致密气 煤层气 页岩气 非常规气产量 亿方 年 美国非常规天然气发展历程 美国天然气百年发展的历史 现状及趋势 常规天然气 煤层气 致密砂岩气 页岩气 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 7 非常规天然气美国全球领先 他的发展历程为其典型代表 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 8 3 非常规气主要特点 类 型常规气非常规气 成藏特征多为源外成藏近源或源内成藏 多自生自储 分布特征局部高度富集大面积分布 丰度低 赋存方式 渗流特征 游离态 微米级空间渗 流 l致密气以游离态为主 微米级及以下空间渗流 l煤层气以吸附态为主 微米级及以下空间渗流 l页岩气两种形态并存 纳米级空间渗流 l火成岩气以游离态为主 毫米级 微米级 纳米 级空间渗流 l水合物为固态 纳米级空间渗流 储层物性 物性好 一般具自然产 能 复杂致密 低压 超 低渗 超 低孔 隙 低 丰度 一般不具自然产能 开采特征 压力驱动开采 单井产 量高 需采用专用的系列配套技术才能有效开采 单井产 量很低 递减快 生产周期长 经济效益 成本低 回收期短 效 益好 成本高 回收期长 效益差 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 9 二 页岩气有效开发技术 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 10 1 页岩气定义及基本特征 页岩气是一种特殊的非常规天然气 赋存于泥岩或页岩中 具有自生 自储 无气水界面 大面积连续成藏 低孔 低渗等特征 一般无自然 产能或低产 需要大型水力压裂和水平井技术才能进行经济开采 单井 生产周期长 基本特征 一 基本情况 美国四种典型页岩 自生自储 游离气 吸附气 孔隙度0 5 12 基质渗透率 0 0001md 天然裂缝发育 含气量 1m3 t 页 岩 气 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 11 大部分是自生自储于古生界志留寒武系 游离相态存在于裂缝 孔隙及其它储集空间 吸附状 态 20 85 存在于干酪根 粘土颗粒及孔隙表面 极少 量以溶解状态储存于干酪根 沥青质及石油中 按照美国页岩气业界的划分 当页岩埋藏深度低于 1000m时 称为浅层页岩气藏 埋藏深度在1000m 4000m之间为深层页岩气藏 埋藏深度超过4000m 则称 为超深层页岩气藏 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 12 岩性 暗色页岩 层理发育 含有硅质和钙质 较好的矿物 成分是 粘土较少 方解石较多 硅质多 即E值较大 最 好的泥页岩储层是粘土含量较少的粉砂质泥岩 物性 致密 孔隙度一般低于10 渗透率一般在0 01 0 00001md 在构造活跃地区或者上覆地层剥蚀 地层压力下 降的情况下发育裂缝 并被钙质或泥质充填 泥页岩储集空间 无机孔隙 有机孔隙 微裂缝 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 13 据IHS 2005年 预测 全球页岩气总资源量 456万亿方 相当于常规天然气1 4倍 主要分布在北美 中亚和中国 中 东和北非等地区 2010年美国页岩气产量高达1380亿方 较2008年增长了80 页岩气的大规模开发使美国改变了原引进5000万吨LNG的计划 改变天然气供给格局 美国页岩气开发取得成功后 加拿大 澳大利亚 欧洲各国 中国等国家重视页岩气资源勘探开发 开展大量工作 形 成热潮 2 全球页岩气资源丰富 受到世界各国广泛重视 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 14 3 美国作为世界上页岩气资源勘探开发最早的 国家 已在北美地区形成成熟的评价方法和勘探开 发技术 实现了页岩气的工业开发 从理论和技术上 证实了页岩气资源有效开发的可能性 因此加快页岩 气资源勘探开发 已成为世界主要页岩气资源大国 和地区的共同而热切的愿望 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 15 国外成熟的页岩气勘探开发技术 経过近二 三十 年艰苦攻关 美国 率先形成页岩气的 评价方法和勘探开 发系列配套技术 而且日趋成熟 实 现了页岩气的工业 开发 页岩气资源评价 甜点甜点 评价评价 技术 页岩中长段水平井钻完井技页岩中长段水平井钻完井技 术 术 水平井分段压裂及体积改造水平井分段压裂及体积改造 技术 技术 钻完井及压裂钻完井及压裂 工厂化作业工厂化作业 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 16 1 页岩气资源评价 甜点甜点 评价评价 技术 评价参数 储层厚度 埋深 温度 压力 有机碳含量 热演化程度 总含气量 页岩物性 页岩力学性质 硅质含量 方解石 白云石 粘土含量 裂缝发育程度 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 17 参数方深1井安深1井建111井河页页1井元坝坝9井美国 厚度75m90m36m25 6m75 30m 埋深1700 1775m2450 2540m610 646m2139 4 2165 0m4035 4110 3000m 储层储层温度63 90 992 2 54 0 71 2 56 3 67 2 54 3 69 2 热热演化程度0 52 1 08 2 62 2 80 1 7 1 4 3 5 总总含气量3 3m t0 67m t4 8 6 2 m t 0 4m t 页页岩力学性质质 0 21 0 24 E 23 31Gpa 0 31 E 26 3Gpa 0 198 0 354 E 25 49 33 20Gpa 0 30 E 25 4 31 3Gpa 0 235 0 27 E 27 33Gpa 页页岩物性K 0 05md K 227nd 6 67 K 0 3 0 58nd 3 8 4 5 K 0 1 0 3nd 2 4 3 6 K 1nd 0 1 K 100nd 4 硅质质含量 14 9754 0163 1250 30 方解石 白云石 28 8918 331 15 08 平均1 95 20 粘土含量 20 1524 4424 1030 25 裂缝发缝发育程度未见见部分层层段发发育较发较发育未见见较发较发育完全发发育 中石化页岩气地球化学参数与美国同类参数对比表 从对比情况分析 储层具有一定的可采性 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 18 页岩评价测试系列技术 页岩含气量测试技术 有效确定页岩储层中的气体含量 吸附含气量 致密岩石测试技术 总孔隙度 充气孔隙度 充水孔隙度 含水饱和度 含气饱和度 可动 流体饱和度 束缚水饱和度 扩散系数 页岩基质和岩心渗透率 页岩微观孔隙表征技术 用于解剖岩石内部结构 直接观察和处理解译岩石内部及表面的裂隙 裂缝 孔隙 岩石矿物组合等 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 19 2 页岩气开发技术 页岩气开发技术发展大致可分五个基本阶段 以美国为例 钻直井 进行泡沫压裂 大液量 大排量6 4方 分 要加砂 传统压裂 液 钻直井 大型水力压裂技术 大液量 大排量6 4方 分 要加砂29 传统压裂液 钻直井 清水压裂或清水加砂压裂 加沙2 66 4 8 可比凝胶压裂节约 成本50 60 从1998年至今一直是垂直井的压裂方式 1997年 最初由凝胶压裂的井在能量衰竭后 用清水进行二次压裂 可采储量增加了60 二次压裂技术至2006年仍较为常见 钻水平井 水平段长304 8 1066 8m 分段清水和砂进行压裂 此技 术开始于2003年 2006年 同步压裂 技术产生 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 20 最终形成 长水平段 304 8 1066 8m 分多段 大液量7500 22000方 一般11000m3最为常见 大排 量8 16方 分 加砂180 450顿 2 20 2 24 非传统压裂液 滑溜水 体积改造压裂系列配套技术 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 21 3 水平井钻井 完井技术 长段水平井钻井技术 对于低渗 低压 低丰度储层要提高单井产量及提高采收率必须采用MRC 技术 因此应采用长段水平井以增大储层泄气面 体 积 远不够 以水平井为基 础分多段压裂以达到极大的增大储层泄气面 体 积的目的 实现体积改造的 平台 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 22 水平段的长度依页告类型不同而异 例Barnett页岩气开发水平井水平段 长一般在304 8 1066 8m Haynesville页岩气开发水平段长1219m Woodford地 区长水平段长接近1500m 水平井技术 布井方位必须在页岩中垂直最大主应力方向 坍塌应力大 一般采用MWD和随钻自然伽马进行地质导向钻井 保证井壁稳定 难点 低成本保证页岩中长段水平井眼井壁稳定 在多数的页岩气开发水平井中使用的是油基泥浆 雪弗龙公司开发了硅酸钾基钻井液体系 贝克休斯开发了专用于页岩的performax水基钻井液体系 当井壁稳定不突出的时候 可以使用低固相不分散钻井液体系 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 23 完井方式 裸眼完井 筛管完井 套管完井 目前80 北美页岩气井完井方式 分段多簇 射孔 分段压裂 体积改造技术需要体积改造技术需要 技术 分段多簇射孔基本特点 一次装弹 电缆传输 液体输送 桥塞脱离 分级引爆 分段多簇射孔核心技术 桥塞以及射孔枪定位技术 桥塞与射孔枪分离技术 分级引爆技术 化学驱和微生物驱提高石油采收率的基础研究 24 4 4 水平井分段压裂及体积改造技术水平井分段压裂及体积改造技术 水平井分