页岩气发展现状及中国石油下一步工作建议

面积约5.7104km2，非对称凹陷页岩气产层为上白垩统Lewis页岩Ro:1.6-1.88%,热成因气老井在Lewis页岩段重新完井部分区块常规气藏、与页岩气藏混合开采2008年页岩气产量约6亿方,SanJuan盆地示意图,（5）SanJuan盆地,新技术和价格等影响下新盆地开发速度远远大于Barnettshale,Arkoma盆地Fayettevilleshale开发特点,用4年达到2748万方/天产量，而Barnettshale用了22年，原因在于水平井和分段压裂技术,水平井技术和分段压裂技术大量使用为特征,各大石油公司纷纷介入页岩气勘探开发。2008年，欧洲公司参与美国页岩气开发，BP投资36亿美元、挪威国家石油投资33.8亿美元近两年，美国新田、挪威石油、埃克森美孚和德文等公司积极寻求与中石油页岩气合作,（三）世界其它国家页岩气发展现状,加拿大已经在Montneyshale商业化生产，总体处于起步阶段,加拿大西部沉积盆地页岩气资源量约24.41012m3（Datafrom：CanadianCentreforEnergyInformation）加拿大页岩气1998年底在Montneyshale(FortSt.John/DeepBasinRegion)开始商业化开采，2008年年产量超过9.5108m3，主力产层为下三叠统（Datafrom：BritishColumbiaMinistryofEnergy）2005年以来的产量增长主要来自水平井开采技术B.C省的东北部HornRiverBasin正在试采，Alberta东南的Coloradoshale浅部和Saskatchewan西南部正在勘探,Quebec的Uticashale也开始试验,生产公司：EOGCanadaResourcesIncApacheCanadaLtdEOGCanadaResourcesIncEnCanaCorporationNexenInc.DevonARLCorporationArcEnergyTrust,Poland,Sweden,Austria等一些国家开始启动页岩气的研究和勘探工作2009年，欧洲GASH联合研究项目启动，投资6百万欧元,为期6年,欧洲页岩气开始启动研究与勘探,小结,世界范围内页岩气资源大，并在最近几年得到迅速开发北美页岩气取得重大突破，减少了对LNG等项目的依赖商业化生产的页岩气藏在地质方面有共性，也有独特性市场、资源和技术进步是页岩气大面积开发的主要原因水平井分段压裂技术广泛应用是页岩气得到快速发展的重要技术原因,主要内容,一、国外页岩气勘探开发现状二、页岩气的地质特点与适用技术,1.页岩气藏的三大基本特征,（一）页岩气基本特点,美国福特沃斯盆地勘探成果图,据RichardM.Pollastro等，2007,特征之一：大面积连续气藏,气藏面积15500km2,特征之二：三种赋存状态,气,产量,年,水,水,产量,年,3、有水负下降曲线,1、水升气降生产曲线,页岩气典型的生产曲线受控于页岩气赋存状态,气,气,2、无水气降生产曲线,阿巴拉契亚Ohio页岩,密执安Antrim页岩,伊利诺斯NewAlbany页岩,富特沃斯Barnett页岩,圣胡安Lewis页岩,吸附态：吸干酪根、粘土矿物内表面溶解态：溶解在有机质内和地层水内游离态：以游离态存在于裂隙内,页岩气存在三种赋存状态,特征之三：三种成因,气源成因有三：生物成因、热成因或二者混合成因，以热成因为主热成因气的形成有三个途径干酪根分解直接成气体和沥青沥青分解成油和气体（初次裂解）原油分解成气体和高含碳量的焦炭或者沥青残余物（二次裂解）,混合成因气,有机质生物成因气,气源：干酪根沥青裂解油裂解生物成因,干酪根热成因气,热成因气,生物降解,生物作用,二次裂解,有机质,干酪根,沥青,焦沥青,原油,生物成因：Michigan盆地Antrim页岩气藏热成因型：FortWorth盆地Barnett页岩气藏，Arkoma盆地的Woodford页岩气藏混合成因：Illinois盆地NewAlbany页岩气藏,美国主要盆地页岩气成因,热成因气起到决定性作用,美国目前获得商业性气产量的开发深度一般小于3000m，过深一目前的开采技术成本过高，不具有经济价值绝大部分页岩气井分布在盆地斜坡或盆地中心部位，构造相对稳定,（1）埋深小于3000米，构造相对稳定,2.有利页岩气成藏五大地质条件,较大的页岩单层厚度有利于提高页岩气的资源丰度有利于页岩气水平井压裂改造,（2）页岩单层厚度大于50m,50m,较大TOC含量可以提高单位体积源岩生气量提高对天然气的吸附能力，原地保存更多的天然气量,（3）有机碳含量（TOC）在2%以上,美国页岩气产量主要来自热成因气，占85%以上，最大的页岩气田Barnettshale每年366亿方的页岩气全部为热成因气绝大部分Barnett页岩气井分布在Ro1.1的范围内,（4）成熟度：Ro1.4%3.0%,最有利的范围,Ro1.1%,美国典型页岩气盆地页岩矿物组成,脆性矿物（石英、斜长石）的富集有利于产生微裂缝（天然或诱导裂缝）,（5）硅质含量35%，易于形成微裂缝,（五）页岩气开发技术,页岩气藏特点：吸附气与游离气并存，储层分布广泛、单层厚度大、含气量低和渗透率极低等特征。关键技术：地质选区、致密岩心测试、水平井钻完井、增产改造和经济评价技术。,页岩气关键技术,地质选区,致密岩心测试,井网、水平井钻完井,增产改造,开发模式、经济评价,美国不同页岩气储层岩心,页岩气选区主要参数指标,TOC含量平均大于2%Ro在1.4-3.0%埋深小于3500米单层厚度大于50米硅质含量大于35%渗透率大于0.0001md,1.地质选区技术,页岩气地质选区技术较为复杂，需考虑有机质含量、演化程度、埋藏深度、单层厚度、硅质含量和储层物性等参数指标。,（二）页岩气开发技术,测试技术主要有三项：高精度含气量测试技术页岩微观孔隙评价技术脉冲式低渗透岩石渗透率测试技术,页岩岩心室内评价具有两个难点：岩心致密（最低可达109md），含气量、渗透率测定困难硅质含量高（35），易破碎、制样难度大,廊坊分院研制,2.岩心测试技术,快速解吸法,采集岩心样品，自然解吸确定损失气量，然后快速破碎，气体快速解吸。页岩气常规解吸3个月，快速解吸仅需2-3天。,二次取心测试法,在岩心中钻取标准尺寸的岩心柱，放入特制的解吸罐中进行解吸。该方法可减少游离气的损失，二次取心测试解吸气量比常规测试高25%。,页岩气快速解吸测试,二次取心含气量测试,第一项高精度含气量测试技术,第二项页岩微观孔隙评价技术,表面经氩离子抛光后的SEM照片,氩离子抛光原理图,粒间孔(IG)与干酪根粒内孔(K),孔隙度3.5%,利用氩离子光束抛光页岩岩石样品表面，通过扫描电镜、薄片岩相鉴定仪和X-衍射仪的分析，可以定量观察微孔隙结构，确定孔隙度，分析矿物成分。,表面未经处理的SEM照片,页岩渗透率最低可达10-9md，用常规方法难以准确测定。切萨皮克公司用脉冲式岩石渗透率测试方法：测试速度快，仅需10分钟，测试范围可达10-3-10-9md。廊坊分院开发的改进稳态法渗透率测试下限可达10-7md，测试时间1小时。,第三项脉冲式岩石渗透率测试技术,页岩渗透率测试,常规完井难以实现页岩气经济有效开发，水平井技术是开发页岩气藏的关键技术（1）水平井布井采用三维地震资料进行水平井井位优化部署，设计井眼轨迹及方位（2）水平井钻井,3.水平井钻完井技术,首先钻直井用于资料采集，然后在原直井段套管开窗侧钻水平井。水平井方位：垂直于最大主应力方向。长井段完井，尽可能沟通天然裂缝，获得更大泄流面积。从2006年以来，美国页岩气开发广泛采用水平井钻井技术，储层段水平位移一般在1500m左右。钻井成本是直井的2-3倍，产量10-15倍。,（3）水平井固井生产套管采用低密度高强度水泥固井，尽量减少对储层的伤害。（4）水平井射孔长井段多簇射孔：射孔段长100-300m，每段4-12簇，每簇间隔20-30m射孔参数：孔密20孔/m，相位角60或180(垂直方向),可钻式桥塞分段压裂技术多级滑套封隔器分段压裂技术水力喷砂分段压裂技术多井同步压裂技术,4.水平井分段压裂技术,技术特点可钻式桥塞封隔逐段射孔、逐段压裂、逐段座封压后连续油管一次钻除桥塞并排液适用范围：适用于多种套管尺寸（3.5/4.5/5.5/7)关键技术,耐温177C)耐压差69MPa,（1）水平井可钻式桥塞分段压裂技术,特殊材料的桥塞桥塞下入技术：连续油管下入、电缆下入或水力泵入连续油管钻取桥塞技术,实例：Woodford页岩,埋深1820-2300m，厚度48.554.5m水平段长7601200m压裂方案水平井分5-7段压裂，每段长100-150m每段分4簇射孔，簇间距8-9m，每簇长度37.9m，60度相位射孔，孔密20孔/m滑溜水压裂，每段1587方，单段100目砂34t，30/50目砂90t环空注入,排量12方/分钟,5个桥塞在45分钟内钻掉，并一次排液完井，较常规桥塞作业时间大大缩短,压裂前：无产量压裂后：2.83-5.66万方/d,应用实例：1口水平井采用滑套分5段水力压裂，压裂耗时15小时（常规方法需2天）,使用支撑剂544t、液体8700方，节约完井费用15-20%。（GlendaWylie,HalliburtonCorp.,2007）,（2）水平井多级滑套封隔器分段压裂技术,技术特点：通过井口投球系统操控滑套，依次逐段进行压裂施工快捷，节约完井费用,技术特点：不需封隔器和桥塞等隔离工具，自动封堵通过拖动施工管柱，用水力喷射工具实施分段压裂,（3）水平井水力喷砂分段压裂技术,应用实例：Barnett水平井段长度：575m压裂段数：20段每段距离：29m环空排量：8.0方/分油管排量：2.2方/分每段砂量：3-6方平均砂液比：3%,（4）水平井多井同步压裂技术,技术特点：促使水力裂缝扩展过程中相互作用，产生更复杂的缝网，增加改造体积（SRV），提高初始产量和最终采收率。两口相邻且平行的水平井交互作业、逐段实施分段压裂。,Parker的29个区块和Johnson的104个区块分析表明，平均产量比单独压裂可类比井提高21-55%。,施工前期采用滑溜水作为携砂的压裂液体系，在清水中加少量稠化剂(0.050.1%)，液体粘度5mPas左右，摩阻相当于清水的20-30%，砂比220后期采用低浓度胍胶，尾追大粒径支撑剂，提高砂比至35该液体体系比常规冻胶压裂在相同规模施工中节省费用40-60%平均砂比3-5,（5）页岩气水平井分段压裂的液体体系,（6）支撑剂,压裂施工前期一般使用100目或40/70目的支撑剂或组合使用。在压裂施工后期尾追少量的20/40目的支撑剂来提高近井地带的导流性。,三大：大排量、大液量、大射孔段二低：低砂比、低成本一小：小粒径支撑剂,总体上压裂施工参数可概括为“三大、二低、一小”的工艺模式,（五）页岩气开发技术,水力喷射分段压裂技术，适用井深3000m以下，一次分压3段，施工40口井滑套封隔器分段压裂技术，一次分压三段，施工20口井液体胶塞分段压裂技术，应用井温100，施工405口井，压后产量平均为直井的3.3倍超深水平井分段酸压技术，井深6780m，水平井段982m，分6段。施工7口井，成功率100,经过三年攻关，初步形成四种水平井分段压裂技术,（7）国内水平井压裂最新进展,