2019-非常规油气藏开采技术

非常规油气藏开发油气藏：简单地说，油气藏就是油、气聚集的场所。根据分类依据（地质特征、储层物性，流体组分，流体物性，等）的不同，油气藏可以划分为不同的类型。油气藏的定义和分类根据地质特征，油气藏可分为：构造油气藏地层油气藏岩性油气藏水动力油气藏复合油气藏构造油气藏是指聚集了油气的构造圈闭。这是目前世界上最重要的一种油气藏类型。按储集层的形态和特点，构造油气藏又可分为背斜油气藏、断层油气藏、刺穿接触油气藏及裂缝性油气藏。断层油气藏刺穿接触油气藏油气储集空间和渗滤通道主要为裂缝的圈闭中的油气聚集根据储层渗透率，油气藏可分为：分类油藏空气渗透率(10-3um2)气藏空气渗透率(10-3um2)特高≥1000≥500高500－1000100-500中50－50010-100低5-501-10特低<5<1根据脱气原油粘度，油藏可分为：分类地面温度下脱气原油粘度(mPa.s)常规油<100稠油100-1000特稠油藏1000-50000超稠油（沥青）≥50000根据凝析油含量，凝析气藏可分为：分类凝析油含量(g/cm3)特高>500高300-500中100-300低50-100特低<50根据原油凝固点高低，油藏可分为：分类原油凝固点(℃)高凝油≥40常规油-10－40低凝油<-10根据地面原油密度，油藏可分为：分类地面原油密度(g/cm3)轻质<0.87中质0.87-0.92重质0.92-1.00超重≥1.00通常，所谓的特殊油气藏没有明确而严格的定义。此处，特殊油气藏主要是指在储层物性、流体物性、流体相态、渗流特征及其相应的开采技术上与常规高渗油气藏（渗透率大于50×10-3

m2的油气藏）有显著差异的油气藏。通常所指的特殊油气藏主要包括低渗透油藏、稠油油藏、凝析油气藏、致密油气藏、页岩油气藏及煤层气藏等。也包括弹塑性油气藏、高含水油藏、天然气水合物，等。另外，如火山岩油气藏、煤层气、生物气，含硫油气藏、含CO2气藏等也属于特殊的油气藏研究范围。12非常规油气藏指无法以经济流量开采或者不采取大规模增产措施或特殊开采工艺和技术就无法获得经济油气流量的油气藏。生油岩常规油气藏非常规油气藏还有海底或冻土的天然气水合物也是非常规工业油流标准：工业气流标准：井深m产气量m3/d0-500500500-100010001000-200030002000-300050003000-4000100004000以上20000井深m产油量t/d0-5000.3500-10000.51000-20001.02000-30003.03000-40005.04000以上10.014致密气和页岩气作为两种重要的非常规天然气资源，已经逐渐成为天然气产量的主要增长点。中国非常规天然气资源及主要类型分布情况非常规油气田开发新技术15我国天然气开发现状16不同类别天然气在地层中的分布常规天然气是指通过常规的钻井方式开采出的地下储层中的天然气，其成因可以用传统的油气生成理论解释。常规天然气主要来自煤生气和油型气。172018年原油产量达到1.9亿吨，进口4.6亿吨，增长10.1%，进口与生产比例为2.44:1，石油对外依存度升至70％。全国天然气产量1610亿立方米，同比增长7.5%，进口天然气超过9000万吨，天然气消费量突破2800亿方。继2017年成为世界最大原油进口国之后，又超过日本成为世界最大的天然气进口国。我国天然气开发现状非常规天然气非常规天然气与常规天然气在地质特征、勘探开采技术要求以及经济性等方面都有较大区别。其在气藏特征与成藏机理方面有别于常规气藏，采用传统开采技术通常不能获得经济产量的天然气聚集，包括煤层气、致密砂岩气、页岩气、天然气水合物等；非常规天然气的开采成本高。非常规气在开发中有许多相似之处，如都需要打丛式井、水平井（甚至分枝状、阶梯状水平井），都需要压裂（特别是分段压裂）等。18致密气致密气是产自低渗透致密砂岩储集层中的非常规天然气，是最早被工业化开采的非常规天然气资源。一般认为渗透率小于0.1毫达西的砂岩地层天然气就是致密气。我国致密气开发始于上世纪70年代，长期以来开发进展缓慢。近十余年来，随着油气藏开发技术的不断进步，致密砂岩气开发获得快速发展，陆续发现了一批大型致密气田，储量、产量不断增长。总体上说，中国已基本掌握了致密砂岩气的开发配套系列技术，部分已达国际先进水平。为页岩气及页岩油的开采奠定了基础。19致密气近年来，国内外致密砂岩气开发迅猛发展，在美国致密砂岩气已成为保障天然气供应、减缓对外依存的核心战略，在我国致密气砂岩已成为非常规气发展的第一重点。直井多层压裂、水平井多段压裂技术是国外致密砂岩气藏提高单井产量和开发效益的储层改造关键技术。相对于页岩气、煤层气而言，我国致密气勘探程度较高，开发技术相对成熟。2015年我国致密气产量达到400亿立方米，约占全国天然气总产量的30%，已成为天然气增储上产的重要领域。据中国工程院预测,2020年致密气产量将达到800亿立方米,占比高达36.36%。但由于单井产量低、开发成本高、经济效益差，大部分致密气储量未能有效动用。20致密气开发关键技术21中国特低渗透:致密油气开发达到世界领先水平工厂化压裂压裂车联合作业长水平井复杂井大井组多钻机联合作业煤层气煤层气是煤层在地质史漫长的煤化过程中所生成的以甲烷为主的非常规天然气资源，俗称煤矿瓦斯,是一种生成、储存于煤层并吸附于煤颗粒表面的气体。煤层气以游离状态、吸附状态和溶解状态三种形式赋存于煤层中,而其中以吸附态为主。要获得商业产量,首先必须使煤层气从煤的表面解吸,然后通过煤的基质和微孔隙进行扩散，最后从割理和裂缝中渗流到井底。煤层气的这种产出特点使得煤层气的开采有别于常规油气,主要方法是大规模的排水降压,以最大限度地降低井底压力。22煤层气早在采煤业诞生之时人们就知道了煤层气，但直到1989年才实现商业化开发。目前，由于新技术的发展和针对煤层气开展的专项研究，世界范围内煤层气的开发现也得到蓬勃发展。经过20余年的技术攻关和开采试验，我国煤层气实现了地面工业化生产，建成了沁水南部和鄂尔多斯东缘两大生产基地。232018年美国煤层气产量达500亿立方米。2018年,全国规模以上工业企业生产煤层气72.6亿立方米,同比增长5.8%,绝对值增量在2.4亿立方米。2018年山西省全年煤层气地面抽采量达到56.57亿立方米，其中利用量为53.94亿立方米，约占全国的90%，同比增长9.5%。24煤层气煤层气开采关键技术自20世纪八九十年代开始,经过几十年攻关探索,我国在煤层气地质理论、资源预测与区块评价、钻井完井及压裂技术等方面取得了较大进展，特别是近年高阶煤煤层气富集理论与煤层气多分支水平井、U型井等复杂结构井技术钻采煤层气资源取得了较好的效果。然而，不可否认我国煤层气产量依然较低，煤层气钻井过程中仍有较多难题需要解决，钻井安全与煤层保护矛盾依然突出。25煤层顶板水平分段压裂技术煤层气水平井新谢-1L井煤层气钻井技术现状及发展趋势煤层钻井技术难题煤岩割理发育，胶结差，强度低，井壁易失稳；煤层地质基础差，易受损害；完井效果差，煤层气产量低。26多分支水平井技术目前，我国初步掌握了水平井眼侧钻技术、钻具组合优化设计技术、井眼轨迹导向控制技术、主水平井眼与裸眼洞穴连通工艺技术、抽排井造洞穴工艺技术。打破了国外公司对煤层气多分支水平井技术服务的垄断，短短几年时间，山西沁水盆地已钻多分支水平井60多口。U型井技术即U型水平连通井技术，该技术集成水平井技术、水平井与洞穴井的连通以及欠平衡钻井和地质导向等技术，煤层气U型井组由1口直井和1口或多口水平井组成。U型井可采用套管完井方案，在排采后期遇到煤粉堵塞通道可下钻修井，重新打开裂隙通道恢复开采，延长气井的寿命。27煤层气钻井技术现状及发展趋势国外对我国煤层气钻采技术实行严格封锁和保密。包括U型井在内的高端技术核心成果，国内均无法获得。目前我国煤层气U型井钻完井及压裂技术研究刚处于起步阶段，没有形成成熟的煤层专用钻井完井液，煤层损害仍然比较严重。完井多为裸眼或筛管完井，煤粉堵塞问题较为严重，钻井损害难以解除。复杂结构井技术配套远距离连通技术是煤层多分支水平井、U型井等复杂结构井开发的核心技术。该技术可以实时检测控制钻进轨迹，提供钻头的实时位置，为定向提供距离和方位参数，即时调整工具面，指导钻头向洞穴井钻进，实现主井眼与洞穴井较好连通。28我国已研发专有井眼连通技术，中国石油渤海钻探工程公司从2010年至今30余井次的现场试验中测试距离60m，中靶直径0.6m，连通成功率100％，特别是2011年和2012年，远端连通和不造洞穴连通技术获得成功。煤层气钻井技术现状及发展趋势井壁稳定及煤层保护技术目前国内普遍采用清水充气欠平衡方式钻多分支水平井，但因工艺及地质因素影响，井塌、埋钻具等事故时有发生，经济损失巨大。传统钻井液技术虽较好地解决了井壁失稳问题，但其损害煤层严重，煤层保护与井壁稳定已经成为多分支水平井安全钻井技术的主要矛盾，井壁失稳是制约国内煤层气钻采技术发展的主要问题之一。现已经开发出了多种煤层专用钻井液，但这些煤层专用钻井完井液均未获得规模化应用。29煤层气钻井技术现状及发展趋势页岩气页岩气是一种特殊的非常规天然气，其主体位于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中，可以生成于有机成因的各种阶段。气体主要以游离相态（大约50%）存在于裂缝、孔隙及其它储集空间，或以吸附状态（大约50%）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。与常规储层气藏不同，页岩既是天然气生成的源岩，也是聚集和保存天然气的储层和盖层。30页岩气31美国页岩气三代技术全球页岩气盆地及储量最多的11国家32页岩气长宁-威远和太阳区块-四川盆地万亿方页岩气涪陵页岩气页岩气涪陵率先实现页岩气商业化开发之后，石油公司在四川南部、贵州北部等页岩气勘查开发示范区加快页岩气产能建设，有望形成多个页岩气商业化开发基地。我国已经形成了适合我国地质条件的页岩气勘查开发技术体系，装备基本实现国产化，已初步形成技术标准体系。石油公司借鉴已有的国家、行业和企业标准，形成了页岩气钻井工程、采气工程、健康安全环保等百余项技术规范和标准。332018年全国页岩气产量108.81亿立方米（涪陵页岩气田全年生产页岩气60.2亿立方米），较上年增长21.0%。四川盆地东部南川地区金佛斜坡页岩气勘探获重大突破，落实页岩气地质资源量1965亿立方米，为涪陵页岩气田三期建设奠定资源基础。2018年中石油在川页岩气产量达42.7亿立方米，较2017年增长40%。34页岩气页岩气开发关键技术35水平井+大规模压裂页岩气开发的钻井和压裂阶段,"工厂化"施工超长水平井+压裂天然气水合物36天然气水合物（GasHydrate）是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”，分子式为CH4·8H2O。天然气水合物37世界上至少有79个国家和地区都发现了天然气水合物气藏，世界上至少有30多个国家和地区在进行可燃冰的研究与调查勘探。产业洞察网《可燃冰市场调研与发展趋势研究报告》显示1960年，前苏联在西伯利亚发现了第一个可燃冰气藏，并于1969年投入开发，采气14年，总采气50.17亿立方米。美国于1969年开始实施可燃冰调查。1998年，美国把可燃冰作为国家发展的战略能源列入国家级长远计划，计划到2015年进行商业性试开采。天然气水合物38成功分离后的甲烷气体在“地球”号深海勘探船上被点燃日本2013年3月12日成功从爱知县附近深海可燃冰层中提取出甲烷，成为世界上首个掌握海底可燃冰采掘技术的国家。日本希望2018年开发出成熟技术，实现大规模商业化生产。天然气水合物39日本设想的天然气水合物井群生产模式示意图日本的国家级天然气水合物开发计划经过为期18年的以政府为主导的“研发（试采）阶段”后，将按计划进入到以民营企业为主导的“产业化开发阶段”。天然气水合物2007年5月1日凌晨，中国在南海北部的首次采样成功，证实了中国南海北部蕴藏丰富的天然气水合物资源，标志着中国天然气水合物调查研究水平已步入世界先进行列。中国在南海北部成功钻获天然气水合物实物样品“可燃冰”，从而成为继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家。402017年我国成功试采天然气水合物开发技术世界上至今还没有较完美的开采方案。开采方案有热激化法、注化学剂法、降压法、CO2置换法等。热激化法利用“可燃冰”在加温时分解的特性，使其由固态分解出甲烷蒸汽。但此方法难处在于不好收集。海底的多孔介质不是集中为“一片”，也不是一大块岩石，而是较为均匀地遍布着。如何布设管道并高效收集是急于解决的问题。41化学试剂法，如盐水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等可以改变水合物形成的相平衡条件，降低水合物稳定温度。天然气水合物开发技术降压法是通过降低压力而引起天然气水合物稳定的相平衡曲线的移动，从而达到促使水合物分解的目的。其一般是通过在一水合物层之下的游离气聚集层中“降低”天然气压力或形成一个天然气“囊”（由热激发或化学试剂作用人为形成），与天然气接触的水合物变得不稳定并且分解为天然气和水。42CO2置换法是通过CO2泵入来将水合物分子中的甲烷气体替换出来，该开采技术缓慢。非常规油藏-稠油43稠油是沥青质和胶质含量较高、粘度较大的原油。通常把相对密度大于0.92（20℃）、地下粘度大于50cp的原油叫稠油。因为稠油的密度大，也叫做重油。我国稠油资源的概况我国有丰富的稠油资源，探明和控制储量已达16×108t，是继美国、加拿大和委内瑞拉之后的世界第四大稠油生产国。重点分布在胜利、辽河、河南、新疆等油田。我国陆上稠油资源约占石油总资源量的20％以上，探明与控制储量约为40亿吨，目前在12个盆地发现了70多个稠油油田。国内每年稠油产量约占原油总产量的10％。中国尚未动用的超稠油探明地质储量为7.01×108t。稠油油藏的基本特点（1）油藏大多埋藏较浅(塔河超深)（2）储集层胶结疏松、物性较好（3）稠油组分中胶质、沥青质含量高，轻质馏分含量低（4）稠油中含蜡量少、凝固点低（5）原油含气量少、饱和压力低稠油的分类标准稠油分类不仅直接关系到油藏类型划分与评价，也关系到稠油油藏开采方式的选择及其开采潜力。为此，许多专家对稠油分类标准进行了研究并多次举行国际学术会议进行讨论。联合国培训研究署（UNITAR）推荐的稠油分类标准如表所示：分类第一指标第二指标粘度，mPa·s（15.6℃）相对密度（15.6℃）重度，°API重质油100—100000.934—1.00020—10沥青＞10000＞1.000＜10我国稠油沥青质含量低，胶质含量高，金属含量低，稠油粘度偏高，相对密度则较低。根据我国稠油的特点分类标准如表所示。在分类标准中，以原油粘度为第一指标，相对密度为其辅助指标，当两个指标发生矛盾时则按粘度进行分类。分类第一指标第二指标开采方式粘度，mPa·s相对密度，（20℃）普通稠油50（或100）—1000亚50—100类100—1000＞0.9200＞0.9200＞0.9200可以先注水再热采热采特稠油1000—5000＞0.9500热采超稠油（天然沥青）＞50000＞0.9600热采稠油油藏的开采技术蒸汽吞吐蒸汽驱火烧油层注气、闷井、生产阶段循环生产井生产井注入井火烧油层稠油油藏的开采技术出砂冷采：稠油冷采是80年代末期加拿大兴起的一项新技术,其主要做法是,不注蒸汽,也不采取防砂，而是射孔后直接应用螺杆泵进行采油。它具有开采工艺简单、生产成本低、适用范围广。一般单井日产油可达8t以上。采收率可达8%～15%。稠油出砂冷采蒸汽吞吐的适用油藏条件：油层埋深：≤1600m油层厚度：≥5m净总厚度比：≥0.4孔隙度：≥20%渗透率：≥200

10-3

m2原始含油饱和度：≥

0.5×Soi：≥

0.10蒸汽吞吐的增产机理（1）油层中原油加热后粘度大幅度降低，流动阻力大大减小（2）对于压力高的油层，油层的弹性能量在加热油层后也充分释放出来，成为驱油能量（3）对于厚油层，热原油流向井底时，除油层压力驱动外，还受到重力驱动作用（4）带走大量热量，冷油补充入降压的加热带（5）地层的压实作用是不可忽视的一种驱油机理蒸汽驱蒸汽驱机理蒸汽热效应蒸汽驱过程中，有多种机理在不同程度的起作用，蒸汽驱的驱油效率比较高，一般在80-90％，蒸汽驱的最终采收率一般可达50-60％。降粘作用蒸汽的蒸馏作用热膨胀作用脱气作用油的混相驱作用溶解气驱作用乳化驱作用蒸汽驱适用的操作条件（1）注汽速度随着注汽速度的增加，蒸汽驱的采收率也会增加。但是当注汽速度达到某一临界值后，采收率对注汽速度则不太敏感。（2）注采比蒸汽驱中注采比存在一个临界值，当注采比小于临界注采比时，蒸汽驱采收率非常低，且对注采比不敏感；当注采比大于临界注采比时，蒸汽驱可取得好效果，临界注采比一般经验值为1.2。（3）注汽干度注汽干度越高，开发效果越好；反之，注汽干度越低，开发效果越差。但注汽干度也存在一个临界值，当蒸汽干度大于此值时，蒸汽驱采收率对蒸汽干度不敏感，都能取得好效果。临界注汽干度一般经验值为0.4。火烧油层原理：油层本身产生热的一种热力采油方法。火烧油层是将某种形式的氧化剂(空气或氧气)注入油层,使其内部的油自燃或点燃,随后注入的氧化剂便会使燃烧带在油藏中扩展。在地下燃掉油中的部分重质成份，把热及因热蒸馏和裂解的轻质馏分与燃烧前沿下游的油混合，使油变稀被驱入生产井。火烧油层的适用条件油层厚度要大于3m。油藏要具有较好的横向连通，即目的层在工作区内相对稳定，岩相和岩石物性变化不大。要有密封的盖层,最好不含大的气顶。出砂冷采出砂冷采的机理（1）大量出砂形成蚯蚓洞油层大量出砂后沿射孔孔道末端在高孔隙度区域形成蚯蚓洞，然后继续沿储层内相对脆弱带向外延伸，形成蚯蚓洞网络。（2）稳定泡沫油流动由于气泡与流体一起流动，因此在冷采井中不会形成连续的气体通道，因而在油藏内部没有能量消耗，压力不会迅速衰竭，气油比在多年内都将保持一常数。（3）降低油井的表皮系数砂粒的脱落使孔喉不断扩大，脱落下来的物质将顺利通过喉道而不会产生新的堵塞。这种情况主要发生在近井地带，使表皮系数大幅度降低。出砂冷采的适用条件国外经验表明,该技术对大多数稠油油藏具有较广泛的适用性，只要油层胶结疏松，地层原油中含有一定的溶解气量，原油本身具有较强的携砂能力，均可适应出砂冷采技术的应用。该技术最适用的油藏条件是埋藏深度500ｍ左右，油藏厚度大于10ｍ，脱气原油粘度2000～50000mPa.s，溶解气含量大于10ｍ3/t。非常规油藏-致密油58中国主要盆地致密油分布致密油是指以吸附或游离状态赋存于富有机质且渗透率极低的暗色页岩、泥质粉砂岩和砂岩夹层系统中的自生自储、连续分布的石油聚集。致密油储层在矿物组分、成岩演化、储层微观孔隙结构等方面都具有明显不同于常规储层及一般低渗透储层的特殊性。这些特殊性影响