页岩气实验研究体系的建立及设备选型

页岩气实验研究体系的建立及设备选型侯风岗北京奥陶科技有限公司2013年4月23日2013年04月23日北京中海油实验室筹备会议2013年4月23日中海油页岩气实验仪器北京2指导本报告的是：赵庆波，国家能源页岩气研究中心原主任、教授，张金川，中国地质大学教授，包书景，国土资源部中国地质调查局油气中心页岩气室主任20130423北京中海油页岩气汇报会致谢2013年4月23日中海油页岩气实验仪器北京3前言作为一个新兴的非常规能源，页岩气资源的开发需要大量技术、资金和人员投入。而中国页岩气资源的开发刚刚起步，经验匮乏，技术不成熟，这些因素制约着中国页岩气的发展，页岩气资源的规模开发还有很长的路要走。页岩气开发对技术的要求很高，相对常规天然气来说，开采起来比较难，这主要是由页岩气藏的特点决定的。但由于基础理论研究及认识发展速度滞后于践行发展速度，页岩气勘探开发研究过程中不断遇到新的困难及问题，对于页岩气先期勘探、含气性评价、储量评价、岩石力学分析、储层改造等需要开展哪些实验？如何开展这些实验以及做这些实验需要选择哪些科研仪器设备等问题，目前须亟待解决。2012年12月6-8日云南.昆明2012全国特殊气藏勘探开发与利用技术专题研讨会2013年4月23日中海油页岩气实验仪器北京4目录1.开展我国页岩气实验研究，建立页岩气实验体系的必要性和紧迫性2.页岩气及其基本特征3.国外页岩气实验测试技术与手段4.国内页岩气实验研究现状5.中国页岩气实验项目五大体系6.实验研究项目对应实验仪器设备表7.页岩气重点实验仪器介绍2013年4月23日中海油页岩气实验仪器北京51、开展我国页岩气实验研究，建立页岩气实验体系的必要性和紧迫性1.1我国页岩气资源基础条件具有自身特点，不能完全照搬国外经验。1.2我国勘探和开发处于初级阶段，技术和装备不够成熟。实验手段和实验体系还没有与我国页岩气开发实践同步。1.3开展我国页岩气实验研究，建立页岩气实验体系是支撑页岩气地质理论发展、评价页岩气资源潜力、提高页岩气发展动力、规避页岩气勘探开发风险的重要依据。1.4国外页岩气研究和开发技术对我国的封锁使我们必须走自力更生、不断创新的道路。2013年4月23日中海油页岩气实验仪器北京6目录1.开展我国页岩气实验研究，建立页岩气实验体系的必要性和紧迫性2.页岩气及其基本特征3.国外页岩气实验测试技术与手段4.国内页岩气实验研究现状5.中国页岩气实验项目五大体系6.实验研究项目对应实验仪器设备表7.页岩气重点实验仪器介绍2013年4月23日中海油页岩气实验仪器北京72页岩气及其基本特征2.1、页岩气的概念：页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气聚集。页岩气既可以是生物成因气也可以是热成因气，或是生物成因气与热成因气的混合气。2013年4月23日中海油页岩气实验仪器北京82.2、页岩气作为非常规油气的一种，具有以下基本特征：•（1）由于页岩气具有自生自储的特点，故有机质含量高是页岩气储层的基本特征。•（2）富含粘土矿物。•（3）组成岩石的矿物粒度细小是其显著特征。•（4）极低的孔隙度和渗透率。•（5）纳米级空隙结构。空隙结构细小，主要以微孔和中孔为主。•（6）巨大的矿物表面积。泥页岩由于粒度细、孔喉小，从而导致其相对于固相岩石中的大空隙具有更大的内表面积。•（7）复杂的成岩构造。含气页岩中，有机质的成熟度都比较高。反映了其较深的埋藏过程。•（8）大比例的页岩气吸附赋存。•（9）页岩气藏的地层压力多变。2013年4月23日中海油页岩气实验仪器北京92.3、页岩气有经济价值的开发必备条件•页岩气储集方式和物性的特殊性决定了其物性测试技术具有自身的特殊性和要求，而国内目前针对页岩气测试关键技术评价方法体系还没有建立，常规测试设备不能满足针对页岩气物性测试要求。•建立针对页岩气关键测试技术评价方法体系和相关设备研发迫在眉睫。如何经济高效开发页岩气，储量和产量大小是关键，储量和产量与储层性质有关。储层含气量、可否流动，是否具有利于油气流动的大孔喉和良好的水动力系统，是影响页岩气储量和产量的关键因素。•针对页岩气储层物性测试技术是正确进行页岩气储量评价、认识页岩气流动能力的关键。储层矿物组成和开发过程储层伤害评价则有利于保护储层，提高页岩气生产能力。•页岩气地质选区技术较为特殊、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,这些指标都需要从实验中得到，其核心是储层分析和含气性分析。云南.昆明2012全国特殊气藏勘探开发与利用技术专题研讨会2013年4月23日中海油页岩气实验仪器北京102.4.页岩气评价的8项关键地质要素2012年12月6-8日云南.昆明2012全国特殊气藏勘探开发与利用技术专题研讨会2013年4月23日中海油页岩气实验仪器北京112.5.页岩气评价标准据张金川教授:页岩气有经济价值的开发必备条件：•（1）岩石组成一般为30-50%的粘土矿物、15-25%的粉砂质（石英颗粒）；•（2）泥地比不小于50%；•（3）有机碳含量一般小于30%；•（4）TOC：底限0.3%，一般不小于2%；•（5）Ro：0.4%-2.2%，高可至4.0%；•（6）净厚度：不小于6m；一般在30m以上。•（7）岩石物性：Ф≤10%，Ф含气=1-5%，K取决于裂缝发育程度；•（8）吸附气含量：吸附态20%-90%之间，一般50%±；•（9）含气量：1-10m3/t；•（10）经济开发深度：不大于3800（4000）m2012年12月6-8日云南.昆明2012全国特殊气藏勘探开发与利用技术专题研讨会2013年4月23日中海油页岩气实验仪器北京12目录1.开展我国页岩气实验研究，建立页岩气实验体系的必要性和紧迫性2.页岩气及其基本特征3.国外页岩气实验测试技术与手段4.国内页岩气实验研究现状5.中国页岩气实验项目五大体系6.实验研究项目对应实验仪器设备表7.页岩气重点实验仪器介绍2012年12月6-8日云南.昆明2012全国特殊气藏勘探开发与利用技术专题研讨会2013年4月23日中海油页岩气实验仪器北京133、国外页岩气实验测试技术与手段国外由于页岩气工业起步较早，再加上一些研究机构设立了专门针对页岩气的实验室，页岩实验测试技术日臻完善，促进了页岩气勘探开发的进步。目前，美国三大实验室对页岩气的实验测试项目有较为成熟的研究，并形成了一系列的研究体系。这个三大实验室分别为：Intertek实验室，Weatherford实验室和Chesapeak实验室。2013年4月23日中海油页岩气实验仪器北京143.1国外页岩气测试研究机构及研究方向类型名称相关研究技术和方向油气公司Intertek8大实验体系。气体评价体系现场气测定体系页岩气等温吸附体系孔隙度渗透率测试体系特殊岩性分析体系岩石学体系烃源分析体系和井场服务体系服务的仪器：IS-300高压等温吸附仪、现场页岩气自动测试装置。2012年12月6-8日云南.昆明2012全国特殊气藏勘探开发与利用技术专题研讨会2013年4月23日中海油页岩气实验仪器北京15类型名称相关研究技术和方向油气公司Weatherford主要的测试项目井场解吸罐解吸实验测定原始地层定量化气体岩石热解实验确定有机质丰度和热成熟度天然气组分分析分析解析气体组分和气体特性等温吸附实验确定在一定储层压力和温度条件下最终能储存的天然气量气体同位素分析确定储层产气来源及盆地和储层中页岩气的分布岩石物性测定测定岩石的孔隙度、渗透率、含水饱和度、密度从而确定储层能力和生产特征岩石力学性质研究进行水力压裂优化模拟实验，压裂液和完井液的评价以识别注入流体对岩石的潜在伤害地层条件下的含水饱和度的油田测量法进行最终的储量评估。2013年4月23日中海油页岩气实验仪器北京16类型名称相关研究技术和方向油气公司Chesapeake专注于岩石特征和岩石物理测试准确的测定致密页岩的孔隙度、渗透率、含水饱和度和含气量研制了一套岩石学特征分析仪器烃源岩分析仪、自然伽玛光谱分析仪、致密岩石渗透率测试仪、扫描电镜(SEM)、薄片岩相鉴定仪、X-衍射仪和氩离子切割器Halliburton主要在地震资料解释与处理、储层及开发数值模拟、水平井技术、地质导向钻井以及压裂方面具有较强实力。CoreLab分析项目岩石力学分析、地质学分析、生物地层学分析、地球化学分析、页岩分析仪器设备CMS-300覆压孔渗仪、Champaignlab气体组份、同位素分析2013年4月23日中海油页岩气实验仪器北京17类型名称相关研究技术和方向高校美国犹他大学储层物性特征（吸附、岩石压缩系数）、页岩储层条件（压力、温度、湿气含量）及页岩属性（孔隙度、渗透率、TOC、成熟度、矿物含量等），在页岩气储层地质建模方面实现了突破，可通过微观和宏观的裂缝建模老研究页岩成藏的相关问题。美国德州大学裂缝精细研究美国麻省理工大学电子探针、X射线微分析仪、开发渗流其他GTI含气量分析美国地质局解吸气量、损失气量、残余气量伦敦的ITS公司、法国的ST公司、加拿大联邦地质调查局（gcs）下属的部分实验室、德国的GFZ公司2013年4月23日中海油页岩气实验仪器北京18目录1.开展我国页岩气实验研究，建立页岩气实验体系的必要性和紧迫性2.页岩气及其基本特征3.国外页岩气实验测试技术与手段4.国内页岩气实验研究现状5.中国页岩气实验项目五大体系6.实验研究项目对应实验仪器设备表7.页岩气重点实验仪器介绍2013年4月23日中海油页岩气实验仪器北京194、国内页岩气实验研究现状中国的页岩气研究处于起步较晚，最早是有高校中国石油大学、中国地质大学、中国矿业大学、西南石油大学等高校进行先期研究，最主要是从事页岩气地质理论研究和对我国页岩气资源评价、有利区域划分方面的研究。随着近年美国页岩气的成功，我国的石油开采垄断巨头中石油、中石化、中海油迅速进入该领域，为我国页岩气的快速发展起了中坚作用。接着，地矿行业、煤炭行业、电力行业纷纷加入，使我国的页岩气研究到开发成为蓬勃发展的阶段。但总体来说，受我国地质条件的限制、实验设备和实验条件的限制、资金投入的限制、人才缺失的限制等等，我国还处于一个初级的研究和探索阶段。2013年4月23日中海油页岩气实验仪器北京204.1国内页岩气测试研究机构1.国家能源页岩气研发（实验）中心–廊坊2.中国地质大学（北京）--能源学院3.油气藏地质及开发工程国家重点实验室•（成都理工大学和西南石油大学于1988年联合申请）4.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室重庆页岩气研究中心2013年4月23日中海油页岩气实验仪器北京211.国家能源页岩气研发（实验）中心特色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，用于页岩等岩石的含气性测定致密岩石测试技术：测试致密岩石总孔隙度及渗透率等各种参数页岩微观孔隙表征技术：用于解剖岩石内部结构，孔隙度和饱和度计算页岩气增产改造技术：已成功对威201井和宁201井页岩储层进行水力压裂改造和试气，显示出良好的页岩气开发前景仪器与设备全自动应变测试系统：页岩储层改造性研究全自动X衍射仪：页岩储层矿物定量分析高精度页岩气含气量测试装置：页岩储层（游离气和吸附气）含气性扫描探针显微镜及制样系统：页岩表面显微构造测定实验研究级材料偏光显微镜：页岩储层有机质组分定量气体等温吸附测试装置：测定页岩储层吸附能力X射线CT显微镜：扫描分析岩样孔隙和裂隙2013年4月23日中海油页岩气实验仪器北京222.中国地质大学（北京）序号仪器名称数量型号1油藏描述软件1Discovery2油藏综合地质建模软件1Petrel3油藏数值模拟软件1CMG4高压孔隙结构仪1AutoPoreIV95005孔隙度测定仪4QKY-16渗透率测定仪4STY-27碳酸盐含量测定仪4GMY-18饱和度测定仪4GLY-29气液表面张力测定仪510全自动压汞仪1950011湿筛仪1XPS-750×15012高温高压失水仪1GGS42-213激光粒度仪1GSL-101BII14元