课件--页岩气开采现状及关键技术---李宗田

页岩气开采现状与关键技术李宗田2015年3月一国内外页岩气现状二页岩气开发关键技术三页岩气前景展望与启示主要内容页岩气的概念：页岩气是指以热成和生物两者相互作用生成，并聚集在灰黑色烃源岩中的天然气，是一种自生自储型非常规天然气。储存方式：页岩气主要以游离状态存在于页岩的天然裂缝与矿物粒间孔隙中和以吸附状态吸附在在矿物颗粒表面。一般认为吸附状态天然气的含量在２0～８５％。页岩气的基本特性•页岩（Shale）是一种沉积岩，成分复杂，但都具有薄页状或薄片层状的节理，主要是由黏土沉积经压力和温度形成的岩石，但其中混杂有石英、长石的碎屑以及其他化学物质。页岩气的基本特性富含粘土：粘土矿物一般为30%~80%，石英、钾长石、方解石、白云石、斜长石、黄铁矿为２０％～7０。微观孔隙结构：大孔隙直径一般大于５０ｎｍ，微孔直径小于２ｎｍ。极低的孔隙度和渗透率：孔隙度：０.０１～５％，渗透率:０.００００１～１０ｍＤ巨大的矿物表面积：储存更大的储量页岩气的基本特性岩石力学性质：杨氏模量E:20.2-54.6GPa泊松比:0.19-0.48脆性硅质、钙质含量差异大：脆性较强页岩：利于实现页岩储层的大规模复杂缝网改造地应力：大小，方向，应力差页岩气的基本特性页岩气岩心样品观念创新：把约束在生油岩里的油气放出来常规油气藏形成的六字诀：生储盖运圈保非常规油气：有生即储开发：常规气致密气页岩气页岩油1000mD10mD0.1mD0.001mD常规油气非常规油气高品质油气资源中品质油气资源低品质油气资源致密砂岩气煤层气天然气水合物重（稠）油油砂油页岩致密砂岩油油页岩水溶气页岩气非常规油气资源油气资源分布示意图资料来源：Roger1997，IFP2006，USGS2007全球页岩气资源状况评估全球非常规天然气4353×1012m3其中页岩气资源量为456×1012m3，相当于致密气和煤层气两者的总和。资料来源：Roger1997，IFP2006，USGS2007全球页岩气资源状况水合物68%页岩气10%全球天然气资源构成万亿m3常规气471煤层气256致密气210页岩气456水合物3000合计4353评估全球非常规天然气4353×1012m3其中页岩气资源量为456×1012m3，相当于致密气和煤层气两者的总和。全球页岩气资源状况全球页岩气可采资源全球页岩气资源状况美国页岩气的成功，全球掀起了一场“页岩气革命”，澳大利亚、中国和印度等许多国家给予极大关注，纷纷开展研究、勘探评价和开发试验工作。预计到2020年全球页岩气年产量可达3068×108m3。全球页岩气资源分布北美页岩气资源分布1821年美国就钻探了第一口商业性页岩气井。1981年，美国第一口页岩气井压裂成功，实现了页岩气开发的历史性突破06-09年页岩气产量以每年百亿方数量级增长09-12年产量以每年四百亿方数量级增长2012年美国页岩气年产量2200亿m3，为美国天然气总产量的36%，累计钻页岩气井约42000口。02004006008001000120014001600180019981999200020012002200320042005200620072008200920102011104.210611612414616718819426540852090313781800产量/亿方年份美国页岩气发展历程美国页岩气开发进展年份累积井数说明19705钻探5口井19816二氧化碳泡沫压裂198417XL凝胶，3ppg砂比，氮气助排198549XL凝胶，第一口为1500英寸裂缝半长，1mm粒径砂198862Denton公司开发199176钻探第一口水平测试井19952002口水平井，降低了水平井压裂液中凝胶含量1998300第一次应用清水压裂，500000gal液体，200000磅砂1999450上部页岩重复压裂，并第一次应用测斜仪裂缝检测技术2001750增加压裂体积1-2MMgal，支撑剂用量500000磅，首次应用微地震检测20021700200口井重复压裂2003260085口水平井，117口大斜度定向井，719口直井20043500钻探150口水平井，2-4级水平井压裂20054500新钻600口井水平井，新技术的应用加快了钻井周期20065500钻探1000口井水平井，探索清水压裂所需大量水的循环利用20077000钻探1500口井水平井20089000完成5000口水平井完井，环境保护，水循环利用，重复压裂测试201113000保产量，低成本运作，提高效率美国Barnett页岩气藏开发历史美国页岩气开发进展据EIA预测，到2035年，美国页岩气产量将占到美国天然气总量的45%。美国页岩气开发进展中国大陆页岩气资源富集分布图中国页岩气资源分布页岩气资源量100×1012m3可采资源量为36×1012m3盆地名称盆地类型盆地面积/104km2储层年代资源总量/1012m3资源丰度/108m3km-2南方扬子地区克拉通90志留系，寒武系13.51.50华北地区克拉通60石炭系，二叠系5.400.90西部陆相盆地前陆盆地70二叠系，侏罗系5.830.83东部盆地拗陷盆地50白垩系，第三系6.001.2合计30.7中国页岩气资源分布中国页岩气发展历程2000-2005跟踪调研阶段调研国外页岩储层勘探开发状况2005-2008资源评价阶段通过对比国内外类似页岩储层地质特征，并与国外公司联合评价，如与美国新田公司联合评价威远气田2008-2009目标优选阶段钻探长芯1资料井及威远气田页岩段系统取芯井，并与挪威石油、埃克森美孚联合研究2009-先导试验阶段2009年部署中国第一口页岩气评价井威201井获井口测试日产能1.08万方的工业气流2000-2009技术储备阶段通过十年的技术储备对页岩气开发有了初步的认识及技术储备中国页岩气开发进展中国石化页岩气开发进展2008年，华东分公司专业从事非常规油气资源的勘探开发；初步建立了中国石化南方页岩气选区评价方法，并优选出页岩气有利富集区；2009年9月以来，中国石化先后与bp公司、Chevron公司、ExxonMobil公司就页岩气的勘探开发进行了技术交流，提出了八个区块可以进行合作；2010年开展上、中、下扬子18口老井的页岩气测井重新解释工作，选择复试准备井，并对黔西区块方深1井进行了大型压裂改造及复试；2011年7月中国石化第一口页岩气水平井建页HF-1井顺利完钻；2012年开发试验阶段，中石化在礁石坝地区部署15口井的开发试验；2013年10月12日中国第一个礁石坝区块页岩气开发方案审查通过。2015年在涪陵建成50亿立方米页岩气生产能力，全国60亿产量。中国页岩气开发进展2007年10月，美国Newfield公司与中石油签定了页岩气联合研究协议2008年11月，中石油实施的首口页岩气取心浅井在宜宾完钻2009年又与Shell公司在重庆富顺－永川区块启动合作勘探开发项目2010年实施钻探了威201井，获得了1.08×104m3/d的页岩工业气2011年，长宁构造宁201井、宁203井、昭104井，富顺-永川合作区块阳101井在龙马溪组获工业气流（2）中国石油页岩气开发历程中国页岩气开发进展中海油页岩气勘探开发现状安徽芜湖下扬子西部区块页岩气勘查项目，勘查面积达4840km2目前已在该区块进行地震作业，钻探3口浅井进行评价研究延长石油页岩气勘探开发现状柳评177井在陆相延长组长7段进行了小型测试压裂试验，放喷排液时开始产气，点火后火焰高度5-6米。目前，延长集团已选定下寺湾油田中生界延长组、延长气田上古生界山西组-本溪组两个目标区。目前已经完钻探井16口，5口井压裂测试获得1600-2300方；中国页岩气开发进展2012年底，中国石油企业主要在四川盆地及周缘、鄂尔多斯、渤海湾盆地等地区共实施页岩油气井72口其中页岩气井66口，页岩油井6口，水平井29口（页岩油水平井6口）2010年以来，国家先后出台一系列扶持政策，鼓励页岩气开发2012年12月6日，国家公布了第二轮页岩气招标结果，19家企业中标，总面积约20000km2中国页岩气开发进展一国内外页岩气现状二页岩气开发关键技术三页岩气前景展望与启示主要内容页岩气开发两大关键技术水平及钻井井技术水平井分段压裂技术水平井钻井技术•直井主要目的用于试验，了解油气藏特性，获得钻井、压裂和投产经验。•水平井主要用于生产，增大储层的泄流面积，得到更高的天然气产量。页岩气水平井示意图水平井钻井技术钻机+钻杆+导向钻头+钻井液+套管+固井=水平井钻井M1952C钻头油基钻井液用乳化剂成套钻机水平井地质导向钻井技术钻杆水平井分段压裂技术水平井分段压裂关键技术体积压裂技术设计理念电缆射孔桥塞分段压裂技术滑套封隔器分段压裂技术微地震动态裂缝监测技术水平井分段压裂技术页岩气水平井分段压裂技术利用封隔器或桥塞分隔各段，在井筒内逐段压裂，最终形成体积裂缝，构建气藏渗流通道，形成人造气藏。压裂施工现场地下形成缝网如同碎玻璃八通压裂井口可钻桥塞结构示意图水平井分段压裂技术压裂车组地面高压管汇水平井分段压裂技术泵送桥塞射孔联作分段压裂技术技术特点：套管压裂，桥塞封隔，大排量施工适用井眼：套管完井桥塞输送方式：泵送、连续油管、油管最新纪录：42级分段压裂微地震裂缝监测技术微地震裂缝监测通过采集微震信号并对其进行处理和解释，获得裂缝的参数信息从而实现压裂过程实时监测，是目前判断压裂裂缝最准确的方法。丛式井目前美国页岩油气均采用丛式水平井开发，可采用底部滑动井架钻丛式井组。每井组3～8口单支水平井，水平井段间距300-400m，水平段长度1000-3000m。规模开发“井工厂”模式(1)实现设备利用的最大化。多口井依次一开，依次固井，依次二开，再依次固完井。钻井、固井、测井设备无停待。井深1500m左右的致密砂岩气井丛式井单井平均钻井周期仅2.9天，垂深2500m左右、水平段长1300m的页岩气丛式水平井平均钻井周期仅27天。(2)泥浆重复利用，减少泥浆的交替。多口井一开泥浆体系相同，重复利用；二开泥浆体系相同，重复利用。尤其是三开油基泥浆的重复利用特别重要。规模开发“井工厂”模式为提高作业时效，降低生产成本，提高开采效益，在生产作业中采取以下两个方面措施：（1）钻机底部液压移动式搬家。在同一井场实施的丛式水平井钻井，一般部署3-8口井水平井，采用统一的井场基础，地面井口一般距离为5-15m，钻机搬家均采用底部液压移动式搬家，大大降低了搬家时间和成本。（2）同一井场实施并行作业。在同一个井场有多口井可同时进行钻井、压裂和采油等多项作业，即实施“并行作业”，加快产能建设的步伐，缩短了页岩油气田项目投产周期。规模开发“井工厂”模式规模开发“井工厂”模式同步压裂拉链式压裂一国内外页岩气现状二页岩气开发关键技术三页岩气前景展望与启示主要内容1.世界页岩气“革命”方兴未艾，北美地区持续高速发展，中国加速发展，其他国家正处于起步阶段。2013年年底，第三轮页岩气探矿权招标工作即将启动，中国页岩气产业即将步入规模化开发阶段。页岩气前景展望2.中国页岩气资源条件十分优越、潜力巨大，开采持久性强。中国已基本掌握页岩气勘探开发配套关键技术，将来国产技术与设备必将取代国外的技术与设备，直至走出国门、走向世界。页岩气前景展望3.中国政府扶持政策的大力支持与国内天然气市场的巨大需求，国内天然气供气矛盾越来越突出，为中国页岩气产业的发展提供了非常好的机遇。页岩气前景展望几点启示谢谢！