2015-气田开发新技术及展望

气田开发新技术及展望钟海全2015年1我国天然气开发现状2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。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。3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。我国致密气已在鄂尔多斯、四川盆地实现工业开发利用。4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。2013年我国致密气产量达到340亿立方米，约占全国天然气总产量的29%，已成为天然气增储上产的重要领域。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。5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。6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。7煤层气自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。8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。9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。页岩气调查是2015年重中之重的工作，总投入达到6.8亿元，确保实现2015年65亿立方米、2020年300亿立方米的产量规划目标。我国已经初步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。10页岩气截至2013年底我国累计完成页岩气钻井285口。据国土资源部发布的数据，2014年中国天然气产量1329亿立方米，净增长132亿立方米，同比增长10.7%。其中，煤层气产量36亿立方米，同比增长23.3%；页岩气产量13亿立方米，同比增长5.5倍。中石化江汉油田公司已在重庆涪陵区焦石镇搭建钻井平台32个，钻井130口，日产气量从此前的150万立方米猛增至220万立方米。按照规划，2014年，涪陵区将新增页岩气井100口，搭建钻井平台达到42个。未来，中石化在涪陵将拥有170口日产超过10万立方米的页岩气井。11宜宾长宁区块6口页岩气井投产试采日产气70万方，继2014年4月份宜宾珙县上罗镇宁201-H1、宁H3-2等3口井投产输气后，5月6日，上罗镇宁H2-2井、宁H2-4井等3口井又相继投产。至此，中石油西南油气田在长宁区块已有6口页岩气井产气外输，日产气可达70万立方米。四川长宁天然气有限公司计划2014－2015年开钻12个平台58口井，计划2014年产气10亿立方米。12页岩气“2005年～2010年，我国的页岩气处在研究探索阶段，而2010年～2015年进入工业化试验和起步阶段，接下来的5年将是页岩气规模化生产阶段。”根据国际能源署公布的数据，随着经济发展，2015年中国天然气需求将达到2000亿立方米，2020年将达到3000亿立方米，到2030年将达到5000亿立方米。利好的国家政策及广阔的发展前景，将使页岩气、天然气行业进入一个快速发展的黄金时代。页岩气、天然气是近年来我国重点发展的重要能源，四川将成页岩气开发“热土”。13页岩气天然气水合物14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15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16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。17天然气水合物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。18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。19CO2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。我国天然气开发现状国土资源部公布的数据显示，2014年全国天然气产量1329亿立方米，净增长132亿立方米，同比增长10.7%。其中，常规天然气产量1280亿立方米，净增长114亿立方米，同比增长9.8%；煤层气产量36亿立方米，同比增长23.3%；页岩气产量13亿立方米，同比增长5.5倍。20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。21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。22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。23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。24煤层气钻井技术现状及发展趋势压裂增产技术现状及发展趋势25技术名称技术特点适用性多级压裂多段压裂，分段压裂。技术成熟，使用广泛产层较多，水平井段长的井清水压裂减阻水为主要成分，成本低，但携砂能力有限适用于天然裂缝系统发育的井水力喷射压裂定位准确，无需机械封隔，节省作业时间尤其适用于裸眼完井的生产井重复压裂通过重新打开裂缝或裂缝重新取向增产对老井和产能下降的井均可同步压裂多井同时作业，节省时间且效果好于依次压裂井眼密度大，井位距离近氮气泡沫压裂地层伤害小、滤失低、携砂能力强水敏性地层和埋深较浅的井大型水力压裂使用大量凝胶，完井成本高，地层伤害大对储层无特别要求，适用广泛Thankyou!