页岩气开采与二氧化碳地下封存一体化

1234能源发展趋势页岩气开发现状页岩气开采与CO2地下封存一体化结语及展望汇报提纲1英国石油公司(BP公司)发布《BP世界能源统计2013》称，按照2012年的开采速度计算，全球原油还可以开采52年，天然气还可以开采55年，煤炭储量可开采109年。世界能源供应形势2012年我国能源发展情况2012年全年我国累计进口煤炭（含褐煤）全球第一，达2.9亿吨，同比增长29.8%2012年进口原油2.85亿吨，对外依存度达到58.7%（国际警戒线50%），且每年以3%的速度上升2012年天然气产气量1077亿立方米，天然气进口量425亿立方米，同比增长31.1%，对外依存度接近29%。据预测，2020年天然气对外依存度将超过45%2012年一次能源消费总量达到36.2亿吨标煤，比2011年增长4%；其中煤炭消费占一次能源总量的比重大约为66.4%。2030-2050年，我国一次能源结构将发生重大调整，煤炭占一次能源比例逐步下降，但仍是占据近半壁江山的基础能源。开发以页岩气为主的非常规天然气是缓解供需矛盾、改善能源结构最有效的方式2页岩气主要以游离态存在于天然裂缝中，以吸附态存在于干酪根和黏土中，极少量以溶解态存在于干酪根和沥青质中。黑色页岩野外露头2.1页岩气简介常规与非常规天然气资源的金字塔示意图天然气价格增长不断进步的技术数量少易于开发数量大难于开发优质资源中等质量资源1000mD致密气煤层气低品位非常规资源页岩气天然气水合物10mD0.001mD488x1012m3922x1012m33000x1012m30.1mD全球50%的非常规天然气为页岩气，储量高达456万亿立方米，为煤层气和致密气储量之和。2.2页岩气储量C-O,T-JPP,JO,TC,S,T3xC,S,T3xC-PC-O,SC-O,S我国主要页岩气资源分布图南方地区、华北地区和新疆塔里木盆地等发育海相页岩华北地区、准噶尔盆地、渤海湾盆地和松辽盆地等广泛发育陆相页岩国土资源部2012年数据，我国陆域页岩气地质资源潜力为134.42万亿立方米，可开采资源潜力25.08万亿立方米（不含青藏地区）2.3页岩气开发现状美国的页岩气革命依靠成熟的开发生产技术以及完善的管网设施,美国成为世界上唯一实现页岩气大规模商业性开采的国家。产量的飞速增长使美国天然气消费长期依赖进口的局面发生逆转。甚至有专家认为，有了页岩气，美国能源100年无后顾之忧。2009年8月，国土资源部天然气资源战略研究中心在重庆市綦江县启动了中国首个页岩气资源勘查项目2010年8月，国家能源页岩气研发（实验）中心在中国石油勘探开发研究院廊坊分院成立，这是我国首个专门从事页岩气开发的科研机构2011年12月，页岩气被正式批准成为我国第172个独立矿种中国页岩气发展现状2012年3月，国家发展改革委、财政部、国土资源部、国家能源局联合发布《页岩气发展规划（2011—2015年）》，2020年力争页岩气产气量达600—1000亿立方米2012年11月，财政部下发通知，中央财政对页岩气开采企业补贴标准为0.4元/立方米核心技术——水平井+水力压裂2.4页岩气开发技术水平井在页岩产层与垂直井相交，从水平井眼的主支中钻多分支井，形成一个类似于树叶纹理的羽状图案。水平井技术水力压裂技术水力压裂就是利用地面高压泵，通过井筒向储层挤注具有较高粘度的压裂液。当注入压裂液的速度超过储层的吸收能力时，则在储层上形成很高的压力，当这种压力超过井底附近储层的破裂压力时，储层将被压开并产生裂缝。（1）相比美国，我国页岩气赋存条件更复杂，开发难度更大：特低孔隙度、超低渗透率、高黏土含量、埋藏更深、地形更复杂。2.5中国页岩气开发难题对比项目美国中国Barnett组页岩龙马溪组页岩筇竹寺组页岩埋藏深度，m1981-25902000-36002500-4000页岩厚度，m46-30520-26060-300TOC，%4.52.522.06孔隙度，%4-51.15-5.80（均3.0）2.5-4.0基质渗透率超低超低超低地形、地貌平缓，水资源丰富丘陵、山地、戈壁，缺水（2）钻井液和压裂液对储层伤害大，水力压裂体积改造效果差，单井产能和采收率低。（3）单口页岩气井水力压裂需要“万方水千方砂”，对于水资源严重缺乏的西南丘陵山区和北方干旱地区，水资源的缺乏将严重制约页岩气的工业化开采。探索提高页岩气产能的新理论、新方法对于我国页岩气高效开发具有重大意义3CO2置换页岩气增渗增能致裂CO2驱替页岩气强化页岩气高效开采CO2地下封存将工业捕集到的CO2处理超临界CO2射流四大集成效应结合国内外相关领域研究成果，以及研究团队多年探索，提出“超临界CO2强化页岩气开采与地下封存一体化”的学术构想。超临界CO2：当温度和压力分别处于31.1℃和7.38MPa以上时，CO2介于气态和液态之间的流体相态；具有超强的流动、超强的渗透和传递性能。超临界CO2的特性开辟提高页岩气单井产量和采收率的新途径节约水资源实现CO2地下封存，减少碳排放超临界CO2强化页岩气开发三大特点超临界CO2开发页岩气的五大功能高效致裂页岩层-----超临界CO2具备类似液体的高密度，可达到水力压裂同样的效果。增加储层渗透性-----超临界CO2溶剂化能力强，能有效解决近井地带污染；其低黏特性能使储层产生微裂缝，沟通天然裂缝；并避免黏土水化膨胀，增大页岩层孔隙度，提高裂缝的导流能力。高效驱替页岩气------超临界CO2表面张力接近于零，黏度小，扩散性强，有利于驱替页岩气。地下封存是最有效的碳减排方式，二氧化碳地下封存方法主要分为：海洋封存、地质封存。高效置换页岩气----页岩对CO2的吸附能力是CH4的4-20倍，可以有效置换页岩中的CH4，提高气井单井产量和采收率。地质封存----页岩气藏既是储层又是盖层，可实现CO2的有效封存。虽然海洋封存储量很大，但由于对环境影响的不确定性，海洋封存二氧化碳目前还是不可行的。海洋封存将CO2封存于不可开采的煤层中将CO2封存于深部盐水层中将CO2封存于油气田中地质封存二氧化碳封存方法比较二氧化碳封存方法优势存在的问题海洋封存温室气体最大的潜在储存库如何保护深海生态？地质封存将CO2封存于不可开采的煤层中加大地下压力,增强地下油气流动性,提高油气产量必须选择适合的封存地层，以保证封存安全稳定将CO2封存于深部盐水层中将CO2封存于油气田中研究表明：将CO2注入对CO2吸附能力强、渗透率低的岩层中，是安全封存大量CO2的有效途径页岩层具有低孔隙率、低渗透率特征；页岩对CO2有很强的吸附能力；我国页岩气（CH4）非常丰富，可采资源量为25万亿m3，如果将页岩气进行开发，既可获得新的能源，又可为CO2提供巨大的封存空间；页岩气藏多处于盆地中心地带，地质构造稳定，因地质运动造成的泄露风险小。将CO2加压注入到页岩层中，对页岩气进行置换和驱离，既可强化开采页岩气这一非常规天然气，又能将CO2大量封存于页岩层中，从而达到既减排又高效开采新能源的目的。要实现CO2地下封存与开采页岩气一体化战略，需要解决以下科学问题：页岩气优选区探测方法及评价标准页岩气储层超临界二氧化碳破岩压裂机理多场条件下二氧化碳置换页岩气动力学原理二氧化碳强化页岩气开采的安全评价方法页岩气优选区探测方法及评价标准科学问题一双深3井岩屑录井草图井别预探井(直井)一开日期1980年8月23日二开日期三开日期完钻日期1982年1月15日设计井深5000.00m钻头程序套管程序339.72mm×920.30m244.5mm×3613.09m139.7mm×5195.12m四开日期施工井队6069完钻井深5205.52m录井队1:500辽河录井2010年4月13日钻时曲线(min/m)自然电位曲线-10mV+自然伽玛曲线（API）0300取心位置井深及分层m颜色岩性剖面异常报告视电阻率曲线Ω.m深侧向RT浅侧向RS气测曲线%全烃C1C2C3iC4nC4荧光岩屑占岩屑百分比%油花气泡%钻井液曲线粘度密度定量荧光对比级别起下钻接单根现场解释结论50100150200250102030405025507510012551015202510203040501101602102603100.101.0010.000.101.0010.000.101.0010.000.101.0010.000.101.0010.000.101.0010.004080102040801.2510421.00338.00335.00409.00497.00420.00329.00395.00345.00319.00375.00332.00301.00308.00347.00314.00380.00312.00306.00466.00413.00346.00313.00355.00340.00322.00338.00349.00386.00308.00340.00371.00350.00324.00333.00409.00337.00328.00381.00408.00335.00381.00365.00318.00340.00317.00325.00334.00361.00345.00345.00307.00320.00396.00417.00367.00301.00316.00366.00351.00336.00388.00348.00317.00302.00342.00311.00319.00316.00411.00407.00359.00325.00354.00447.00356.00307.00436.00410.00606.00799.00384.00506.00412.00368.00307.00302.00307.00123456725002550260026502700275028002850290029503000305031003150320032503300335034003450350035503600365037003750380038503900395040004050410041504200425043004350440044504500455046004650470047504800485049004950500050505100515052005205.522530.5沙河街组沙一段2634.0段二沙组街河沙系三第下界生新4459.0段三沙组街河沙系三第下界生新4937.5段四沙组街河沙系三第下界生新5144.0界生中界古太+77.4+77.4+77.4+77.4+77.3+77.0+77.3+77.3+73.4+73.4+73.47.3+77.0+77.0+73.4+77.4+77.4+77.3+77.3+77.47.0+73.4+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.3+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+7+7+7+77.3+77.3+77.3+77.3+77.3+77.3+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.07.3+77.37.0+77.3+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.0+77.