中国石化非常规天然气增产改造技术

中国石化非常规天然气增产改造技术中国石油化工股份有限公司2011年9月汇报内容一、非常规天然气勘探开发现状二、国外非常规天然气增产改造技术发展现状三、中石化非常规天然气增产改造技术四、技术瓶颈和下步攻关方向一、非常规天然气勘探开发现状非常规天然气是指在成藏机理、赋存状态、分布规律或勘探开发方式等方面有别于常规天然气的烃类(或非烃类)资源,主要指页岩气、煤层气、致密砂岩气等。具有资源丰度低、低孔、低渗、日产量低“四低”特征，但是具有资源量大、单井生产寿命长等特点。世界非常规油气资源丰富，分布广泛，总资源量达到921.4万亿方，是常规气的2.1倍。其中页岩气为456万亿方，煤层气256万亿方，致密砂岩气209万亿方。地区煤层气1012m3页岩气1012m3致密砂岩气1012m3合计1012m3北美85.4108.738.8232.9拉丁美洲1.159.936.697.6西欧4.414.410.028.8中欧和东欧3.31.12.26.7前苏联112.017.725.5155.2中东和北非0.072.123.395.4撒哈拉以南非洲1.17.822.231.0中亚和中国34.499.810.0144.2太平洋地区13.365.520.098.7其它亚太地区0.08.915.524.4南亚1.1—5.56.7全球256.1456.0209.6921.4一、非常规天然气勘探开发现状一、非常规天然气勘探开发现状北美非常规天然气开发现状经过多年的技术攻关，北美实现了致密砂岩气、煤层气、页岩气资源的大规模商业化生产，2010年北美非常规天然气产量达到0.36万亿方以上，超过常规天然气产量。2008年全球天然气产量为2.80万亿方，其中非常规天然气为0.56万亿方，占20%；北美非常规天然气产量为0.28万亿方，占全球非常规天然气产量的50%。国内天然气总资源量为108～119万亿方，其中常规天然气总资源量为35～43万亿方，非常规天然气为73～76万亿方，非常规天然气总资源量为常规气的1.8～2.1倍。页岩气总资源量为24.5万亿方，为非常规气总资源量的33%，开发潜力巨大。一、非常规天然气勘探开发现状中国常规气，万亿方非常规气，万亿方页岩气煤层气致密砂岩气资源量35-4324.536.812-15合计35-43合计73-76汇报内容一、非常规天然气勘探开发现状二、国外非常规天然气增产改造技术发展现状三、中石化非常规天然气增产改造技术四、技术瓶颈和下步攻关方向二、国外非常规天然气增产改造技术发展现状国外页岩压裂开发历程02000400060008000100001200014000197519801985199019952000200520102015开发时间总井数开始压裂开发氮气和二氧化碳泡沫压裂交联压裂液压裂低稠化剂浓度压裂大型滑溜水压裂水平井分段压裂丛式水平井同步压裂1、页岩气增产改造技术发展历程常规压裂裂缝滑溜水压裂裂缝水平井分段压裂裂缝同步压裂裂缝二、国外非常规天然气增产改造技术发展现状完井工艺：可钻桥塞射孔联作压裂技术、裸眼分段压裂技术（目前常用）压裂工艺：水平井分段压裂（致密砂岩、泥页岩），水平井同步压裂（泥页岩）压裂理念：体积缝网压裂压裂材料：滑溜水（常用）、线性胶、交联液；石英砂（常用）、低密度支撑剂压裂规模：排量10m3/min，每级液量1000m3，每级支撑剂100t压裂级数：目前最高分40级压裂压裂管理：井工厂理念。最终目的：最大限度的增大泄油泄气体积，提高单井产量。产量提高3～4倍增大泄油泄气体积1、页岩气增产改造技术发展历程二、国外非常规天然气增产改造技术发展现状2、煤层气开采技术发展历程煤层气开采主导工艺技术包括排水降压技术、定向羽状水平井技术、裸眼洞穴完井技术、压裂改造技术（CO2泡沫压裂、活性水压裂）。（1）排水降压技术该技术是有效提高单井产量的最经济可行方法之一。美国圣胡安盆地单井日产气量仅有上百方，17口井大井组抽排3年后单井日产气上升到5000～7000m3。（2）定向羽状水平井技术该技术是美国CDX公司的专利技术，该技术使得单井日产气量达2.8～5.6×104m3，单井主枝长1500m，控制面积约4km2，产量比常规压裂提高10倍左右。二、国外非常规天然气增产改造技术发展现状（3）裸眼洞穴完井技术主要适合高渗透煤区（渗透率大于5md），产量可达常规压裂的3～20倍。美国圣胡安盆地4000多口煤层气井，1/3采用裸眼完井，产气量占整个盆地产量的76％。（4）压裂增产改造工艺技术a、CO2泡沫压裂工艺技术b、活性水压裂工艺技术C、压后排液配套技术CO2泡沫压裂、活性水加砂压裂技术具有施工液量小，滤失量小，造缝能力强，对煤层伤害性小等特点，在煤层压裂能取得较好的效果。2、煤层气开采技术发展历程二、国外非常规天然气增产改造技术发展现状3、致密砂岩气增产改造技术发展历程致密砂岩气增产改造工艺技术国外主要有大型压裂技术、多层压裂技术、水平井压裂技术。（1）大型水力压裂技术：要求裂缝半长大于300m，加砂规模大于100m3。以美国的Wattenberg气田为代表，通过大型压裂加砂产生裂缝半长达1058m，压后产量是常规加砂产量的3倍。（2）多层压裂技术：致密砂岩大部分气藏纵向上均具有多层系、多砂体叠置特点，典型直井多层压裂方法有滑套+封隔器分层压裂、连续油管分层压裂、桥塞分层压裂等。如美国Jonah气田，多至10层压裂，控制储量增加3-7倍，单井产量增加2-3倍。二、国外非常规天然气增产改造技术发展现状3、致密砂岩气增产改造技术发展历程（3）水平分段压裂技术：2005年以来，投球滑套分级分段压裂技术日益成熟并大规模推广应用，目前已可进行多达40级以上分段改造。水平井施工成本比直井高2～4倍，而其理论产量是后者的3～5倍。常规压裂大型长缝压裂分层压裂水平井分段压裂最终目的：最大限度的增大泄油泄气体积，提高单井产量。汇报内容一、非常规天然气勘探开发现状二、国外非常规天然气增产改造技术发展现状三、中石化非常规天然气增产改造技术四、技术瓶颈和下步攻关方向三、中石化非常规天然气增产改造技术--（一）页岩油气增产改造工艺技术1、页岩油气储层特征及潜力分析页岩油气：产自富有机质页岩系统中，自生自储在微-纳米级孔隙中，连续聚集的油气。页岩油气主体上以吸附或游离状态存在于页岩中，须采用水平井及分段水力压裂方有开采价值。有利的发育部位位于盆地中央或斜坡地带，属于连续型油气藏。三、中石化非常规天然气增产改造技术--（一）页岩油气增产改造工艺技术泥页岩储集空间：无机孔隙、有机孔隙、微裂缝岩性：暗色页岩，层理发育，含有硅质和钙质，较好的矿物成分是粘土较少，方解石较多，硅质多（即E值较大），最好的泥页岩储层是粘土含量较少的粉砂质泥岩；物性：致密，孔隙度一般低于10%，渗透率一般在0.01-0.00001md。在构造活跃地区或者上覆地层剥蚀，地层压力下降的情况下发育裂缝，并被钙质或泥质充填。溶蚀孔干酪根生烃后次生孔1、页岩油气储层特征及潜力分析参数方深1井安深1井建111井河页1井元坝9井美国厚度75m90m36m25.6m7530m埋深1700-1775m2450-2540m610-646m2139.4-2165.0m4035-41103000m储层温度63℃90℃99135℃有机碳含量2%2.54%0.71%2.56-3.67%2.54～3.69%2%热演化程度0.52-1.08%2.62-2.80%1.7%1.4-3.5%总含气量3.3m³/t0.67m³/t4.8-6.2m³/t0.4m³/t页岩力学性质μ=0.21-0.24E=23-31Gpaμ=0.31E=26.3Gpaμ=0.198-0.354E=25.49-33.20Gpaμ=0.30E=25.4-31.3Gpaμ=0.235-0.27E=27-33Gpa页岩物性K-0.05mdK=227nd；Ф=6.67%K=0.3-0.58nd；Ф=3.8-4.5%K=0.1-0.3nd；Ф=2.4-3.6%K=1nd；Ф=0.1%K100nd；Ф4%硅质含量%14.9754.0163.125030方解石/白云石%28.8918.331-15.08，平均1.9520粘土含量%20.1524.4424.103025裂缝发育程度未见部分层段发育较发育未见较发育完全发育中石化页岩气地球化学参数与美国同类参数对比表从对比情况分析，储层具有一定的可采性三、中石化非常规天然气增产改造技术--（一）页岩油气增产改造工艺技术1、页岩油气储层特征及潜力分析地区盆地页岩名称埋深(m)厚度(m)TOC(%)有机质类型Ro(%)油气类型美国MichiganAntrim（泥盆系）183~73021~370.3~24Ⅰ、Ⅱ0.4~0.6生物气AppalachainOhio（泥盆系）610~15249~310.5~4.7Ⅰ、Ⅱ0.4~1.3生物气、成熟油气IllinoisNewAlbany（泥盆系）183~149415~301~25Ⅱ0.4~1.0生物气AppalachainMarcellus(泥盆系)1219~259015~611~15Ⅰ、Ⅱ0.5~4+成熟油气、油裂解气FortWorthBarnett（密西西比系）1981~259115~601~10Ⅱ0.6~1.9成熟油气、油裂解气ArkomaFayetteville（密西西比系）305~213415~614~9.8Ⅱ1.2~3.0热解气、油裂解气ArkomaWoodford（密西西比系）1829~365837~671~14Ⅱ1.1~4.9热解气、油裂解气ETNLSaltHaynesville（上侏罗统）3200~411561~920.5~4.0Ⅰ、Ⅱ1.2~2.4热解气、油裂解气MaverickEagleford(上白垩统）1968~365845~1002.0~6.5Ⅰ、Ⅱ1.0~1.7成熟油气SanJuanLewis（白垩系）914~182961~910.45~2.5Ⅲ1.6~1.9热解气、油裂解气济阳坳陷沙一段（古近系）1200~3600100~4000.6-19.6Ⅰ、Ⅱ0.3~0.75生物气沙三中亚段（古近系）2500~4800100~4000.5~7.5Ⅰ、Ⅱ0.4~0.87成熟油气沙三下亚段(古近系)2000~510050~4500.6~10.3Ⅰ、Ⅱ0.4~1.1成熟油气沙四上亚段(古近系)2000~545650~4000.6~16.7Ⅰ、Ⅱ0.4~1.45油裂解气济阳坳陷页岩与部分含油气页岩地球化学参数与美国同类参数对比表济阳坳陷泥页岩具备生成大量页岩油气的物质基础三、中石化非常规天然气增产改造技术--（一）页岩油气增产改造工艺技术1、页岩油气储层特征及潜力分析2、页岩可压性及裂缝扩展规律三、中石化非常规天然气增产改造技术--（一）页岩油气增产改造工艺技术评价页岩可压性及裂缝扩展规律的因素主要有两个：一个是脆性指数，另一个是应力各向异性。（1）岩石力学性质杨氏模量越高，泊松比越小，岩石脆性越大；脆性越大，越容易形成网状裂缝，而脆性越小，则形成网状裂缝的可能性越小。脆性指数BRIT：YM_BRIT=((YMS_C–1)/(8–1))*100PR_BRIT=((PR_C–0.4)/(0.15–0.4))*100BRIT=(YM_BRIT+PR_BRIT)/2罗69块脆性指数计算2、页岩可压性及裂缝扩展规律三、中石化非常规天然气增产改造技术--（一）页岩油气增产改造工艺技术Quartz石英Clay粘土Carbonate碳酸盐（2）矿物组成（3）油藏埋深硅质、钙质含量增加，脆性增强；油藏埋深变浅，脆性增加。三、中石化非常规天然气增产改造技术--（一）页岩油气增产改造工艺技术051015202529503000305031003150深度m应力各向异性%系列1罗69块水平应力各向异性计算通过计算罗69井应力各向异性5%-12%（2950-3050m）之间，3050-3150m在12%-18%之间。根据计算