页岩气发展现状及中国石油下一步工作建议2

面积约5.7×104km2，非对称凹陷页岩气产层为上白垩统Lewis页岩Ro:1.6-1.88%,热成因气老井在Lewis页岩段重新完井部分区块常规气藏、与页岩气藏混合开采2008年页岩气产量约6亿方SanJuan盆地示意图（5）SanJuan盆地•新技术和价格等影响下新盆地开发速度远远大于Barnettshale2800万方/天566万方/天Arkoma盆地Fayettevilleshale开发特点•用4年达到2748万方/天产量，而Barnettshale用了22年，原因在于水平井和分段压裂技术•水平井技术和分段压裂技术大量使用为特征Fayetteville页岩与Barnett页岩生产情况对比•各大石油公司纷纷介入页岩气勘探开发。•2008年，欧洲公司参与美国页岩气开发，BP投资36亿美元、挪威国家石油投资33.8亿美元•近两年，美国新田、挪威石油、埃克森美孚和德文等公司积极寻求与中石油页岩气合作（三）世界其它国家页岩气发展现状加拿大已经在Montneyshale商业化生产，总体处于起步阶段加拿大西部沉积盆地页岩气资源量约24.4×1012m3（Datafrom：CanadianCentreforEnergyInformation）加拿大页岩气1998年底在Montneyshale(FortSt.John/DeepBasinRegion)开始商业化开采，2008年年产量超过9.5×108m3，主力产层为下三叠统（Datafrom：BritishColumbiaMinistryofEnergy）2005年以来的产量增长主要来自水平井开采技术B.C省的东北部HornRiverBasin正在试采，Alberta东南的Coloradoshale浅部和Saskatchewan西南部正在勘探,Quebec的Uticashale也开始试验HornRiverBasinMontneyShaleColoradaShaleUticashaleWindsorGroupShale生产公司：•EOGCanadaResourcesInc•ApacheCanadaLtd•EOGCanadaResourcesInc•EnCanaCorporation•NexenInc.•DevonARLCorporation•ArcEnergyTrust•Poland,Sweden,Austria等一些国家开始启动页岩气的研究和勘探工作•2009年，欧洲GASH联合研究项目启动，投资6百万欧元,为期6年欧洲页岩气开始启动研究与勘探波兰Baltic盆地Vienna盆地小结•世界范围内页岩气资源大，并在最近几年得到迅速开发•北美页岩气取得重大突破，减少了对LNG等项目的依赖•商业化生产的页岩气藏在地质方面有共性，也有独特性•市场、资源和技术进步是页岩气大面积开发的主要原因•水平井分段压裂技术广泛应用是页岩气得到快速发展的重要技术原因主要内容一、国外页岩气勘探开发现状二、页岩气的地质特点与适用技术1.页岩气藏的三大基本特征（一）页岩气基本特点美国福特沃斯盆地勘探成果图据RichardM.Pollastro等，2007特征之一：大面积连续气藏气藏面积15500km2热成因型页岩气藏致密砂岩气藏几十公里转换带岩性气藏构造油藏构造气藏页岩油藏煤层气生油窗生气窗生物成因型页岩气藏油气藏分布示意图特征之二：三种赋存状态气产量年水水产量年3、有水负下降曲线1、水升气降生产曲线•页岩气典型的生产曲线受控于页岩气赋存状态气气2、无水气降生产曲线0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%阿巴拉契亚Ohio页岩密执安Antrim页岩伊利诺斯NewAlbany页岩富特沃斯Barnett页岩圣胡安Lewis页岩溶解气含量游离气含量吸附气含量0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%阿巴拉契亚Ohio页岩密执安Antrim页岩伊利诺斯NewAlbany页岩富特沃斯Barnett页岩圣胡安Lewis页岩溶解气含量游离气含量吸附气含量阿巴拉契亚Ohio页岩密执安Antrim页岩伊利诺斯NewAlbany页岩富特沃斯Barnett页岩圣胡安Lewis页岩吸附态：吸干酪根、粘土矿物内表面溶解态：溶解在有机质内和地层水内游离态：以游离态存在于裂隙内•页岩气存在三种赋存状态特征之三：三种成因气源成因有三：生物成因、热成因或二者混合成因，以热成因为主热成因气的形成有三个途径•干酪根分解直接成气体和沥青•沥青分解成油和气体（初次裂解）•原油分解成气体和高含碳量的焦炭或者沥青残余物（二次裂解）混合成因气有机质生物成因气气源：干酪根沥青裂解油裂解生物成因干酪根热成因气热成因气生物降解生物作用二次裂解有机质干酪根沥青焦沥青原油WillistonBasinUinta-PiceanceBasinSanJoaquinBasinSantaMariaBasinSanJuanBasinParadoxBasinDenverBasinFortWorthBasinAnadarkoBasinMichiganBasinAppalachianBasinIllinosBasinOhioShaleNewAlbanyShaleAntrimShaleLewisShaleTucaloosaShaleProductivegasshalebasinsOthershalebasinsGasproductionareasOilproductionareasBarnettShaleBendShaleWoodfordShaleFayettevillShaleTrenton-BlacRiver&UtiaShaleArkomaBasin生物成因：Michigan盆地Antrim页岩气藏热成因型：FortWorth盆地Barnett页岩气藏，Arkoma盆地的Woodford页岩气藏混合成因：Illinois盆地NewAlbany页岩气藏美国主要盆地页岩气成因热成因气起到决定性作用美国目前获得商业性气产量的开发深度一般小于3000m，过深一目前的开采技术成本过高，不具有经济价值绝大部分页岩气井分布在盆地斜坡或盆地中心部位，构造相对稳定（1）埋深小于3000米，构造相对稳定2.有利页岩气成藏五大地质条件较大的页岩单层厚度有利于提高页岩气的资源丰度有利于页岩气水平井压裂改造（2）页岩单层厚度大于50m50m较大TOC含量可以提高单位体积源岩生气量提高对天然气的吸附能力，原地保存更多的天然气量（3）有机碳含量（TOC）在2%以上参数BarnettOhioAntrimNewAlbanyLewis密西西比系泥盆系泥盆系泥盆系白垩系深度（m）1950~2550600~1500180~720180~1470900~1800有效厚度（m）15~619~3021~3715~3061~91TOC（%）4.50~4.70.3~241~250.45~3.5Ro（%）1.0~1.90.4~1.30.4~0.60.4~1.01.6~1.88石英含量（%）38-5535-4726-5026-5822-52吸附气（%）20507040~6060~85含气量（m3/t岩石）8.5~9.91.7~2.81.1~2.81.1~2.30.4~1.3储量丰度（108m3/km2）3.28~4.370.55~1.090.66~1.640.77~1.090.87~5.47所属盆地FortWorthAppalachianMichiganIllinoisSanJuan美国页岩气产量主要来自热成因气，占85%以上，最大的页岩气田Barnettshale每年366亿方的页岩气全部为热成因气绝大部分Barnett页岩气井分布在Ro≥1.1％的范围内（4）成熟度：Ro1.4%～3.0%最有利的范围Ro1.1%美国典型页岩气盆地页岩矿物组成•脆性矿物（石英、斜长石）的富集有利于产生微裂缝（天然或诱导裂缝）（5）硅质含量35%，易于形成微裂缝（五）页岩气开发技术页岩气藏特点：吸附气与游离气并存，储层分布广泛、单层厚度大、含气量低和渗透率极低等特征。关键技术：地质选区、致密岩心测试、水平井钻完井、增产改造和经济评价技术。页岩气关键技术地质选区致密岩心测试井网、水平井钻完井增产改造开发模式、经济评价美国不同页岩气储层岩心页岩气选区主要参数指标TOC含量平均大于2%Ro在1.4-3.0%埋深小于3500米单层厚度大于50米硅质含量大于35%渗透率大于0.0001md1.地质选区技术页岩气地质选区技术较为复杂，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。（二）页岩气开发技术测试技术主要有三项：高精度含气量测试技术页岩微观孔隙评价技术脉冲式低渗透岩石渗透率测试技术页岩岩心室内评价具有两个难点：岩心致密（最低可达10－9md），含气量、渗透率测定困难硅质含量高（35％），易破碎、制样难度大廊坊分院研制2.岩心测试技术快速解吸法采集岩心样品，自然解吸确定损失气量，然后快速破碎，气体快速解吸。页岩气常规解吸3个月，快速解吸仅需2-3天。二次取心测试法在岩心中钻取标准尺寸的岩心柱，放入特制的解吸罐中进行解吸。该方法可减少游离气的损失，二次取心测试解吸气量比常规测试高25%。页岩气快速解吸测试0204060801001201400123456解吸气体积/cm3时间的0.5次方/h0.5常规测试二次取心测试0204060801001201400123456解吸气体积/cm3时间的0.5次方/h0.5常规测试二次取心测试0204060801001201400123456解吸气体积/cm3时间的0.5次方/h0.5常规测试二次取心测试二次取心含气量测试第一项高精度含气量测试技术第二项页岩微观孔隙评价技术照片中的总孔隙度3.5%更高碳含量中的纳米孔隙更高碳含量中的纳米孔隙SE5µmBlakelyWell,2,167.4mRobReed,BEG,2007表面经氩离子抛光后的SEM照片氩离子抛光原理图粒间孔(ΦIG)与干酪根粒内孔(ΦK)孔隙度3.5%利用氩离子光束抛光页岩岩石样品表面，通过扫描电镜、薄片岩相鉴定仪和X-衍射仪的分析，可以定量观察微孔隙结构，确定孔隙度，分析矿物成分。表面未经处理的SEM照片页岩渗透率最低可达10-9md，用常规方法难以准确测定。切萨皮克公司用脉冲式岩石渗透率测试方法：测试速度快，仅需10分钟，测试范围可达10-3-10-9md。廊坊分院开发的改进稳态法渗透率测试下限可达10-7md，测试时间1小时。第三项脉冲式岩石渗透率测试技术页岩渗透率测试常规完井难以实现页岩气经济有效开发，水平井技术是开发页岩气藏的关键技术（1）水平井布井采用三维地震资料进行水平井井位优化部署，设计井眼轨迹及方位（2）水平井钻井3.水平井钻完井技术首先钻直井用于资料采集，然后在原直井段套管开窗侧钻水平井。水平井方位：垂直于最大主应力方向。长井段完井，尽可能沟通天然裂缝，获得更大泄流面积。从2006年以来，美国页岩气开发广泛采用水平井钻井技术，储层段水平位移一般在1500m左右。钻井成本是直井的2-3倍，产量10-15倍。（3）水平井固井生产套管采用低密度高强度水泥固井，尽量减少对储层的伤害。（4）水平井射孔长井段多簇射孔：射孔段长100-300m，每段4-12簇，每簇间隔20-30m射孔参数：孔密20孔/m，相位角60°或180°(垂直方向)据切萨皮克公司，2009水平井完井示意图射孔簇桥塞据切萨皮克公司，2009水平井完井示意图射孔簇桥塞可钻式桥塞分段压裂技术多级滑套封隔器分段压裂技术水力喷砂分段压裂技术多井同步压裂技术4.水平井分段压裂技术技术特点可钻式桥塞封隔逐段射孔、逐段压裂、逐段座封压后连续油管一次钻除桥塞并排液适用范围：适用于多种套管尺寸（3.5″/4.5″/5.5″/7″)关键技术耐温177°C)耐压差69MPa（1）