• / 8
  • 下载费用:5 下载币  

页岩气开发集成技术研究

关 键 词:
页岩 开发 集成 技术研究
资源描述:
页岩气开发集成关键技术研究彭成勇 1 刘书杰 1 何保生 1 曹砚锋 1 张金庆 1(1. 中海油研究总院 北京 100027)摘 要:我国页岩气资源丰富,储量规模与美国相当。但是页岩气构造和储层复杂、埋藏相对深、含气丰度低、储层物性差,至今未实现商业开发。常规的勘探开发技术适应性差,页岩气开发技术研究起步晚,经验匮乏等因素,导致目前国内页岩气开发尚处于探索试验阶段。页岩气开发是一项系统工程。美国经过80 多年的技术攻关,已进入页岩气开发的快速发展阶段,形成了包括前期勘探寻找核心区;开发规划阶段控制风险技术;在项目执行阶段形成了以“井加工厂”等核心理念降低成本措施、水平井多级压裂重复压裂等关键等一套成熟的商业化开发集成技术。学习和研究美国页岩气开发集成关键技术,为加快开发国内页岩气指明技术研究方向和重点。关键词:页岩气;集成技术;核心区;成本控制;井加工厂;水平井压裂of e to of of of so we in of is a or 0 of a of at in to in in of 本为为中海油有限公司综合科研项目“海上低渗透油气田钻完井技术研究”和“海上三低油田开发技术评价研究” (编号:2009部分内容。作者简介:彭成勇,1981 年生,完井工程师,硕士研究生,现从事海上低渗油气田开发增产技术、页岩气开发技术、海上油田完井技术等方面的研究工作。地址:北京市东城区东直门外小街 6 号海油大厦1306 室。电话:010 言全球页岩气资源量为 012】 ,主要分布在北美、中亚、中国、拉美、中东、北非和前苏联。美国和加拿大是目前世界上页岩气最先开始勘探开发的国家。2009 年,美国页岩气产量达到 800 多亿方,与我国天然气年产量持平。页岩气快速勘探开发使美国天然气储量增加了 40%,预计 2010 年页岩气产量将占全美天然气产量的 15%以上。我国页岩气可采资源量相当丰富,国内外多个机构对中国页岩气资源进行了估算,国内主要盆地和地区页岩气资源量超过 35 万亿立方米,与美国 28.3 万亿立方米大致相当,经济价值巨大。如何唤醒“沉睡的”资源,缓解我国天然气用气紧张的局面具有举足轻重的意义【2】 -【6】 。表 1 中国页岩气资源量预测表 [7]年份 机构 范围 资源量(1012997 国 972001 亚和中国 992002 科罗拉多矿业大学(中国(主要地区) 15国石油勘探开发研究院廊坊分院 中国 351 页岩气开发开发集成技术目前,世界各国掀起了开发页岩气的高潮,但成功开发页岩气的国家并不多,仅美国和加拿大在这方面做了大量工作。其中,美国已进入页岩气开发的快速发展阶段,加拿大商业开采还处于起步阶段。除美国和加拿大外,澳大利亚、德国、法国、瑞典、波兰等国家也开始了页岩气的研究和勘探开发,参与的石油企业从 2005 年的 23 家发展到 2007 年的64 家。美国页岩气开发有 80 多年的历史,在政府和地方大力扶持下,探索出一套成熟的的页岩气开发集成技术,并在 2004 年后大规模商业化 [8]。页岩气开发集成技术包括:勘探评估定目标- 开发规划- 项目执行- 社会参与。国内已开始开展页岩气的勘探工作,并且发现储量规模庞大。如何成功将页岩气应用于商业化,还需加强系统集成关键技术的研究。表 2 页岩气集成开发数据统计阶 段 勘 探 评 估 试 验 开 发目 标 验证勘探 核心区、气场数据、潜力 验证核心区 全气田开发井 数 50+ 50 500 以上实 验 部分 大多数 全部 全部钻机数 1 10+地震解释 2D 2D 2D/3D 3岩气的勘探技术页岩气勘探是成功开发的基础。经过几十年的研究,美国在页岩气勘探技术上得到了重大突破,提出了理想开发页岩气的地质气藏标准,确定确定核心区方法,为经济、高效开发页岩气指明了方向。岩气成藏图根据美国成功开发的几十个页岩气田经验,页岩气田均存在一个共同特征:存在核心区、1 级扩展区和 2 级扩展区 [9]。核心区富集了最丰富的页岩气藏,是页岩气开发的主要对象;一级扩展区的页岩气开发收益略超过或接近经济门限,而 2 级扩展区开发成本可能高于成功开发经济门限。因此,核心区的开发直接影响着整个页岩气田的顺利投产。一一一一一一一一一 一一一一一一一一图 1 典型页岩气成藏分布图核心区与非核心(扩展区、成藏区)对单井产能影响严重。以美国 地为例,核心区的产能较 1 级扩展区累计采出量高出 60%,是二级扩展区的 3 倍。由此可见,在页岩气勘探阶段,其关键技术在于寻找、确定核心区。表 3 地 岩层各区气井产能对比盆地划分 面积() 初期产量(30 天)(累计产量/井 (心区 1548 254 122 核心区的确定通过大量试验和研究表明,确定核心区的因数主要包括以下八大因素:页岩层储量、储层净厚度,储层压力梯度和深度,总有机碳(,热成熟度(,基质孔隙度,天然裂缝,矿物组成等。开发页岩气还需要对其他因素进行研究,比如是否存在非烃类物质、含水饱和度、断层分布等 【10】- 【11】 。根据美国开发页岩气的成功经验,一般成功开发页岩气的理想条件是 【10】 : 净层段厚度 >45m 孔隙度 >4% 储层压力梯度 >总有机碳( %  热成熟度( 1% 复杂性 区域性沉积,结构复杂性低3 页岩气开发规划方案页岩气开发规划主要包括以下 5 个步骤:认识成藏组合、制定多套开发方案、确定最优开发方案、执行开发方案、管理运行优化。开发各个阶段需要减少不确定因素,加强对风险的控制。 开发初期阶段主要不确定因素主要包括:开发靶点是否在核心区、垂直井是否具有开发价值、核心区是否是最高天然气储量区、核心区是否存在多个产层、采用垂直井还是水平井开发、最佳水平井长度以及压裂作业间距。因此,为了降低开发风险,需要利用探井资料创建模型,并在评估阶段进行完善。开发中后期需要对各种不确定因素进行确定,完善预测模型。开发规划阶段还需要对经济进行综合评价,使开发价值最大化,主要包括:低产井的数量控制、井型与成本优化、井网井距的优化等问题。在钻井技术和增产技术获得突破后美国页岩气大规模商业化,在开发井型设计上由过去的直井变成水平井开发,大大提高了产能。目前水平井已作为最主要开发井型,但是各个气田情况不一,直井、水平井的选择还需要与经济、工艺等结合综合考虑。表 4 垂直井&水平井开发效果统计垂直井 水平井年代井数 井数 199015 00 001 6 04 1 1008 31 810 岩气钻完井技术参考美国页岩气开发的成功经验,得益于采用先进的钻井和完井技术,其主体技术:一是低成本高效钻井,二是高效增产完井技术,实现经济开发。页岩气钻井成本控制主要表现在以下几个方面:采用先进的 机提高效率;以 “井加工厂”钻井方式为核心理念;采用离线固井、低成本泥浆、高效测井效率等各环节节约成本。与常规钻机相比, 机主要的改进包括 :提高钻机的移运性能 ,钻机搬迁由 6d 缩短到2d;减少非钻井时间,接单根时间较常规钻机接单根节省 2/3 时间;利用稳定钻压,提高钻头寿命和机械钻速;提高钻机作业的安全性能, 2002 年新钻机的事故率比普通美国陆地钻机低78%【12 】 。“井加工厂”的核心理念与海洋平台钻井模式类似。首先对平台位置进行优化,结合地理位置、气藏靶点以及钻机性能,优化平台的数目和位置,减少土地占用面积、道路建设、运输成本等基础投资。在钻井过程中,利用平台多井集中优势,采用批量钻井技术,减少换钻具、钻头时间、换泥浆体系带来的额外成本等,尽可能降低钻井过程中的作业费用。图 2 “井加工厂”核心理念:批量钻井(1)一 开二 开 1 2 3 4 56图 3 “井加工厂”核心理念:批量钻井(2)美国页岩气田投产需要钻探大量生产井(超过 500 口) ,钻井成本的控制坚持以“勿以善小而不为” ,任何一个环节节约一小部分成本,在整个气田开发成本数额。比如泥浆体系从材料成本、废液处理成本上着手降低成本;固井、测井也采取各种方式节约成本。降低钻井成本是页岩气成功开发的关键,成本控制从点滴开始,使气田开发在保证安全的条件下降钻井成本降至最低。页岩气完井方式包括裸眼完井、割缝管完井(裸眼) 、管外封隔器+滑套完井、管外膨胀封隔器+衬管完井、下套管射孔完井等。其中以下套管射孔完井为主,其主要优势在于为更好地实现水力增产措施作基础。下套管射孔完井方式可控制水力压裂裂缝的起裂位置,保护井壁防失稳,并且有利于裂缝监测和诊断。5 页岩气增产技术页岩气储层渗透率低,不采用增产措施产量极低甚至没有产量。美国经过 20 多年的研究发现,水力压裂是目前开发页岩气最有效的措施。水力压裂技术经过直井单级压裂、直井多级压裂、水平井多级压裂、重复压裂等一系列技术改进,每一次技术的突破均带来丰硕成果 【13】 。页岩气藏由于岩石脆性好,储层含有大量微裂缝。实践证明,沟通储层微裂缝是开发页岩气的核心技术 【14】-【16】 。大量数据证明,水平井多段压裂作为开发页岩气最常规最有效的技术,产量较直井提高了几倍甚至几十倍。重复压裂的油井产量接近新井压裂产量,大大延续了页岩气井的生产寿命,节约了生产投资成本,提高了经济效益。水力压裂技术的突破,也离不开配套技术的发展。微地震技术的发展,给页岩气水力压裂照明了方向;页岩气压裂需要淡水资源规模庞大,单井用量在 1 万方以上 【10】 ,有序管理水资源是页岩气水力压裂一个重要环节。在缺水地区,还研究了甲醇压裂液、泡沫压裂液、稠化油压裂液、液化天然气压裂液等。正式各种增产技术的不断突破,才使页岩气的投产、稳产得到保障。6 认识和结论随着世界油气价格的上涨,以及国内经济高速发展导致对能源的迫切需求,加速研究开发国内丰富页岩气藏具有重要意义。美国页岩气开发经验告诉我们:勘探“核心区”是页岩气成功开发的基础;优化的开发规划是页岩气持续开发的动力;降低钻探成本是页岩气成功开发的关键;水力压裂增产措施则是页岩气成功开发的保障。国内页岩气开发还处于起步阶段,在学习美国开发页岩气成熟经验同时,还需加强对国内页岩储层特点的认识,并加强研究勘探、开发、钻完井等工程的关键技术,有机结合形成一套适合国内特色的页岩气开发集成技术,为环节国内能源需求,缓解常规资源紧缺压力做出贡献。参 考 文 献 [1] 张杭,谭云冬,世界页岩气资源潜力和开采现状及中国页岩气成展前景[J] ,当代石油石化,2009,17(3):92] 张金川,徐波,聂海宽等,中国页岩气资源勘探潜力[J] ,天然气工业,2008,28(6):1363] 李建忠,董大忠,陈更生等,中国页岩气资源前景与战略地位[J] ,天然气工业,2009,29(5):114] 聂海宽,唐玄,边瑞康,页岩气成藏控制因素及中国南方页岩气发育有利区预测[J] ,石油学报,2009,30(4):4845] 张金川,金之钧,袁明生,页岩气成藏机理和分布[J] ,天然气工业,2004,24(7):156] ] ,009,4:30[7] 宁宁,王红岩,雍洪等,中国非常规天然气资源基础与开发技术[J] ,天然气工业,2009,29(9):98] ] ,中国石油勘探,中国石油勘探 2009,3:299] . . . . of as ] ,2007,91(4):475[10] . ] ,中国石油勘探,2009, (3):511] 李新景,胡素云,程克明,北美裂缝性页岩气勘探开发的启示[J] ,石油勘探与开发,2007,34(4):39212] 王力耕,张伟,吕跃宾,美国新一代 地钻机[J] ,石油机械,2004,32(5):6113] . ] ,中国石油勘探,2009,3:6514] . ] ,中国石油勘探,415] in ] ,0051。[16] A se of ] ,15258。
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:页岩气开发集成技术研究
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-47176.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开