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页岩气开采_图文

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页岩 开采 图文
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页岩气开采(基础)主要内容• 一、基本概念• 二、国内外开采现状• 三、我国的主要含气层• 四、页岩气藏的储量计算方法• 五、页岩气藏的勘探方法• 六、页岩气井的测井技术• 七、页岩气综合评价技术一、基本概念• 1、页岩( 土矿物、有机质等组成的具有纹层与页理构造的沉积岩。• 2、页岩气:主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中、以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气聚集。常见的页岩• 常见的页岩有:黑色页岩、碳质页岩、油页岩、硅质页岩、铁质页岩、钙质页岩、砂质页岩等。页岩气的特点• ( 1)岩性多为富含有机质的暗色和黑色页岩、高碳页岩及含沥青质页岩,总体上表现为暗色页岩类与浅色粉砂岩类的薄互层。• ( 2)岩石组成一般为 30%—50%的黏土矿物, 15%—25%的粉砂质和2%—25%的的有机质。• ( 3)页岩气主要来源于生物作用或热成熟裂解作用。• ( 4)总有机质含量一般不小于 2%,镜质体反射率介于 %之间。• ( 5)页岩本身既是气源层又是储气层。• ( 6)页岩孔隙度一般小于 10%,而含气的有效孔隙度一般只有 1%—5%,渗透率随裂隙的发育程度不同而有较大的变化。• ( 7)页岩具有广泛的饱含气性,天然气的赋存状态多变,以吸附态或游离态为主,吸附状态天然气的含量在 20%—85%之间变化,一般为 50%左右,溶解态仅有少量存在。• ( 8)页岩气成藏具有隐蔽性特点,可以不需要常规圈闭存在,但当裂缝在其中发育时,有助于游离相天然气的富集和自然产能的提高。• ( 9)当页岩中发育的裂隙达到一定数量和规模时,构成天然气勘探的有利目标。• 什么是干酪根?• 石油及天然气来源于沉积有机质。对生成石油及天然气的原始物质而言,以沉积物(岩)中的分散有机质为主。沉积物(岩)中的沉积有机质经历了复杂的生物化学及化学变化,通过腐泥化及腐殖化过程形成干酪根,成为生成大量石油及天然气的先躯。干酪根( 词最初被用来描述苏格兰油页岩中的有机质,它经蒸馏后能产出似蜡质的粘稠石油。现在为人们所普遍接受的概念是:干酪根是沉积岩中不溶于一般有机溶剂的沉积有机质。与其相对应,岩石中可溶于有机溶剂的部分,称为沥青。干酪根是沉积有机质的主体,约占总有机质的 80%研究认为 80%以上的石油烃是由干酪根转化而成。干酪根的成分和结构复杂,是一种高分子聚合物,没有固定的结构表达式。二、国内外开采现状• 页岩气的勘探开发研究最早始于美国,在美国,天然气生产缓解了石油不足的巨大冲击,其中,连续增长的页岩气产量起到了不可低估的作用。美国页岩气年产量的迅速增加进一步减缓了其国内能源需求的压力。 2008年,其石油对外依存度自 1977年以来首次出现下降。 2009年,美国页岩气产量首度超过煤层气。美国 2009年页岩气年总产量超过 900× 108美国天然气年总产量的 13%,页岩气开采技术的进步使美国的天然气探明储量增加了40%。同时,为了减缓对俄罗斯天然气的以来,西欧国家也积极地开展页岩气地质研究,希望借此改变世界的能源、经济以及政治格局。 2010年,美国的页岩气产量达到了 1379× 108占美国天然气总产量的 23%。预计到 2015年,美国页岩气产量将达到 2803× 108 中国的页岩气资源潜力巨大,据学者估算,中国页岩气的技术可采量约为 26× 1012美国的 28× 1012理论上来讲,当中国的页岩气勘探开发达到美国现有程度时,也能获得与美国目前相近的产量。但中国页岩气成藏条件复杂,除了有与美国相似的南方扬子地区下古生界、塔里木盆地下古生界海相页岩外,在河西走廊、鄂尔多斯盆地、松辽盆地还广泛发育了具有中国地质特色的海陆过渡相及陆相富有机质页岩。• 贵州省位于中国西南的东南部,介于东经 103°36′5′、北纬 24°37′3′之间,总面积为 176167平方千米,地质构造处于扬子板块中西部,范围包括黔中隆起及其周缘的黔北 南坳陷、黔西南坳陷等地区,区内广泛发育海相沉积,是我国主要的海相沉积区 , 沉积巨厚 , 自震旦系至第四系近 20000m 余 , 古生界和三叠系海相地层非常发育 , 沉积类型多种多样 , 油气显示丰富 ,具有各自不同的生油性能和储盖组合,同时具备形成对保存条件要求相对不高的页岩气藏的物质基础和条件。据 2005年油气资源评价结果 , 该区天然气资源量为 11 000× 108钻采油砂资源量为 108t。• 毕节市位于贵州省黔北地区,区域内下寒武统牛蹄塘组黑色页岩有效厚度 50大厚度达 400m,有机碳含量平均 39块),最大达 下志留统龙马溪组黑色页岩有效厚度 50大厚度达 436m,有机碳含量平均 14块),最大达 综合分析认为研究区下寒武统牛蹄塘组页岩的生烃条件好 , 资源量巨大 ,该区油气勘探始于上世纪 50年代, 60~ 80年代在黔中隆起北缘大方、金沙安底、黔西梨子冲等钻中深井 4口,未见好的油气显示,只在方深 1井井段 世纪初钻探丁山 1井,在自留系龙马溪组页岩中见多处异常。• 贵州省已自筹资金 全国率先实施了省级页岩气调查评价,并与国土资源部签订全国唯一的部省合作共同推进页岩气勘查开发合作协议。据调查,贵州省页岩气资源主要分布在牛蹄塘组等 6套地层 26个有利区中。根据调查资料圈算,贵州省页岩气地质资源量为 采资源量约 名上升到全国第三。• 2012年底,国土资源部在全国范围进行第二批页岩气勘查区块的招标,贵州省 5个区块分别中标,在 3年探矿有效期内共计将投入勘查资金 前,各企业工作重心已向贵州省转移,其中中石油已决定在毕节、黔南再布设 3至 4口调查井。• 依靠在页岩气资源方面得天独厚的优势,贵州省将设置 “两区三井 ”,即建设两个总面积超过 1万平方公里的示范区,布置 3口压裂试验井。力争在 2014年获得工业气流,在 2016年建成包括开采井、输气管网、终端使用在内的页岩气开发实验综合基地。• 2013年 7月由贵州省政府、中国科协主办的第三届高端装备制造与高技术产业国际合作推进会在贵阳开幕,海内外科技专家、企业家等 500余人出席会议。猕猴桃产业、贵州页岩气开采、节省燃料 20%的发动机等项目受到关注。• 美国 “油气王 ”:助力贵州页岩气开采• 毕尔 ·古温是美国有名的美国 “油气王 ”,这位美国田纳西油气开发股份公司的总裁,同时还是中国科协 “海智计划 ”团队成员,他在接受记者专访时明确表示:将在技术方面助力贵州页岩气开采,尽快让贵州页岩气 “破土而出 ”。• 毕尔 ·古温说,贵州页岩气已经探明储量超过 10万亿立方米,占了全中国的四分之一,但贵州地质结构复杂,按其了解,贵州铜仁、黔南、黔东南、毕节等地都有页岩气,这些地区的地质结构都复杂,有褶皱、断裂等诸多复杂的因素,与美国的平坦结构相差很大。• 毕尔 ·古温举例说,在美国打一个孔,可能只要 30万元,但在贵州可能就要 100万元,这是成本方面,关键是美国页岩气孔的出气率可以达到 87%,在贵州可能没有这么高,因此,研究适合贵州的页岩气开采新技术十分必要,他们会用美国成功的开采经验钻研贵州页岩气开采新技术,提高贵州页岩气出气率,同时尽最大努力降低开采成本。• 今年,毕尔 ·古温的团队正在铜仁就当地页岩气进行实地勘探、井位勘探、经济核算。三、我国的主要含气地层• 中国的地质特征复杂,在漫长的地质史上形成了海相、海陆过渡以及陆相三种页岩类型,不同沉积环境形成的有机质的类型不同,中国古生代时期形成了分布广泛、厚度巨大,且以 Ⅰ 、 Ⅱ 型干酪根为主的的海相黑色页岩层系。海相黑色页岩主要形成于沉积速率快、地质条件较为封闭、有机质供给丰富的台地或陆棚环境中。下寒武统、上奥陶统 二叠统、上二叠统等为代表的八套黑色页岩,是我国页岩气勘探的主要层系。另外,在河西走廊、鄂尔多斯盆地、松辽盆地有广泛发育的海陆过渡相及陆相页岩,是我国页岩气发育的特殊类型,也是我国页岩气勘探的重点区域。四、页岩气藏储量的计算方法• 页岩气藏原始储量是确定开发规模和开发设计所必须的参数。由于页岩气藏是一种非常规气藏,其特殊性导致其储量计算方法有别于常规气藏。页岩气藏原始储量的计算方法有静态法(容积法)和动态法(包括物质平衡法等)。• 1、静态法• 静态法也称为容积法,计算储量的一般公式是• G= 1)• 式中: m;• Φ为有效孔隙度, %;• %;• 如果考虑到开发过程中吸附气和游离气存在动态平衡,并且这种平衡与气藏压力密切相关,那么在评价时加入压力因素会使评价结果更接近实际值• b·P·K· 2)• 式中: g;• 页岩气藏中的大量的天然气是以吸附态吸附在有机质或者固体颗粒表面,为了完整的计算页岩气的储量,还应加上储层中的吸附气的含量:• 3)• 式中: 108ρt/m3/t。• 利用( 1)和( 3)便可由静态法计算出页岩气藏的原始地质储量。该方法计算的关键是确定游离气的有效孔隙度、含气饱和度以及基质吸附气含量。在实际使用中,对有效孔隙的估算存在许多人为因素的影响,其估算量往往要大于实际生产量,比较适合开发设计前的储量预测。• 2、动态法计算地质储量• 动态法是利用气藏压力、产量等随时间变化的生产动态资料计算得到动态储量,用来对原始静态储量进行检验,常用的方法有物质平衡法、压力 /累计产量法、递减曲线分析法等。• 这里给大家介绍物质平衡法:• 物质平衡方程是一种用来确定常规气藏原始天然气储量和生产动态的基本方法,常规天然气藏的物质平衡方程为:• ( 4)• 上述为 降法)的基本推导过程和储量计算步骤,后来 此提出了更为简便的线性化方程,在实际应用压降法时,往往面临平均地层压力缺乏,或平均地层测取不准确的问题。• 3、最终可采储量的计算方法五、页岩气的地质勘探• 1、浅层地震技术• 主要是利用浅层地震资料描述分析地层的沉积环境,确定构造背景、岩性及其分布。• 具有工业开发价值的页岩气聚集一般的埋深在 3000过 3000勘探开发初期一般不予考虑。2、三维地震技术• 三维地震是一种面积地震勘探方法。• 三维地震是页岩气早期开发中最常见的手段,三维地震数据常用来鉴别断层和尖灭等异常构造带,从而认识复杂构造、储层非均质性、应力情况以及裂缝发育带,以提高探井(或开发井)的成功率。00三维地震勘探钻机• 还可利用数度分析来预测含气层的深度、潜在的压裂液漏失层以及含水层的渗透率,甚至可以预测诱导裂缝的倾向。• 采用三维地震技术,能够将页岩钻井扩展到那些一直被误认为没有产能、含水且位于页岩下方的喀斯特白云岩区域。• 地震波在致密岩石中传播的波长是一定的,若其传播速度大,则频率也高,如果地层中发育裂缝,地震波速度会降低,频率也会明显下降。当页岩中发育裂缝,尤其是裂缝中充满天然气时,地震波频率就会降低很多,从而与不发育裂缝的层段形成差异。致密泥岩中如果大量发育裂缝,则地震波频率最多可降低 15%。六、页岩气测井技术• 页岩气井测井评价技术是页岩气开发时常用的技术之一,主要应用于各种裂缝、孔洞以及黄铁矿等的识别,储层有效性的评价,页岩储层的裂缝参数、孔隙度、渗透率、含气饱和度的计算以及矿物成分等物性参数的计算。利用测井资料可以计算地层总有机质含量、游离气和吸附气含量,地质储量等参数。• 页岩气井测井评价的内容主要包括气层、裂缝、岩性的定性与定量识别。与普通页岩相比,含气页岩具有自然伽马强度高,电阻率大,地层体积质量小以及光电效应低等特征。• 1、页岩气井测井评价技术• 识别非常规天然气的常规测井方法主要包括自然伽马测井、井径测井、声波时差测井、中子密度测井、地层密度测井、岩性密度测井、电阻率测井等。通过测井解释资料可以定量分析储集层的岩性,确定储集层的基本评价参数,包括孔隙度、渗透率、含气饱和度、含水饱和度、束缚水饱和度、储集层厚度等。• ( 1) 自然伽马测井• 页岩气层的自然伽马值通常显示高值。• 原因:①页岩中泥质含量高,伽马放射性强;• ②某些有机质中含有高放射性物质,一般泥页岩在地层中的伽马值显示高值(>100相比之下,砂岩和煤层显示低值。• ( 2) 井径测井• 砂岩显示缩径,泥页岩一般为扩径。• ( 3) 声波时差测井• 页岩储气层声波时差值显示高值,页岩比泥岩致密,孔隙度小,声波时差介于泥岩和砂岩之间,遇到裂缝气层有周波跳反应,或者曲线突然拔高。页岩有机质含量增加时,其声波时差增大;若声波值偏小,则说明有机质丰度低。• ( 4) 中子密度测井• 页岩气储集层中子测井值为高值。中子测井值反映的是岩层中的含氢量。含氢物质一般为水、石油、结晶水和含水砂,即中子密度测井反映的是地层孔隙度。• ( 5) 地层密度测井• 地层密度值实际上是指地层的电子密度,地层的电子密度相当于地层的体积质量。页岩密度为低值,比砂岩和碳酸岩地层密度测井值低,但是比煤层和硬石膏地层密度值要高出许多。有机质和烃 (气体含量的增加会使地层密度值更低,若存在裂缝,也会使地层密度测井值降低。• ( 6) 岩性密度测井• 岩性密度测井可以应用于识别页岩黏土矿物类型,页岩矿物组成的变化将导致单位体积页岩岩性密度测井值发生变化。• ( 7) 电阻率测井• 页岩深浅探测电阻率均显示低值,但在有机质丰度高的地层中,电阻率测井值为高值。• 2、页岩测井评价评价配套技术• ( 1)总有机碳含量、有机质成熟度指标计算• 干酪根多是在放射性元素铀含量比较高的还原环境中形成的,因而使自然伽马曲线出现高值,通过自然伽马测井,测得自然伽马能谱,进而分析钾、铀、钍等主要元素的丰度,可以确定总有机碳的含量。• ( 2) 页岩孔隙、裂缝参数评价• 根据补偿声波、长源距声波、补偿中子以及体积质量来评价孔隙度。可依据 英、长石、云母)模型由 而计算含气页岩的孔隙度。微电阻率扫描成像测井和核磁共振测井对天然缝、诱导缝、以及断层等都有良好的分辨能力。压裂后可采用井温测井、同位素测井或交叉偶极横波测井来识别和评价裂缝的高度和长度。• ( 3) 页岩储层含气饱和度估算• 可利用双侧向测井、感应测井、核磁共振测井等来估算含气饱和度。另外还可根据等温吸附曲线和测井得到的地层温度和压力来计算地层的吸附气含量,在精确获得黏土矿物含量及其类型和地层孔隙度的基础上计算游离气饱和度。• ( 4) 页岩渗透性评价• 可利用自然电位、自然伽马能谱、微电极、核磁共振测井等进行渗透性评价。• ( 5) 页岩岩矿组成测定• 、硫、铁、钛、钆、氯、钡和氢的含量,可以获得准确的地层成分评价结果。• ( 6) 页岩岩石力学参数计算• 根据声波扫描测井、中子密度测井、成像测井来综合计算岩石弹性参数,确定地层应力和最大主应力方位。• 3、随钻测井技术• 随钻测井就是在钻进作业的同时,通过测井设备实时测取地质参数,并绘制出各种类型的测井曲线。由于是实时测量,地层暴露的时间短,因此,测井曲线是在地层液体有轻微侵入甚至没有侵入的情况下获得的,与电缆测井相比更接近地层的真实情况。• 成像测井技术 ——是随钻测井技术的重要发展方向。• 成像测井是根据钻孔中地球物理场的观测,对井壁和井周物体进行物理参数成像的方法。根据成像的位置,成像测井技术可以分为井壁成像,井边成像和井间成像。井壁成像测井在技术上最成熟,包括井壁声波成像和地层微电阻率扫描成像;井边成像主要是电阻率成像,所用的方法为方位侧向测井和阵列感应测井;井间成像包括声波、电磁波和电阻率成像。七、页岩气综合评价技术• 1、页岩气地质评价技术• 页岩气地质评价是在看他过程中对页岩储层的关键地质参数、储层特征、资源储量进行评价,以确定页岩的可开发特征。页岩气地质评价涉及页岩气地质学的所有内容,必须对控制页岩气赋存的地质因素和储层进行系统地描述,并对页岩气的资源量进行估算。• 1)页岩气基础地质评价• 页岩气基础地质评价主要是了解页岩储层形成的地质背景以及储层的基本特征,主要包括:沉积、构造、地球化学特征(主控因素)、地貌。• 页岩层地球化学特征包括有机碳含量、干酪根类型、热演化程度。研究目的是确定页岩的纯厚度和吸附甲烷的能力,并选择有机质含量高,有效厚度大、成熟度适中的页岩层作为开发的目的层,为页岩气勘探开发提供依据。• 2)页岩储层评价• 通过一系列参数对储层进行定性和定量的描述,查明页岩储层的空间展布特征、含气性特征、天然气赋存及产出状态、经济性条件等,为页岩气的勘探开发提供充分的依据。页岩气有利区优选• 商业性页岩气的开采区必须具备四个基本地质条件:①页岩的有机质含量必须达到一定的热演化程度;②必须有足够多的气体保存在页岩层中,即页岩的含气量要达到一定的开采界限;③单井产气量必须达到一定的工业性开采价值;④开采出来的天然气的价值足以弥补开采成本,即具有一定的经济效益。• 美国相关标准:主要页岩气层 机碳含量 )一般大于 2%,最好的在 上。 上,主要页岩气层的 岩的成熟度)为 包括处于 气高峰阶段的页岩气层,上处于生气高峰后的页岩气层。富有有机质页岩的厚度要达到一定的数值,一般在 15域上连续稳定分布, 0求有一定的保存条件,盆地中心区域或构造斜坡区为有利区。页岩含有脆性矿物和微裂缝发育,其中石英、方解石、长石等矿物的含量为 30%—40%。这样的页岩在大面积区域富集和连续分布时,气藏面积与有效气源岩面积相当,因此资源量非常巨大,可能是常规油气资源的 2~3倍或更多。• 谢谢!
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