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页岩气资源调查方法技术-张春贺

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页岩 资源 调查 方法 技术 张春贺
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页岩气资源调查主要技术方法国土资源部油气资源战略研究中心二〇一二年八月汇报人:张春贺提 纲1. 国外成功经验回顾2. 页岩气调查方法技术3. 地震勘探技术4. 非地震勘探技术5. 钻井、储层改造技术6. 测井技术7. 页岩气调查方法技术规程(初稿)8. 成果与认识提 纲1. 国外成功经验回顾2. 页岩气调查方法技术3. 地震勘探技术4. 非地震勘探技术5. 钻井、储层改造技术6. 测井技术7. 页岩气调查方法技术规程(初稿)8. 成果与认识1 国外成功经验回顾—— 美国页岩气产业取得成功关键• 回顾美国页岩气产业从起步到形成、发展的过程,除了得益于自身得天独厚的自然资源条件、成熟市场经济环境外,适用于页岩气勘探开发关键技术的不断进步和突破,是助推美国页岩气产业形成的核心动力之一。—— 直接推动美国页岩气产业形成的两大技术体系• 地球物理勘探技术体系• 水平井钻完井、开发体系—— 这两大技术体系相互发展下,不断促进,造就了美国页岩气产业的成功形成与发展,改变了世界能源结构的格局。1 国外成功经验回顾—— 我国页岩气资源调查现状• 从目前国内外研究工作已经取得的成果可以看到,我国页岩气资源成藏规律与美国页岩气的成藏特点,有许多相似之处,这表明我国的页岩气资源勘探前景十分看好。• 我国近几年来虽然在页岩气资源勘探方面取得了一些进展,但总体上仍处于起步阶段,目前尚无成功的页岩气勘探开发实例。• 我国在针对页岩气资源调查方面,所采用的评价技术及标准、对储层特征认识、地球物理勘探技术应用、储层改造技术、商业化开发等方面,还面临多项技术难题亟待解决。2 页岩气调查方法技术1. 地震勘探技术2. 非地震勘探技术3. 钻井、储层改造技术4. 测井技术提 纲1. 页岩气资源概况2. 页岩气调查方法技术3. 地震勘探技术4. 非地震勘探技术5. 钻井、储层改造技术6. 测井技术7. 页岩气调查方法技术规程(初稿)8. 成果与认识• 页岩岩石物理性质• 页岩岩石物理模型 /反演• 地震勘探条件与页岩气藏模型对应关系• 国内外页岩气地震地质条件对比• 页岩气地震勘探资料常规处理解释方法• 页岩几何体属性分析技术应用• 国内外页岩气地震勘探技术存在的主要差距3 地震勘探技术——1986年提出了页岩的弱各向异性特征,弱各向异性是指 ε和 γ的值均小于 10%。——但是长期的研究结果表明,绝大多数页岩的 ε和 γ的值大于 10%,页岩具有强各项异性介质。岩芯 方位角 岩岩石物理性质直轴对称的横向各项同性地震地质模型,是地下处于近水平状态或倾角较小的页岩的一种近似,近水平的层面是页岩层理面的简单等效。平轴对称的横向各项同性地震地质模型,是地下处于大倾角的或近垂直状态下的页岩的一种近似,模型中近垂直的层面是页岩层理面的简单等效。岩岩石物理性质地震属性 页岩特征 辅助数据缝发育情况 开裂比:油气藏3力场土含量、 气丰度泊松比 硅质含量 水力压裂弹性参数 密度、 气丰度裂比:油气藏地震采集测井资料裂缝密度:应力场黏土含量、 油气丰度泊松比 硅质含量 水力压裂弹性参数 密度、 岩岩石物理模型 /反演序号 油藏特征常规气藏 (页岩气)连续气藏油藏特征 地震勘探条件 油藏特征 地震勘探条件1 气藏面积 /厚度 小面积 /不同 一般 大面积 /厚 有利2 气藏边界 界限明显 有利 无明显界限 不利3 气藏概念 小范围整装 丰度高 有利 大范围聚集 丰度低 不利4 圈闭条件 圈闭明显 有利 圈闭不明显 不利5 油气水界面 有明确界限 有利 无明确界限 不利6 烃类运移机制 依靠水浮力 依靠压力7 气藏压力 异常压力 有利 异常压力 有利8 资源量 大 巨大9 富集高产区 整装富集 有利 甜点富集 一般10 储层物性 高孔高渗 有利 低孔低渗 不利11 储层空间 孔隙为主 有利 小尺度自然裂隙 一般12 烃源岩 同单元 有利 相同单元 一般13 产水情况 不产 页岩气不产14 气藏边界区产水情况 产水 渗透水15 勘探开发成功率 一般 一般 高 有利16 单井储量 高 有利 低 内外页岩气地震地质条件对比工区及目的层 类型道 /炮距(米)面元(米) 纵横比 覆盖次数排列长度(米)目的层埋深(米)激发方式中国四川南部龙马溪组 二维 20/100 45 4490 10000/80 60 4800 10000/60 30× 30 4 3810 1000维 66/66 33× 33 1 20 3600三维、三分量阿科马盆地 岩 宽方位、三维 >方位、三维 >方位、三维 1加拿大不列颠哥伦比亚省东北部 方位、三维 >方位角三维、小点距二维、三维三分量为主;国内:大道距二维普查阶段。岩气地震勘探资料常规处理解释方法国内:主要的处理步骤是叠前去噪、静校正、精细速度分析。目标:获得富有机质页岩储层的埋深、厚度、构造展布、断裂发育情况。与常规油气勘探地震处理解释流程基本相同。国外:通过宽方位三维地震数据的速度各项异性来检测储层裂缝的分布情况。目标: 基于 向异性时间偏移成像,对储层的脆性、塑性进行描述,划分出“甜点”。岩几何体属性分析技术应用随着宽方位三维地震勘探技术在页岩气勘探中的广泛应用,几何体属性分析技术,在描述储层构造特征、断裂系统分布状况、地层沉积特征等方面已经发挥出重要的作用。相干;曲率;蚂蚁追踪;方差体;三维可视化。据统计,仅 CGGVeritas公司 在北美地区应用地球物理技术就完成了40 多个页岩气勘探项目,面积超过 18000 平方千米,已经形成了一个庞大的地球物理基础数据库。其中, 2009~2011 年间, CGGVeritas 公司分别在 Haynesville、Marcellus 二个地区完成 4700 、8500 平方千米三维地震勘探,钻井成果显示获得了很好的成效。充分显示出地球物理技术已经成为页岩气勘探开发中寻找“甜点”必不可少的技术手段。国内,在富有机质页岩勘探方面还处于起步阶段;相关基础理论研究积累较为薄弱;地表、地下地震地质条件都远较美国复杂;实现真正意义上的页岩气地震勘探,还需要经历一个实践、探索的过程。内外页岩气地震勘探技术存在的主要差距提 纲1. 国外成功经验回顾2. 页岩气调查方法技术3. 地震勘探技术4. 非地震勘探技术5. 钻井、储层改造技术6. 测井技术7. 页岩气调查方法技术规程(初稿)8. 成果与认识• 国外非地震勘探• 国内非地震勘探• 勘探数值模拟• 勘探试验• 勘探试验效果分析4 外非地震勘探(德国联邦科学和自然资源研究院 )奥陶系明矾页岩与 8到 11千米深的良导体存在 相关性月 , 波兰中部和北部都发现页岩气资源 。下蔡希斯坦统 ( 上二叠统 ) 蒸发岩 的强反射屏蔽了地震能量 , 蒸发岩对电磁波没有屏蔽作用 。波兰的 外非地震勘探勘探试验区位于四川盆地南部 , 目的层龙马溪组主要为黑色碳质页岩 、 灰黑色钙质页岩夹泥灰岩透镜体沉积组合的深水陆棚沉积环境 , 有机质丰富 。内非地震勘探起始于长宁县龙头镇北部,经兴文县,止于叙永县江门镇起于高县罗场镇,向南经筠连县双腾 沐爱镇,止于落木柔镇起始于叙永县分水镇西部,经两河镇 摩尼镇,止于古蔺县双沙镇• 三条采样线路• 76个采样处• 29个地层组• 共采集岩石标本 997块• 其中页岩标本 464块勘探试验区物性研究• 密度、磁化率– 967块• 电阻率、极化率– 700块– 干燥、富水、饱和盐水三种状态• 测定顺序– 确保样本受到的人为影响最小磁化率富水电阻率密度饱和盐水电阻率干燥电阻率干燥极化率富水极化率饱和盐水极化率• 质量保证– 样本加工– 标本与电极间加硫酸铜溶液– 质地疏松标本,装袋单独浸泡– 严格控制浸泡时间,杜绝多次浸泡– 合理的测量顺序– 浸泡后晾干表面– 观测面标记,内非地震勘探勘探试验区物性研究目的层呈现低密、低磁、高极化率和低阻特征, 为勘探试验奠定了基础。地层 底深 (m) 厚度 (m) 密度 磁化率 干样电阻率 百分频散率 综合电阻率Q 10 10100~ 2000 30 670 90 550 33 00 110 低阻00 100 342 5380 2000100 1383 400 300600 200 418 00~ 150 (夹高阻层 )900 300100 87 ~ 20210 10O+ε 2800 600 7 4955 000~ 探数值模拟研究勘探数值模拟思路不发育低阻页岩只发育龙马溪组页岩发育龙马溪组、牛蹄塘组页岩数值模拟研究,有助于富有机质页岩目标异常的提取。不发育低阻页岩只发育龙马溪组页岩发育龙马溪组、探数值模拟研究勘探试验区地层、构造、地理和沉积环境适宜开展方法技术试验。野外地质调查 、 物性研究和数值模拟为勘探试验奠定了基础 。探试验通过开展多种非地震方法的勘探试验• 对比各种方法的有效性• 开展 综合地球物理研究• 探索 、总结出 一套 有效的富有机质页岩非地震勘探技术流程• 编制相关技术规程富有机质页岩物性调查统计重力勘探磁力勘探复电阻率时频电磁合地球物理解释理论总结 形成规范开展非地震勘探试验的技术思路勘探试验勘探试验测线部署 线长 000000合 计 602 00 0 0 0 0 线 方 向电 极 位 置图 2 排 列 布 置 示 意 图H - B O B O X E - B O X E - B O X E - B O X E - B O 0 0 地电磁法布极示意图A 0 46 0 °1 0 K 探试验综合分析已知信息综合评价时序数据变换建数据库,去零道,编辑畸变点计算视电阻率预处理 频率域反演回放 叠加归一化 反演深度电阻率断面; 约束反演计算地电参数频率域处理时间域处理时间域磁场反演 探试验电性结构 性结构 频电磁法, 获得了有效的电性结构信息化异常分布0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 3 4 5 6 7 8 9 10001101201301401501601701801902002102202302402502602700 080 160 240 探试验0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1004 214224234 在没有其它资料约束的情况下,时频电磁法( 发现一定规模的异常,并且能提取多个与富有机质页岩相关的属性参数,因而在有利目标区的勘探上优势明显。• 极化率高是碳质页岩的典型特征,应该能够成为富有机质页岩勘探的一个目标属性特征。• 大地电磁法( 备更大的勘探深度,在深部地质构造研究上具有不可替代的基础性作用。• 可控源音频大地电磁法( 则具备更高的浅层分辨率,适合浅部地质构造的划分和解释。探试验效果分析提 纲1. 国外成功经验回顾2. 页岩气调查方法技术3. 地震勘探技术4. 非地震勘探技术5. 钻井、储层改造技术6. 测井技术7. 页岩气调查方法技术规程(初稿)8. 成果与认识• 页岩气钻井技术• 页岩气储层改造技术5 钻井、储层改造技术页岩气赋存在低孔、低渗储层中;大部分产气页岩分布范围广、厚度大,且普遍含气,使得页岩气井能够长期稳定产气。页岩气开发具有 3个特点:• 生产能力低或无自然生产能力• 开发的寿命和生产周期长• 采收率变化较大,须要通过人工技术来实现有效开发。 是一种人造气藏 由于具有不同于常规天然气的特点,决定了页岩气开发具有其独特的方式。岩气钻井技术页岩气井钻井包括直井和水平井两种方式• 直井,主要用于试验,了解页岩气藏特性,获得钻井、压裂和投产经验,并用于优化水平井钻井方案。• 水平井主要用于生产,实现页岩气有效开发。页岩气钻井相关工程技术:• 井身结构设计• 水平井技术• 钻井液技术• 岩气钻井技术井身结构设计井身结构设计井身结构设计:岩气钻井技术水平井钻井水平井与直井相比,在页岩气开发中所具有的 4方面优势:• 水平井成本为直井的 1. 5~ 2. 5倍,但初始开采速度、控制储量和最终评价可采储量却是直井的 3~ 4倍;• 水平井与页岩层中裂缝(主要为垂直裂缝)相交的机会大,可明显改善储层流体的流动状况;• 在直井钻井收效甚微的地区,采用水平井开采效果良好;• 与直井相比,水平井减少了地面设施,开采延伸范围大,避免了地面不利条件的干扰。岩气钻井技术页岩气开发中水平井钻井技术的几个关键环节:• 轨道设计• 随钻测量与地质导向随钻测井技术( 随钻测量技术( 可以使水平井精确定位,同时作出地层评价, 引导中靶地质目标。助于在钻井过程中实时识别天然裂缝,解决相关测井问题。页岩气开发中水平井钻井技术的几个关键环节:• 轨迹控制技术对于位移不大、储层均质性较好、难度一般的水平井钻井,在常规液相钻井液条件下,稳定器钻具组合和弯外壳螺杆钻具与 以实现斜井段与水平段的轨迹控制,用随钻伽马一条曲线即可实现地质导向钻井。对于位移较大、难度较高的水平井,使用旋转导向钻井技术钻进,可以钻出更加光滑、更长的水平段。在水平井钻井中,采用旋转钻井导向工具,可以形成光滑的井眼,更易获得较好的地层评价。水平段钻井一般采用 量提高钻头寿命,延长单趟钻进尺,有的水平井水平段用一只 快速钻井减少井下复杂情况的出现。岩气钻井技术钻井液技术• 页岩气钻井过程中,尤其是钻至水平段,由于储层的层理或者裂缝发育、蒙脱石等吸水膨胀性矿物组分含量高,而且水平段设计方位要沿最小主应力方向,是最不利于井眼稳定的方向,因此,钻井液体系选择要考虑的主要因素有:防止粘土膨胀、提高井眼稳定性、预防钻井液漏失和提高钻速。• 直井段(三开前)对钻井液体系无特殊要求,主要采用水基泥浆。• 水平段钻井液主要采用油基泥浆。岩气钻井技术固井与完井技术• 一般认为, 页岩气井的钻井并不困难,难在完井。• 页岩气大部分以吸附态赋存于页岩中,而页岩渗透率低,既要通过完井技术提高其渗透率,又要避免地层损害,是施工的关键,直接关系到页岩气的采收率,因此在固井、完井方式、储层改造方面有其特殊要求。• 页岩气井通常采用泡沫水泥固井技术。 泡沫水泥具有浆体稳定、密度低、渗透率低、失水小、抗拉强度高等特点,因此具有良好的防窜效果,能解决低压易漏长封固段复杂井的固井问题。而且水泥侵入距离短,可以减小储层损害。• 根据国外经验,泡沫水泥固井比常规水泥固井产气量平均高出23%。• 页岩气井的完井方式 主要包括 组合式桥塞完井 、 水力喷射射孔完井 、 机械式组合完井 。岩气储层改造技术• 页岩气储层必须通过压裂改造才能形成工业气流。• 页岩气储层的压裂改造工艺、加砂规模等都与常规压裂改造有明显不同。不同地区页岩的储层特性各不相同,并不是所有的页岩都适合滑溜水、大排量压裂施工。• 脆性地层(富含石英和碳酸盐岩)容易形成网络裂缝,而塑性地层(黏土含量高)容易形成双翼裂缝,因此不同的页岩气储层所采用的工艺技术和液体体系是不一样的,要根据实际地层的岩性、敏感性和塑性以及微观结构进行选择。岩气储层改造技术• 直井连续油管分层压裂技术较早的页岩气开发主要是在浅层,以直井为主,其压裂技术具有 3个特征,即连续油管、水力喷砂射孔、环空加砂。岩气储层改造技术• 水平井分段压裂技术随着页岩气开发的深人,常规的直井已经无法满足开发要求,水平井和水平井分段压裂技术目前已经成为了北美页岩气藏有效开发的主体技术。• 水平井分段压裂技术水平井多级可钻式桥塞封隔分段压裂技术水平井封隔器分段压裂技术① 水平井多级滑套封隔器分段压裂技术② 水平井膨胀式封隔器分段压裂技术③ 水平井水力喷射分段压裂技术④ 岩气储层改造技术• 页岩气压裂液体系目前所使用的压裂液:滑溜水、线性胶、交联液和泡沫等。滑溜水和复合压裂液是目前主要的压裂液体系。不同页岩的储层特点不同,对其选择的压裂液也不同。岩气储层改造技术• 滑溜水压裂液体系滑溜水压裂液体系是针对页岩气藏改造发展起来的一项新技术。该液体体系主要适用于无水敏、储层天然裂缝较发育、脆性较高地层。• 复合压裂液体系复合压裂或混合压裂主要是针对黏土含量高、塑性较强的页岩气储层。注入复合压裂液既可保证形成一定的缝宽,又保证有一定的携砂能力。岩气储层改造技术水力压裂作业流程图提 纲1. 国外成功经验回顾2. 页岩气调查方法技术3. 地震勘探技术4. 非地震勘探技术5. 钻井、储层改造技术6. 测井技术7. 页岩气调查方法技术规程(初稿)8. 成果与认识6 测井技术• 页岩气测井技术现状• 页岩气识别方法• 页岩气测井评价• 页岩气测井系列优化• 岑页 1井测井综合评价实例• 岩气测井技术现状美国,在不同盆地中采用的测井技术系列• 多数采用 空气钻井 ,采用测井系列包括 双感应 、 岩性密度测井 、 井壁中子 、 自然伽马能谱, 还包括井下电视和温度测井。• 对泥盆系 用典型测井系列,包括 自然伽马 、 密度 、 中子 、 岩性密度和 感应测井 。岩气测井技术现状不同公司采用的测井技术系列• 墨菲石油公司 ( : 1)电阻率测井、密度、中子测井; 2)核磁共振测井,用于确定页岩孔隙度(不受 3)声波测井,用于岩石力学性质分析; 4)成像测井,用于识别裂缝。• 采用常规(三孔隙度-三电阻率、三岩性)和成像测井,成像测井包括元素俘获能谱 电阻率扫描成像 波扫描 磁共振 岩气测井技术现状元素俘获能谱 基于该公司的 合密度、中子、 过随机求解方法可以定量计算出岩性成分、孔隙度、含水饱和度、干酪根含量、 岩气测井技术现状元素俘获能谱 能直接测量是多种地层元素,可间接测量近四十种层元素• 能够连续进行评价• 其中所测量到的钙、硅含量及其比值,能够反映地层的脆性程度,岩气测井技术现状• 定性解释 : 识别岩性,判断含气页岩层,识别裂缝等。• 定量解释 : 确定矿物成分,计算孔隙度、渗透率,计算干酪根含量 /总有机碳含量( 吸附气和游离气含量,计算热成熟度和热成熟度指数( 计算储层厚度,计算弹性参数,确定天然气地质储量( 。• 以 目前在页岩气的综合评价中往往采用元素俘获测井( 自然伽马能谱测井( 方法计算页岩的矿物含量。岩气测井技术现状成像测井识别页岩气储层裂缝 岩气识别• 在页岩气的识别方法上 , 目前主要利用 测井曲线特征差异 、 交会图技术 、 △ 种方法来定性识别页岩气层 。岩气测井评价测井响应方程最优化方法求解核磁孔隙度、可动流体体积、渗透率页岩骨架矿物含量、粘土含量、有效孔隙度、含水饱和度、基质渗透率、干酪根含量。含水饱和度、有效孔隙度自由气含干酪根页岩层识别自然伽马能谱测井U、 K、 土含量计算(岩石组分、有机碳含量及类型、吸附气含量、游离气含量 ...)岩气测井系列优化页岩气测井系列优选表测井项目 解决的地质问题 必测 选测 备注自然电位 地层渗透性、区域对比、地层水性 v 页岩中不指示渗透性自然伽马 地层对比、干酪根异常指示、地层矿 物成分 土矿物类型、岩石组份 井资料校正参数、工程应用 石组份、孔隙度、干酪根含量 石组份、孔隙度、密度 石组份、孔隙度、地层压实趋势 体性质、页岩成熟度 岩石骨架无关的孔隙度、可动流体 体积、基质渗透率 v 测量标准 微电阻率扫描岩石结构、构造、裂缝,沉积环境、应力方向等 先选择微电阻率成像交叉偶极阵列声波裂缝指示、岩石力学、地层各向异性、优化压裂设计等 选择阵列声波地层测试 地层压力、地层渗透率 页 1井测井综合评价实例岑页 1井综合测井段为 1120井项目:双侧向 性密度,补偿中子,声波时差,自然伽马能谱,井径,自然电位。交会图识别页岩 页 页 1井测井综合评价实例岑页 1井页岩气解释成果图 ( 页岩气储层的识别与响应特征;• 页岩气储层生烃能力的评价,即有机质 丰度的评价、成熟度的评价;• 储层空间类型识别以及定量计算;• 含气量的计算。内测井技术方面有待深入研究的问题提 纲1. 国外成功经验回顾2. 页岩气调查方法技术3. 地震勘探技术4. 非地震勘探技术5. 钻井、储层改造技术6. 测井技术7. 页岩气调查方法技术规程(初稿)8. 成果与认识7 页岩气调查方法技术规程(初稿)截止到目前,已完成 22个 相关规程(初稿)的编制工作:• 地震勘探技术 3个,• 非地震勘探技术 3个,• 钻井、储层改造技术 2个,• 测井技术 4个,• 实验分析测试技术 3个,• 页岩气地质调查 7个。提 纲1. 国外成功经验回顾2. 页岩气调查方法技术3. 地震勘探技术4. 非地震勘探技术5. 钻井、储层改造技术6. 测井技术7. 页岩气调查方法技术规程(初稿)8. 成果与认识8 成果与认识1. 对页岩岩石物理性质、地球物理物理模型 /反演流程,需要不断深化认识;2. 对地震勘探条件与气藏模型对应关系,需要不断深化认识;3. 需要探索、总结出适合我国地震地质勘探条件的页岩气地震勘探技术体系;4. 需要不断优化页岩气地震勘探资料常规处理解释流程;5. 可以通过采用时频电磁法、大地电磁法、可控源音频大地电磁法三种技术,开展富有机质页岩层系前期勘探工作;8 成果及认识6. 对页岩气水平定向井钻进方法、钻进工具的特点,自动导向技术还需要深入研究;7. 对适合我国页岩气地质特征的测井技术系列,还需要进一步优化;8. 需要通过实践,完善 22个相关技术规程(初稿)科学性、有效性、指导性。实现真正意义上的页岩气勘查开采,还需要经历一个投入大量实物工作量的勘探实践过程。谢 谢!期待贵州页岩气勘探大场面的展开
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