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22-2 《页岩气勘探开发现状与技术进展》-20121115

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22 页岩 勘探 开发 现状 技术 进展 20121115
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页岩气勘探开发现状与技术进展报告人:包书景中国石油化工股份有限公司 32012告提纲一、序言二、国外页岩气发展历程及现状三、中国页岩气勘探开发进展四、中国页岩气发展前景展望构造油气藏第一次转变:以寻找隐蔽油气藏为核心地层岩性油气藏非常规油气藏第二次转变:寻找连续型油气聚集为核心油气工业正经历又一次新的转变(一)非常规油气资源非常规油气资源是指成藏机理、赋存状态、分布规律及勘探开发技术等有别于常规油气的烃类资源。‹非常规天然气资源: 页岩气 、致密砂岩气(深盆气)、煤层气、浅层生物气、天然气水合物、水溶气、深源气等;‹非常规石油资源: 页岩油 、致密油、重(稠)油、油页岩、油 (沥青) 砂等。非常规资源及类型常规岩性地层气藏常规构造气藏水生油窗生气窗油 气 水地表过渡带常规构造油气藏水溶气油页岩煤层气连续型页岩油藏油气页岩气藏浅层生物气>n×100n×1000)油致密砂岩气(深盆气)藏海平面天然气水合物(据改)油砂水溶气致密砂岩油藏致密砂岩油藏非常规油气资源与常规油气资源的空间分布(据改)常规油气资源与非常规油气资源成因上密切联系、空间上相互伴生常规油气藏非常规油气藏: 如页岩油气藏、煤层气藏等,既是储集层,又是源岩层和封盖层。不同于常规油气藏,一般在哪里形成就可以在哪里找到,分布具有连续性。油气资源“金字塔”)油油砂 页岩油油页岩致密砂岩油对技术要求增加成本增加油气藏品质降低油气资源三角图(据005改)非常规油气资源实现商业化开采难度较大常规技术可以解决常规油气资源形成条件不充分 形成条件充分需要技术政策环境配套难度较小资源类型 油藏性质 资源量 资源丰度 储层性质直井单井日产量单井生产寿命较小 较短较长较大常规油气 不连续 较高 高孔高渗 较高非常规油气 连续 较低 低孔低渗 较低非常规油气与常规油气页岩气 —以吸附和游离方式赋存于泥页岩层段中的生物成因或热成因气‹自生自储‹低孔、超低渗‹纳米级孔隙和微裂缝是主要储集空间‹分布上具有连续性(二)页岩气游离 吸附油气藏类型 页岩油气 常规油气构造部位 低部位 高部位分布范围 连续、大面积 局部圈闭与烃源岩关系 源内 源外页岩油气与常规油气区别页岩气成功勘探开发取决于先进的技术地质因素评价是勘探开发成功的关键 工程技术进步是勘探开发成功的关键常规气页岩气热演化阶段il 干酪根类型 、Ⅱ1)煤型气(干酪根类型 、Ⅱ2)生物气阶段(热演化程度 型生物气型生物气热演化程度 型热解油气热演化程度 >型裂解气型裂解气009年)009 )页岩油气成因类型根据泥页岩中有机质母质类型和热演化程度,将页岩气划分为六种成因类型。美国页岩气成因类型1996年技术可采储量为 850亿方, 2004跃升至 7419亿方, 2008年剧增到 美国能源信息署( 新统计:全球页岩气可采资源量 189万亿方 。世界页岩气资源量地区页岩气(1012层气(1012密砂岩气(1012计(1012岩气比例( %)0 中欧+6 1 中东+6 5 中亚+9 太平洋地区 (经合组织 ) 0全球页岩气资源量456万亿方,是煤层气和致密砂岩气资源量之和;随着勘探开发程度的提高和技术进步,页岩气可采储量不断增长。岩气革命蔓延全球,许多国家给予极大关注,纷纷开展研究、勘探评价和开发试验工作。全球页岩气资源丰富、北美地区产量快速增长。世界页岩气勘探开发‹主要页岩气产区:美国‹页岩气生产区:加拿大‹页岩气单井突破区:中国‹页岩气研究及评价区:十余个国家6主产页岩气区产页岩气区单井突破区波兰 研究及评价区图例美国加拿大中国印度瑞典德国法国英国奥地利波兰新西兰澳大利亚主产页岩气区产页岩气区单井突破区波兰 研究及评价区主产页岩气区产页岩气区单井突破区波兰 研究及评价区 南非主产页岩气区产页岩气区单井突破区波兰 研究及评价区主产页岩气区产页岩气区单井突破区波兰 研究及评价区主产页岩气区产页岩气区单井突破区波兰 研究及评价区资料来源 :011;010报告提纲一、序言二、国外页岩气发展历程及现状三、中国页岩气勘探开发进展四、中国页岩气发展前景展望作为世界上非常规资源开发时间最早、规模最大的国家,美国非常规天然气的发展历程大致可以分为三个阶段(据肖钢2011 ,改)美国非常规天然气的发展阶段‹第一阶段是致密砂岩气的开发:20世纪60年代圣胡安致密气田的发现和开采,标志着美国非常规天然气规模开发的起步;80年代,致密气进入快速发展时期。‹第二阶段是煤层气的开发:上世纪初美国就开始井下开采煤层气,70年代后期开始地面开采试验,1976年首次获得工业气流;90年代初,煤层气开始步入快速发展时期。‹第三阶段是页岩气的开发: 1821年美国发现页岩气; 20世纪80年代进入商业化开采;2000年以后步入快速发展时期。自 1821年页岩气(天然气)的发现,拉开了美国天然气工业发展的序幕,页岩气的勘探开发沿 “U”形断裂带由东部向西部逐步发展,经过了近200年 的研究和探索,到2011年美国页岩气产量达到1720×108国页岩气的发展大致可以分为三个发展阶段。(一)美国页岩油气发展历程020040060080010001200140016001800197919801981198219831984198519861987198819891990199119921993199419951996199719981999200020012002200320042005200620072008200920102011年度亿方/年美国页岩气产量岩(油)气快速发展阶段美国页岩气勘探开发发展形势图1821生物成因、裂缝性页岩气生物成因、裂缝性页岩气第1口页岩气井74 76 782 84 86 88 90 92 94 96 98 00 02 04年产量(亿方)06 082010热成因、致密、连续储层页岩气热成因、致密、连续储层页岩气010020030040050060070080090010001378理念认识变化发现段压裂等技术154年:10亿方20年:100亿方6年:200亿方4年:1400亿方开发技术创新思想解放、观念转变地质理论探索、技术创新,是实现美国页岩气大规模开发的关键。(一)美国页岩油气发展历程1821年 在阿巴拉契亚盆地泥盆系发现页岩气后,相 继在宾夕法尼亚、俄亥俄等州钻探了一些浅层出气井,但产量很低,没有引起人们足够的重视;1863年 在伊利诺斯盆地的西肯塔基泥盆系和密西西 比系页岩中发现了低产页岩气流;1870年~1900年的勘探开发范围涉及了美国东部的 纽约、宾夕法尼亚、俄亥俄、肯塔基和弗吉尼亚等州或地区,页岩气研究得到加强,认为裂隙页岩气是一种重要的天然气资源;1914年 在阿巴拉契亚盆地泥盆系 104现了世界上第一个页岩气田 —1926年 , 973年 阿以战争期间的石油禁运和 1976年~ 1977年间的第一次石油危机促使美国能源部( 快了天然气勘探开发的步伐,美国能源部( 合高校等单位,实施了东部页岩气工程( 重点是研究和开发页岩气的 增产措施技术,页岩气产量有了一定幅度的提高。该阶段页岩气年产量小于 20× 108井不压裂)1、页岩气发现及早期发展阶段 ( 1821年~1979 年)1821年 在美国纽约 一口工业性天然气钻井美国页岩气发现及早期勘探五个盆地的页岩气层系1、页岩气发现及早期发展阶段 ( 1821年~1979 年)密执安盆地安特里姆页岩阿巴拉契亚盆地俄亥俄页岩伊利诺斯盆地 新奥尔巴尼页岩圣胡安盆地刘易斯页岩福特沃斯盆地巴讷特页岩基本认识:页岩裂缝性气藏、热成因为主、高产井很难预测;开采方式:直井衰竭式;很少采用井组;开始研究页岩气的增产措施;井深一般小于 1000m。2、页岩气稳步发展阶段 ( 1979年~ 1999年)2000年以前,页岩气开发的5个盆 地,具有页岩气勘探前景的6个盆地 (据004)以 1985年为转折点,阿巴拉契亚盆地 升到开始 下降 ;1990年以后 ,美国又加大了密执安盆地 特沃斯盆地岩气勘探开发力度,不仅弥补了阿巴拉契亚盆地 且使美国的页岩气产量呈现出又一次增长的趋势;阿巴拉契亚盆地的 密执安盆地的 页岩气 资源量 就分别达到了 0121012岩气年产量占美国页岩气总产量的 90%以上 。1999年美国页岩气年产量突破 100× 108产量由不到 20× 10812×1080 年间净增了近 7倍 ,年增长率 ( 2)开采方式: 直井 +水力压裂技术;直井井组;井深小于 1500m。2、页岩气稳步发展阶段 ( 1979年~ 1999年)有机碳含量总量百分比: 7% 体积百分比: 14% 有机碳5%孔隙度增加:有机碳孔隙1)基础研究及认识: 页岩中的纳米级孔隙、页岩气的吸附赋存机理、生物成因气、连续性分布 ;( 3)美国密执安盆地 1984年开始开发, 1999年年产量约66×108占页岩气总产量 60%)( 4)重要发现: 福特沃斯盆地的 国页岩气 2010年产量突破 1000× 108产量1999 年的112 × 108011年的 1720× 10812年净增了 15倍以上,年增长率 3、页岩(油)气快速发展阶段 ( 1999年以来)0200400600800100012001400160018001999200020012002200320042005200620072008200920102011年度亿方 /年美国页岩气产量006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015岩气产量保持相对稳定;011年页岩气产量 1720亿方实例:美国地岩气开发历„水平井单井产量一般是直井的3~5倍;随着水平井的大规模应用, 地页岩气产量快速上升,成为美国最大的页岩气田„截止2010年底,地累计钻井14790口,其中水平井10050口30002500200015001000500060050040030020010001992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008气产量(右坐标)井数(口)气产量(亿方)直井水平井20101997年 水力压裂增产1999年 多次压裂增产2002年 水平井钻探2005年 水平井分段压裂( 1)基础研究及认识: 页岩中的有机质孔隙、基质孔隙及微裂缝中的游离气、裂解成因气、地层压力大 ;( 2)开采方式: 水平井 +分段压裂技术;水平井井组;开发井深达到4000m。3、页岩(油)气快速发展阶段 ( 1999年以来)(3)福特沃斯盆地岩气藏的发现和成功开发,为美国和世界其它地区的页岩气勘探提供了经验。 999年的22× 108009年 560× 10810年增长了 25倍 。3、页岩(油)气快速发展阶段 ( 1999年以来)(4)中生界层系及陆相的页岩气勘探开发取得进展,例如:侏罗统)、 上白垩统)、近系陆相)。产量:桶/日‹ 美国 2011年的页岩油产量为60万桶 /日(约3000 万吨/ 年),较 2006年增加了 4倍多,主要来自威利斯顿盆地的巴肯页岩油藏。‹页岩油开发助美国原油产量止跌回升,使其原油对外依存度由 2007年的67 %下到 2011年的 (5)2006年开始,水平井+分段压裂技术应用于页岩油开页岩油产量快速提高,主要是 西西比系- 下石炭统)、 上白垩统)。3、页岩(油)气快速发展阶段 ( 1999年以来) :生物成因页岩气热成因页岩气页岩油页岩气失败未进行页岩油气测试124591177959435663543632287107574190中:2套主要为生物成因页岩气藏、1套为 混合藏 、 20套为 热成因页岩气藏、8套为 页岩油藏、 2套未发现页岩油气、 3套未测试。3、页岩(油)气快速发展阶段 ( 1999年以来)2000年以来,美国页岩油气勘探开发全面展开,呈现出油气并举、产量加速增长的势头6100008)美国页岩气勘探开发深度不断加大主要特征参数 ew 646~2926 1524~2438/2438~4420183m)61066~2286 3048~3962水平井深度(m) 1128~3505 4267~5182传统开发深度 现在开发深度 现在勘探深度(6)页岩油气的勘探开发程序形成福特沃斯盆地岩气产量曲线初始产量: 单井000万方 单井2727万方 单井000万方3万方/日 单井10年500万方 单井10年2424万方页岩油气也被称为 “人造油气藏 ”,必须通过大型人工造缝(网)工程才能形成工业生产能力。分段压裂有利于不同规模 裂缝网络的形成(主裂缝 页岩气水平井分段压裂模式为什么采取水平井 +分段压裂技术?水平井是目前主要的页岩气藏生产形式。水平井的产量是垂直井的 3~4倍多,成本仅是直井的1~ 前 85%的开发井为水平井+多段压裂。010002000300040000 200 400 600 800 1000 直井产量比水平井平均产量直井平均产量 比率1、水平井采气效益明显好于直井(二)直井与水平井的比较2、产量在2倍以上。十级以上与小于十级分段压裂井产量对比图(二)直井与水平井的比较直井不压裂页岩段 100英尺3、水平井 +分段压裂可以最大限度增大与页岩的接触面积与页岩接触面积:222平方英尺4440平方英尺 59940平方英尺222000平方英尺水平井不压裂页岩段200英尺直井页岩段 100英尺,压裂直径 150英尺水平井页岩段 2000英尺,分10 级压裂直径 75英尺(二)直井与水平井的比较¾ 生物气,井深小于 800m)水力压裂¾ 混合气,井深小于 1500m)多期水力压裂5、生物成因气及浅部页岩气开发以直井为主(二)直井与水平井的比较05001,0001,5002,000012345678910002,0003,0004,0005,0006,0007,0008,0009,00010,0000 5 10 15 20 25 30有两种典型的页岩气产气曲线 :吸附气型、游离气型吸附气型: 主要生物成因气、以吸附方式为主、 埋藏较浅、日产量较低。曲线特征 —早期日产量缓慢上升、后期缓慢下降;游离气型: 主要热解成因气、以游离方式为主、 埋藏较深、日产量较高。曲线特征 —初始产量高、早期日产量快速下降、后期趋于稳定。(二)直井与水平井的比较不同页岩气藏产量变化特征右,第二年在25%,第 4年后递减率便在8~ 10%左右 。7、页岩气藏初期产量可达几万方~十几万方,初期递减快、稳产后的递减慢,生产周期长,开采寿命可达30~ 50a。(二)直井与水平井的比较• 促使水力裂缝扩展过程中相互作 用,产生更复杂的缝网,增加改造体积(提高初始产量和最终采收率• 两口或两口以上相邻且平行的水平井交互作业、逐段实施分段压裂• 29个区块和104个区块分析表明,平均产量比单独压裂可类比井提高21相互干扰的裂缝增加了 平井 “拉链 ”交互式分段压裂工艺技术的采用:缩小的井间距、提高了压裂效果交互式压裂技术、水平井井距缩小到50)直井与水平井的比较报告提纲一、序言二、国外页岩气发展历程及现状三、中国页岩气勘探开发进展四、中国页岩气发展前景展望范围源量 (万亿方 ) 构要地区)(15~30科罗拉多矿业大学( . 含青藏)100 001地质资源量 of as 岩气资源量预测¾陆相: 东部断陷盆地古近系、四川盆地及周缘上三叠统尔多斯三叠系、西北地区侏罗系、东北地区白垩系¾过渡相: 华北地区石炭系-二叠系、南方二叠系¾海相: 包括南方古生界海相(下寒武统、上奥陶统南方海相下寒武系、上奥陶统侏罗统北方地区石炭页岩气有利区 主要分布三大相、八大领域。1、页岩气资源量预测9口9¾中国石油7¾中国石化4¾延长油田 ¾国土资源部口¾中国石化2口2¾中国石油¾中国石化¾延长油田口0000¾中国石油¾中国石化中国陆上页岩油气勘探开发形势图of 国的页岩气勘探进展3、中国石化页岩气勘探开发进展2008年以来,中国石化审时度势,抓住非常规大发展的良好机遇,加大了页岩气的勘探开发力度,在四川盆地及周缘中生界陆相页岩气领域 实现了勘探突破,并在南方古生界海相及海陆过渡相领域 等取得了积极进展。南方海相下寒武系、上奥陶统侏罗统南方地区过渡相二叠系(1)建南区块陆相页岩气勘探率先获得突破(2)元坝区块自流井组大安寨段多口井 见高产气流,陆相页岩气勘探取得突破(3)涪陵区块兴隆101井自流井组大安寨段页岩油气勘探获得突破(4)南方古生界海相(黄平区块下寒武统、彭 水区块下志留统龙马溪组)页岩气勘探取得进展(5)南方海陆过渡相湘中区块二叠系页岩气勘探取得进展(6)川西上三叠统须家河组陆相页岩气勘探取得进展09中石化油气勘查区块开采区块分布湘中海陆 过渡 相页岩气黄平海相 页岩 气彭水海相 页岩 气建南陆相 页岩 气元坝陆相 页岩 气涪陵陆相 页岩 气三个突破、三个进展川西三叠 系陆 相页岩气3、中国石化页岩气勘探开发进展中国石化勘探南方分公司、江汉油田 分公司及石油勘探开发研究院,在老井复查和 “双因素法” 选区评价的基础上,通过老井(或 兼探井)压裂测试、水平井分段压裂等手段,在建南区块、元坝区块、涪陵区块的 中下侏罗统大安寨段和千佛涯组试获工业页岩油气流,在国内率先实现了陆相页岩气勘探突破。(1)在四川盆地及周缘率先实现国内陆相页岩气勘探突破元坝 1有利面积810平方千米估算资源量4060亿方建南 国石化页岩气勘探开发进展①建南地区下侏罗统自流井组东岳庙段页岩气勘探率先突破建111井2010年12月1日实施大型水力压裂。2010年12月10日用15毫米孔板垫圈速度流量计测气,日气产量 3925方/天 。截至2012年3月1日,平均产气 2056方/天 。533 3370 7033 33建南构造北高点井位分布及管网、交通图图 例高压气井 低压气井河流地名 道路 集气管线 输气管线井场可用 注水井气水同产井净化厂北集站建18建30建36建37建40建44建46建109建441建1110 1 2 F‐1建111井有利区分布面积: 817平方千米富集区面 积 : 176平方千米资源 量: 4243亿方建111井马鞍山段东岳庙段珍珠冲段520540560580600620640660层位0 150深度(m)岩性剖面010全烃( %)010甲烷 (%)0202有机碳(% )71国石化页岩气勘探开发进展2011年部署实施建页井目的层为自流井组东岳庙段,平段长度 1003米 ;9月14日获产量12300方/日, 截止5月18日,建页累计产气 油套压稳定。日产气2000,日产水4×108m3/安寨段 1 Ⅱ 2—4×108m3/安寨段 1 Ⅲ <2×108m3/岩气资源评价方法应用于中国石化6、地球物理技术应用建355012122012401260128013001320134013606500 7500 8500 9500 10500 11500 12500 13500 14500 15500 16500波阻抗深度泥岩灰岩砂岩东岳庙段下部页岩厚度预测平面图分析 的基础 上,利 用波阻抗数据体,对东岳庙底部页岩进行厚度预测。预测结果,厚度一般在50江汉油田谢迟初,20126、地球物理技术应用123456789101112完钻井深:3446 020 4计产气2819液9317井筒敞喷,排液148段产气1148 19入氮气气举,排液208气721;目前准备机抽排液。彭页1020米,完成十二级水平井分段压裂(20001段、水平井及分段压裂技术应用初步具备了大型压裂机组及配套工具制造能力,单机输出功率 2500型压裂车已投入批量生产与应用,3000型压裂车样机正在完善。2500型压裂车3000型压裂车样机7、水平井及分段压裂技术应用初步形成了页岩油气钻完井配套技术,油基钻井液技术现场成功应用,具备水平段长 2000米钻完井技术,旋转导向系统正在开展现场试验。7、水平井及分段压裂技术应用初步形成了页岩气网络裂缝压裂优化设计技术、水平井多级分段压裂工艺技术,具备了20段分段压裂技术能力。级差:平井及分段压裂技术应用微地震监测技术应用于压裂效果监测和 平均最大裂缝长度899m;平均裂缝高度278m;观察到微地震事件的主体趋向方位角为73单位);总裂缝体积1067产储层体积4 察到微地震事件大致与井筒平行、主体位于井筒东侧 、主体发生于38302、微地震监测技术应用523730641000 20642000 20643000 2064400041990004200000420000042010004202000420300023工厂 ”的水平井组开发模式在胜利油田致密油开发中得到应用9、水平井组开发模式应用报告提纲一、序言二、国外页岩气发展历程及现状三、中国页岩气勘探开发进展四、中国页岩气发展前景展望1、国家页岩气资源“十二五”发展规划目标⑴基本完成全国页岩气资源潜力调查与评价,优选30探明页岩气地质储量1万亿方, 可采储量2千亿方。2015年页岩气产量65亿方。2、国家页岩气资源“十二五”发展规划部署⑴维地震4300平方千米,调查井50口,各类探井150口,水平井990口。⑵形成适合我国地质条件的页岩气地质调查与资源评价技术方和页岩气勘探开发关键技术。⑶形成我国页岩气调查与评价、试验分析与测试、勘探开发、境保护等多个领域的技术标准和规范。
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