课件-页岩气开采现状及关键技术.ppt

1、李宗田李宗田2015年年3月月一一 国内外页岩气现状国内外页岩气现状二二 页岩气开发关键技术页岩气开发关键技术三三 页岩气前景展望与启示页岩气前景展望与启示l页岩气的概念：页岩气页岩气的概念：页岩气是指以热成和生物两者相互作用生成，并聚集在灰是指以热成和生物两者相互作用生成，并聚集在灰黑色烃源岩中的天然气，是一种自生自储型非常规天然气。黑色烃源岩中的天然气，是一种自生自储型非常规天然气。l储存方式：储存方式：页岩气主要以页岩气主要以游离状态游离状态存在于页岩的天然裂缝与矿物粒间孔隙存在于页岩的天然裂缝与矿物粒间孔隙中和以中和以吸附状态吸附状态吸附在在矿物颗粒表面。一般认为吸附状态天然气的含量在

2、吸附在在矿物颗粒表面。一般认为吸附状态天然气的含量在0 0。n 页岩气的基本特性页岩气的基本特性 页岩页岩（ShaleShale）是一种）是一种沉积岩沉积岩，成分复杂，但都具有薄页状或薄片，成分复杂，但都具有薄页状或薄片层状的节理，主要是由层状的节理，主要是由黏土黏土沉积经压力和温度形成的岩石，但其中混沉积经压力和温度形成的岩石，但其中混杂有杂有石英石英、长石的、长石的碎屑碎屑以及其他化学物质。以及其他化学物质。n 页岩气的基本特性页岩气的基本特性l 富含粘土富含粘土：粘土矿物一般为粘土矿物一般为30%80%30%80%，石英、钾长，石英、钾长石、方解石、白云石、斜长石、黄铁矿为石、方解石、白

3、云石、斜长石、黄铁矿为7 7。l 微观孔隙结构：微观孔隙结构：大孔隙直径一般大于，微大孔隙直径一般大于，微孔孔 直径小于。直径小于。l 极低的孔隙度和渗透率：极低的孔隙度和渗透率：孔隙度孔隙度：.，渗透率渗透率:.l 巨大的矿物表面积：巨大的矿物表面积：储存更大的储量储存更大的储量n 页岩气的基本特性页岩气的基本特性l 岩石力学性质：岩石力学性质：杨氏模量杨氏模量E:20.2-54.6 GPa E:20.2-54.6 GPa 泊松比泊松比:0.19-0.48:0.19-0.48 脆性硅质、钙质含量差异大：脆性硅质、钙质含量差异大：脆性较强页岩脆性较强页岩：利于实现页岩储层的大规模复杂缝网改造：

4、利于实现页岩储层的大规模复杂缝网改造l地应力：地应力：大小，方向，应力差大小，方向，应力差n 页岩气的基本特性页岩气的基本特性n 页岩气岩心样品页岩气岩心样品l 观念创新：把约束在生油岩里的油气放出来l 常规油气藏形成的六字诀：生储盖运圈保l 非常规油气：有生即储l 开发：常规气 致密气 页岩气页岩油页岩油对技术要求增加对技术要求增加成成 本本 增增 加加油气藏品质降低油气藏品质降低开发难度开发难度 大大1000mD10mD0.1mD0.001mD常规油气常规油气非常规油气非常规油气高品质高品质油气资源油气资源中品质中品质油气资源油气资源低品质油气资源低品质油气资源致密砂岩气致密砂岩气煤层气煤

5、层气天然气水合物天然气水合物重（稠）油重（稠）油油油 砂砂油页岩油页岩致密砂岩油致密砂岩油油页岩水溶气油页岩水溶气页岩气页岩气n非常规油气资源非常规油气资源n油气资源分布示意图油气资源分布示意图资料来源：Roger 1997，IFP 2006，USGS 2007n全球页岩气资源状况全球页岩气资源状况l 评估全球非常规天然气评估全球非常规天然气4353435310101212m m3 3l 其中其中页岩气资源量为页岩气资源量为45645610101212mm3 3，相当于致密气和煤层气两者的相当于致密气和煤层气两者的总和。总和。资料来源：Roger 1997，IFP 2006，USGS 2007

6、n全球页岩气资源状况全球页岩气资源状况水合物68%常规气11%煤层气6%致密气5%页岩气10%全球天然气资源构成全球天然气资源构成 万亿万亿m3m3 常规气 471 煤层气 256 致密气 210 页岩气 456456 水合物 3000 合计合计 43534353l 评估全球非常规天然气评估全球非常规天然气4353435310101212m m3 3l 其中其中页岩气资源量为页岩气资源量为45645610101212mm3 3，相当于致密气和煤层气两者的总和。相当于致密气和煤层气两者的总和。n全球页岩气资源状况全球页岩气资源状况全球页岩气可采资源全球页岩气可采资源 n全球页岩气资源状况全球页岩

7、气资源状况 美国页岩气的成功，美国页岩气的成功，全球掀起了一场全球掀起了一场“页岩气革命页岩气革命”，澳大利亚、澳大利亚、中国和印度等中国和印度等许多国家给予极大关注，纷纷开展研究、勘探评价和开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。发试验工作。预计到预计到2020 2020 年全球页岩气年产量可达年全球页岩气年产量可达3068306810108 8m m3 3。n全球页岩气资源分布全球页岩气资源分布n北美页岩气资源分布北美页岩气资源分布1821 1821 年美国就钻探了年美国就钻探了第一口第一口商业性页岩气井。商业性页岩气井。1981 1981 年，美国年，美国第一口第一

8、口页岩气井压裂成功，实现了页岩气开发的历史性突破页岩气井压裂成功，实现了页岩气开发的历史性突破 06-0906-09年页岩气产量以年页岩气产量以每年百亿方每年百亿方数量级增长数量级增长 09-1209-12年产量以年产量以每年四百亿方每年四百亿方数量级增长数量级增长20122012年美国页岩气年产量年美国页岩气年产量2200 2200 亿亿m3m3，为美国天然气总产量的，为美国天然气总产量的36%36%，累计钻页岩，累计钻页岩气井约气井约4200042000口口。l 美国页岩气发展历程美国页岩气发展历程n 美国页岩气开发进展美国页岩气开发进展l年份 累积井数 说明l1970 5 钻探5口井l1

9、981 6 二氧化碳泡沫压裂l1984 17 XL凝胶，3ppg砂比，氮气助排l1985 49 XL凝胶，第一口为1500英寸裂缝半长，1mm粒径砂l1988 62 Denton 公司开发l1991 76 钻探第一口水平测试井l1995 200 2口水平井，降低了水平井压裂液中凝胶含量l1998 300 第一次应用清水压裂，500000gal液体，200000磅砂l1999 450 上部页岩重复压裂，并第一次应用测斜仪裂缝检测技术l2001 750 增加压裂体积1-2MMgal，支撑剂用量500000磅，首次应用微地震检测l2002 1700 200口井重复压裂l2003 2003 26002

10、600 8585口水平井，口水平井，117117口大斜度定向井，口大斜度定向井，719719口直井口直井l2004 2004 3500 3500 钻探钻探150150口水平井，口水平井，2-42-4级水平井压裂级水平井压裂l2005 2005 45004500 新钻新钻600600口井水平井，新技术的应用加快了钻井周期口井水平井，新技术的应用加快了钻井周期l2006 2006 55005500 钻探钻探10001000口井水平井，探索清水压裂所需大量水的循环利用口井水平井，探索清水压裂所需大量水的循环利用l2007 2007 70007000 钻探钻探15001500口井水平井口井水平井l20

11、08 2008 90009000 完成完成50005000口水平井完井，环境保护，水循环利用，重复压裂测试口水平井完井，环境保护，水循环利用，重复压裂测试l2011 2011 1300013000 保产量，低成本运作，提高效率保产量，低成本运作，提高效率美国美国Barnett页岩气藏开发历史页岩气藏开发历史n 美国页岩气开发进展美国页岩气开发进展l 据据EIAEIA预测，到预测，到20352035年，美国页岩气产量将占到美国天然气总量的年，美国页岩气产量将占到美国天然气总量的45%45%。n 美国页岩气开发进展美国页岩气开发进展中国大陆页岩气资源富集分布图中国大陆页岩气资源富集分布图n中国页岩

12、气资源分布中国页岩气资源分布l页岩气资源量页岩气资源量10010010101212m m3 3l可采资源量为可采资源量为363610101212m m3 3盆地名称盆地类型盆地面积/104km2储层年代资源总量/1012m3资源丰度/108m3km-2南方扬子地区克拉通90志留系，寒武系13.51.50华北地区克拉通60石炭系，二叠系5.400.90西部陆相盆地前陆盆地70二叠系，侏罗系5.830.83东部盆地拗陷盆地50白垩系，第三系6.001.2合计30.7n中国页岩气资源分布中国页岩气资源分布中国页岩气发展历程中国页岩气发展历程调研国外页岩调研国外页岩储层勘探开发储层勘探开发状况状况通过

13、对比国内外通过对比国内外类似页岩储层地类似页岩储层地质特征，并与国质特征，并与国外公司联合评价，外公司联合评价，如与美国新田公如与美国新田公司联合评价威远司联合评价威远气田气田钻探长芯钻探长芯1 1资料资料井及威远气田页井及威远气田页岩段系统取芯井，岩段系统取芯井，并与挪威石油、并与挪威石油、埃克森美孚联合埃克森美孚联合研究研究20092009年部署中年部署中国第一口页岩国第一口页岩气评价井威气评价井威201201井获井口测试井获井口测试日产能日产能1.081.08万万方的工业气流方的工业气流l通过十年的技术储备对页岩气通过十年的技术储备对页岩气开发有了初步的认识及技术储开发有了初步的认识及技

14、术储备备n 中国页岩气开发进展中国页岩气开发进展l 中国石化页岩气开发进展中国石化页岩气开发进展 20082008年，华东分公司专业从事非常规油气资源的勘探开发；初步建立了中国石化年，华东分公司专业从事非常规油气资源的勘探开发；初步建立了中国石化南方页岩气选区评价方法，并优选出页岩气有利富集区；南方页岩气选区评价方法，并优选出页岩气有利富集区；20092009年年9 9月以来，中国石化先后与月以来，中国石化先后与bpbp公司、公司、ChevronChevron公司、公司、ExxonMobilExxonMobil公司就页公司就页岩气的勘探开发进行了技术交流，提出了八个区块可以进行合作；岩气的勘探

15、开发进行了技术交流，提出了八个区块可以进行合作；20102010年开展上、中、下扬子年开展上、中、下扬子1818口老井的页岩气测井重新解释工作，选择复试准备口老井的页岩气测井重新解释工作，选择复试准备井，并对黔西区块方深井，并对黔西区块方深1 1井进行了大型压裂改造及复试；井进行了大型压裂改造及复试；20112011年年7 7月中国石化第一口页岩气水平井建页月中国石化第一口页岩气水平井建页HF-1HF-1井顺利完钻；井顺利完钻；20122012年开发试验阶段，中石化在礁石坝地区部署年开发试验阶段，中石化在礁石坝地区部署1515口井的开发试验；口井的开发试验；20132013年年1010月月12

16、12日中国第一个礁石坝区块页岩气开发方案审查通过。日中国第一个礁石坝区块页岩气开发方案审查通过。20152015年在涪陵建成年在涪陵建成5050亿立方米页岩气生产能力，全国亿立方米页岩气生产能力，全国6060亿产量。亿产量。n 中国页岩气开发进展中国页岩气开发进展 2007 2007年年1010月，美国月，美国NewfieldNewfield公司与中石油签定了页岩气联合研究协议公司与中石油签定了页岩气联合研究协议 20082008年年1111月，中石油实施的首口页岩气取心浅井在宜宾完钻月，中石油实施的首口页岩气取心浅井在宜宾完钻 20092009年又与年又与ShellShell公司在重庆富顺永

17、川区块启动合作勘探开发项目公司在重庆富顺永川区块启动合作勘探开发项目 20102010年实施钻探了威年实施钻探了威201201井，井，获得了获得了 1.08 1.0810104 4 m m3 3/d/d的页岩工业气的页岩工业气20112011年，长宁构造宁年，长宁构造宁201201井、宁井、宁203203井、昭井、昭104104井，富顺井，富顺-永川合作区块永川合作区块阳阳101101井在龙马溪组获工业气流井在龙马溪组获工业气流（2 2）中国石油页岩气开发历程）中国石油页岩气开发历程n 中国页岩气开发进展中国页岩气开发进展中海油页岩气勘探开发现状中海油页岩气勘探开发现状 安徽芜湖下扬子西部区块

18、页岩气勘查项目，勘查面积达安徽芜湖下扬子西部区块页岩气勘查项目，勘查面积达4840km4840km2 2 目前已在该区块进行地震作业，钻探目前已在该区块进行地震作业，钻探3 3口浅井进行评价研究口浅井进行评价研究延长石油页岩气勘探开发现状延长石油页岩气勘探开发现状柳评柳评177177井井在陆相延长组长在陆相延长组长7 7段进行了小型测试压裂试验，放喷排段进行了小型测试压裂试验，放喷排液时开始产气，点火后火焰高度液时开始产气，点火后火焰高度5-65-6米。米。目前，延长集团已选定下寺湾油田中生界延长组、延长气田上古目前，延长集团已选定下寺湾油田中生界延长组、延长气田上古生界山西组生界山西组-本溪

19、组两个目标区。本溪组两个目标区。目前已经完钻探井目前已经完钻探井1616口，口，5 5口井压裂测试获得口井压裂测试获得1600-23001600-2300方；方；n 中国页岩气开发进展中国页岩气开发进展l20122012年底，中国石油企业主要在四川盆地及周缘、鄂尔年底，中国石油企业主要在四川盆地及周缘、鄂尔多斯、渤海湾盆地等地区共实施页岩油气井多斯、渤海湾盆地等地区共实施页岩油气井7272口口 其中其中页岩气井页岩气井6666口口，页岩油井页岩油井6 6口，口，水平井水平井2929口口（页岩油水平井页岩油水平井6 6口）口）l20102010年以来，国家先后出台一系列扶持政策，鼓励页岩年以来，

20、国家先后出台一系列扶持政策，鼓励页岩气开发气开发l20122012年年1212月月6 6日，国家公布了第二轮页岩气招标结果，日，国家公布了第二轮页岩气招标结果，1919家企业中标，总面积约家企业中标，总面积约20000km220000km2n 中国页岩气开发进展中国页岩气开发进展一一 国内外页岩气现状国内外页岩气现状二二 页岩气开发关键技术页岩气开发关键技术三三 页岩气前景展望与启示页岩气前景展望与启示页岩气开发两大关键技术页岩气开发两大关键技术l水平及钻井井技术水平及钻井井技术l水平井分段压裂技术水平井分段压裂技术n水平井钻井技术直井直井主要目的用于主要目的用于试验试验，了解油气藏特性，获得

21、钻井、压裂，了解油气藏特性，获得钻井、压裂和投产经验。和投产经验。水平井水平井主要用于主要用于生产生产，增大储层的泄流面积，得到更高的天，增大储层的泄流面积，得到更高的天然气产量。然气产量。页岩气水平井示意图页岩气水平井示意图n水平井钻井技术钻机钻机+钻杆钻杆+导向钻头导向钻头+钻井液钻井液+套管套管+固井固井=水平井钻井水平井钻井M1952C钻头钻头油基钻井液用乳化剂油基钻井液用乳化剂成套钻机成套钻机水平井地质导向钻井技术水平井地质导向钻井技术钻杆钻杆n水平井分段压裂技术 水平井分段压裂关键技术水平井分段压裂关键技术l体积压裂技术设计理念体积压裂技术设计理念l电缆射孔桥塞分段压裂技术电缆射孔

22、桥塞分段压裂技术l滑套封隔器分段压裂技术滑套封隔器分段压裂技术l微地震动态裂缝监测技术微地震动态裂缝监测技术n水平井分段压裂技术页岩气水平井分段压裂技术利用页岩气水平井分段压裂技术利用封隔器或桥塞封隔器或桥塞分隔分隔各段，在井筒内逐段压裂，最终形成体积裂缝，构各段，在井筒内逐段压裂，最终形成体积裂缝，构建气藏渗流通道，形成人造气藏。建气藏渗流通道，形成人造气藏。压裂施工现场地下形成缝网如同碎玻璃八通压裂井口八通压裂井口可钻桥塞结构示意图可钻桥塞结构示意图n水平井分段压裂技术压裂车组压裂车组地面高压管汇地面高压管汇n水平井分段压裂技术泵送桥塞射孔联作泵送桥塞射孔联作分段压裂技术分段压裂技术p技术

23、特点：套管压裂，桥塞封隔，技术特点：套管压裂，桥塞封隔，大排量施工大排量施工p适用井眼：套管完井适用井眼：套管完井p桥塞输送方式：桥塞输送方式：泵送、泵送、连续油管、连续油管、油管油管p最新纪录：最新纪录：4242级分段压裂级分段压裂n微地震裂缝监测技术微地震裂缝监测通过采集微震信号并对其进行处理和微地震裂缝监测通过采集微震信号并对其进行处理和解释，获得裂缝的参数信息从而实现压裂过程实时解释，获得裂缝的参数信息从而实现压裂过程实时监测，是目前判断压裂裂缝最准确的方法。监测，是目前判断压裂裂缝最准确的方法。丛式井丛式井目前美国页岩油气均采用丛式水平井开发，可采用底部滑动井架钻丛式井组。每井组38

24、口单支水平井，水平井段间距300-400m，水平段长度1000-3000m。n规模开发“井工厂”模式 (1)(1)实现设备利用的最大化。实现设备利用的最大化。多口井依次一开，依次固多口井依次一开，依次固井，依次二开，再依次固完井。钻井、固井、测井设备无停井，依次二开，再依次固完井。钻井、固井、测井设备无停待。井深待。井深1500m1500m左右的左右的致密砂岩气井致密砂岩气井丛式井单井平均钻井周丛式井单井平均钻井周期仅期仅2.92.9天，垂深天，垂深2500m2500m左右、水平段长左右、水平段长1300m1300m的的页岩气页岩气丛式丛式水平井平均钻井周期仅水平井平均钻井周期仅2727天。天

25、。(2)(2)泥浆重复利用，减少泥浆的交替。泥浆重复利用，减少泥浆的交替。多口井一开泥浆多口井一开泥浆体系相同，重复利用；二开泥浆体系相同，重复利用。尤其体系相同，重复利用；二开泥浆体系相同，重复利用。尤其是三开油基泥浆的重复利用特别重要。是三开油基泥浆的重复利用特别重要。n规模开发“井工厂”模式为提高作业时效，降低生产成本，提高开采效益，在生产作业中采取以下两个方面措施：（1）钻机底部液压移动式搬家。在同一井场实施的丛式水平井钻井，一般部署3-8口井水平井，采用统一的井场基础，地面井口一般距离为5-15m，钻机搬家均采用底部液压移动式搬家，大大降低了搬家时间和成本。（2）同一井场实施并行作业

26、。在同一个井场有多口井可同时进行钻井、压裂和采油等多项作业，即实施“并行作业”，加快产能建设的步伐，缩短了页岩油气田项目投产周期。n规模开发“井工厂”模式n规模开发“井工厂”模式l同步压裂同步压裂l拉链式压裂拉链式压裂一一 国内外页岩气现状国内外页岩气现状二二 页岩气开发关键技术页岩气开发关键技术三三 页岩气前景展望与启示页岩气前景展望与启示1.1.世界页岩气世界页岩气“革命革命”方兴未艾，北美地区持续方兴未艾，北美地区持续高速发展，中国加速发展，其他国家正处于起步高速发展，中国加速发展，其他国家正处于起步阶段。阶段。20132013年年底，第三轮页岩气探矿权招标工作年年底，第三轮页岩气探矿权

27、招标工作即将启动，中国页岩气产业即将步入规模化开发阶即将启动，中国页岩气产业即将步入规模化开发阶段。段。n页岩气前景展望2.2.中国页岩气资源条件十分优越、潜力巨大，开采中国页岩气资源条件十分优越、潜力巨大，开采持久性强。中国已基本掌握页岩气勘探开发配套关键持久性强。中国已基本掌握页岩气勘探开发配套关键技术，将来国产技术与设备必将取代国外的技术与设技术，将来国产技术与设备必将取代国外的技术与设备，直至走出国门、走向世界。备，直至走出国门、走向世界。n页岩气前景展望3.3.中国政府扶持政策的大力支持与国内天然气中国政府扶持政策的大力支持与国内天然气市场的巨大需求，国内天然气供气矛盾越来市场的巨大需求，国内天然气供气矛盾越来越突出，为中国页岩气产业的发展提供了非越突出，为中国页岩气产业的发展提供了非常好的机遇。常好的机遇。n页岩气前景展望n 几点启示