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1、页岩气地质评价与开发关键技术页岩气地质评价与开发关键技术 汇 报 提 纲 一 概述 二 页岩气地质特征 三 页岩气综合地质评价 四 页岩气开发关键技术 五 页岩气展望 一 概述1 世界油气资源统计 资源类型远景资源累计采出剩余量待发现量备注 常规 油气 石油 108t 天然气 1012m 非常规 油气 石油 108t 天然气 1012m 4110 5479102910322049 3418探明程度43 436 169 4149 5217 2探明程度50 超重油及沥青 油砂 5206 油页岩 3397 8534 合计 8603 13740 常规石油的 1 8 2 9倍 常规天然气 的2 2倍 煤
2、层气 168 312 中值256 1 致密砂岩气 209 6 页岩气 456 天然气水合物 2501 合计 3423 一 概述2 国外页岩气发展现状 全球已掀起 页岩气革命 目前已有多个国家在进行页岩气前期评价和勘 探开发先导试验 其中以美国页岩气勘探开发较为成熟 国家和地区 技术可采资源量 万亿方 加拿大 墨西哥30 3 美国24 4 北美合计54 7 南美7国34 7 欧洲 不含俄联 邦 17 7 非洲29 5 中国36 澳大利亚11 2 合计187 4 美国能源署统计 一 概述3 中国页岩气发展现状 我国页岩分布盆地有四川盆地 鄂尔多斯盆 地 渤海湾盆地 松辽盆地 塔里木盆地 以及准噶尔
3、盆地等 估计资源量10 30万亿方 页岩气资源丰富 一 概述3 中国页岩气发展现状 中石油 确定威远 长宁 富顺 永川 昭通页岩气有利区 完钻11口评价井 2011 威201井经压裂获得初始 产量10000方 日 宁201井获得初始产量14000方 日 中石化 在黔东 皖南 川东北地区优选建南 黄平页岩气 有利区 完钻5口评价井 3口直井见气 1口获工业 气流 延长油矿 在鄂尔多斯盆地4口井获得陆相页岩气突破 图为柳 坪177井在延长组长7段页岩气 汇 报 提 纲 一 概述 二 页岩气地质特征 三 页岩气综合地质评价 四 页岩气开发关键技术 五 页岩气展望 二 页岩气地质特征1 页岩气成藏过程
4、 圈闭 盖层 储层 烃源岩 生烃过程 排烃过程 运移过程 原油裂解 天然气保存 页岩气 Shale Gas 是指在富有机质泥 页岩及其夹层中 以吸附态和游离态为 主要方式存在并富集的天然气 吸附阶段孔隙充填阶段裂缝充填阶段页岩气藏阶段 有机质和黏土颗粒表面吸附与解吸气体流入页岩基质孔隙气体进入天然裂缝网络最终形成页岩气藏 页岩气赋存方式与成藏过程示意图 据Ron McDonald 2002 二 页岩气地质特征2 页岩气成因类型 页岩气存在三种气源 1 生物成因气 生物作用 2 热成因气 干酪根 油裂解 沥青裂解 3 二者混合成因 页岩气藏气源成因示意图 据Jarvie 2003 二 页岩气地质
5、特征3 页岩气藏特征 特点页岩气藏常规气藏 赋存机理 主要以吸附态赋存于有机质 泥页岩颗粒表面 游离态 赋存于微孔隙 微裂缝 浮力作用影响下 主要以游离态聚集于储层顶部 成藏特点自生自储 无明显圈闭 初次运移成藏聚集于运移路径上的圈闭 二次运移成藏 气藏规模大面积区域分布 规模大于常规气藏取决于圈闭大小 分布特点盆地古沉降 沉积中心及斜坡 受有机质分布控制构造较高部位的多种圈闭 储集介质泥页岩基质孔 渗低 但普遍发育天然裂缝孔隙性砂岩 裂缝性碳酸盐岩 富集特征裂缝发育的 甜点 高产富集区孔 渗高的已成藏圈闭储集层 主控因素有机质丰度 成熟度 脆性矿物成分 裂缝 含气量等气源 输导 圈闭等 勘探
6、成功率勘探成功率高 没有真正的干井勘探成功率低 地质风险大 开发特点 工程风险高 需多级压裂技术 采收率低 生产周期长 一般30 50年 工程风险低 单井产量高 产量递减快 页岩气并不形成类似于常规油气的圈闭 具有自生自储 无气水界面 大面积低丰度连续成藏 低孔 低渗等特征 存在局部富集的 甜点 区 一般无自然产能或低产 需要大型水平井和 水力压裂技术才能进行经济开采 单井生产周期长 汇 报 提 纲 一 概述 二 页岩气地质特征 三 页岩气综合地质评价 四 页岩气开发关键技术 五 页岩气展望 三 页岩气综合地质评价 1 基础地质特征 1 页岩识别控制包括露头识别 测井识别 地震追踪 含气页岩测
7、井响应为 四高两低 特征 即高伽马 高电阻率 高声波时差 高中子孔隙度 低密度 低 光电效应 三 页岩气综合地质评价 1 基础地质特征 2 页岩面积与厚度分布 页岩厚度和面积保证 充足的有机质 利于页岩气生成 储渗空间 利于页岩气富集 美国地区页岩气开发一般 要求直井厚度大于30m 有 效厚度大于15m 上扬子地区筇竹寺组TOC 2 页岩厚度图 三 页岩气综合地质评价 2 地化分析 有机质丰度影响了 页岩的生气量与含 气量 北美地区商 业价值页岩气藏 TOC 2 干酪根类型决定了 生油 生气能力 I II型干酪根易 生油 III型干酪 根易生气 热成熟度Ro反映有机质是否已经成熟 虽然在不同阶
8、段生成的天然气 皆可形成页岩气藏 但是成熟度越高其产气量越大 北美较好的页岩 气储层的Ro 1 1 1 地化参数测试 三 页岩气综合地质评价 2 地化分析 Barnett页岩含气量数据显示 有机碳含量越大 页岩含气量越高 有机碳含量高生烃潜力大 有机质颗粒表面吸附气多 有机质生烃后产生微孔隙易于天然气聚集 2 生烃特征 运用岩石热解分析 获得游离 烃S1 干酪根裂解烃S2和热解 峰温Tmax 指示生烃潜力和热成 熟度 三 页岩气综合地质评价 2 地化分析 综合利用碳同位素 气样组分以及热成熟度指标 确定页岩气成因类型 探讨页岩气生成过程 3 页岩气成因分析 三 页岩气综合地质评价 3 储层研究
9、 1 物性特征 GRI 美国天然气研究所 岩心分析法对威远地区九老洞组页岩评价结果 原有条件下干燥和DEAN STARK 提取条件下 岩样号 体积密度 g cm3 基质渗透率 x10 8mD 含气孔隙度 含气饱和度 含油饱和度 颗粒密度 g cm3 孔隙度 含水饱和度 1 2 3 4 2 646 91 7168 6 2 716 2 49031 4 2 665 471 2452 1 2 718 2 38047 9 2 681 280 8649 8 2 49 1 73050 2 2 651 481 5967 02 7072 38033 0 常规砂岩 700 m 孔隙系统 矿物骨架 含气页岩 100
10、 m 孔隙中的自由气孔隙中的自由气和干酪根吸附气 干酪根 三 页岩气综合地质评价 3 储层研究 1 物性特征 v孔隙度与页岩的气体总含量之间呈 正相关关系 v随孔隙度的增加 含气量中游离气 量的比例增加 孔隙压力 MPa 孔隙压力 MPa 三 页岩气综合地质评价 3 储层研究 2 温压条件 温度对页岩气成藏的影响 v在相同压力下 温度增高 吸附 气含量降低 压力对页岩气成藏的影响 v一方面 含气量与压力之间呈正相关 关系 v另一方面 压力对吸附气影响小 与 游离气呈正相关明显 温度 oC 吸附气量 cc g 相对于不同储层温度对应的吸附气量 Ross和Bustin 2006 三 页岩气综合地质
11、评价 3 储层研究 v增加页岩孔隙度 改善页岩极 低的基质渗透率 v有助于页岩层中游离态天然气 体积的增加和吸附态天然气的解 析 v裂缝是力学上的薄弱环节 包 括因胶结而封闭的 增加了压 裂处理的有效性 3 裂缝发育特征 三 页岩气综合地质评价 3 储层研究 3 裂缝发育特征地震技术对页岩裂隙预测 层属性 各向异性 横波分裂 层属性 三 页岩气综合地质评价 3 储层研究 页岩矿物组成主要包括石英 长石 方解石等 碎屑矿物 黄铁矿等自生矿物 伊利石 蒙脱 石 高岭石等黏土矿物 以及有机质 4 岩石矿物 岩石X 衍射分析 ECS 测井 v 硅质 钙质矿物成分越高 脆性大 页岩储层加砂压裂时 越容易
12、被压开 易 于储层改造 造缝能力强 v 北美地区页岩开发要求脆性矿物含量 大于40 三 页岩气综合地质评价 3 储层研究 5 应力分析 水平井眼取向 最大应力方向 水平井的方向应与最大水平应力方向垂直 水平井与裂缝不同方向的效果 三 页岩气综合地质评价 4 资源评价 1 老井气显复查 从复查常规油气勘探 穿越目标页岩层段时 的录井及气测显示入 手 初步分析页岩含 气性的纵向和平面分 布特征 三 页岩气综合地质评价 4 资源评价 2 页岩含气特征 作为页岩气选区与资源评价的关键系数 页岩含气量测定至关重要 目前主要有罐解气测试 等温吸附曲线 测试 含气饱和度法以及有机碳 含气量拟合四种方法 a
13、罐解气测试 b 等温吸附曲线测试 d 有机碳 含气量拟合法 c 含气饱和度法 三 页岩气综合地质评价 4 资源评价 3 资源量计算 1 体积法 Q总 Q吸 Q游 Q溶 Q吸 Q游 S h G 参数 S为泥页岩面积 km2 h为泥页岩有效厚度 m 为泥 页岩密度 g cm3 G为含气量 108m3 t G G吸 G游 2 含气量类比法 i 预测区类比单元与标准区的类比相似系数 3 资源丰度类比法 Si 预测区类比单元的面积 km2 Ki 类比区油气资源丰度 108m3 km2 由标准区 给出 勘探 程度 评价 方法 主要方法和影响因素 结果 可靠性 高勘探 程度 体积法 在多口探井控制和地震资料
14、 控制下 根据有效体积参数 及含气量 进行资源潜力计 算 依据成因 法 计算 其对应阶 段的生气 量 结合 其排烃特 征 估算 页岩气的 最大残留 量来进行 分析 含气量 类比法 重点考虑对含气量影响比较 大的参数 有机质丰度 有 机质类型 成熟度 黏土矿 物类型 孔隙度 温压条件 等 进行含气量类比 低勘探 程度 资源丰度 类比法 制定类比标准 结合类比对 象特征 确定与解剖区的相 似系数以及关键参数的权重 分布 进行类比法资源量估 算 汇 报 提 纲 一 概述 二 页岩气地质特征 三 页岩气综合地质评价 四 页岩气开发关键技术 五 页岩气展望 四 页岩气开发关键技术 1 页岩气开发技术历程
15、 1981 1985年 1985 1997年 1998 2003年 2003 至今 直井 泡沫压裂 氮气辅助 为直井 胶联压裂 氮气辅助 降滤 失剂 表面活性剂 主体技术为直井 清水加砂压裂 水平井 清水压裂 页岩气开发关键技术 水平钻井技术水力压裂技术 四 页岩气开发关键技术 2 水平钻井 随着2002年Devon能源公司沃斯堡盆地的7口Barnett页岩气试验水平井取得 巨大成功 业界开始大力推广水平钻井 水平井已然成为页岩气开发的主要钻井 方式 根据美国Barnett区块开发经验 水平井最终评价的开采储量是直井的3倍 以上 成本只相当于直井的1 5倍 此外页岩气井初始产量与最终总产量也有
16、很 大关系 美国Barnett页岩气单井产量低 生产寿命长达30 50年Barnett直井与水平井数量对比 四 页岩气开发关键技术 2 水平钻井 地质导向钻井 随钻测量 自然伽马测井 页岩气水平钻井常用技术 v欠平衡 平衡钻井技术 v旋转导向钻井技术 v控制压力钻井技术 四 页岩气开发关键技术 3 水力压裂 v页岩储层渗透率低 90 的页岩气完井后需要人工压裂后才能获得产量 v水力压裂是改善储层裂缝系统 增加渗流通道的最有效方法 v水力压裂对储层伤害小 增产效果明显 四 页岩气开发关键技术 3 水力压裂 v氮气压裂 凝胶压裂 地层伤害小 滤失低 携砂能力强 水敏性地层和埋深较浅的井 v清水压裂 减阻水为压裂液主要成分 成本低 但携砂能力强 适用于天然气裂缝系统发育 v多级压裂 多段压裂 分段压裂 技术成熟 使用广泛 产层较多 水平井段长的井 v水力喷射压裂 定位准确 无需机械封隔 节省作业时间 尤其适用于裸眼完井的生产井 v同步压裂 多口井同时作业 节省作业时间且效果好于依次压裂 井眼密度大 井位距离近 v重复压裂 通过重新打开裂缝或裂缝重新取向增产 对老井和产能下降的井均可使用 技术
