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1、中国石化非常规天然气 增产改造技术,中国石油化工股份有限公司,2011年9月,汇 报 内 容,一、非常规天然气勘探开发现状 二、国外非常规天然气增产改造技术发展现状 三、中石化非常规天然气增产改造技术 四、技术瓶颈和下步攻关方向,一、非常规天然气勘探开发现状,非常规天然气是指在成藏机理、赋存状态、分布规律或勘探开发方式等方面有别于常规天然气的烃类(或非烃类)资源,主要指页岩气、煤层气、致密砂岩气等。,具有资源丰度低、低孔、低渗、日产量低“四低”特征，但是具有资源量大、单井生产寿命长等特点。,世界非常规油气资源丰富，分布广泛，总资源量达到921.4万亿方，是常规气的2.1倍。其中页岩气为456万
2、亿方，煤层气256万亿方，致密砂岩气209万亿方。,一、非常规天然气勘探开发现状,一、非常规天然气勘探开发现状,北美非常规天然气开发现状,经过多年的技术攻关，北美实现了致密砂岩气、煤层气、页岩气资源的大规模商业化生产，2010年北美非常规天然气产量达到0.36万亿方以上，超过常规天然气产量。,2008年全球天然气产量为2.80万亿方，其中非常规天然气为0.56万亿方，占20%；北美非常规天然气产量为0.28万亿方，占全球非常规天然气产量的50%。,国内天然气总资源量为108119万亿方，其中常规天然气总资源量为3543万亿方，非常规天然气为7376万亿方，非常规天然气总资源量为常规气的1.82
3、.1倍。页岩气总资源量为24.5万亿方，为非常规气总资源量的33%，开发潜力巨大。,一、非常规天然气勘探开发现状,汇 报 内 容,一、非常规天然气勘探开发现状 二、国外非常规天然气增产改造技术发展现状 三、中石化非常规天然气增产改造技术 四、技术瓶颈和下步攻关方向,二、国外非常规天然气增产改造技术发展现状,1、页岩气增产改造技术发展历程,常规压裂裂缝,滑溜水压裂裂缝,水平井分段压裂裂缝,同步压裂裂缝,二、国外非常规天然气增产改造技术发展现状,完井工艺：可钻桥塞射孔联作压裂技术、裸眼分段压裂技术（目前常用） 压裂工艺：水平井分段压裂（致密砂岩、泥页岩），水平井同步压裂（泥页岩） 压裂理念：体积缝
4、网压裂 压裂材料：滑溜水（常用）、线性胶、交联液；石英砂（常用）、低密度支撑剂 压裂规模：排量10m3/min，每级液量1000m3，每级支撑剂100t 压裂级数：目前最高分40级压裂 压裂管理：井工厂理念。,最终目的：最大限度的增大泄油泄气体积，提高单井产量。,产量提高34倍,增大泄油泄气体积,1、页岩气增产改造技术发展历程,二、国外非常规天然气增产改造技术发展现状,2、煤层气开采技术发展历程,煤层气开采主导工艺技术包括排水降压技术、定向羽状水平井技术、裸眼洞穴完井技术、压裂改造技术（CO2泡沫压裂、活性水压裂）。,（1）排水降压技术 该技术是有效提高单井产量的最经济可行方法之一。美国圣胡安
5、盆地单井日产气量仅有上百方，17口井大井组抽排3年后单井日产气上升到50007000m3。,（2）定向羽状水平井技术 该技术是美国CDX公司的专利技术，该技术使得单井日产气量达2.85.6104m3，单井主枝长1500m，控制面积约4km2，产量比常规压裂提高10倍左右。,二、国外非常规天然气增产改造技术发展现状,（3）裸眼洞穴完井技术 主要适合高渗透煤区（渗透率大于5md），产量可达常规压裂的320倍。美国圣胡安盆地4000多口煤层气井，1/3采用裸眼完井，产气量占整个盆地产量的76。,（4）压裂增产改造工艺技术 a、CO2泡沫压裂工艺技术 b、活性水压裂工艺技术 C、压后排液配套技术 CO
6、2泡沫压裂、活性水加砂压裂技术具有施工液量小，滤失量小，造缝能力强，对煤层伤害性小等特点，在煤层压裂能取得较好的效果。,2、煤层气开采技术发展历程,二、国外非常规天然气增产改造技术发展现状,3、致密砂岩气增产改造技术发展历程,致密砂岩气增产改造工艺技术国外主要有大型压裂技术、多层压裂技术、水平井压裂技术。,（1）大型水力压裂技术：要求裂缝半长大于300m，加砂规模大于100m3。以美国的Wattenberg气田为代表，通过大型压裂加砂产生裂缝半长达1058m，压后产量是常规加砂产量的3倍。,（2）多层压裂技术：致密砂岩大部分气藏纵向上均具有多层系、多砂体叠置特点，典型直井多层压裂方法有滑套+封
7、隔器分层压裂、连续油管分层压裂、桥塞分层压裂等。如美国Jonah气田，多至10层压裂，控制储量增加3-7倍，单井产量增加2-3倍。,二、国外非常规天然气增产改造技术发展现状,3、致密砂岩气增产改造技术发展历程,（3）水平分段压裂技术：2005年以来，投球滑套分级分段压裂技术日益成熟并大规模推广应用，目前已可进行多达40级以上分段改造。水平井施工成本比直井高24倍，而其理论产量是后者的35倍。,常规压裂,大型长缝压裂,分层压裂,水平井分段压裂,最终目的：最大限度的增大泄油泄气体积，提高单井产量。,汇 报 内 容,一、非常规天然气勘探开发现状 二、国外非常规天然气增产改造技术发展现状 三、中石化非
8、常规天然气增产改造技术 四、技术瓶颈和下步攻关方向,三、中石化非常规天然气增产改造技术- （一）页岩油气增产改造工艺技术,1、页岩油气储层特征及潜力分析,页岩油气：产自富有机质页岩系统中，自生自储在微-纳米级孔隙中，连续聚集的油气。 页岩油气主体上以吸附或游离状态存在于页岩中，须采用水平井及分段水力压裂方有开采价值。 有利的发育部位位于盆地中央或斜坡地带，属于连续型油气藏。,三、中石化非常规天然气增产改造技术- （一）页岩油气增产改造工艺技术,泥页岩储集空间：无机孔隙、有机孔隙、微裂缝,岩性：暗色页岩，层理发育，含有硅质和钙质，较好的矿物成分是粘土较少，方解石较多，硅质多（即E值较大），最好的
9、泥页岩储层是粘土含量较少的粉砂质泥岩； 物性：致密，孔隙度一般低于10%，渗透率一般在0.01-0.00001md。在构造活跃地区或者上覆地层剥蚀，地层压力下降的情况下发育裂缝，并被钙质或泥质充填。,溶蚀孔,干酪根生烃后次生孔,1、页岩油气储层特征及潜力分析,中石化页岩气地球化学参数与美国同类参数对比表,从对比情况分析，储层具有一定的可采性,三、中石化非常规天然气增产改造技术- （一）页岩油气增产改造工艺技术,1、页岩油气储层特征及潜力分析,济阳坳陷页岩与部分含油气页岩地球化学参数与美国同类参数对比表,济阳坳陷泥页岩具备生成大量页岩油气的物质基础,三、中石化非常规天然气增产改造技术- （一）页
10、岩油气增产改造工艺技术,1、页岩油气储层特征及潜力分析,2、页岩可压性及裂缝扩展规律,三、中石化非常规天然气增产改造技术- （一）页岩油气增产改造工艺技术,评价页岩可压性及裂缝扩展规律的因素主要有两个：一个是脆性指数，另一个是应力各向异性。,（1）岩石力学性质,杨氏模量越高，泊松比越小，岩石脆性越大；脆性越大，越容易形成网状裂缝，而脆性越小，则形成网状裂缝的可能性越小。,脆性指数BRIT： YM_BRIT=(YMS_C1)/(81)*100 PR_BRIT=(PR_C0.4)/(0.150.4)*100 BRIT=(YM_BRIT+PR_BRIT)/2,罗69块脆性指数计算,2、页岩可压性及裂
11、缝扩展规律,三、中石化非常规天然气增产改造技术- （一）页岩油气增产改造工艺技术,（2）矿物组成,（3）油藏埋深,硅质、钙质含量增加，脆性增强；油藏埋深变浅，脆性增加。,三、中石化非常规天然气增产改造技术- （一）页岩油气增产改造工艺技术,罗69块水平应力各向异性计算,通过计算罗69井应力各向异性5%-12%（2950-3050m）之间，3050-3150m在12%-18%之间。根据计算结果，说明地层具有形成网状裂缝的地质条件。,应力各向异性,2、页岩可压性及裂缝扩展规律,三、中石化非常规天然气增产改造技术- （一）页岩油气增产改造工艺技术,3、形成的主导工艺技术,中国石化于2009年正式启动
12、了页岩气选区评价工作，随后进行了5口页岩气井的压裂改造及试气先导试验，分别是华东分公司的方深1井、江汉油田的建111井与河页1井、河南油田的安深1井及川东北的元坝9井。,在页岩气增产改造工艺技术上取得了一些认识。形成了以滑溜水大型压裂改造技术为主导的增产工艺技术。,三、中石化非常规天然气增产改造技术- （一）页岩油气增产改造工艺技术,3、形成的主导工艺技术,（1）设计思路： 采用滑溜水加砂压裂改造； 针对储层较深，在采用41/2油管； 加转向剂，控制缝高延伸； 主要采用无机防膨剂KCL减少水敏伤害； 采用助排剂+液氮泵入复合助排技术。,压裂液体系：0.2%降阻剂HEC+3.0%无机防膨剂KCL
13、+0.5%起泡剂FCY+1%防水锁剂YFS-3+0.075%甲羟基纤维素CMC。 支撑剂体系：40/70目中密度高强度陶粒，耐压102MPa下破碎率低于8%。,（2）压裂材料,元坝9井,三、中石化非常规天然气增产改造技术- （一）页岩油气增产改造工艺技术,该井于2010.9.17施工：施工压力73-97MPa，排量3.1-5.9m3/min，入地液量2046m3，加入40-70目陶粒40m3，砂比2.2-10%, 平均砂比2.6%，拌注液氮70m3，压裂施工顺利完成。,3、形成的主导工艺技术,（3）施工情况,三、中石化非常规天然气增产改造技术- （一）页岩油气增产改造工艺技术,中石化通过5口井
14、次的页岩气井压裂改造及试气先导试验，形成了滑溜水大型压裂改造技术为主导的工艺技术：最大用液量为2378.8m3，最大加砂量为158.8m3，最大排量将近11.0m3/min。 其大型压裂改造配套技术主要有： （1）射孔：优选脆性好的层段进行簇式射孔（高杨氏模量、低泊松比）； （2）压裂液体系：减阻水压裂液（低伤害，低成本）； （3）压裂规模：大排量（9-10m3/min 以上）；大液量（总液量2000m3以上）； （4）支撑剂：小粒径、低密度（70/100目和30/60目陶粒）； （5）泵注程序：高前置液（30-50%）、多段塞、低砂比； （6）裂缝监测技术：微破裂影像技术； （7）返排：强制
15、裂缝闭合及快速返排技术。,3、形成的主导工艺技术,三、中石化非常规天然气增产改造技术- （一）页岩油气增产改造工艺技术,4、取得的认识,（1）通过国内外页岩油气地球化学参数（TOC、RO、有机质类型）的对比分析，表明国内页岩具备生成大量页岩油气的物质基础； （2）通过国内外岩石力学参数（杨氏模量、泊松比、脆性指数、应力各向异性）的对比分析，表明国内页岩具有一定的可压性，具备了形成网状裂缝的地质条件； （3）国外储层沉积类型为海相沉积，呈现粘土矿物含量低，基本无伊/蒙间层矿物的特点，而国内沉积类型多为陆相沉积（如济阳坳陷），沉积类型对压裂增产改造的影响还需要进一步研究；,三、中石化非常规天然气增
16、产改造技术- （一）泥页岩油气增产改造工艺技术,4、取得的认识,（4）储层天然裂缝发育与否是页岩油气富集高产的关键因素：如建111井、元坝9井天然裂缝较发育，压裂时则更易形成一定的网状裂缝，压后取得了较好的效果； （5）通过一系列实验，探索了以滑溜水大型压裂改造技术为主导的工艺技术：最大用液量为2378.8m3，最大加砂量为158.8m3，最大排量将近11.0m3/min。同时也配套形成了滑溜水大型压裂改造技术为主导的一系列相关配套工艺技术。,三、中石化非常规天然气增产改造技术- （二）煤层气增产改造工艺技术,1、煤层气储层特征,煤层不仅是煤层气的源岩，也是煤层气的储集层。煤层气主要以游离、吸附和溶解三种状态赋存于煤层中。游离气仅占10%一20%。吸附气可占70%-95%。,（1）孔隙系统：煤的孔隙结构分为基质孔隙和裂隙孔隙，是一种双重孔隙系统。基质是主要的储气空间，裂隙是主要的渗流通道。,（2）孔隙度：孔隙度一般仅为1%-5%，基质孔隙度也仅为2%。 （3）渗透率：原始渗
