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1、页岩气开发现状、核心技术 和关键问题,页岩气：新闻热点 页岩气成为各家媒体新闻焦点： “页岩气革命席卷全球，中国何时开启页岩气时代？” “中国投入页岩气革命” “页岩气：未来能源的主力军” “ 页岩气：我国第172个独立矿种 或可替代天然气”, “政策松绑欲打破三桶油垄断 ，民企将成页岩气盛宴座上宾”,“ 民企破冰：首获页岩气勘探门票” 页岩气？请叫它涨停催化剂！ “页岩气热背后的冷思考”,页岩气（1）, 天然气是一种清洁、高效的化石能源:, 燃烧同等热值的天然气，其二氧化碳排放只有煤的一半和石油的70%, 若采用冷热电三联供，经过能源的梯级利用可以使能源利用效率从常规 发电系统的40%左右提
2、高到80%左右, 燃气电厂启动迅速：天然气发电成为间歇性可再生能源的极佳补充, 天然气在我国一次能源结构中的比例仅为4%，远低于亚洲平均,10%和全球平均24%的水平, 城市化：燃气需求迅速增加, 2020年，天然气缺口达1000亿方（相当于2011年全国天然气产量） 天然气对外依存度达24；价格倒挂, 页岩气：一种非常规天然气, 存在于致密泥页岩中，较常规天然气开采难度大,页岩气（2）, 页岩气储量:, 全球：456万亿方, 技术可采储量：189万亿方, 美国：24.4万亿方 中国：26万亿方,全球非常规天然气资源储量表,Billion Cubic Feet, 2011年，页岩气产量1800
3、亿方，占全国天然,气总产量34% 预计到2035年，页岩气产量比将提高至46%。,2,000,4,000 3,000,5,000,1,000 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010,Barnett Woodford Marcellus,Fayetteville Haynesville Eagle Ford, 美国有8000家油气公司，85%的页岩 气由中小公司生产 核心关键技术分别由各个中小专业技 术掌握,美国页岩气开发现状 1821,第一口井，Devonian Dunkrik Shale， Fredonia 70年代之
4、后-90年代，压裂技术发展 1990年起页岩气产量每五年翻一番 2009年，页岩气产量1000亿方，占全国天然 气的14%，超过了我国常规天然气总产量 2010年，页岩气产量1379亿方，占全国天然 气总产量23%,页岩气改变美国能源结构和产业格局, 美国和世界能源格局, 产量迅速上升：2009年页岩气产量达1000亿方，使美国成为第一大天然气,生产国, 动摇了世界液化天然气（LNG）市场格局，进而改变世界能源格局 价格快速下降：十年最低, 更多的燃气电厂取代燃煤电厂, 美国产业格局, 便宜的天然气价格为美国的制造业和化工业提供了更多的竞争力：能源价,格、化工原材料, 美国外交格局, 页岩油的
5、开发使美国原油进口压力减少：2020年，北美有望成为世界第一,油气生产基地, 燃气发电减少温室气体和污染物排放：气候谈判给其它国家的压力,简要历史回顾, Mitchell Energy & Development Co.,在极低经济效益的情况下持续投入了17年,上世纪90年代末，在水力压裂取代冻胶压裂后，经济效益得,到了提高, 2002年，Devon Energy 收购了Mitchell, Devon的经验带动了大量中小企业投资开发页岩气 几年后，Barnett成为美国最大的气田, Barnett成功经验推动美国页岩气的开发, 推广到多个盆地, 页岩气的开发技术又推动了美国页岩油的开发,页岩气
6、发展规划（2011-2015） 2015年完成资源潜力调查与评价 2015年实现产量65亿方 力争2020年达到6001000亿方,中国页岩气开发现状 中国开发进展 2008年：扬子地区为富集远景区 2009年 ：“中国重点地区页岩气资源潜 力及有利区带优选”项目 2010年：川渝黔鄂页岩气资源战略调查 先导试验区 完钻页岩气井60余口，水力压裂40余口， 工业气流30口 页岩气开发瓶颈：, 地质特点：埋深大、盆 地小、断层多；陆相为 主；地势险峻 资源风险、技术风险、 投资风险、环境风险, 2012年5月17日，国土资源部发布页岩气探矿权投标意向 调查公告，公布2012年页岩气探矿权招标投标
7、资格条件：, 内资企业，注册资金：人民币3亿元以上, 投标人应具有石油天然气或气体矿产勘查资质，或已与具有,勘查资质的企事业单位建立合作关系, 投标人应为独立法人，不得以联合体投标 促进民营企业进入页岩气勘探开发, 9月进行了页岩气探矿权第二轮招标，近百家投标20个区块 但我国目前还不掌握页岩气勘探开发的核心技术,国家放宽页岩气探矿门槛,页岩气开发的核心关键技术,页岩气特性 成藏机理 与煤层气对比 基质渗透率更低 游离气含量高,开采一般不需要排水降压,原地成藏、自生自储,页岩气评估,地质储量 总有机碳含量TOC2%，成熟度 Ro1.4 厚度30m，含气孔隙度2% 气体含量，含水饱和度40% 埋
8、深、温度、压力,储层评价,勘探阶段,早期开发,成熟开发,下降维护,页岩气总量,天然裂缝,矿物质含量,脆性,地层压力,岩石强度,渗透率 页岩厚度 页岩气产量,游离气,页岩基础物性测试 有机物含量,页岩气开发流程,页岩气开采, 页岩气中没有“干井”! 问题的关键是怎样开采天然,气？, Barnett页岩渗透率相当低, 开采天然气需要人工增产,手段，比如水力压裂, 冻胶压裂: 成本太高, 轻砂水力压裂: 有效, 15%-35% 采收率,Source: Devon,水平井 已经证明, 在水平完井段进行水力压裂比在垂直完井 段更高效:, 23倍成本 1520倍产量,Source: Devon,水平井 水
9、平井扩大接触面积 关键问题： 井身结构设计、钻完 井，保证安全稳定。 水平井方向, ,沿最大水平应力方向：纵向裂缝 垂直最大水平应力：横向裂缝 低渗气藏，横向裂缝增产显著 一般垂直最大水平应力方向钻井,完井决策图,深度、厚度、 TOC、石英 含量、气体 含量等,直井 V.S 水平井,单层 V.S 多段,对非常规气藏的非常规考虑, 当渗透率低到一定程度，渗透率具体是1 nD, 10 nD 还是 100 nD已不再那么重要, 扩散起作用, 问题在于岩层怎样被压裂:, 整齐的大裂缝？ 零碎的小裂缝？, 岩相对压力的响应决定压裂的裂缝网络的形态,水力压裂 第一步：泵入“岩石酸”（一般是盐酸HCl），
10、清理可能被钻井泥浆和水泥封堵的近井地带。 第二步：压入前置液，大量滑溜水被压入地 层引起地层破裂形成裂缝。 第三步：泵入含有支撑剂的压裂液，首先泵 入大量含有低浓度细砂支撑剂的压裂液，不断 增加泵入支撑剂数量和大小。 第四步：冲洗，清除设备和井壁附近的支撑,剂。 微震监测在压裂过程中，要持续监测裂缝 生长，确保这些裂缝没有偏移出页岩储层或者 延伸到邻近水域。,水力压裂流程,南北向 (ft),0 -500 -1000 -1500 -2000 -2500 -3000,-1000,-500,0,500,1000,1500,2000,2500,3000,东西向 (ft),观测井,水力压裂 1500 1
11、000 500,水力压裂,岩石力学 特征,压裂设计,应力分布,矿物组成,钻井设计,裂缝网络 SRV,生产, 常规储层： 高黏度压裂液形成二维裂缝，并使用高浓度、大颗粒 的支撑剂填充 页岩储层： 大量低黏度压裂液和低浓度小颗粒支撑剂形成复杂的 三维裂缝网络，增加储层改造总体积（SRV）,水力压裂, 压裂液,压裂液选择, 欠压实地层，需要辅以二氧化碳或泡沫压裂 最近采用液化石油气（LPG）压裂效果显著 压裂液选择 滑溜水压裂液成分,水力压裂,压裂技术对比,不同压裂技术的基 本原理是一样的， 只是实施过程、工 具和材料有所差别,页岩气生产速率,生产机制,主裂缝的储量,微裂缝中的储量,解吸&,扩散,生
12、产机制,控制产量的关键因素,1. 与井连通的裂缝网络,2. 基质中的气含量,流动机理 双重介质模型 多尺度流动模型 三孔双渗模型,双重介质,三孔双渗,关键： 刻画吸附气、游离气 在不同尺度下的运移 规律 与井连通的裂缝网络 对生产有重要意义 多尺度流动模型,Fracture Matrix,Fracture Matrix,Cacas et al., 2001,Shaul et al., 2005 Warren & Root, 1963,方法讨论 裂缝储层的数值模拟 局部网格细化 离散裂缝网络 双孔双渗模型,pw wgD qw mfw , Sw,t Bw, ,(pw wgD) qw mfw , S
13、w ,t Bw f, kkro So , ,(po ogD) qo mfo ,t Bo,(pg ggD) S,(po ogD), , Sg RSSo , qg mfg RSmog ,t, Bg,Bo, f, mfw ,t Bw m, mfo ,t Bo m, Sg,t Bg,m, kkro So , ,(po ogD) qo mfo ,t Bo,(pg ggD) S,(po ogD) qg mfg, , Sg RSSo , RSmog ,t, Bg,Bo, f, kkrw Sw ,(pw wgD) qw mfw ,t Bw m, kkro So , ,(po ogD) qo mfo ,t Bo,(pg ggD) S,(po ogD) qg mfg, Sg RSSo ,t Bg, RSmog ,Bo, m,黑油模型双孔单渗, f, f,kkrw Bww,Bo,R S ,Boo f f kkrg
