【7A文】页岩气开发技术研究

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1、,RESERVOIR SIMULATION,页岩气开发技术研究, ,页岩气富集区优选及储层评价 开发优化技术 水平井钻完井技术 压裂及储层改造技术,页岩气开发关键技术 由于页岩气成藏与开采的特殊性，配套的评价及开发 技术成为页岩气商业生产的关键。,页岩气藏成藏模式图,页岩气藏分布模式图,1、页岩气富集区优选及储层评价 （1）页岩气藏成藏及分布模式 页岩气成藏具有独特的自生、自储、自封闭特点，天然气以 游离和吸附状态赋存页岩系统中，有利区主要集中于盆地中心偏 斜坡处。,裂缝饱和富集 微-纳米级基质孔隙饱和富集,附富集,吸附成藏机理 资料来源 ：Jarvie et al., 2003,成藏机理 原

2、位饱和,成藏机理 有机质、粘土矿物等颗粒表面吸,1、页岩气富集区优选及储层评价 一是：与传统油气富集模式不同，页岩气成藏存在吸附成藏、 原位饱和成藏、裂缝饱和成藏三大机理。 裂缝饱和,滞留烃的数量：占总生烃量的 40%80%,排出,滞留,烃源岩,页 岩 油 页 岩 气,非常规油气,气藏 油藏 致密气 致密油,非常规油气,常 规 油 气,原 位 滞 留 富 集,1、页岩气富集区优选及储层评价 二是：页岩气成藏具有独特的自生、自储、自封闭特点，即 源储一体，持续聚集，原位饱和聚集。 页岩有机质生烃、成藏基本过程,核磁共振（NMR）测定 页岩孔喉结构及微观气体分布,聚焦粒子束（FIB）与扫描电子显微

3、镜 （SEM）技术观察纳米尺度的孔隙结构,1、页岩气富集区优选及储层评价 （2）实验评价方法 针对页岩储层纳米级孔喉的特点，发展形成含气量测试、纳米级微 观孔隙评价、纳达西级渗透率测试实验方法，推动页岩气储层评价技术 发展。 Barnett 页岩样,毛管压力,MPa,100.00 10.00 1.00 0.10 0.01,0,20,40,60,80,100,汞饱和度,%,退汞,常规储层压汞曲线,1、页岩气富集区优选及储层评价 页岩岩心致密（最低可达10-9md）、易破碎、制样难度大，常规测量 方法很难揭示页岩储层的孔隙、喉道特征和获取有效的页岩储层物性参数。 20MP 进汞,页岩储层压汞曲线,

4、常规砂岩铸体薄片,页岩孔隙,1、页岩气富集区优选及储层评价 一是：利用氩离子光束抛光页岩岩石样品表面，通过高倍扫描电镜、薄 片岩相鉴定仪和X-衍射仪的分析，可以定量观察微孔隙结构，确定孔隙度， 分析矿物成分。,5 m BlakelyWell, 2,167.4 m,表面经氩离子抛光后的SEM照片,氩离子抛光原理图,粒间孔(IG)与干酪根粒内孔(K) SE Rob Reed, BEG, 2007,孔隙度3.5% 照片中的总孔 隙度3.5% 更高碳含量中的纳 米孔隙,氩离子抛光与常规抛光对比,与常规油气储层相比，页岩 等非常规储层孔喉属于微-纳 米级别，孔喉连通复杂，渗流 机理特殊，常规分析测试手段

5、 无法准确测量和表征。,二是：利用纳米CT和双射线系统（SEM/FIB）三维成像技术，可以对页 岩储层微观孔喉结构进行无损伤立体重构、确定孔隙分布与储层参数。,1、页岩气富集区优选及储层评价,三是：基于多尺度岩心扫描结果，利用晶格玻尔兹曼原理模 拟油气渗流机理，建立基于真实三维孔隙模型的非常规油气成藏 动态模型。,改变了传统的储层孔喉结构表征方法，建立了非常规储层性质的,有效评价体系，大大拓展了全球油气勘探领域,1、页岩气富集区优选及储层评价,四是：该技术得到现场应用，EOG公司利用该技术对Eagle Ford,页岩进行了研究，查明了页岩气储存和富集机制。,1、页岩气富集区优选及储层评价,储集

6、空间特征分析 测井分析喉道半径与孔、渗关系,物性特征分析 地震识别有利区带,1、页岩气富集区优选及储层评价 （3）物性参数解释及富集区优选 集成地震、测井、地球化学、岩石矿物学、实验分析方法，形 成页岩气开发有利区筛选评价技术，显著提高“甜点”建产效果。 r35,野外露头踏勘 露头区浅钻 取样分析化验,露头区页岩层空 间分布 页岩气成藏背景,页岩气资源潜 力和有利目标,区域地质背景分析 （构造抬升影响） 综合测井技术 地震解释、处理、 储层预测,及生气潜力、储 层评价 进行含气性识别 与评价、页岩储 层识别与预测,1、页岩气富集区优选及储层评价 一是：形成了适合页岩气储层的富集区地质评价技术流

7、程,1、页岩气富集区优选及储层评价,Ro：镜质体反射率 GIP：原地气量 TOC：总有机碳,Thickness：有效厚度 Abso-gas：吸附气量,二是：井点富集区优选方面，主要运用五项指标进行评价,三是：平面富集区优选方面，形成先寻找核心区，然后再拓展到非 核心区块的开发程序及布井方式。超压是核心区具备最明显的特征之一,1. 寻找核心区：在目标盆地中划出生产 测试区，进行多井生产测试。（五点或九 点井网布井；泄流面积小于80英亩；连续 生产至少612个月）,2.开发核心区： 从盆地物性较好的核心地 区开始开发。（评价产能，不断优化开发 方案）,3.向非核心拓展：随着开发规模的扩大，开 发面

8、积向周边非核心区的区块扩展。,Barnett页岩,1、页岩气富集区优选及储层评价,地层超压是页岩气核心富集区发育的标志性特征,Gst = Gs +Gsf +Gsd,1、页岩气富集区优选及储层评价,（4）储量评价,1、页岩气富集区优选及储层评价,页岩气储量的基本特点：,1、页岩气藏不受水动力学控制，几乎不产地层水； 2、没有明显的盖层或圈闭；,3、邻井动态不是未开发井位动态的可靠指标； 4、改进技术常常能够扩展气藏的边界；,5、在面上，具有区域性的连续的烃类系统； 6、生产需要大型的压力；,7、地层条件下低基质渗透率（0.1md）；,8、资源储量评估的风险主要在于储层性质的变化。,1、页岩气富集

9、区优选及储层评价 一是：针对页岩气储量特点，形成了适合不同盆地、不同勘探开发 阶段的页岩气资源-储量评价方法。 页岩气资源储量评价方法,静态法,动态法,类比法,容积法,统计法,资源丰度（面积 体积等）类比法 应用时间：勘探 初期,含气量法 应用时间：勘探 评价阶段,Forspan法 地质要素风险概率法 应用时间：开发早期 阶段,单井储量估算法 物质平衡法 数值模拟法 应用时间：开发阶段,美国目前页岩气资源预测方法核心为-EUR（最终可采储量）, .,OGIPshale 1.,359.7A.hVi. s OGIP 2 OGIP org OGIP hf OGIP m,OGIP 2 OGIP m O

10、GIP hf OGIP org ,43560Ah2.(1 Sw2) Bgi 43560Ahm.(1 Sw m) Bgi 43560Ahhf .(1 Swhf ) Bgi 43560Ahorg.(1 Sworg) Bgi,干酪根吸 附气储量 自然裂缝 气储量 基质孔隙 气储量 水力裂缝 气储量 干酪根孔 隙气储量,1、页岩气富集区优选及储层评价 二是：基于页岩气游离和吸附分布状态，以及普遍需要压裂的特点， 突破传统容积法计算储量方法，建立了适合页岩气地质储量评价模型。,孔隙度 测定 +,吸附气 测定,传统方法： 储量孔隙体积吸附气体积,孔隙度 测定 +,吸附气 测定 -,改进方法： 储量消除重复

11、计算吸附气占据孔隙体积,吸附气 占据孔隙 体积,孔 隙 体 积 模,型, .,OGIPshale 1.,359.7A.hVi. s OGIP2 OGIP org OGIPhf OGIPm,地质 储量,水力裂缝 气储量,基质孔隙 气储量,储 量 计,算 模 型,干酪根吸 OGIP 储量,附气 2,Ah .(1 Sw 自 干酪根孔,43560 然裂缝 2 隙气储量2) 气储量 B,1、页岩气富集区优选及储层评价 三是：在游离气、吸附气测定基础上，消除孔隙中吸附气重复计算 误差，改进储量计算模型，储量评价精度较传统方法最高提高30。,Old and new methodologies assume

12、that all fractures and pore spaces are captured by lab experiments,= Total OGIP (C) SERVIPETROL LTD., Calgary, Canada, 2009,1、页岩气富集区优选及储层评价 常规容积法中存在干酪根中孔隙气量在孔隙度测定和吸附气测定中重 复计算的误区，应消除重复计算误差。 Proposed Void space Measuredby Porosity Measurement + Sorbedmass Measuredby Adsorption Experimet - Freegas Volu

13、metaken Up by sorbed Gas + Fracturesand pore Spaces not capturedby porositymeasurement,2、产能评价与开发优化技术 （1）页岩气的渗流机理 一是：揭示了页岩气具有解吸-扩散-非达西渗流过程以及 相态转化和阶段变化特征。,从岩石颗粒解吸,通过原生孔隙扩散,向井眼的达西流,2、产能评价与开发优化技术 二是：页岩微小基质孔隙中气体向大孔隙和裂缝作扩散运动，遵 循达西定律；而基质孔隙表面的吸附气不再是达西流，而是在一定压 力下发生解吸。 由于裂缝空间是有限的，早期以游离气为主的天然气产量快速下 降并达到稳定，稳定期的

14、产量主要是基质孔隙里的游离气和解吸气。,压裂前：无渗透性,压裂后：形成“人造渗流缝,” 基质 有机质孔 微裂缝 甲烷,产量,时间,早期评 价建产,稳产阶段,阶 递 段 减,阶段 后期低 压小产 阶段,投产初期：以游离气为主的天然气产 量快速下降并达到稳定 稳定期：产量主要是基质孔隙里的游 离气和解吸气,页岩气藏,常规气藏,产能建设阶段：随着生产井不断投产，气 藏采气速度逐渐提高； 稳产阶段：高产稳产、持续一段时间； 递减阶段：定压生产、产量逐步递减； 后期低压小产：地层压力接近枯竭，低产,2、产能评价与开发优化技术 （2）生产动态评价技术,2010年，卡尔加里大,学能源研究中心提出了水,平井压

15、裂分段间距优化方法， 综合利用测井、测试压裂、 RTA产量递减分析等手段计算 储层参数，模拟有效裂缝半 长，最后通过气藏数值模拟 软件及净现金流分析进行水 平段优化。,加拿大页岩气藏实例计算： 最优压裂间距为75-120米,（3）水平段压裂间距优化,2、产能评价与开发优化技术,Fayetteville页岩气藏气体解吸 对生产影响占总产量的10-30%。 （2）井距模拟表明， 页岩气 藏井距应为80-160英亩。,Fayetteville 页岩气藏井距优化模拟,2、产能评价与开发优化技术 （4）气体解吸量预测及井距优化 Barnett 页岩气体解吸对生产影响模拟 数值模拟研究结果表明： （1）Barnett 和Marcellus页 岩气体解吸对生产影响占总产量 的5-15%，主要是生产后期产出的。,（b）多级压裂产生的裂缝网络,（ c）数学理想化的裂缝网络双孔,（a）有多级双翼裂缝的水平井 隙储层,2、产能评价与开发优化技术 （5）数值模拟技术 特殊性： 吸附和游离两种赋存，模拟必须考虑解吸-吸附、吸附与游离的 动态平衡效应； 多采用“增产改造体积”（SRV），页岩气藏产能分析采用双孔 隙储层模型；,最新的数值模拟模型可以综 合考虑页岩气的非达西效应、压 裂后的双孔双渗多域流动、吸附 气解吸及弥散流特征。基本能描 述页岩气藏各类渗流特征。,裂缝网络建模新技术-“DK-L