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1、目录第一部分 文献综述2第1章 页岩气资源分布及开发现状21.1 国外页岩气资源分布及开发现状21.2 国内页岩气资源分布及开发现状5第2章 页岩气物性研究72.1 页岩气储层岩石物性研究72.2 页岩气储存状态92.3 页岩渗流率测定102.4 页岩气储层裂缝发育及描述11第3章 页岩气渗流规律123.1 页岩气微观渗流机理123.2 页岩气孔隙渗流模型153.3 页岩气裂缝渗流模型16第4章 页岩气藏压裂水平井完井参数优化设计174.1 页岩气藏压裂水平井产能预测模型174.2 页岩气藏数值模拟技术204.3 页岩气藏水平井压裂完井参数优化21第二部分 开题报告25一、研究目的和意义25二
2、、国内外研究现状262.1 页岩气微观渗流特征研究262.2 页岩气多尺度渗流模型研究272.3 页岩气储层水平井压裂参数优化设计28三、研究内容与技术路线293.1 研究内容293.2 技术路线30四、创新点30五、预期目标及成果30六、进度安排31第一部分 文献综述第1章 页岩气资源分布及开发现状随着今年来世界常规油气资源的新增储量不断减少，常规油气产量也在不断下降，人们对非常规油气资源的勘探开发越来越重视，非常规油气资源在能源供给中所占的比例越来越大。页岩气是非常规油气资源的重要组成部分，而且在美国最近几年的页岩气革命的鼓舞下，世界许多国家都开始大力开发页岩气资源。页岩气储层渗透率极低，
3、气体在储层中流动阻力很大，需要对储层进行改造才能实现商业性开采，使得页岩气开采具有成本高、技术要求高、开采周期长的特点，因此要开发好页岩气储层，必须对页岩气的勘探和开发技术进行研究参考文献1 蒋国盛与王荣璟, 页岩气勘探开发关键技术综述. 探矿工程(岩土钻掘工程), 2013(01): 3-8.。水平井水力压裂技术是形成美国页岩气革命的关键，水平井压裂可以增大井筒与地层接触面积，改善气体流动通道，减少气体流动阻力，从而可以提高单井产量和最终采收率，改善单井经济效益。水平井水力压裂一般是沿着水平井筒压开多条裂缝，由于水力压裂技术成本高，要投入大量的资金，因此有必要对页岩气藏水平井水力压裂进行参数
4、优化设计，从而达到最大增产效果，获得最优经济效益。1.1 国外页岩气资源分布及开发现状页岩气资源在全球范围内分布比较广泛，如图1所示，全世界的页岩气资源量约为456.241012m3，相当于致密砂岩气和煤层气资源量的总和，具有很大的开发潜力。国外页岩气资源储量丰富的国家主要有美国，阿根廷，墨西哥，南非，澳大利亚和加拿大等。美国是世界上最早发现、研究、勘探和开发页岩气的国家。美国的页岩主要发育在20个州21个大小不等的盆地里，目前商业开采主要集中在5个盆地，即密歇根盆地的Antrim页岩、阿巴拉契亚盆地的Ohio页岩、福特沃斯盆地的Barnett页岩、伊利诺伊盆地的New Albany页岩和圣胡
5、安盆地的Lewis页岩。其中，Barnett页岩是当前美国页岩气开发的主力层位，也是目前各国页岩气勘探开发学习的样本，据美国地质调查局（USGS）最新的统计，其资源量约0.74万亿立方米。早在1976年，美国能源部就对东部页岩气进行了地质、地球化学和石油工程的研究，发现了Antrim页岩、Ohio页岩、NewAlbany页岩、Barnett页岩和Lewis页岩等五大页岩气系统，并进行了工业开采 Curtis J B. Fractured shale-gas systemsJ. AAPG Bulletin, 2002, 86(11): 1921 -1938.。20世纪90年代以来，美国、加拿大等
6、北美国家页岩气勘探取得成效，开发技术趋于成熟 王公昌, 姜瑞忠, 徐建春. 当前页岩气资源开发的瓶颈及建议. 复杂油气藏, 2012(02): 第10-14页.。经过多年的发展，目前美国页岩气藏开发主要采用水平井套管完井及分段压裂技术。2006年，美国页岩气藏水平井套管完井及分段压裂技术获得重大突破，页岩气从摸索阶段转向了大规模开发，2011年产量达1800亿立方米，占到天然气总产量的22.6%，而预计2035年美国页岩气产量将占到本土天然气总产量45。图1 世界页岩气资源可采储量分布示意图（EIA）加拿大是继美国之后世界上第二个对页岩气进行勘探开发的国家，加拿大页岩气资源也十分丰富，且资源分
7、布面积广、涉及地质层位多，主要分布在西部盆地地区，包括不列颠哥伦比亚省东北部中泥盆统的霍恩河盆地和三叠系Montney页岩，艾伯塔省与萨斯喀彻温省的白垩系Colorado群，魁北克省的奥陶系Utica页岩，新不伦瑞克省和新斯科舍省的石炭系Horton Bluff页岩。根据加拿大非常规天然气协会（CSUG）的资源评价结果，加拿大页岩气的资源量大于42.5万亿立方米，其中霍恩河盆地和Montney的页岩气资源最为丰富，其页岩气资源量为39.08万亿立方米。目前，已有多家油气生产商在加拿大西部地区进行页岩气的开采或开发试验，但与美国相比，加拿大页岩气开发还处于初级阶段，尚未进行大规模的商业性开采。2
8、004年，不列颠哥伦比亚省能源矿产部将页岩气的区域资源评价列入能源发展。2006年，不列颠哥伦比亚省油气委员会已核准了22个白垩系和泥盆系页岩气试验区块。按照CSUG主席Michael Dawson在2009年9月一次报告的观点，加拿大的页岩气区带中只有Upper Montney达到了他所称的商业开发阶段，霍恩河盆地则部分处于先导生产试验阶段，部分还处于先导钻探阶段；魁北克低地、新不伦瑞克省以及新斯科舍省的页岩还处于其所称的早期评价阶段。在欧洲，英国和波兰是该洲页岩气前景最好的国家。美国能源信息署(EIA) EIA. World shale gas resources: an initial
9、assessment of 14 regions outside the United StatesR.2011:6.在2011年做出的预测则认为，欧洲技术可采储量为18.5万亿m3。欧洲页岩气主要集中在英国的威尔德盆地、波兰的波罗的盆地、德国的下萨克森盆地、匈牙利的Mako峡谷、法国的东巴黎盆地、奥地利的维也纳盆地以及瑞典的寒武系明矾盆地等。欧洲境内有9个国家正在进行页岩气勘探项目，见图2，其中最为活跃的是波兰。埃克森美孚、康菲、OMV及壳牌等国际石油公司也已经分别在德国、波兰、奥地利和瑞典开始实质性的工作。波兰能源公司被授权勘查波兰的志留系黑色页岩，埃克森美孚公司在匈牙利Mako地区部署了
10、第一口页岩气探井，并计划在德国下萨克森盆地完成10口页岩气探井，Devon能源公司与法国道达尔石油公司建立了合作关系，获得在法国钻探的许可，康菲石油公司最近宣布已与英国石油公司签署了在波罗的海盆地寻找页岩气的协议。近年来，欧洲启动了多项页岩气勘探开发项目，2009年初，德国国家地学实验室启动了“欧洲页岩项目”（GASH）。此项跨学科工程是一个为期6年的多学科页岩气研究开拓计划，由政府地质调查部门、咨询机构、研究所和高等院校的专家组成工作团队，工作目标是收集欧洲各个地区的页岩样品、测井试井和地震资料数据，建立欧洲的黑色页岩数据库，与美国的含气页岩进行对比，分析盆地、有机质类型、岩石矿物学成分等，
11、以寻找页岩气，对欧洲页岩气资源潜力进行评价与有利盆地优选，探索欧洲页岩气的赋存空间、成因机制及其性质。2010年，欧洲又启动了9个页岩气勘探开发项目，其中5个在波兰，波兰的马尔科沃利亚1号井1620米深处已出现页岩气初始气流。波兰政府发放了100多个页岩气勘探许可证，积极引入外资开发本国页岩气，埃克森美孚、康菲和埃尼等国际能源巨头都已介入，目前，有20多家全球性能源公司正在波兰勘查页岩气。2011年6月，保加利亚政府将为期5年的页岩气勘探许可授予了雪佛龙公司，允许其在面积达4400平方千米的Novi Pazar页岩气田勘探作业。2011年6月，俄罗斯TNK-BP计划投资开发乌克兰页岩气。201
12、2年6月，雪佛龙（Chevron）和荷兰皇家壳牌（Royal Dutch Shell）宣布，将在乌克兰得到非传统天然气的勘探权，此举可能使该国置身于欧洲新兴的页岩气开采领域的前沿。图2 欧洲页岩气勘探开发示意图资料来源：LEVELL C.Shale gas in Europe: a revolution in the making?EB/OL. http:/ Measure页岩中发现了天然气。澳大利亚Beach石油公司在大洋洲7个盆地中发现了富有机质页岩，前期评价的资源潜力大，计划对库珀盆地的页岩气进行开发，已在新西兰获得单井工业性突破。由于国外人们对环境的日益关心和对页岩气藏开发方式产生污染
13、的担忧，许多国家的页岩气开发都受到了一定的阻碍，尤其是在欧洲，以法国为首的德国、捷克、比利时和保加利亚等欧盟多国颁布了开采禁令，这要求我们积极探索一种对环境污染小的页岩气藏高效开发方式，来满足经济发展对能源的需要。1.2 国内页岩气资源分布及开发现状2012年3月1日，国土资源部公布了全国页岩气资源评价结果：我国陆上页岩气地质资源量134.42万亿立方米，技术可采资源量25.08万亿立方米（不含青藏区），优选出页岩气有利区180个，划分页岩气勘探开发规划区36个。我国富有机质页岩分布广泛，中国中南部的四川盆地和新疆塔里木盆地等发育海相页岩，其储量丰富，占我国页岩气藏储量的70%左右，具有较好的
14、储层品质，被认为是最有前景的两个开发地区。华北地区、准噶尔盆地、吐哈盆地、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地和松辽盆地等广泛发育陆相页岩，储层品质并不有利但规模庞大，具备页岩气成藏条件，资源潜力较大。据专家预测，页岩气可采资源量为25.2万亿立方米，超过常规天然气资源。图3 中国大型页岩气盆地和输油管道系统来源：Advanced Resources International Inc, USGS目前我国页岩气开发还处于起步阶段，没有形成大规模的商业性开采，主要开采范围为四厂长宁-威远地区。由于国内水力压裂技术还不成熟，主要采用对外合作的方式进行开采。2007年10月，中国石油与美国新田石油公司签署了威远
15、地区页岩气联合研究的协议，2009年又与壳牌公司在重庆富顺一永川区块启动合作勘探开发项目，2009年12月18日中石油第一口页岩气井威201井开钻。2010年1月中国石化宣布与英国石油公司(BP)在贵州凯里、苏北黄桥等地着手合作开采页岩气，2010年6月23日中石化江汉油田建南地区首口页岩气井建111井于完钻并试采成功，2011年1月，我国第一口页岩气水平井威201-H1井开钻，9月5日开始试采，产量约为1.2104m3/d。2014年2月，中国石油化工股份有限公司南方勘探分公司在黔北地区钻探出一口深部高产页岩气预探井2HF号，经测试，日均产气4.3万立方米，日产气量最高可达10.5万立方米，初步证明了黔北地区深层下志留统龙马溪组下部为页岩气富集区。2014年2月12日，由胜利西南钻井公司70691井队承钻的南页1HF井顺利完钻，南页1HF井是华东油气田一口
