1、页岩气开采现状与关键技术,李宗田2015年3月,一 国内外页岩气现状 二 页岩气开发关键技术 三 页岩气前景展望与启示,主 要 内 容,页岩气的概念：页岩气是指以热成和生物两者相互作用生成，并聚集在灰黑色烃源岩中的天然气，是一种自生自储型非常规天然气。 储存方式：页岩气主要以游离状态存在于页岩的天然裂缝与矿物粒间孔隙中和以吸附状态吸附在在矿物颗粒表面。一般认为吸附状态天然气的含量在0。,页岩气的基本特性,页岩（Shale）是一种沉积岩，成分复杂，但都具有薄页状或薄片层状的节理，主要是由黏土沉积经压力和温度形成的岩石，但其中混杂有石英、长石的碎屑以及其他化学物质。,页岩气的基本特性,富含粘土：粘
2、土矿物一般为30% 80% ，石英、钾长石、方解石、白云石、斜长石、黄铁矿为7。 微观孔隙结构：大孔隙直径一般大于，微孔 直径小于。极低的孔隙度和渗透率：孔隙度：.，渗透率:.巨大的矿物表面积：储存更大的储量,页岩气的基本特性,岩石力学性质：杨氏模量E: 20.2-54.6 GPa 泊松比: 0.19-0.48 脆性硅质、钙质含量差异大：脆性较强页岩：利于实现页岩储层的大规模复杂缝网改造 地应力： 大小，方向，应力差,页岩气的基本特性,页岩气岩心样品,观念创新：把约束在生油岩里的油气放出来常规油气藏形成的六字诀：生储盖运圈保非常规油气：有生即储开发：常规气 致密气 页岩气,页岩油,非常规油气资
3、源,油气资源分布示意图,资料来源 ：Roger 1997，IFP 2006，USGS 2007,全球页岩气资源状况,评估全球非常规天然气43531012m3 其中页岩气资源量为4561012m3，相当于致密气和煤层气两者的总和。,资料来源 ：Roger 1997，IFP 2006，USGS 2007,全球页岩气资源状况,全球天然气资源构成万亿m3常规气 471煤层气 256致密气 210 页岩气 456水合物 3000合计 4353,评估全球非常规天然气43531012m3 其中页岩气资源量为4561012m3，相当于致密气和煤层气两者的总和。,全球页岩气资源状况,全球页岩气可采资源,全球页岩
4、气资源状况,美国页岩气的成功，全球掀起了一场“页岩气革命” ，澳大利亚、中国和印度等许多国家给予极大关注，纷纷开展研究、勘探评价和开发试验工作。预计到2020 年全球页岩气年产量可达3068108m3。,全球页岩气资源分布,北美页岩气资源分布,1821 年美国就钻探了第一口商业性页岩气井。 1981 年，美国第一口页岩气井压裂成功，实现了页岩气开发的历史性突破06-09年页岩气产量以每年百亿方数量级增长09-12年产量以每年四百亿方数量级增长 2012年美国页岩气年产量2200 亿m3，为美国天然气总产量的36 %，累计钻页岩气井约42000口。,美国页岩气发展历程,美国页岩气开发进展,年份
5、累积井数 说明 1970 5 钻探5口井 1981 6 二氧化碳泡沫压裂 1984 17 XL凝胶，3ppg砂比，氮气助排 1985 49 XL凝胶，第一口为1500英寸裂缝半长，1mm粒径砂 1988 62 Denton 公司开发 1991 76 钻探第一口水平测试井 1995 200 2口水平井，降低了水平井压裂液中凝胶含量 1998 300 第一次应用清水压裂，500000gal液体，200000磅砂 1999 450 上部页岩重复压裂，并第一次应用测斜仪裂缝检测技术 2001 750 增加压裂体积1-2MMgal，支撑剂用量500000磅，首次应用微地震检测 2002 1700 200
6、口井重复压裂,2003 2600 85口水平井，117口大斜度定向井，719口直井 2004 3500 钻探150口水平井，2-4级水平井压裂 2005 4500 新钻600口井水平井，新技术的应用加快了钻井周期 2006 5500 钻探1000口井水平井，探索清水压裂所需大量水的循环利用 2007 7000 钻探1500口井水平井 2008 9000 完成5000口水平井完井，环境保护，水循环利用，重复压裂测试 2011 13000 保产量，低成本运作，提高效率,美国Barnett页岩气藏开发历史,美国页岩气开发进展,据EIA预测，到2035年，美国页岩气产量将占到美国天然气总量的45%。,
7、美国页岩气开发进展,中国大陆页岩气资源富集分布图,中国页岩气资源分布,页岩气资源量1001012m3 可采资源量为361012m3,中国页岩气资源分布,中国页岩气发展历程,2000-2009 技术储备阶段 通过十年的技术储备对页岩气开发有了初步的认识及技术储备,中国页岩气开发进展,中国石化页岩气开发进展,2008年，华东分公司专业从事非常规油气资源的勘探开发；初步建立了中国石化南方页岩气选区评价方法，并优选出页岩气有利富集区； 2009年9月以来，中国石化先后与bp公司、Chevron公司、ExxonMobil公司就页岩气的勘探开发进行了技术交流，提出了八个区块可以进行合作； 2010年开展上
8、、中、下扬子18口老井的页岩气测井重新解释工作，选择复试准备井，并对黔西区块方深1井进行了大型压裂改造及复试； 2011年7月中国石化第一口页岩气水平井建页HF-1井顺利完钻；2012年开发试验阶段，中石化在礁石坝地区部署15口井的开发试验； 2013年10月12日中国第一个礁石坝区块页岩气开发方案审查通过。 2015年在涪陵建成50亿立方米页岩气生产能力，全国60亿产量。,中国页岩气开发进展,2007年10月，美国Newfield公司与中石油签定了页岩气联合研究协议2008年11月，中石油实施的首口页岩气取心浅井在宜宾完钻2009年又与Shell公司在重庆富顺永川区块启动合作勘探开发项目20
9、10年实施钻探了威201井，获得了 1.08104 m3/d的页岩工业气 2011年，长宁构造宁201井、宁203井、昭104井，富顺-永川合作区块阳101井在龙马溪组获工业气流,（2）中国石油页岩气开发历程,中国页岩气开发进展,中海油页岩气勘探开发现状,安徽芜湖下扬子西部区块页岩气勘查项目，勘查面积达4840km2 目前已在该区块进行地震作业，钻探3口浅井进行评价研究,延长石油页岩气勘探开发现状,柳评177井在陆相延长组长7段进行了小型测试压裂试验，放喷排液时开始产气，点火后火焰高度5-6米。 目前，延长集团已选定下寺湾油田中生界延长组、延长气田上古生界山西组-本溪组两个目标区。 目前已经完
10、钻探井16口，5口井压裂测试获得1600-2300方；,中国页岩气开发进展,2012年底，中国石油企业主要在四川盆地及周缘、鄂尔多斯、渤海湾盆地等地区共实施页岩油气井72口其中页岩气井66口，页岩油井6口，水平井29口（页岩油水平井6口） 2010年以来，国家先后出台一系列扶持政策，鼓励页岩气开发 2012年12月6日，国家公布了第二轮页岩气招标结果，19家企业中标，总面积约20000km2,中国页岩气开发进展,一 国内外页岩气现状 二 页岩气开发关键技术 三 页岩气前景展望与启示,主 要 内 容,页岩气开发两大关键技术 水平及钻井井技术 水平井分段压裂技术,水平井钻井技术,直井主要目的用于试
11、验，了解油气藏特性，获得钻井、压裂和投产经验。 水平井主要用于生产，增大储层的泄流面积，得到更高的天然气产量。,页岩气水平井示意图,水平井钻井技术,钻机+钻杆+导向钻头+钻井液+套管+固井=水平井钻井,M1952C钻头,油基钻井液用乳化剂,成套钻机,水平井地质导向钻井技术,钻杆,水平井分段压裂技术,水平井分段压裂关键技术 体积压裂技术设计理念 电缆射孔桥塞分段压裂技术 滑套封隔器分段压裂技术 微地震动态裂缝监测技术,水平井分段压裂技术,页岩气水平井分段压裂技术利用封隔器或桥塞分隔 各段，在井筒内逐段压裂，最终形成体积裂缝，构 建气藏渗流通道，形成人造气藏。,压裂施工现场,地下形成缝网,如同碎玻
12、璃,八通压裂井口,可钻桥塞结构示意图,水平井分段压裂技术,压裂车组,地面高压管汇,水平井分段压裂技术,泵送桥塞射孔联作分段压裂技术,技术特点：套管压裂，桥塞封隔，大排量施工 适用井眼：套管完井 桥塞输送方式：泵送、连续油管、油管 最新纪录：42级分段压裂,微地震裂缝监测技术,微地震裂缝监测通过采集微震信号并对其进行处理和解释，获得裂缝的参数信息从而实现压裂过程实时监测，是目前判断压裂裂缝最准确的方法。,丛式井,目前美国页岩油气均采用丛式水平井开发，可采用底部滑动井架钻丛式井组。每井组38口单支水平井，水平井段间距300-400m，水平段长度1000-3000m。,规模开发“井工厂”模式,(1)
13、实现设备利用的最大化。 多口井依次一开，依次固井，依次二开，再依次固完井。钻井、固井、测井设备无停待。井深1500m左右的致密砂岩气井丛式井单井平均钻井周期仅2.9天，垂深2500m左右、水平段长1300m的页岩气丛式水平井平均钻井周期仅27天。(2)泥浆重复利用，减少泥浆的交替。多口井一开泥浆体系相同，重复利用；二开泥浆体系相同，重复利用。尤其是三开油基泥浆的重复利用特别重要。,规模开发“井工厂”模式,为提高作业时效，降低生产成本，提高开采效益，在生产作业中采取以下两个方面措施： （1）钻机底部液压移动式搬家。在同一井场实施的丛式水平井钻井，一般部署3-8口井水平井，采用统一的井场基础，地面
14、井口一般距离为5-15m，钻机搬家均采用底部液压移动式搬家，大大降低了搬家时间和成本。 （2）同一井场实施并行作业。在同一个井场有多口井可同时进行钻井、压裂和采油等多项作业，即实施“并行作业”，加快产能建设的步伐，缩短了页岩油气田项目投产周期。,规模开发“井工厂”模式,规模开发“井工厂”模式,同步压裂 拉链式压裂,一 国内外页岩气现状 二 页岩气开发关键技术 三 页岩气前景展望与启示,主 要 内 容,1. 世界页岩气“革命”方兴未艾，北美地区持续 高速发展，中国加速发展，其他国家正处于起步 阶段。2013年年底，第三轮页岩气探矿权招标工作 即将启动，中国页岩气产业即将步入规模化开发阶 段。,页岩气前景展望,2. 中国页岩气资源条件十分优越、潜力巨大，开采 持久性强。中国已基本掌握页岩气勘探开发配套关键 技术，将来国产技术与设备必将取代国外的技术与设 备，直至走出国门、走向世界。,页岩气前景展望,3.中国政府扶持政策的大力支持与国内天然气市场的巨大需求，国内天然气供气矛盾越来越突出，为中国页岩气产业的发展提供了非常好的机遇。,页岩气前景展望,几点启示,谢谢！,
