2015-氣田開發(fā)新技術(shù)及展望

1、1,氣田開發(fā)新技術(shù)及展望,鐘海全 2015年,2,我國天然氣開發(fā)現(xiàn)狀,不同類別天然氣在地層中的分布,常規(guī)天然氣是指通過常規(guī)的鉆井方式開采出的地下儲層中的天然氣，其成因可以用傳統(tǒng)的油氣生成理論解釋。常規(guī)天然氣主要來自煤生氣和油型氣,3,非常規(guī)天然氣,非常規(guī)天然氣與常規(guī)天然氣在地質(zhì)特征、勘探開采技術(shù)要求以及經(jīng)濟(jì)性等方面都有較大區(qū)別。其在氣藏特征與成藏機(jī)理方面有別于常規(guī)氣藏，采用傳統(tǒng)開采技術(shù)通常不能獲得經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的天然氣聚集，包括煤層氣、致密砂巖氣、頁巖氣、天然氣水合物等；非常規(guī)天然氣的開采成本高。非常規(guī)氣在開發(fā)中有許多相似之處，如都需要打叢式井、水平井（甚至分枝狀、階梯狀水平井），都需要壓裂（特別是

2、分段壓裂）等,4,致密氣,致密氣是產(chǎn)自低滲透致密砂巖儲集層中的非常規(guī)天然氣，是最早被工業(yè)化開采的非常規(guī)天然氣資源。一般認(rèn)為滲透率小于0.1毫達(dá)西的砂巖地層天然氣就是致密氣。 我國致密氣開發(fā)始于上世紀(jì)70年代，長期以來開發(fā)進(jìn)展緩慢。近十余年來，隨著油氣藏開發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步，致密砂巖氣開發(fā)獲得快速發(fā)展，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一批大型致密氣田，儲量、產(chǎn)量不斷增長?？傮w上說，中國已基本掌握了致密砂巖氣的開發(fā)配套系列技術(shù)，部分已達(dá)國際先進(jìn)水平。我國致密氣已在鄂爾多斯、四川盆地實(shí)現(xiàn)工業(yè)開發(fā)利用,5,致密氣,近年來，國內(nèi)外致密砂巖氣開發(fā)迅猛發(fā)展，在美國致密砂巖氣已成為保障天然氣供應(yīng)、減緩對外依存的核心戰(zhàn)略，在我國致密氣

3、砂巖已成為非常規(guī)氣發(fā)展的第一重點(diǎn)。直井多層壓裂、水平井多段壓裂技術(shù)是國外致密砂巖氣藏提高單井產(chǎn)量和開發(fā)效益的儲層改造關(guān)鍵技術(shù)。 相對于頁巖氣、煤層氣而言，我國致密氣勘探程度較高，開發(fā)技術(shù)相對成熟。2013年我國致密氣產(chǎn)量達(dá)到340億立方米，約占全國天然氣總產(chǎn)量的29%，已成為天然氣增儲上產(chǎn)的重要領(lǐng)域。但由于單井產(chǎn)量低、開發(fā)成本高、經(jīng)濟(jì)效益差，大部分致密氣儲量未能有效動用,6,煤層氣,煤層氣是煤層在地質(zhì)史漫長的煤化過程中所生成的以甲烷為主的非常規(guī)天然氣資源，俗稱煤礦瓦斯,是一種生成、儲存于煤層并吸附于煤顆粒表面的氣體。 煤層氣以游離狀態(tài)、吸附狀態(tài)和溶解狀態(tài)三種形式賦存于煤層中,而其中以吸附態(tài)為主

4、。要獲得商業(yè)產(chǎn)量,首先必須使煤層氣從煤的表面解吸,然后通過煤的基質(zhì)和微孔隙進(jìn)行擴(kuò)散，最后從割理和裂縫中滲流到井底。煤層氣的這種產(chǎn)出特點(diǎn)使得煤層氣的開采有別于常規(guī)油氣,主要方法是大規(guī)模的排水降壓,以最大限度地降低井底壓力,7,煤層氣,早在采煤業(yè)誕生之時(shí)人們就知道了煤層氣，但直到1989年才實(shí)現(xiàn)商業(yè)化開發(fā)。目前，由于新技術(shù)的發(fā)展和針對煤層氣開展的專項(xiàng)研究，世界范圍內(nèi)煤層氣的開發(fā)現(xiàn)也得到蓬勃發(fā)展。經(jīng)過20余年的技術(shù)攻關(guān)和開采試驗(yàn)，我國煤層氣實(shí)現(xiàn)了地面工業(yè)化生產(chǎn)，建成了沁水南部和鄂爾多斯東緣兩大生產(chǎn)基地,8,煤層氣,自20世紀(jì)八九十年代開始,經(jīng)過幾十年攻關(guān)探索,我國在煤層氣地質(zhì)理論、資源預(yù)測與區(qū)塊評價(jià)

5、、鉆井完井及壓裂技術(shù)等方面取得了較大進(jìn)展，特別是近年高階煤煤層氣富集理論與煤層氣多分支水平井、u型井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井技術(shù)鉆采煤層氣資源取得了較好的效果。然而，不可否認(rèn)我國煤層氣產(chǎn)量依然較低，煤層氣鉆井過程中仍有較多難題需要解決，鉆井安全與煤層保護(hù)矛盾依然突出,9,頁巖氣,頁巖氣是一種特殊的非常規(guī)天然氣，其主體位于泥巖、高碳泥巖、頁巖及粉砂質(zhì)巖類夾層中，可以生成于有機(jī)成因的各種階段。氣體主要以游離相態(tài)（大約50%） 存在于裂縫、孔隙及其它儲集空間，或以吸附狀態(tài)（大約50%）存在于干酪根、粘土顆粒及孔隙表面，極少量以溶解狀態(tài)儲存于干酪根、瀝青質(zhì)及石油中。與常規(guī) 儲層氣藏不同，頁巖既是天然氣生成的源巖，

6、也是聚集和保存天然氣的儲層和蓋層,10,頁巖氣,涪陵率先實(shí)現(xiàn)頁巖氣商業(yè)化開發(fā)之后，石油公司在四川南部、貴州北部等頁巖氣勘查開發(fā)示范區(qū)加快頁巖氣產(chǎn)能建設(shè)，有望形成多個(gè)頁巖氣商業(yè)化開發(fā)基地。 頁巖氣調(diào)查是2015年重中之重的工作，總投入達(dá)到6.8億元，確保實(shí)現(xiàn)2015年65億立方米、2020年300億立方米的產(chǎn)量規(guī)劃目標(biāo)。 我國已經(jīng)初步形成了適合我國地質(zhì)條件的頁巖氣勘查開發(fā)技術(shù)體系，裝備基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，已初步形成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。石油公司借鑒已有的國家、行業(yè)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，形成了頁巖氣鉆井工程、采氣工程、健康安全環(huán)保等百余項(xiàng)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),11,頁巖氣,截至2013年底我國累計(jì)完成頁巖氣鉆井285口。據(jù)國

7、土資源部發(fā)布的數(shù)據(jù)，2014年中國天然氣產(chǎn)量1329億立方米，凈增長132億立方米，同比增長10.7%。其中，煤層氣產(chǎn)量36億立方米，同比增長23.3%；頁巖氣產(chǎn)量13億立方米，同比增長5.5倍。 中石化江漢油田公司已在重慶涪陵區(qū)焦石鎮(zhèn)搭建鉆井平臺32個(gè)，鉆井130口，日產(chǎn)氣量從此前的150萬立方米猛增至220萬立方米。按照規(guī)劃，2014年，涪陵區(qū)將新增頁巖氣井100口，搭建鉆井平臺達(dá)到42個(gè)。未來，中石化在涪陵將擁有170口日產(chǎn)超過10萬立方米的頁巖氣井,12,宜賓長寧區(qū)塊6口頁巖氣井投產(chǎn)試采 日產(chǎn)氣70萬方，繼2014年4月份宜賓珙縣上羅鎮(zhèn)寧201-h1、寧h3-2等3口井投產(chǎn)輸氣后，5月

8、6日，上羅鎮(zhèn)寧h2-2井、寧h2-4井等3口井又相繼投產(chǎn)。至此，中石油西南油氣田在長寧區(qū)塊已有6口頁巖氣井產(chǎn)氣外輸，日產(chǎn)氣可達(dá)70萬立方米。四川長寧天然氣有限公司計(jì)劃20142015年開鉆12個(gè)平臺58口井，計(jì)劃2014年產(chǎn)氣10億立方米,頁巖氣,13,2005年2010年，我國的頁巖氣處在研究探索階段，而2010年2015年進(jìn)入工業(yè)化試驗(yàn)和起步階段，接下來的5年將是頁巖氣規(guī)?；a(chǎn)階段?！?根據(jù)國際能源署公布的數(shù)據(jù)，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，2015年中國天然氣需求將達(dá)到2000億立方米，2020年將達(dá)到3000億立方米，到2030年將達(dá)到5000億立方米。利好的國家政策及廣闊的發(fā)展前景，將使頁巖氣、天

9、然氣行業(yè)進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的黃金時(shí)代。頁巖氣、天然氣是近年來我國重點(diǎn)發(fā)展的重要能源，四川將成頁巖氣開發(fā)“熱土,頁巖氣,14,天然氣水合物,天然氣水合物（gas hydrate）是分布于深海沉積物或陸域的永久凍土中，由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結(jié)晶物質(zhì)。因其外觀像冰一樣而且遇火即可燃燒，所以又被稱作“可燃冰”或者“固體瓦斯”和“氣冰”，分子式為ch48h2o,15,天然氣水合物,世界上至少有79個(gè)國家和地區(qū)都發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物氣藏，世界上至少有30多個(gè)國家和地區(qū)在進(jìn)行可燃冰的研究與調(diào)查勘探。產(chǎn)業(yè)洞察網(wǎng)可燃冰市場調(diào)研與發(fā)展趨勢研究報(bào)告顯示1960年，前蘇聯(lián)在西伯利亞發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)可燃冰氣

10、藏，并于1969年投入開發(fā)，采氣14年，總采氣50.17億立方米。美國于1969年開始實(shí)施可燃冰調(diào)查。1998年，美國把可燃冰作為國家發(fā)展的戰(zhàn)略能源列入國家級長遠(yuǎn)計(jì)劃，計(jì)劃到2015年進(jìn)行商業(yè)性試開采,16,天然氣水合物,成功分離后的甲烷氣體在“地球”號深?？碧酱媳稽c(diǎn)燃,日本2013年3月12日成功從愛知縣附近深?？扇急鶎又刑崛〕黾淄?，成為世界上首個(gè)掌握海底可燃冰采掘技術(shù)的國家。日本希望2018年開發(fā)出成熟技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn),17,天然氣水合物,2007年5月1日凌晨，中國在南海北部的首次采樣成功，證實(shí)了中國南海北部蘊(yùn)藏豐富的天然氣水合物資源，標(biāo)志著中國天然氣水合物調(diào)查研究水平已步入

11、世界先進(jìn)行列。中國在南海北部成功鉆獲天然氣水合物實(shí)物樣品“可燃冰”，從而成為繼美國、日本、印度之后第4個(gè)通過國家級研發(fā)計(jì)劃采到水合物實(shí)物樣品的國家,18,天然氣水合物,世界上至今還沒有較完美的開采方案。開采方案有熱激化法、注化學(xué)劑法、降壓法、co2置換法等。熱激化法利用“可燃冰”在加溫時(shí)分解的特性，使其由固態(tài)分解出甲烷蒸汽。但此方法難處在于不好收集。海底的多孔介質(zhì)不是集中為“一片”，也不是一大塊巖石，而是較為均勻地遍布著。如何布設(shè)管道并高效收集是急于解決的問題,化學(xué)試劑法，如鹽水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等可以改變水合物形成的相平衡條件，降低水合物穩(wěn)定溫度,19,天然氣水合物,降壓法是通過降

12、低壓力而引起天然氣水合物穩(wěn)定的相平衡曲線的移動，從而達(dá)到促使水合物分解的目的。其一般是通過在一水合物層之下的游離氣聚集層中“降低”天然氣壓力或形成一個(gè)天然氣“囊”（由熱激發(fā)或化學(xué)試劑作用人為形成），與天然氣接觸的水合物變得不穩(wěn)定并且分解為天然氣和水,co2置換法是通過co2泵入來將水合物分子中的甲烷氣體替換出來，該開采技術(shù)緩慢,20,我國天然氣開發(fā)現(xiàn)狀,國土資源部公布的數(shù)據(jù)顯示，2014年全國天然氣產(chǎn)量1329億立方米，凈增長132億立方米，同比增長10.7%。其中，常規(guī)天然氣產(chǎn)量1280億立方米，凈增長114億立方米，同比增長9.8%；煤層氣產(chǎn)量36億立方米，同比增長23.3%；頁巖氣產(chǎn)量1

13、3億立方米，同比增長5.5倍,21,煤層氣鉆井技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,煤層鉆井技術(shù)難題 煤巖割理發(fā)育，膠結(jié)差，強(qiáng)度低，井壁易失穩(wěn)； 煤層地質(zhì)基礎(chǔ)差，易受損害； 完井效果差，煤層氣產(chǎn)量低,多分支水平井技術(shù),目前，我國初步掌握了水平井眼側(cè)鉆技術(shù)、鉆具組合優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、井眼軌跡導(dǎo)向控制技術(shù)、主水平井眼與裸眼洞穴連通工藝技術(shù)、抽排井造洞穴工藝技術(shù)。打破了國外公司對煤層氣多分支水平井技術(shù)服務(wù)的壟斷，短短幾年時(shí)間，山西沁水盆地已鉆多分支水平井60多口,22,u型井技術(shù)即u型水平連通井技術(shù)，該技術(shù)集成水平井技術(shù)、水平井與洞穴井的連通以及欠平衡鉆井和地質(zhì)導(dǎo)向等技術(shù)，煤層氣u型井組由1口直井和1口或多口水平井組成。

14、u型井可采用套管完井方案，在排采后期遇到煤粉堵塞通道可下鉆修井，重新打開裂隙通道恢復(fù)開采，延長氣井的壽命,煤層氣鉆井技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,國外對我國煤層氣鉆采技術(shù)實(shí)行嚴(yán)格封鎖和保密。包括u型井在內(nèi)的高端技術(shù)核心成果，國內(nèi)均無法獲得。目前我國煤層氣u型井鉆完井及壓裂技術(shù)研究剛處于起步階段，沒有形成成熟的煤層專用鉆井完井液，煤層損害仍然比較嚴(yán)重。完井多為裸眼或篩管完井，煤粉堵塞問題較為嚴(yán)重，鉆井損害難以解除,23,復(fù)雜結(jié)構(gòu)井技術(shù)配套 遠(yuǎn)距離連通技術(shù)是煤層多分支水平井、u型井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井開發(fā)的核心技術(shù)。該技術(shù)可以實(shí)時(shí)檢測控制鉆進(jìn)軌跡，提供鉆頭的實(shí)時(shí)位置，為定向提供距離和方位參數(shù)，即時(shí)調(diào)整工具面，指導(dǎo)鉆頭向洞穴井鉆進(jìn)，實(shí)現(xiàn)主井眼與洞穴井較好連通,我國已研發(fā)專有井眼連通技術(shù)，中國石油渤海鉆探工程公司從2010年至今30余井次的現(xiàn)場試驗(yàn)中測試距離60m，中靶直徑0.6m，連通成功率100，特別是2011年和2012年，遠(yuǎn)端連通和不造洞穴連通技術(shù)獲得成功,煤層氣鉆井技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,24,井壁穩(wěn)定及煤層保護(hù)