非常規(guī)天然氣開發(fā)現(xiàn)狀分析(共12頁)

1、 非常規(guī)天然氣開發(fā)(kif)現(xiàn)狀分析摘要(zhiyo) 非常規(guī)天然氣主要包括頁巖氣、致密氣、煤層氣和天然氣水合物等，其基本組成與天然氣相同，是化石(hush)能源中較潔凈的能源。全球非常規(guī)天然氣資源豐富，達4 000 ，是常規(guī)天然氣資源量的8.3倍。非常規(guī)天然氣是中國天然氣的后備資源，全國2000米以淺的煤層氣資源量36.8萬億立方米，致密砂巖氣資源量超過12萬億立方米，頁巖氣資源量31萬億立方米。增產(chǎn)改造技術(shù)是非常規(guī)天然氣開采的關(guān)鍵技術(shù)，由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性和特殊性，增產(chǎn)改造技術(shù)相對落后，嚴重制約了中國非常規(guī)天然氣開發(fā)的步伐。通過分析中外非常規(guī)天然氣的勘探開發(fā)現(xiàn)狀和增產(chǎn)改造技術(shù)研究進展，重點

2、探討了中國非常規(guī)天然氣增產(chǎn)改造技術(shù)的發(fā)展歷程：在頁巖氣增產(chǎn)改造技術(shù)方面，目前尚處于現(xiàn)場試驗階段，技術(shù)還不完善；煤層氣增產(chǎn)改造已進行了一系列的研究與現(xiàn)場試驗；致密砂巖氣增產(chǎn)改造已經(jīng)形成了較為完善的技術(shù)體系。通過對比國內(nèi)外非常規(guī)天然氣的發(fā)展歷程，為中國非常規(guī)天然氣的發(fā)展提供政策措施。關(guān)鍵詞 非常規(guī)天然氣 致密砂巖氣 煤層氣 頁巖氣 增產(chǎn)改造 政策措施 非常規(guī)天然氣是指在成藏機理、賦存狀態(tài)、分布規(guī)律或勘探開發(fā)方式等方面有別于常規(guī)天然氣的烴類或非烴類資源，主要指頁巖氣、煤層氣和致密砂巖氣等。這類資源的勘探開發(fā)存在很大難度，需要應(yīng)用特殊的增產(chǎn)改造技術(shù)。經(jīng)過近幾年的研究，在非常規(guī)天然氣的勘探開發(fā)中，已經(jīng)積

3、累并形成了一系列增產(chǎn)改造技術(shù)。其中，在致密砂巖氣增產(chǎn)改造技術(shù)上已經(jīng)形成了較為完善的技術(shù)體系；在煤層氣增產(chǎn)改造技術(shù)上已進行了一系列的研究與現(xiàn)場試驗；在頁巖氣增產(chǎn)改造技術(shù)方面目前(mqin)尚處于現(xiàn)場試驗階段，技術(shù)尚不完善。為此，重點分析了中外非常規(guī)天然氣增產(chǎn)改造技術(shù)研究現(xiàn)狀，提出了非常規(guī)天然氣增產(chǎn)改造技術(shù)開發(fā)中面臨的問題及下步攻關(guān)方向。1 勘探(kntn)開發(fā)現(xiàn)狀 中外非常規(guī)油氣資源豐富(fngf)，分布廣泛，非常規(guī)天然氣總資源量達921.41012 ，是常規(guī)天然氣的2.1倍。從表1可見，頁巖氣的資源量為4561012 ，相當(dāng)于煤層氣（256.11012 ）和致密砂巖氣資源量（209.61012

4、 ）之和，其中北美、中亞和中國、前蘇聯(lián)的非常規(guī)天然氣資源量就占了整個世界非常規(guī)天然氣資源量的58%左右。自20世紀(jì)60年代以來，相繼在松遼、渤海灣、柴達木、吐哈、酒西、江漢、南襄、蘇北及四川等盆地發(fā)現(xiàn)了規(guī)模不等的泥巖裂縫油氣藏或重要的油氣顯示，由于前期對泥頁巖中的油氣顯示不夠重視，對頁巖氣的吸附機理研究較少，未認識到泥頁巖可以作為主要天然氣儲層并具有巨大儲集能力，導(dǎo)致針對頁巖氣的勘探開發(fā)較少，勘探開發(fā)工作滯后(zh hu)于美國和加拿大等國。2 增產(chǎn)(zng chn)改造技術(shù)研究進展2.1 國外 頁巖氣的最終(zu zhn)采收率依賴于有效的壓裂技術(shù)，壓裂改造效果直接影響著頁巖氣開發(fā)的經(jīng)濟效益

5、。從20世紀(jì)80年代開始，美國Barnett頁巖氣的開發(fā)經(jīng)歷了高能氣體壓裂、二氧化碳泡沫壓裂、交聯(lián)凝膠壓裂、減阻水壓裂、水平井壓裂、水平井多段清水壓裂、水平井同步壓裂、重復(fù)壓裂的技術(shù)發(fā)展階段。壓裂成敗的關(guān)鍵在于能否形成大規(guī)模的、相互溝通和穩(wěn)定的裂縫網(wǎng)絡(luò)。在壓裂工藝方面，主要以水平井多段清水壓裂為主。正是這些先進技術(shù)的成功應(yīng)用，促進了以美國為代表的國外頁巖氣開發(fā)的快速發(fā)展。煤層氣開發(fā)的主導(dǎo)技術(shù)主要包括排水降壓、定向羽狀水平井、裸眼洞穴完井和壓裂改造。排水降壓技術(shù)是有效提高單井煤層氣產(chǎn)量的最經(jīng)濟可行的方法之一。美國CDX公司開發(fā)的Z形定向羽狀水平井鉆井系統(tǒng)處于世界領(lǐng)先水平。在壓裂增產(chǎn)改造技術(shù)方面，

6、主要有二氧化碳泡沫壓裂及活性水壓裂，兩者均具有施工液量小、濾失量小、造縫能力強和對煤層傷害小等特點，在煤層壓裂改造后能取得較好的效果。致密砂巖氣增產(chǎn)改造技術(shù)主要包括大型壓裂、分段壓裂、水平井壓裂、重復(fù)壓裂及壓裂裂縫監(jiān)測。1985年美國相關(guān)技術(shù)人員明確提出了壓裂改造經(jīng)濟優(yōu)化的概念，2000年以來逐漸采用不動管柱的分段壓裂、合層排液技術(shù)。20世紀(jì)90年代初，分段壓裂技術(shù)主要采用液體膠塞隔離分段壓裂，90年代中后期出現(xiàn)了分段橋塞和水力噴砂分段壓裂技術(shù)，2005年以來，投球滑套分級分段壓裂技術(shù)日益成熟并大規(guī)模推廣應(yīng)用。在重復(fù)壓裂技術(shù)方面，國外不僅對重復(fù)壓裂機理、油藏數(shù)值模擬、壓裂材料、壓裂設(shè)計和施工等

7、方面進行了研究，同時也對重復(fù)壓裂井裂縫方位發(fā)生轉(zhuǎn)向進行了研究。在壓裂裂縫監(jiān)測方面，發(fā)展了井間微地震等多種裂縫監(jiān)測技術(shù)。在壓裂液方面，對減少稠化劑濃度、增加壓裂液返排能力開展了很多研究，目前壓裂液類型以交聯(lián)胍膠壓裂液、低稠化劑濃度壓裂液、滑溜水壓裂液、混合水壓裂液、清潔壓裂液和泡沫壓裂液為主。在支撐劑方面，開發(fā)了預(yù)固化樹脂包層砂、纖維防砂支撐劑、熱塑膜支撐劑、可變形支撐劑和超低密度支撐劑等一系列新型支撐劑。2.2 中國(zhn u)2.2.1 頁巖(y yn)氣 頁巖既是天然氣的烴源巖，也是儲層和封蓋層。頁巖作為(zuwi)獨立的、“自生自儲”的含油氣系統(tǒng)，具有源儲一體、原位持續(xù)聚集、早成藏的特

8、點。頁巖氣由巖石孔隙與天然裂縫中的游離氣和吸附于有機物與礦物表面的吸附氣構(gòu)成。游離氣是初期高產(chǎn)的主要貢獻者，吸附氣則是中后期低產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的主要來源。根據(jù)北美頁巖氣發(fā)展史和對頁巖氣成因的分析可知，頁巖氣來源以干酪根熱降解和液態(tài)烴熱裂解的熱成因為主，在特殊條件下可存在生物成因頁巖氣。中國石化通過5井次的頁巖氣井壓裂改造及試氣先導(dǎo)試驗，形成了以滑溜水大型壓裂為主導(dǎo)的儲層改造技術(shù)，并配套了輔助工藝，主要包括：射孔，優(yōu)選高楊氏模量、低泊松比、脆性好的層段進行簇式射孔；壓裂液體系，應(yīng)用低傷害、低成本的減阻水壓裂液；壓裂規(guī)模，建議采用排量大于10/min、總液量大于2 000 的大規(guī)模壓裂；支撐劑，優(yōu)先(yu

9、xin)選用70/100目和30/60目的小粒徑、低密度陶粒作為支撐劑；泵注，采用(ciyng)高前置液、多段塞、低砂比的泵注工藝；裂縫監(jiān)測(jin c)，首選微破裂影像技術(shù)；返排，采用強制裂縫閉合及快速返排技術(shù)。2.2.2 煤層氣 煤層氣增產(chǎn)改造機理與常規(guī)油氣井的增產(chǎn)改造并無本質(zhì)的區(qū)別，在完井方式和水力壓裂技術(shù)上充分借鑒了常規(guī)油氣井的經(jīng)驗，但由于煤層氣的賦存狀態(tài)、儲層特征、巖石力學(xué)性質(zhì)不同于常規(guī)砂巖儲層，使得煤層氣裂縫擴展規(guī)律及增產(chǎn)機理不同于常規(guī)砂巖儲層。煤層氣增產(chǎn)改造技術(shù)主要包括：以活性水加砂壓裂為主導(dǎo)的增產(chǎn)改造技術(shù)。經(jīng)過室內(nèi)實驗和大量現(xiàn)場壓裂生產(chǎn)實踐，目前已經(jīng)形成了以活性水加砂壓裂、二氧

10、化碳泡沫壓裂、分層壓裂、重復(fù)壓裂等主導(dǎo)的技術(shù)，其中活性水加砂壓裂技術(shù)在中國石化應(yīng)用較為廣泛。形成的配套壓裂技術(shù)主要有射孔優(yōu)化、裂縫參數(shù)優(yōu)化、縫高控制、前置段塞、不同粒徑組合加砂、變排量施工、套管加砂與大排量攜砂技術(shù)、壓降測試分析及裂縫監(jiān)測。定向羽狀水平井完井增產(chǎn)改造技術(shù)。該技術(shù)是20世紀(jì)90年代中后期在常規(guī)水平井和分支井的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。截至2012年底，中國已鉆定向羽狀水平井160余口，中國石化在定向羽狀水平井完井技術(shù)上也進行了一系列的研究與試驗，并取得了良好效果，定向羽狀水平井單井日產(chǎn)氣量為直井的37倍。2.2.3 致密(zhm)砂巖氣 致密砂巖氣藏普遍具有低孔、低滲透和孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特

11、點，氣、水及少量的油賴以流動的孔道狹窄，導(dǎo)致滲流阻力增大。同時由于液、固界面及液、氣界面的相互作用力增強，使得液相滯留效應(yīng)和應(yīng)力敏感(mngn)性明顯增強，并導(dǎo)致油、氣、水滲流規(guī)律存在差異，而且氣體滲流存在嚴重的滑脫效應(yīng)和非達西特性，因此低滲透致密砂巖氣藏具有復(fù)雜的滲流特征。致密砂巖氣藏中巖石的滲透率對周圍壓力變化很敏感，壓力的變化可以引起氣液滲流孔道的收縮，致使氣藏滲透率降低。故氣層通常具有較強的壓力敏感性，且低滲透氣層的高壓力敏感性更強。有別于頁巖氣和煤層氣，多數(shù)致密砂巖(sh yn)氣藏在壓裂過程中裂縫起裂和擴展規(guī)律與常規(guī)砂巖氣藏并無本質(zhì)不同，但由于儲層的非均質(zhì)性，以及地應(yīng)力和工況條件的

12、變化，導(dǎo)致了水力裂縫擴展規(guī)律的復(fù)雜性。致密砂巖氣藏的壓裂改造技術(shù)主要有：低傷害壓裂，該技術(shù)是在低傷害或無傷害壓裂材料基礎(chǔ)之上發(fā)展建立起來的，可有效降低儲層傷害，形成與儲層特征相匹配的人工裂縫形態(tài)及導(dǎo)流能力，從而達到低傷害、深穿透、高導(dǎo)流的目的；大型加砂壓裂，對于致密砂巖氣藏，考慮到儲層基質(zhì)的低滲透性，支撐裂縫對氣藏內(nèi)部的滲流機理的改變起著決定性作用；多層分段壓裂，致密砂巖氣藏儲層縱向上都具有多層系、多砂體疊置的特點，為了保護儲層，減少投入，提高經(jīng)濟效益，壓裂改造必須沿著一次管柱多層分段壓裂的方向發(fā)展，從而實現(xiàn)氣藏增產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)、達到提高氣藏開發(fā)效益的目的；水平井分段壓裂，對于致密砂巖氣藏，水平井與

13、直井一樣往往難以獲得自然產(chǎn)能，為了經(jīng)濟高效開發(fā)，提高單井控制儲量，水平井仍需要改造，特別是分段加砂壓裂。但由于水平井具有井眼彎曲、暴露的產(chǎn)層段較長等特點，水平井壓裂與直井壓裂相比難度更大。因此，在數(shù)學(xué)建模的基礎(chǔ)上，研究了水平井完井方式、分段壓裂裂縫條數(shù)、裂縫位置、裂縫長度和導(dǎo)流能力等參數(shù)對水平井產(chǎn)能的影響，優(yōu)選了限流射孔、限流工藝及前置段塞等方法，設(shè)計開發(fā)了水平井分段壓裂的施工管柱和分段壓裂工具，配套的壓裂方式和施工工藝，提高了水平井開發(fā)效果；水力噴射壓裂，該技術(shù)集射孔、壓裂、隔離于一體，主要采用動態(tài)封隔法代替常規(guī)的機械封隔法，使壓裂液沿著井眼流入特定的裂縫中。即運用高壓水射流技術(shù)，先完成水力

14、噴砂射孔，之后通過2套泵壓系統(tǒng)分別向油管和環(huán)空中泵入流體共同完成壓裂；若需要進行分段壓裂，則依次對其他目的層重復(fù)進行水力噴砂射孔和壓裂，整個工藝過程不需要機械封隔裝置；泡沫壓裂，針對低壓氣藏水敏性強的氣藏及常規(guī)壓裂液中的聚合物殘渣會對人工裂縫造成傷害等影響儲層改造效果的現(xiàn)狀，形成了泡沫壓裂液和壓裂工藝。泡沫壓裂液是由氣體和高分子聚合物等形成的不穩(wěn)定分散泡沫體系，具有攜砂能力強、濾失量低、地層增能助排、降粘、防膨和降阻等多種低傷害特性，所以適用于低壓、水敏、水鎖性強的復(fù)雜巖層；重復(fù)壓裂，該技術(shù)采用高砂比壓裂形成高導(dǎo)流能力裂縫，采用強制閉合有效地阻止裂縫內(nèi)支撐劑回流，使改造井段達到最大充填，從而延

15、伸了原有的人工裂縫長度，并使新裂縫的方位角和附近地應(yīng)力發(fā)生轉(zhuǎn)向，比初次(ch c)壓裂具有更高的導(dǎo)流能力，達到了提高單井產(chǎn)量和氣藏采收率的目的；壓裂液高效返排，結(jié)合(jih)致密砂巖氣藏壓裂液返排機理和壓裂后壓裂液返排的影響因素，提出了致密砂巖氣藏壓裂后高效返排的技術(shù)對策，縮短了返排時間，提高了壓裂液的返排率，有效降低了壓裂液對儲層的傷害，保證壓裂改造效果。3 技術(shù)發(fā)展(fzhn)方向 中國非常規(guī)天然氣增產(chǎn)改造技術(shù)無論是在室內(nèi)實驗條件還是技術(shù)方面，都與國外存在著較大的差距，今后須進行以下6個方面的攻關(guān)。 = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 非常規(guī)天然氣室內(nèi)實驗 目前非常規(guī)天然氣的室

16、內(nèi)實驗主要針對煤層氣和致密砂巖氣，而針對頁巖氣的室內(nèi)實驗尚不完善，因此今后須針對頁巖氣儲層進行室內(nèi)實驗研究，如巖石力學(xué)實驗、大尺寸裂縫擴展規(guī)律物理模擬實驗等。 = 2 * GB3 * MERGEFORMAT 低傷害壓裂液技術(shù) 低傷害壓裂是非常規(guī)天然氣壓裂改造的發(fā)展方向，而低傷害壓裂技術(shù)的核心是低傷害壓裂液技術(shù)。對于致密砂巖氣藏儲層改造，降低稠化劑濃度、壓裂液表面張力、儲層賈敏效應(yīng)，防止壓裂液對地層造成水鎖傷害，提高壓裂液的防膨率和壓裂液快速返排率等是低傷害壓裂液技術(shù)的發(fā)展方向；而進行降阻劑和降阻壓裂液的研制，有效降低管串摩阻，實現(xiàn)大排量施工是非常規(guī)氣藏壓裂液技術(shù)的攻關(guān)方向。 = 3 * GB3

17、 * MERGEFORMAT 水平井分段(fn dun)壓裂技術(shù) 非常規(guī)天然氣水平井壓裂技術(shù)的發(fā)展方向是：加大分段改造級數(shù)和改造規(guī)模(gum)，實現(xiàn)體積改造，增大泄氣的面積和體積，從而增加單井產(chǎn)量。其發(fā)展趨勢主要包括2個方面：水平井分段壓裂理論研究，如分段段長優(yōu)化、裂縫參數(shù)優(yōu)化和產(chǎn)能預(yù)測等；水平井分段技術(shù)，如裸眼封隔器分段壓裂、套管封隔器壓裂、可鉆橋塞分段壓裂、連續(xù)油管帶底封分段壓裂、分段限流壓裂及井下分段工具的國產(chǎn)化等。不限級數(shù)壓裂滑套的研發(fā)及連續(xù)油管帶底封拖動噴射壓裂工具國產(chǎn)化為下步攻關(guān)方向。在“十二五”期間，中國石化水平井分段壓裂技術(shù)要求達到水平井段長度為2 000m、壓裂層段達20段、

18、加砂規(guī)模達1 000 m3的水平，水平井完井和改造投資占鉆井成本(chngbn)的50%以上。 = 4 * GB3 * MERGEFORMAT 深層致密砂巖氣藏改造技術(shù) 深層致密砂巖氣藏具有埋藏深、溫度高、壓力高、巖石致密和地質(zhì)特征復(fù)雜等特點，因此，在施工過程中，地層破裂壓力和水力裂縫延伸壓力較高，導(dǎo)致縫寬較窄和近井多裂縫，加上壓裂液濾失嚴重等，導(dǎo)致儲層改造難度較大。中國石化川西深層致密砂巖氣藏壓裂改造正積極攻關(guān)，以尋求技術(shù)突破。 = 5 * GB3 * MERGEFORMAT 煤層氣區(qū)塊整體壓裂改造排采技術(shù)(jsh)目前煤層氣壓裂主要以單井壓裂改造為主，但是受煤層氣成藏機理的影響，煤層氣排采

19、技術(shù)尚不完善，沒有形成區(qū)塊整體壓裂改造排采技術(shù)，需要加快技術(shù)研發(fā)。 = 6 * GB3 * MERGEFORMAT 裂縫監(jiān)測技術(shù)壓裂裂縫監(jiān)測是評價壓裂改造效果的重要手段，是優(yōu)化壓裂工藝(gngy)和設(shè)計的重要途徑。裂縫監(jiān)測技術(shù)的關(guān)鍵是地層壓裂破裂信號的采集和數(shù)據(jù)處理，如何獲得真實的地層破裂信號和精確的數(shù)據(jù)解釋是裂縫監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展方向，特別是采集信號的硬件設(shè)備和數(shù)據(jù)解釋的軟件系統(tǒng)的國產(chǎn)化也是重點發(fā)展方向。4 中國非常規(guī)天然氣開發(fā)(kif)存在的問題及政策4.1中國非常規(guī)天然氣資源開發(fā)存在的主要問題（1）高度壟斷的體制弊端制約了資源開發(fā)的市場競爭（2）缺乏有力、有效的財稅扶持政策（3）缺乏非常規(guī)天

20、然氣開發(fā)的核心技術(shù)體系（4）天然氣價格形成機制不合理（5）管網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后4.2政策及措施1. 建立非常規(guī)天然氣開發(fā)示范區(qū)，促進引導(dǎo)非常規(guī)天然氣商業(yè)開發(fā)2. 加大財稅政策支持力度，激勵非常規(guī)天然氣開發(fā)3. 深化體制改革，不斷引入競爭機制4. 加快科技創(chuàng)新，加大科技投入5. 深化氣價改革，不斷完善天然氣價格形成機制6. 加強頁巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查，促進頁巖氣的商業(yè)化勘探開發(fā)7. 加強天然氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，促進天然氣開發(fā)利用和市場(shchng)發(fā)展參考文獻：1劉倩倩.非常規(guī)天然氣開發(fā)(kif)將改變能源版圖J.能源(nngyun)與節(jié)能,2011，8:60-61.2潘繼平，王楠，韓志強，李世臻.中國非常規(guī)天然氣資源勘探開發(fā)與政策思考 J.國際石油經(jīng)濟，2011,63任閩燕，姜漢橋，周元龍，等.非常規(guī)天然氣增產(chǎn)改造技術(shù)研究進展及 其發(fā)展方向J.油氣地質(zhì)與采收率，2013,20(2):103-105.4孫海，姚軍，孫致學(xué)，等.頁巖氣數(shù)值模擬技術(shù)進展及展望J.油氣地質(zhì)與 采收率，2012，19（1）：46-49.5胡文瑞.開發(fā)非常規(guī)天然氣是利用