非常規(guī)天然氣資源潛力分析

非常規(guī)天然氣資源潛力分析

現(xiàn)在，能源問題關(guān)系到經(jīng)濟的發(fā)展和社會的穩(wěn)定。世界能源需求的不斷擴大，導(dǎo)致供求矛盾的差距越來越大，世界各國通過各種渠道解決能源問題。最重要的手段之一是找到替代能源。由于其巨大的資源潛力和經(jīng)濟效益，各國政府和能源公司都重視常規(guī)天然氣。非常規(guī)天然氣在發(fā)達國家能源結(jié)構(gòu)中的貢獻在逐步增大,隨著勘探開發(fā)技術(shù)的進步,其必將成為新一代環(huán)保、高效的優(yōu)質(zhì)替代能源。1加大執(zhí)行典型礦產(chǎn)資源2007年,世界石油理事會(WPC)、美國石油地質(zhì)學(xué)家協(xié)會(AAPG)和石油評價工程師協(xié)會(SPEE)公布了“石油資源管理系統(tǒng)(SPE-PRMS2007)”為石油儲量分類和資源系統(tǒng)的導(dǎo)向系統(tǒng)。SPE-PRMS定義非常規(guī)能源為:非常規(guī)石油資源存在于面積廣闊、并且不受水動力影響的油藏中(也稱為連續(xù)型礦床),例如煤層氣(CBM)、盆地中心氣、頁巖氣、天然氣水合物、天然瀝青、油頁巖礦床等。Holditch在其著名的“資源三角”中對非常規(guī)能源做出了更加直觀的描述:儲量極大而難以開發(fā),并且需要先進勘探開發(fā)技術(shù)的支持。資源三角展示了非常規(guī)油藏的幾種類型:含氣致密砂巖層、低滲油層、重油油層、含氣頁巖、煤層氣(CBM)、油頁巖、天然氣水合物等。Etherington和McDonald在2004年提出了第三種非常規(guī)油氣藏的定義方法,即非常規(guī)油氣藏是一種必須依靠大規(guī)模增產(chǎn)措施或者特殊的開發(fā)方法,才能以有經(jīng)濟價值的產(chǎn)量生產(chǎn)的油氣藏。通常所說的非常規(guī)天然氣是指致密砂巖氣(TSG)、煤層氣(CBM)、頁巖氣(SG)、天然氣水合物、高壓氣(水溶氣)和深層氣。現(xiàn)今,非常規(guī)天然氣資源的商業(yè)化生產(chǎn)并不成熟,迄今為止在美國進行商業(yè)化生產(chǎn)的只有前3種氣體。對于Cornell大學(xué)ThomasGold教授所提出的深層氣,現(xiàn)今還沒有證明其是否存在。1.1儲砂地層的水飽和度致密砂巖氣最原始的定義可以追溯到1978年,美國天然氣政策法案將其定義為:砂巖儲層天然氣的滲透率小于或等于0.1×10-3μm2的氣藏。1995年關(guān)德師等人將其定義為:孔隙度低、滲透率比較低、含氣飽和度低、含水飽和度高、天然氣在其中流動速度較為緩慢的砂巖層中的天然氣藏。2006年,StephenAHolditch提出了“致密含氣砂巖是一種不經(jīng)過大型改造措施(水力壓裂)或者是不采用水平井、多分支井就不能產(chǎn)出工業(yè)性氣流的砂巖儲層”的觀點。2008年,楊曉寧等又提出了“致密砂巖一般是指孔隙度為7%~12%、空氣滲透率小于1.0×10-3μm2、砂巖孔喉半徑一般小于0.5μm的砂巖儲層”。現(xiàn)今最為認可的是美國聯(lián)邦能源委員會(FERC)的致密砂巖氣定義,即地層滲透率為0.1×10-3μm2的砂巖儲層。我國對致密砂巖氣藏的規(guī)定為有效滲透率小于0.1×10-3μm2(絕對滲透率小于1×10-3μm2)、孔隙度小于10%的氣藏為致密氣藏。1.2氣體及碳酸鹽巖廣義的煤層氣是指儲藏在煤層及其周圍巖石中的天然氣,其來源為:地層中有機物煤化過程中生成的氣體(有機生成);巖漿巖侵入時產(chǎn)生的氣體及碳酸鹽巖受熱分解產(chǎn)生的氣體(無機生成);地殼中放射性元素衰變過程中產(chǎn)生的氣體及地下水中釋放出的氦、氡等氣體(無機生成)。狹義的煤層氣則是指可供能源開發(fā)利用的、在煤層及其周圍巖石自生自儲的以甲烷為主的天然氣,這類天然氣與石油天然氣藏中的氣藏氣、油層的氣頂氣、石油中的溶解氣等常規(guī)的天然氣不同,因此也稱為非常規(guī)天然氣。1.3頁巖氣的主要特征頁巖氣是從頁巖層中開采出來的,主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中,以吸附或游離狀態(tài)存在于泥巖、高碳泥巖、頁巖及粉砂質(zhì)巖類夾層中。頁巖氣主要是生物成因、熱成因和生物-熱成因的連續(xù)型天然氣聚集,它的主要特征是含氣面積大、隱蔽圈閉機理、蓋層巖性不定和烴類運移距離較短。頁巖氣可以是儲存在天然裂隙和粒間孔隙內(nèi)的游離氣,也可以是干酪根和頁巖顆粒表面的吸附氣或是干酪根和瀝青中的溶解氣。頁巖氣藏的儲層一般呈低孔、低滲透率的物性特征,氣流的阻力比常規(guī)天然氣大,需要實施儲層壓裂改造才能實現(xiàn)有效開采。1.4“可燃冰”或“固體瓦斯”天然氣水合物(NaturalGasHydrate)因其外觀象冰一樣而且遇火即可燃燒,所以又被稱作“可燃冰”或“固體瓦斯”和“氣冰”。它是在一定條件(合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、pH值等)下由水和天然氣在中高壓和低溫條件下混合時組成的類冰的、非化學(xué)計量的、籠形結(jié)晶化合物。天然氣水合物在自然界廣泛分布在大陸、島嶼的斜坡地帶、活動和被動大陸邊緣的隆起處、極地大陸架及海洋和一些內(nèi)陸湖的深水環(huán)境。2油氣、致密氣、頁巖氣和水合物資源與常規(guī)天然氣相比,非常規(guī)天然氣的儲量要大得多。根據(jù)Hans-HolgerRogner的研究,世界天然氣水合物總的地質(zhì)資源量相當大(20689.2×1012m3),而且煤層氣、頁巖氣和致密砂巖氣的總量是921.9×1012m3,是1993年美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)所報道的常規(guī)天然氣資源量的1.6倍。現(xiàn)在它已經(jīng)變?yōu)槌Ｒ?guī)天然氣資源量(436.1×1012m3)的2.1倍了,該數(shù)據(jù)2000年由USGS修訂。就分布方面而言,北美、前蘇聯(lián)和亞洲與中國具有廣泛的煤層氣、致密氣、頁巖氣和天然氣水合物資源。世界煤層氣資源巨大,分布廣泛,主要分布于北美、前蘇聯(lián)和中國等地區(qū)。目前世界上可開采的致密砂巖氣儲量為(10.5~24)×1012m3,居非常規(guī)天然氣之首,我國致密氣遠景資源量達(12~100)×1012m3,開發(fā)潛力巨大。全球埋深淺于2000m的煤層氣資源約為2400×1012m3。據(jù)能源部(EnergyBusiness)報道,煤層氣資源量保守估計為7×1012m3,樂觀的估計可達(20~50)×1012m3。中國煤層氣資源量達36.8×1012m3,居世界第三位,煤層氣可采資源量約10×1012m3,累計探明煤層氣地質(zhì)儲量1023×108m3,可采儲量約470×108m3。目前,世界頁巖氣資源量為456.24×1012m3,美國頁巖氣資源量大約為28.3×1012m3,中國頁巖氣資源量(15~30)×1012m3。天然氣水合物資源在20世紀90年代晚期的估算值(地質(zhì)儲量值)差別較大,在(0.1~2.1)×1016m3(標準狀態(tài))范圍內(nèi)。目前各國科學(xué)家對全球天然氣水合物資源量較為一致的看法為2×1016m3,約為剩余天然氣儲量(156×1012m3)的128倍。我國既有470×104km2遼闊的海疆,又有240×104km2號稱世界“第三極”的青藏高原,僅南海海域的天然氣水合物總資源量就達700×108t油當量,約相當我國目前陸上石油、天然氣資源量總數(shù)的二分之一。3油氣資源開采技術(shù)的發(fā)展方向在19世紀90年代,非常規(guī)氣藏在大型氣田的發(fā)現(xiàn)中占有80%。在這些氣田開發(fā)的過程中,致密性砂巖氣是最重要的。致密砂巖氣開發(fā)主要集中在美國和加拿大。1994年,美國致密砂巖氣的產(chǎn)量只有705.3×108m3,但隨后十幾年里,通過綜合運用水平井鉆井、欠平衡鉆井、完井和氣層保護等技術(shù),到2003年,其致密氣產(chǎn)量迅速攀升到了1274×108m3,新技術(shù)的應(yīng)用使產(chǎn)氣率得到了大幅度提高。近幾年來,我國致密氣開采也有較大發(fā)展,例如在鄂爾多斯盆地致密氣開發(fā)中,應(yīng)用了CO2泡沫壓裂技術(shù),收到了顯著的增產(chǎn)效果,如蘇6井和陜28井,CO2泡沫壓裂后無阻流量分別達到120.2×104和56.6×104m3·d-1。煤層氣在煤礦工業(yè)成立之初就已經(jīng)被人們知道了,但直到1989年才被視為重要的氣體資源而進行開發(fā)利用。隨著兩井連通技術(shù)、井眼軌跡控制技術(shù)、分支井眼側(cè)鉆技術(shù)、儲層保護、井壁穩(wěn)定控制技術(shù)、充氣鉆井液欠平衡工藝及地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)等發(fā)展,有力促進了煤層氣的有效開發(fā)。僅2005年,美國的3大煤層氣開發(fā)基地PowerRiver、Uinta和Raten盆地生產(chǎn)出的煤層氣就達到87×108m3,生產(chǎn)井多達2500口。在加拿大,由于成功研究應(yīng)用了水平井高壓水射流改選技術(shù)和獨特的U型井技術(shù),阿爾伯塔省的煤層氣開采也由2003年的1000口井快速增長到2004年1500口。另一方面,水力壓裂對于煤層氣開采來說也是最有效的增產(chǎn)措施,包括凝膠、清水、干冰、液態(tài)CO2等。美國的煤層氣年產(chǎn)量已從1989年的42×108m3增加到2005年的504×108m3。在加拿大,2003年,EnCana和MGV公司合作,鉆井1015口,試采氣511×108m3;2006年,煤層氣井累計超過6500口,產(chǎn)量達55×108m3;2007年產(chǎn)量達到86×108m3。對于頁巖氣的開采,2002年之前,頁巖氣開發(fā)水平較高的國家大多采用直井開采。2002年,Devon能源公司7口Barnett頁巖氣試驗水平井取得了成功之后,水平井成為了頁巖氣開發(fā)的主要選擇。之后,Barnett頁巖氣水平井完井數(shù)迅速增加,2007年共完鉆2219口水平井,占該年頁巖氣完井數(shù)的94%。據(jù)相關(guān)文獻報道,Barnett頁巖氣最成功的垂直井在2006年上半年累計產(chǎn)量為991.10×104m3·d-1,同期最成功的水平井產(chǎn)量為2831.7×104m3·d-1,為直井產(chǎn)量的近3倍。同時采用一些列新技術(shù),1997—2007年,Barnett頁巖氣地區(qū)有多達8629口頁巖氣井,其產(chǎn)量至2008年1月份達到0.996×108m3·d-1?，F(xiàn)今發(fā)展起來的同步壓裂技術(shù)則可應(yīng)用與像Barnett頁巖氣這種垂直限制很強的情況,能增強井筒間的斷裂作用,從而具有更大的接觸面積。這些壓裂技術(shù)還可在各種測井等措施的輔助下提高頁巖氣的采收率。對于天然氣水合物,起初采用熱激發(fā)開采法、減壓開采法和化學(xué)試劑注入開采法。熱激發(fā)法效率較低;減壓開采法雖然能通過降低鉆井液密度和泵出天然氣水合物層下方的游離氣或其他流體等方式能降低壓力,但使用條件有限;化學(xué)試劑注入開采方法經(jīng)濟性差,影響環(huán)境?，F(xiàn)在CO2置換法和固體開采法逐漸發(fā)展起來。到目前為止天然氣水合物還沒有進行商業(yè)化開采,其開采還存在環(huán)境問題。4世界能源提供的重要外在地方工資的世界范圍內(nèi)分布不同,21)非常規(guī)天然氣主要包括致密砂巖氣、煤層氣、頁巖氣,天然氣水合物、高壓氣(水溶氣