頁巖氣的研究報告

頁巖氣的研究報告小組成員：張楚萱、何慧玲、羅瀟磊、章宇富、王孔云報告提綱01020304頁巖氣的概念頁巖氣開發(fā)的主要技術我國頁巖氣開發(fā)的困難國外頁巖氣開發(fā)經(jīng)驗頁巖氣：是蘊藏于頁巖層可供開采的天然氣資源，是一種以游離態(tài)或吸附狀態(tài)藏身于頁巖層或泥巖層中的非常規(guī)天然氣，頁巖氣是從頁巖層中開采出來的天然氣，主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，頁巖氣是主體上以吸附或游離狀態(tài)存在于泥巖、高碳泥巖、頁巖及粉砂質巖類夾層中的天然氣，它可以生成于有機成因的各種階段天然氣主體上以游離相態(tài)（大約50%）存在于裂縫、孔隙及其它儲集空間，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、瀝青質及石油中。天然氣也存在于夾層狀的粉砂巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、甚至砂巖地層中。天然氣生成之后，在源巖層內的就近聚集，表現(xiàn)為典型的原地成藏模式，與油頁巖、油砂、地瀝青等差別較大。與常規(guī)儲層氣藏不同，頁巖既是天然氣生成的源巖，也是聚集和保存天然氣的儲層和蓋層。因此，有機質含量高的黑色頁巖、高碳泥巖等常是最好的頁巖氣發(fā)育條件。01頁巖氣的概念我國頁巖氣的分布：中國南方海相頁巖地層可能是頁巖氣的主要富集地區(qū)。除此之外，松遼、鄂爾多斯、吐哈、準噶爾等陸相沉積盆地的頁巖地層也有頁巖氣富集的基礎和條件。重慶綦江、萬盛、南川、武隆、彭水、酉陽、秀山和巫溪等區(qū)縣是頁巖氣資源最有利的成礦區(qū)帶，因此被確定為首批實地勘查工作目標區(qū)。（1）頁巖氣的開采歷史：美國進行頁巖氣開采大約有80多年歷史。在加拿大，作為商業(yè)開采還處于起步階段。因為能補償常規(guī)天然氣開采量下降的問題，這些很難開采的氣體在加拿大天然氣開采中的作用越來越重要。數(shù)據(jù)顯示，加拿大西部地區(qū)大約有550萬至860萬億立方英尺頁巖氣儲量。美國和加拿大已經(jīng)開始了對頁巖氣的勘探開發(fā)，特別是美國，已對密西根、印第安納等5個盆地的頁巖氣進行商業(yè)性開采，2005年頁巖氣產(chǎn)量達到198億立方米，成為一種重要的天然氣資源。世界頁巖氣資源量為457萬億立方米，同常規(guī)天然氣資源量相當，其中頁巖氣技術可采資源量為187萬億立方米。全球頁巖氣技術可采資源量排名前5位國家依次為：中國（36萬億立方米，約占20%）、美國（24萬億立方米，約占13%）、阿根廷、墨西哥和南非。中國頁巖氣資源豐富，技術可采資源量為36萬億立方米，是常規(guī)天然氣的1.6倍。在開采技術成熟、經(jīng)濟性適當時，將會產(chǎn)生巨大的商業(yè)價值。緩解全世界的能源危機。（2）頁巖氣的開發(fā)技術：開采技術頁巖氣開采技術，主要包括水平井技術和多層壓裂技術、清水壓裂技術、重復壓裂技術及最新的同步壓裂技術，這些技術正不斷提高著頁巖氣井的產(chǎn)量。正是這些先進技術的成功應用，促進了美國頁巖氣開發(fā)的快速發(fā)展。如果能引進這些先進技術，將為中國頁巖氣開發(fā)助一臂之力。02水平井技術利用特殊的井底動力工具與隨鉆測量儀器,鉆成井斜角大于86。,并保持這一角度鉆進一定長度井段的定向鉆井技術。在油氣田開發(fā)中,水平井可以增加裸露出，數(shù)倍地提高油氣產(chǎn)量。水平井鉆井技術包括隨鉆測量技術、井眼軌跡控制技術、井壁穩(wěn)定技術、鉆井完井液技術等。從垂直井段轉變?yōu)樗骄蔚那拾霃皆叫?施工難度越大。（1）清水壓裂技術：清水壓裂技術是指在清水中添加很少量的減阻劑、黏土穩(wěn)定劑和表面活性劑作為壓裂液來進行壓裂的技術。清水壓裂的過程如圖所示，首先泵入“巖石酸”來清理可能被鉆井液封堵的近井地帶;然后進行清水壓裂，將大量的帶有少量粗砂支撐劑的清水注入裂縫中，使裂縫延伸;最后進行沖刷，將支撐劑從井眼中移除。清水壓裂利用儲層中的天然裂縫，將壓裂液注入其中使地層產(chǎn)生誘導裂縫，在壓裂過程中，巖石碎屑脫落到裂縫中，與注入的粗砂一起起到支撐劑的作用，使裂縫在沖刷之后仍保持張開。清水壓裂成本低，傷害輕，很少需要清洗，可以提供很長的裂縫將支撐劑運移到壓裂網(wǎng)格，因此在低滲透氣藏中獲得了很好的應用。該技術已經(jīng)成為德克薩斯Barnett頁巖氣田的主要開采手段。（2）同步壓裂技術：同步壓裂技術是指同時對2口或2口以上的鄰近平行井進行壓裂。在同步壓裂中，壓裂液及支撐劑在高壓下從一口井沿最短距離向另一口井運移，這樣就增加了裂縫網(wǎng)格的密度和表面積，從而快速提高頁巖氣井的產(chǎn)量。同步壓裂一方面可以促使水力裂縫擴展過程中相互作用，產(chǎn)生更復雜的縫網(wǎng)，增加改造體積，提高氣井產(chǎn)量和最終采收率;另一方面它是2口或2口以上相鄰且平行的水平井交互作業(yè)、逐段實施分段壓裂。采用這種技術在短期內增產(chǎn)效果很明顯。（3）重復壓裂技術重復壓裂是指在同一口井進行兩次或兩次以上的壓裂?；趯χ貜蛪毫逊绞降牟煌斫?，目前國內外實施的重復壓裂有三種方式：（1）層內壓出新裂縫。由于厚油層在縱向上的非均質性，油層內見效程度不同，層內矛盾突出而影響開發(fā)效果?？梢酝ㄟ^補射非主力油層或對非均質厚油層重復壓裂，或者壓裂同井新層等措施改善出油剖面，從而取得很好效果。（2）延伸原有裂縫。油田開發(fā)過程中，由于壓力、溫度等環(huán)境條件的改變，引起原有壓裂裂縫失效。這類井需要加砂重新?lián)伍_原有裂縫，穿透堵塞帶就可以獲得不同程度的效果。為了獲得較長的增產(chǎn)有效期，必須優(yōu)化設計重復壓裂規(guī)模（液量、砂量）。（3）改向重復壓裂。油田的低滲透層已處于高含水期，原有裂縫控制的原油產(chǎn)量已接近全部采出，裂縫成了水的主要通道，但某些井在現(xiàn)有采出條件下尚控制有一定的剩余可采儲量。這時最好的辦法是將原有裂縫堵死，重新壓裂，在與原有裂縫呈一定角度方向上造新縫，這樣既可堵水，又可增加采油量。（4）測井和巖心分析是頁巖氣儲層評價的兩種主要手段測井：數(shù)據(jù)主要包括ECS、GR、成像測井、聲波測井等；

頁巖氣的測井技術與常規(guī)測井無異，但對于頁巖參數(shù)的確定，在勘探階段需要通過巖心資料的分析標定、ECS測井獲得。通過對已知頁巖氣藏總有機碳含量、成熟度、含氣性等地球化學參數(shù)與測井資料標定建立氣藏評價方法的研究，在新井或新層評價時可通過測井模型確定各項參數(shù)。（5）巖心分析巖心分析：

確定孔隙度、儲層滲透率、泥巖的組分、流體及儲層的敏感性，并分析測試TOC和吸附等溫曲線。

通過參數(shù)井的系統(tǒng)取心，在“相控頁巖分布”的思路指導下，對巖心的層序和沉積細致描述，研究頁巖的沉積特征，編制不同層系頁巖沉積相平、剖面圖。國內對頁巖的巖心分析與國外比還存在較大的差距，特別是試驗設備與試驗方法方面。我國頁巖氣開發(fā)的困難之處資源潛力不清缺乏政策之持缺乏核心技術投資主體單一管網(wǎng)設施不足近年來,世界主要資源國都加大了對頁巖氣的勘探開發(fā)力度。頁巖氣礦藏的形成和特征決定了頁巖氣開發(fā)具有獨特的方式,其關鍵技術是水平井技術和壓裂技術。我國頁巖氣資源廣泛存在,目前雖然存在勘探、開發(fā)技術困難和環(huán)保壓力。3我國頁巖氣的開發(fā)現(xiàn)狀

目前我國頁巖氣的開發(fā)尚處于探索階段。經(jīng)初步評價，我國陸域頁巖氣地質資源潛力為134.42萬億立方米，可采資源潛力為25.08萬億立方米（不含青藏地區(qū)）。全國頁巖氣資源主要分布在四川省、新疆吾爾族自治區(qū)、重慶市、貴州省、湖北省、湖南省、陜西省等，這個省(區(qū)、市)占全國頁巖氣總資源的68.9%。2004年以來，我國政府和企業(yè)開始關注頁巖氣，并開展了一些研究工作，但頁巖氣商業(yè)化開發(fā)尚未起步，總體上處于前期的探索和準備階段。通過國際交流與合作，中國石油等企業(yè)已經(jīng)開展了國內頁巖氣開發(fā)的一些前期調研和技術準備，進行了初步的資源潛力研究。2009年8月，國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心會同中國地質大學等單位在重慶市綦江縣、巫溪縣啟動了全國首個頁巖氣資源勘查項目，標志著我國正式實施頁巖氣資源的勘探開發(fā)。目前國家能源局會同有關部門積極研究頁巖氣等非常規(guī)天然氣開發(fā)政策，鼓勵扶持頁巖氣開發(fā)，促進頁巖氣開發(fā)的跨越式發(fā)展。國家有關部門在國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”中正式設立了“頁巖氣勘探開發(fā)關鍵技術”項目，以解決我國頁巖氣勘探開發(fā)面臨的關鍵技術難題。（1）我國頁巖氣開發(fā)存在的問題（2）一、是頁巖氣資源儲量和可開發(fā)量有待進一步勘探和研究。我國頁巖氣資源類型多、層系多，地質條件復雜，開采難度大，但目前對頁巖氣資源的調查評價、勘探開發(fā)程度較低，時間短，投入不足，頁巖氣儲量和可開發(fā)量缺少相對權威、統(tǒng)一、經(jīng)得起實踐檢驗的數(shù)據(jù)。二、是關鍵技術瓶頸是制約我國頁巖氣開發(fā)的首要問題。經(jīng)過數(shù)年的研究和技術準備，加上多年開發(fā)致密砂巖氣、煤層氣的技術積累，我國已經(jīng)初步掌握了頁巖氣開發(fā)的一些技術，但這些技術遠不足以支撐我國頁巖氣規(guī)?；蜕虡I(yè)化勘探開發(fā)的需要。三、是高投入和低回報使頁巖氣短期內難以大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。目前我國頁巖氣采收率過低的問題在技術上還難以解決。頁巖氣的采收率一般只有5-20%，而常規(guī)天然氣的采收率則在60%以上，加之開采出來的頁巖氣不像常規(guī)天然氣那樣有早已成型的輸送管道網(wǎng)絡運送，因此，開采和運輸?shù)母叱杀臼琼搸r氣開發(fā)短時間內一個不可逾越的障礙，使頁巖氣開發(fā)在經(jīng)濟上存在很大的風險，市場價格也很難與常規(guī)天然氣競爭四是資源管理法規(guī)和扶持政策不到位。我國頁巖氣的資源管理和監(jiān)管政策不到位。頁巖氣作為一種獨立新礦種的地位已獲得國家確認，但是相應的管理制度及監(jiān)管政策遲遲沒有出臺，包括頁巖氣礦權招標制度、頁巖氣儲量評審、勘探開發(fā)監(jiān)管等。國外頁巖氣開發(fā)經(jīng)驗美國最早發(fā)現(xiàn)、研究、勘探和開發(fā)頁巖氣的國家：美國頁巖氣開發(fā)技術歷程，從Barnett頁巖開采看，可分為4個階段：第一階段：1997年以前——直井大型水力壓裂；第二階段：1997~2002年——直井大型清水壓裂為主；第三階段：2002~2007年——水平井壓裂技術開始試驗；第四階段：2007年至今——水平井套管完井及分段壓裂技術，逐漸成為主體技術模式。加拿大世界上第二個對頁巖氣進行勘探開發(fā)的國家加拿大是繼美國之后世界上第二個對頁巖氣進行勘探開發(fā)的國家，頁巖氣生產(chǎn)也已有數(shù)十年的歷史。加拿大頁巖氣資源也十分豐富，且資源分布面積廣、涉及地質層位多，主要分布在西部盆地地區(qū)，包括不列顛哥倫比亞省東北部中泥盆統(tǒng)的霍恩河盆地和三疊系Montney頁巖，艾伯塔省與薩斯喀徹溫省的白堊系Colorado群，魁北克省的奧陶系Utica頁巖，新不倫瑞克省和新斯科舍省的石炭系HortonBluff頁巖。04歐洲：英國和波蘭是該洲頁巖氣前景最好的國家2009年，國際能源署預測歐洲的非常規(guī)天然氣儲量為0.35萬億立方米，其中將近一半蘊藏在泥頁巖中，這個數(shù)字遠低于美國，從全球來看，除了撒哈拉以南的非洲地區(qū)，歐洲的頁巖氣儲量可能是最少的。歐洲頁巖氣主要集中在英國的威爾德盆地、波蘭的波羅的盆地、德國的下薩克森盆地、匈牙利的Mako峽谷、法國的東巴黎盆地、奧地利的維也納盆地以及瑞典的寒武系明礬盆地等。其中，英國和波蘭是歐洲頁巖氣前景最好的國家。歐洲啟動了多項頁巖氣勘探開發(fā)項目。2009年初，德國國家地學實驗室啟動了“歐洲頁巖項目”（GASH）。此項跨學科工程是一個為期6年的多學科頁巖氣研究開拓計劃，由政府地質調查部門、咨詢機構、研究所和高等院校的專家組成工作團隊，工作目標是收集歐洲各個地區(qū)的頁巖樣品、測井試井和地震資料數(shù)據(jù)，建立歐洲的黑色頁巖數(shù)據(jù)庫，與美國的含氣頁巖進行對比，分析盆地、有機質類型