页岩气开采技术（精选7篇）
页岩气开采技术 篇1
天然气是我国能源安全的一道重要的防线, 但是, 我国的天然气资源非常的短缺, 这一重要事实已经成为影响我国经济可持续发展的绊脚石。面对常规能源日渐减少的现状, 页岩气这种新能源在我国具有非常大的开采潜力, 美国在很早就进行了页岩气开采革命, 通过对页岩气进行开发, 可以有效缓解我国对常规能源的需求压力, 对能源的可持续发展具有非常重要的影响作用。截止到目前, 我国的页岩气开发研究工作从整体上来看, 基本处于早期探索以及准备阶段, 自从2005年, 我国的页岩气开采研究进入早期的评价阶段, 到现今, 我国在页岩气的开采研究上, 已经有了实质性进展。
一、储量概况
所谓页岩气, 就是从页岩层开采而出的一种天然气, 这是一种非常规的重要的天然气资源。页岩气在形成以及富集的过程中, 有着不同寻常的特点, 其一般都分布在盆地中的页岩清源岩地层之中, 而且这种清源岩在盆地中的厚度比较大, 分布范围非常的广。与常规天然气开采相比, 页岩气的开发具有以下特点, 分别是: (1) 开采寿命长。 (2) 生产周期长。 (3) 很多的页岩气往往具有较广的分布范围, 厚度很大, 并且普遍含气。这样一来, 页岩气井的产气特点就会长期而稳定。
页岩其本身是气源岩, 同时其也是储集层, 页岩的总孔隙度通常低于10%, 而其含气的总孔隙度往往会低于总孔隙度的一半, 随着裂缝的发育程度的变化, 其渗透率也会相应发生变化。由于储藏页岩气的页岩在分布方面非常的广泛, 因此页岩气在资源储量方面绝对是不可小视的。页岩气在我国的分布相当的广泛, 我国的国土资源部目前按照具体的地理位置将分布地区大概分为5个地区, 分别是:华北及东北区、西北区、青藏去、上扬子滇黔桂区一级中下扬子及东南区。
二、开采技术进展
1. 钻、完井技术
在2002年, 美国的某能源公司在对页岩气的试验水平上取得了很大的成果, 之后, 天然气开采行业就开始重点推广水平钻井技术, 在进行页岩气的开采过程中, 水平钻井已经成为一种主要的钻井方式。在我们国家, 对常规油水井钻井、完井技术经过十年的发展, 当前在油、气的生产中, 水平钻井、完井技术已经能满足相应的生产要求。可以说最新技术方面不存在非常难处理的问题。但是, 总体来说, 我国的水平钻井技术是以跟踪、引进以及消化吸收为主的, 在国际上, 没有自己独特的技术优势, 同时在硬件以及软件的配置方面, 还要依靠国外的进口。
2. 开发技术
页岩气的产量要想增加, 就必须对页岩气开采金属进行一定的提高与改善。因为我国几十年来在常规油气领域积累了丰富的水平井开采经验, 所以, 是我国的页岩气开发进程得以有效的推进。在对国内常规油气的开采中, 水平井水力压裂技术得到了广泛地的应用, 特别是清水压裂技术、多级压裂技术以及重复压裂技术, 都具有着很多非常成功的应用实例。经过国内对这些技术的进一步研究, 证明了这种技术在我国页岩气开发中是一种非常切实可行的压裂技术。2010年, 某油田对页岩气井进行大型的压裂技术改造, 使页岩气井非常顺利地就进入排液施工阶段, 对这口气井的成功压裂, 代表着我国页岩气开采技术迈出了非常重要的一步。2010年, 某油气公司在页岩气勘探领域经过两年多的研究, 勘探出某井可以日产大约10000立方米万的天然气工业性气流。
近年来, 我国的石油企业先后在页岩气国际合作方面加快了步伐, 在与外国进行合作的过程中, 对国外的先进技术进行积极的引进、消化以及吸收, 在科技攻关上进行推进, 最终取得了非常重大的进展。中国石油已经基本形成了一套完整的页岩气开采技术:一套体积压裂设计, 实时监测以及压后的评估技术, 四套自主知识产权开采技术以及三套自主研发的在页岩气开采中进行应用的技术等。中国石油以自主技术作为依托, 先后在四川与云南建立了两个国家级的页岩气开采示范区。其页岩气的开采量非常的巨大, 这两个示范区直井日产量分别为2000-33000立方米, 2500立方米, 水平井对页岩气的日产量分别为为10000-160000立方米, 15000-36000立方米。
结语
如果将页岩气作为非常规的大储量天然气, 进行商业化生产方面的投入使用, 将会对我国当前能源短缺的紧张局面有所缓解。截止到现今, 页岩气的开采成本依然非常的高, 其应力能力较弱, 除此之外, 在对页岩气的开采过程中, 将会对水资源进行非常大的消耗浪费, 同时也会对环境产生严重的污染。所以, 在开采页岩气之前, 一定要在评估力度上有所加大, 在对页岩气资源进行评估的过程中, 要充分考虑到区域水资源、对环境造成的影响程度等方面的问题, 争取做到全面的评估。同时, 还要对更加先进的开采技术进行积极有效的开发, 注重对环境的保护, 要有先进的水资源管理理念, 防止在进行开采时, 对水资源造成浪费、污染, 或者是造成水资源的枯竭, 使页岩气从真正意义上成为成本低、清洁环保的新能源。
摘要：在美国, 其“页岩气革命”取得了很好的进展, 这在很大程度上预示着页岩气这种非常规的重要的天然气将会对我国能源压力的缓解发挥出巨大的应用潜力, 页岩气也将会在我国的油气资源勘探开发中成为一个新热点。经过我国勘探工作中多年的一致努力, 我国页岩气的勘探开发在水平井钻探、资源储量评估以及开采技术方面取得了显著的成果。但是较之于美国, 我国页岩气所在的地质条件显得非常复杂, 在对页岩气的开发在水资源利用、开采技术、环境保护以及控制开采成本方面将会受到很大的挑战。
关键词：页岩气,开发进展,开采技术
参考文献
[1]王世谦, 王书彦, 满玲, 董大忠, 王玉满.页岩气选区评价方法与关键参数[J].成都理工大学学报 (自然科学版) , 2013 (06) .
[2]冯相昭, 李静, 王敏, 张曦.基于SWOT的中国页岩气开发战略评析[J].环境与可持续发展, 2013 (02) .
[3]孙玉玲, , 彭皓, 闫亚飞, 陈芳.页岩气开采技术国际专利态势分析[J].科学观察, 2013 (05) .
页岩气经济开采关键技术研究 篇2
1 页岩气资源分布
我国各地质时期页岩分布广泛, 勘探开发潜力大, 页岩气资源十分丰富。据粗略估算, 我国页岩气总资源量可达100万亿立方米, 相当于常规天然气量的两倍。据国际能源署估计, 我国14个盆地中25个页岩构造的页岩气资源量约为15~30万亿立方米, 中值23.5万亿立方米, 经济潜力巨大。大规模开采页岩气将对我国未来能源供应、消费经济结构和油气资源开发格局产生战略性影响。
研究认为, 我国页岩气资源以南方和中西部地区盆地为主要赋存地区, 富集于下寒武、下志留、中二叠三套富含有机质暗色泥页岩中, 在平面上呈区域性分布。根据沉积环境, 可将我国广泛存在的富含有机质页岩分为三类:海相页岩、海陆交互相页岩以及陆相页岩。
2 页岩气开采现状及难题
2.1 页岩气开采现状
全球页岩气历史始于1821年在美国东部泥盆系页岩中钻成的第一口页岩气井, 1914年美国发现第一个页岩气田—Big Sandy气田。目前已有30多个国家开展页岩气相关工作, 美国与加拿大已实现商业开发。经过多年的研究和开发实践, 美国等发达国家在页岩气形成机理、富集条件及成藏规律等方面已有深刻认识。与页岩气相关的设备、软件及技术已经成熟且商业化。
2.2 页岩气开采难题
由于页岩气储层的高度致密性和极低渗透率, 页岩气开发的规模化生产和商业化利用一直面临技术瓶颈问题。此外, 我国页岩气的勘探开发尚面临技术、成本等因素的制约。从国外页岩气经验来看, 页岩气勘探开发亟待解决的问题主要包括页岩气机理分析与研究、实验测试与分析、有利选区与评价、含气特点与模拟、产能分析及预测、钻井工艺与钻井液、压裂技术与压裂液、三维地震与储层改造等。
鉴于我国含气页岩的地质特殊性, 近期需要解决的关键技术问题有中国页岩气资源及其富集特点的客观评价、页岩气勘探开发选区及评价技术、页岩气工业化开发的经济界限问题、页岩气储层压裂增产技术等。
3 页岩气开采关键技术
3.1 页岩气储层评价技术
页岩气藏是一种“自生自储”型气藏, 因此, 页岩气储层评价的内容就是储层含气性和气藏可开采性。主要就是对页岩气储层的有机质特征、无机矿物组成、物性及岩石学特征四个方面进行研究。
关键技术就是对有机质特征的研究, 有机质含量的高低直接决定了页岩气含气量的大小。据北美研究成果, 将有机碳含量大于2%的页岩气藏视为可具有商业价值。估算有机碳含量的方法有lg R法和体积密度法。评价页岩储层含气性的方法是根据现场损失气量测定及页岩等温吸附实验, 直接测定页岩的游离气量及吸附气量。
3.2 页岩气测井解释技术
测井解释的目标就是要对页岩气层的生烃能力、储集性能和开采能力进行测井评价。主要利用测井曲线的形态、幅度、相对大小等快速而直观地识别页岩气储集层。识别页岩气所需的常规测井方法主要是:自然伽马、井径测井、中子密度测井、岩性密度测井、体密度测井、声波时差、电阻率测井。通过测井解释资料可以定量分析储集层的岩性, 确定储集层的基本评价参数, 包括评价储集层物性, 评价储集层含气饱和度, 含水饱和度与束缚水饱和度, 储集层厚度等。
实测中页岩气储集层在测井曲线上有明显的特征响应, 自然伽马、中子、声波时差均显示高值, 地层密度和电阻率显示低值。此外, 自然伽马和无铀伽马的差异幅度反映地层中有机质含量;核磁共振测井分析泥页岩的有效孔隙度;微电阻率扫描成像处理成果判别裂缝的有效性;通过交叉偶极声波提取质量可靠的纵波、横波、斯通利波时差, 分析储层的有效性, 计算岩石力学参数及用于地层各向异性分析;元素俘获能谱测井可以正确识别泥页岩中黏土、石英、长石、碳酸盐岩、黄铁矿等成分的含量等。
3.3 页岩气三维地震技术
通常来讲, 单独开采页岩厚度小于15m页岩气是具有较大风险与挑战的。页岩气开采目的层厚度常在20m以上, 泥页岩与围岩地震波传播速度不同, 在其顶底界面就会产生波阻抗界面。同时结合录井、测井资料, 识别和解释泥页岩地层, 进行构造解释是可行的。
利用地震数据体相干分析技术可以判别储层横向岩性变化, 控制页岩储层的平面展布。通过切片解释或拾取沿层相干数据, 能够有效的识别页岩储层断层带和裂缝发育区。为井位设计、井眼轨迹设计、后期压裂等提供可靠的参考依据。
3.4 钻井技术
水平井可以提供比直井更大的泄气效率, 增加波及面积。然而, 每个页岩气区块都有其不同的特点, 所以相对应的钻井和完井方法也不相同。关键环节比如初始造斜技术, 水平段长度和完井作业中水平段分段数目等最优化方案都是从实验或者经验中得到的。初始造斜段、造斜段和水平段钻进过程中将扭矩和阻力都控制到最小是非常重要的, 必须围绕井壁稳定, 最大化的泄油气面和产量最大化考虑。
水平井位与井眼方位应选择在有机质与硅质富集、裂缝发育程度高的页岩区及层位, 水平井的方位角及进尺对页岩气产量有着重要影响。从理论上讲, 在与最大水平应力方向垂直的方向上进行钻井, 可以使井筒穿过尽可能多的地层而与更多的裂缝接触, 从而简化在压裂过程中流出井筒和在生产过程中流入井筒的情况, 提高页岩气采收率。如今将随钻测井技术应用于水平井钻井, 能够实时监控关键钻井参数;将自然伽马测井曲线应用到水平井钻井中, 可以进行控制和定位。将井数据和地震数据进行对比, 可以避开已知有井漏问题和断层的区域。
4 结论
页岩气藏为致密泥页岩储层, 经济开采难度较大, 风险较高, 规模生产存在技术瓶颈。对页岩气进行合理的资源评估和经济开采技术的突破尤为关键。页岩气经济开采的关键技术主要是储层评价技术、水力压裂技术、钻井与完井工程。
参考文献
[1]《页岩气地质与勘探开发实践丛书》编委会.北美地区页岩气勘探开发新进展[M].北京:石油工业出版社, 2009.[1]《页岩气地质与勘探开发实践丛书》编委会.北美地区页岩气勘探开发新进展[M].北京:石油工业出版社, 2009.
[2]李新景, 胡素云, 程克明.北美裂缝性页岩气勘探开发的启示[J].石油勘探与开发, 2007, 8 (4) :392-400.[2]李新景, 胡素云, 程克明.北美裂缝性页岩气勘探开发的启示[J].石油勘探与开发, 2007, 8 (4) :392-400.
页岩气开采技术 篇3
该重大专项通过建立页岩气资源评价流程与方法, 概算中国海相页岩气远景区资源量32.22万亿方, 可采资源量11.46万亿方, 在中国南方地区优选出11个海相页岩气的目标区, 还在国家层面上, 新建成国家能源页岩气研发 (实验) 中心。
同时, 在四川长宁-威远和云南昭通建成2个国家级页岩气开发示范区, 示范区内已形成页岩气直井压裂技术、水平井分段压裂技术, 并试验成功。目前, 长宁-威远国家级页岩气示范区内钻井27口, 完钻19口, 直井日产量0.2万-3.3万方, 水平井日产量1万-16万方。
页岩气是从页岩层中开采出来的天然气, 它是一种重要的非常规天然气资源。页岩气往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。较常规天然气相比, 页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点, 大部分产气页岩分布范围广、厚度大, 且普遍含气, 这使得页岩气井能长期以稳定速率产气。
页岩气开采技术 篇4
一、页岩气开采的现状
随着世界经济的发展, 世界各国都面临着能源短缺的危机。美国是页岩气开采最成功的国家。页岩气的早期开采工作缓慢, 但是随着能源需求的日益增长, 页岩开采的技术的不断进步, 加之政府相关扶植政策的出台, 页岩气开采发展迅速, 页岩气的产量也迅速的攀升。2004年, 美国页岩气井仅有2900口, 2007年暴增至41726口, 到2009年, 页岩气生产井数达到了98590口。而且, 这种增长势头还在继续保持, 2011年仅新建页岩油气井数就达到了10173口。2013年美国页岩气总产量已超过2000亿立方米, 已占该国天然气总产量的1/3, 2015年可能达到2800亿立方米。对于页岩气的开发, 可以降低国家对石油等能源的需求, 减少石油能源的进口, 进而可以降低国家的对外依存度。中国页岩气的储量为30万亿~100万亿立方米, 中国的南方地区和西北地区的盆地开采页岩气最为有利, 开采资源约为26万亿立方米, 中国的许多盆地具有页岩气储藏的条件, 因此页岩气具有巨大的开发潜力。而我国的页岩气储量丰富, 却没有得到应有的商业开发。资源的开采是国民经济建设的需求下的重要工作, 因此需要重视页岩气的开采工作。页岩气开发公司需要勘探中国的地形, 借鉴美国的页岩气开采的技术和经验, 从而不断提高我国页岩气的开采技术水平。
二、页岩气开采的环境影响因素
随着能源的需求不断增加, 能源的开采和使用量也逐渐的增大, 能源可以满足人们的生产和生活的需要, 给人们带来便利。但是能源的开采往往会对环境造成一定的影响, 这种影响可以是直接的, 也可以是潜在的。而页岩气的开采在解决我国能源短缺的现状的同时, 也会但来环境问题。
1. 对大气的污染
页岩气的主要成分甲烷, 页岩气的燃烧后可以带来温室效应。研究资料显示, 同质量的甲烷燃烧后带来的热量远远高于二氧化碳的燃烧产生的热量。甲烷是一种温室气体, 页岩气的开采中容易发生泄漏, 大量的甲烷气体释放到空气中就会加速全球的变暖, 在页岩气的开采中设备的泄漏、水利压裂过程等都会产生页岩气的泄漏。页岩气的开采管道需要穿过水层才可以进入到地下更深的页岩层, 如果出现管道破裂或者操作不当, 都会导致甲烷气体泄漏到含水层中。在水力压裂过程中需要打开新裂缝连接天然气存在的裂缝, 这样甲烷可能会溶解在废水中而内释放到大气中。页岩气的燃烧可以产生氮氧化物、碳氢化合物、VOCS等气体, 当浓度达到一定程度, 就会产生光化学烟雾, 另外在钻机、压缩机以及其他的机械设备的运行中, 也会产生大量的氮氧化物和碳氢化合物, 这样就会加剧了光化学烟雾。页岩气在开采中, 注水时需要柴油提供动力, 而柴油在燃烧中通常会产生苯系物、氮氧化物以及颗粒粉尘, 这些都会污染到大气。
2. 污染地下水
通常油服企业将水力压裂使用的压裂液中的化学添加剂作为商业机密不对外披露, 而这些化学添加剂极有可能造成地下水污染。在页岩气的开采中, 化学物质可以在水力压裂过程中沿裂缝从地下慢慢向地表渗透, 或者是由于各种原因导致管道破裂, 引起化学物质泄露, 从而造成地下和地表水体污染。水力压裂完成后, 压裂液就会回流到地面上, 然而这些压裂液中可能含有放射性物质会污染施工现场, 之后渗入到地下污染地下水。天然气开采公司认为成开采活动并没有污染地下水, 他们认为开采过程不会让化学物质渗流到地下水层中, 而美国环保局研究表明, 不管是页岩气的开采技术问题, 还是开采的操作失误问题都会影响造成地下水的污染。而地下水的含水层的污染是永久的, 不可恢复, 因此在页岩气的开中需要注意水污染的问题。
3. 大量的耗费水资源
在页岩气的开采中, 经常使用水力压裂技术。压裂液中主要由高压水、砂、化学添加剂组成。其中水和砂占有大量的比例。因此在页岩气的开采中需要大量的用水。根据美国页岩气开采经验, 压裂一口页岩气井需要4~5万加仑的水, 远远高于常规水力压裂井的用水。页岩气井的生产过程中会耗费大量的地表水和地下水, 这样就会影响到城市工业和居民用水、水产养殖业的用水等。页岩气开采行业试图采取措施减少钻探和水力压裂中的水的使用, 通常是采用重复使用水资源, 这样就会相对的减少水资源的利用。
三、减少页岩气开采污染的措施
在页岩气开采中需要大量的水资源, 因此我国应该引进先进页岩气开采技术, 力求做到节约水资源的效果。同时我国应该借鉴先进的水资源管理理念和环境保护技术, 避免造成水资源的浪费。需要加强页岩气的开采勘探和环境影响评估工作, 减少页岩气燃烧对大气的污染。对于页岩气开采中产生的回流水, 需要引进和研发回流水的处理技术, 禁止直接排入河流、湖泊中。在页岩气的开发中需要引进新的技术设备, 铺设大量的集气管线, 防止页岩气开采中发生泄漏。
结语
页岩气作为一种高效清洁的能源, 受到世界各国的广泛的关注。页岩气成为重要的战略能源, 各国逐渐兴起开发页岩气的热潮, 这样可以大大的缓解能源危机, 降低国家的对外依存度。我国在页岩气资源的开采和利用中, 需要重视页岩气开采中的环境问题, 研发页岩气的开采技术, 以及引进先进的页岩气开采技术和设备, 避免造成环境污染。
参考文献
[1]崔思华, 班凡生, 袁光杰.页岩气钻完井技术现状及难点分析[J].天然气工业, 2011, 31 (4) :71-75.
[2]黄玉珍, 黄金亮, 葛春梅, 等.技术综合利用技术进步是推动美国页岩气快速发展的关键[J].天然气工业, 2009, 29 (5) :7-10.
页岩气开采技术 篇5
页岩气, 是一种非常规天然气, 它是从页岩层中开采出来的。具有开采寿命长、生产周期长分布范围广、厚度大等特点。
页岩气藏的储层的物性特征呈低孔、低渗透率、气流的阻力比常规天然气大, 开采井需要实施储层压裂改造、采收率低等。
页岩气目前开采的主要技术, 分为水平井技术、多层压裂技术、清水压裂技术、重复压裂技术、步压裂技术等, 而水平井技术是其最基本的开采技术。水平井技术又包括能够确定在目标区域内钻井的旋转导向技术, 适用于地层引导和地层评价;精确定位水平井、准确引导地质目标的随钻测井技术;能够防漏、提高钻速和储层保护的控压或欠平衡钻井技术;能够保证固井质量的泡沫固井技术和确保井壁稳定性的有机和无机盐复合防膨技术。虽然这些技术的应用加速了页岩气的开发进程, 但其在操作过程中仍存在一些技术难题。
(1) 适合的开发方式能够简化工程的复杂程度、成本及污染问题。而页岩裂缝发育而成的地层易发生井漏、井垮等工程事故。开发过程中伴随的设备、成本、及污染问题阻碍了其开发进程和效率, 影响了开采率和质量。虑兼顾效率与效益问题, 降低开采成本和环境污染率迫在眉睫。
(2) 同时页岩的易膨胀、易破碎的特点, 需要采用高效的技术来稳定井壁, 防止工程事故的发生。
(3) 页岩气的地质和井深条件、页岩地层及埋深的特点需要专业的开采方式来满足高效、安全、保质及低成本要求。
2 浅谈虚拟与实地射孔法
在实践中遇到的难题需要新科技作为支撑。有不少专家学者开始对虚拟与实地射孔法并行进行研究。
2.1 简析虚拟与实地射孔
该方法是国外提出的新工艺, 其应用前景广阔。在国内, 全国普遍使用了负压射孔优化设计技术。但对虚拟射孔法的实践应用较少。所谓虚拟射孔法, 它是衔接钻井与采气之间一道关键工序。即在分析和探讨的基础上, 使产层与井筒之间建立可靠、有效通道并获得最大产出效果而利用机械、化学或者其他能量打开套管、水泥环和地层, 沟通油气流通道的井下作业。是虚拟布井模拟射孔选层的全过程, 通过对井间空白区域进行剩余油判断, 逐井逐层进行预测, 叠加出虚拟井点的厚度, 利用空气的循环作介质对厚度达标地区进行实地射孔钻井。
页岩气的射孔技术包括套管固井后射孔完井、尾管固井后射孔完井、裸眼射孔完井组合式桥塞完井、水力喷射射孔完井、机械式组合完井等。对页岩气的虚拟与实地射孔并行的开采方法的在理论上的包括:负压射孔技术、复合射孔压裂技术、超正压射孔技术、过油管张开式射孔技术、水力割缝射孔技术、虚拟电缆射孔技术、油管输送射孔技术、水平井射孔技术等。虚拟射孔法作为一种技术开发的新工艺, 其主要应用在低应力区、高孔隙度区、富干酪根区和石英富集区, 在技术上采用大孔径射孔, 在对水平射孔时一般采用垂直向上或向下的的方式。
为达到开采射孔的目的, 利用介质等造成的冲力来射穿套管、以大孔径射孔为主。通过拖动管柱进行多层作业的方法, 避免了下封隔器或桥塞等环节, 虽然其原理比较复杂, 但操作简单。避免了开采过程中因岩层的易膨胀, 易破裂和地质特征而造成的工程事故或者污染及成本问题, 稳定了井壁, 加速页岩气的开发进程, 确保了开采质量, 保证了施工的安全, 提高了作业人员的劳动积极性和创造力。
2.2 虚拟与实地射孔开采并行的可行性
页岩气地质基础研究工作的相继开展, 页岩气勘探试井以及与之相关的产能模拟、射孔等增产开发措施研究工作和技术竞争日趋激烈。对虚拟射孔法的可行性再次提出挑战。
据资料显示, 该技术预测厚度准确率达90.0%, 比目前应用的其他方法准确率提高15个百分点左右, 减少干井及低效井15%, 能有效地提高了页岩气的开采率和生产率。
虚拟与实地射孔法并行的开采技术在国外首先得到了应用, 哈里伯顿公司采用地面监测, 分级射孔的方法在实践中取得了巨大地成功。而在国内, 该技术有能够实现的条件, 计算机技术的广泛应用, 数字化、自动化使其在进行计划、实地预测、现场判断提供了可能。有效地减少了其他因素的干扰。同时, 虚拟与实地射孔开采并行是在学术的借鉴和吸收、合作与交流的基础上形成和发展起来的, 它是一种新技术, 在应用中符合技术指标和实际需求。
该技术具有操作简便、快捷的特点。同时利用自动化与数字化的监控技术保障了其射孔的安全, 并适时的为射孔增添推进的动力。
2.3 虚拟与实地射孔法并行的意义
(1) 使页岩气开采开发应用的范围更广。可应用于低应力区、高孔隙度区、富干酪根区和石英富集区。
(2) 改变了传统的页岩气开采技术即普通射孔小孔径、小井眼的技术工艺, 为页岩气的技术开发增添动力。加快了页岩气开采的进程, 提高了页岩气开采的质量与效益, 节约了开采成本, 保障了操作的安全性。简化了水平井射孔的流程, 保证了效率。
(3) 操作便捷, 技术含量高, 将各种高科技手段相结合, 使其潜力能得到更大程度的发挥。
(4) 取得经济效益的同时, 也获得了社会效益与环境效益。
2.4 展望虚拟与实地射孔法
虚拟与实地射孔开采并行技术为页岩气勘探开发提供了的广阔前景。基于现有技术识别难度大, 而该技术的研究思路简化了繁琐的识别过程并在很大程度上提前了对该类气藏的识别时间。
该技术若运用于实践中将会带来更大的开发潜力。它基于页岩气成藏动力学原理, 将气藏识别技术推进到虚拟的含气特征, 将气藏类型识别的时间向前延伸至勘探限为后续勘探思路最大限度的时间。
虚拟与实地射孔技术的结合, 使得其适合运用于不同的地质条件和开发方案的要求, 并向着多种反弹的系列化方向发展。
3 结束语
资源的有限性及国家资源安全问题的考虑, 需要新技术为矿产资源的开发服务, 虚拟与实地射孔开采并行的方法在对页岩气的实际开采中将会发挥不可估量的作用。
参考文献
[1]刘玉芝.油气井射孔井壁取心技术手册[M].北京石油工业出版社, 2000
页岩气测井技术的应用 篇6
1.1页岩气储集层地质特征
页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩及其间所夹砂质、粉砂质岩地层中,以吸附气或游离状态为主要存在方式的天然气聚集。暗色页岩在中国分布广泛,中国南方碳酸盐岩地区、西北地区及华北地区中、古生界等都是页岩气藏发育的有利地区。页岩气储集层存在以下几方面的特征:
岩性特征:页岩岩性多为沥青质或富含有机质的暗黑色泥页岩和高碳泥页岩,其间或有夹层状发育的粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩等。一般认为其岩石组成为30%~50%的粘土矿物、15%~20%的粉砂质石英颗粒和4%~30%的有机质。页岩气主要是吸附气和游离气,吸附气占到20%~85%,其余的为游离气和水溶气。页岩的矿物成分较复杂,除高岭石、蒙脱石、伊利石等黏土矿物以外,还混杂石英、长石、云母等许多碎屑矿物和自生矿物。其中石英含量通常大于50%,且可高达75%。页岩颗粒一般小于0.005mm,岩性致密,页岩颗粒分选较差,性脆,在一定压力下易产生裂缝。
储集物性:页岩气具有自生自储的或短距离运输的特点。气源岩的发育位置直接指示了该类气藏的空间发育。暗色页岩孔径很小,大于50 nm为大孔,2~50 nm为小孔为中孔、小于2nm为微孔。因此比表面积大,孔隙小,结构复杂,总孔隙度一般小于10%。孔隙类型一般为粉细颗粒的粒间孔隙和晶间孔隙。孔喉小,基质渗透率低,是页岩气吸附气的重要存在场所。有效孔隙度低,孔隙储集的页岩气很有限。裂缝规模差别较大,裂缝类型多样,有成岩时形成的层理,有高压异常气膨胀时形成的破裂缝。裂缝的渗透率远远大于基质渗透率。是页岩气游离气储集的主要场所。多种类型的天然裂缝大范围连通,可形成一个拥有独立压力系统的页岩气藏。钻遇页岩气裂缝时有较好的气显。
1.2页岩气测井曲线响应特征
利用测井曲线形态和测井曲线相对大小可以快速而直观地识别页岩气储集层。实测中页岩气储集层在常规测井曲线上有明显的特征响应。识别非常规天然气所需的常规测井方法主要是:自然伽马、井径测井、中子密度测井、岩性密度测井、体密度测井、声波时差、电阻率测井。通过测井解释资料可以定量分析储集层的岩性,确定储集层的基本评价参数,包括评价储集层物性的孔隙度和渗透率,评价储集层含气性的含气饱和度,含水饱和度与束缚水饱和度,储集层厚度等等。
自然伽马:页岩气层的自然伽马值显示高值,这是由于:a.页岩中泥质含量高,泥质含量越高伽马放射性就越高;b.某些有机质中含有高放射性物质。一般性地层中,泥页岩在地层中伽马显示最高值(>100)。相比之下,砂岩和煤层显示低值。
井径测井:砂岩显示缩径;泥页岩一般为扩径。
声波时差测井:页岩气储层声波时差值显示高值。页岩比泥岩致密,孔隙度小,声波时差介于泥岩和砂岩之间。遇到裂缝气层有周波跳反应,或者曲线突然拔高。页岩有机质含量增加时,其声波时差增大;声波值偏小,则反映了有机质丰度低。
中子测井:页岩气储集层中子测井值为高值。中子测井值反映的是岩层中的含氢量。含氢物质一般为:水,石油,结晶水和含水砂,既中子密度测井反映的是地层孔隙度。页岩地层孔隙度一般小于10%。页岩气储集层中,要注意到两个相反的影响因素:地层中含气使得中子密度值减小,而束缚水则使中子密度值偏大。束缚水饱和度大于含气饱和度,故认为束缚水对于中子测井值的影响较大。有机质中的氢含量也会对中子测井产生影响使孔隙度偏大。在页岩储集层段,中子孔隙度值显示低值,这代表高的含气量、短链碳氢化合物。
地层密度测井:地层密度为低值。地层密度值实际上测量的是地层的电子密度,而电子密度相当于地层体积密度。页岩密度为低值,比砂岩和碳酸岩地层密度测井值低,但是比煤层和硬石膏地层密度值高出很多。随着有机质和烃类气体含量增加将会使地层密度值更低。存在裂缝,也会使地层密度测井值降低。
岩性密度测井:现代测井仪器同可以时测量地层密度与岩性密度。在岩性密度测井Pe值可以用来指示岩性。岩性密度测井可应用于识别页岩粘土矿物类型。页岩矿物组成的变化,将导致单位体积页岩岩性密度测井值的发生变化。结合取芯资料,可以很好地分析某地区的粘土岩矿物成份。
电阻率测井:页岩深浅探测电阻率均显示低值。页岩气的电阻率影响因素复杂,主要是:1).页岩泥岩含量高,束缚水饱和度高,而这两者的电阻率都很低。2).页岩气储集层低孔低渗,使得泥浆滤液侵入范围很小,侵入带影响很小,深浅曲线值非常相近,这反映了页岩气储集层的渗透率值低。3).有机质电阻率高,干酪根的电阻率为无限大,在有机质丰度高的地层中,电阻率测井值为高值。
二.基础参数和技术指标,利用体积模型计算含烃量
应用计算机技术对测井资料处理解释,必须根据需要解决的问题应用适当的物理方法、建立相应的测井解释模型、导出测井响应值与地质之间的数学关系。测井测量的物理参数可以看成是单位体积岩石中各部分的相应物理量的平均值,把岩石的宏观物理量看成是各部分贡献之和。即岩石宏观物理量M等于各部分物理量M之和,即M=∑M i。当用单位体积i物理量(侧井参数)表示时,岩石体单位体积物理量m就等于各部分相对体积Vi与其单位体积物理量mi乘机之总和,即m=∑vimi。
在这里利用最优化多矿物解释模型。页岩矿物质组成复杂,骨架组成主要是致密性泥页岩、高碳泥页岩,还有大量的固体有机质,其间夹有层状发育的粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩等。粉砂岩的测井解释与泥岩区别不大。所以页岩骨架矿物可看成由致密性的泥岩及粉砂碎屑、固体有机质以及结晶水三个部分组成。页岩的渗透率低,孔隙度低,总孔隙度一般小于10%。页岩孔喉,孔隙空间是吸附气存在的重要场所,其间还有少量的自由水和液态烃类。
有机质页岩储集空间如图1所示。长为L,体积为V的页岩正方体有下列关系:
其中,Vm a表示岩石骨架的相对体积,包括含砂质页岩相对体积Vma 1和固体有机质的相对体积Vma 2以及少量的束缚水相对体积Vma 3;Vφ表示孔隙和裂缝的相对体积,包括有自由水相对体积Vφ1和吸附的、游离的和溶解烃类气体或液体的相对体积Vφ2。
根据上述体积模型,可以导出各种测井值与岩石孔隙度等参数之间的基本关系式:
通过联立以上方程可以计算出烃类气体或液体的体积含量Vφ2,继而求出含气量。
然而以上公式仅为理想的模型推导,要列出完整的算式需要大量的岩心实验室资料,建立回归算法。且误差较大。所以只是一种想法。这主要是因为:1)、地下页岩矿物成分复杂,储集层情况多样无法掌握。2)、气体在地下和地上的参数值不同,需要换算。3)、有机质参数资料少,无法确定。4)、在国内页岩岩心很少资料不全。
参考文献
[1]张金川,金之钧,袁明生.页岩气成藏机理和分布.天然气工业.2004;24(7):15-18
[2]张金川,徐波,聂海宽,邓飞涌.中国天然气勘探的两个重要领域.天然气工业.2007;27(11):1-6.
[3]蒲泊伶,包书景,王毅,蒋有录.页岩气成藏条件分析——以美国页岩气盆地为例.石油地质与工程.2008,22(3):33-39
[4]唐嘉贵,吴月先等.四川盆地页岩气藏勘探开发与技术探讨.钻采工艺.2008,31(3):38-42
页岩气开发多级压裂技术发展 篇7
纵观国内外, 页岩气作为一种清洁的并且储量丰富的油气资源被各国所重视。国外比较成熟的页岩气开发主要是在北美地区, 美国页岩气开发已取得了显著成果, 其中关键因素之一是水平井多级分段压裂技术的突破。多级分段压裂是利用封堵器或限流技术分隔不同层位, 它的优点是多段同时压裂, 效率可大幅度提升。多级压裂是现阶段开采页岩气的主要技术, 美国很大部分的井都是多级压裂与水平井相结合的方法进行开采, 效果显著[1]。
1 Zone Select多级压裂系统
Zone Select多级压裂系统是由威德福公司设计出的一款多级压裂工具, 已经在北美地区得到了广泛应用。封隔器包括套管外封隔器、压缩式封隔器、遇油自膨胀封隔器、裸眼皮碗式封隔器以及压缩自膨胀封隔器。滑套开关也有3种:投球开孔式、重复开关式和液压式。可根据不同的条件组合出最优的设计。多级压裂系统中, 主要采用自膨胀封隔器。其主要优点是:1) 底部增加的支撑环可以有效增强封隔器的耐压性能。2) 压裂过程中的简易投球滑套可以有效降低开采成本。3) 节约用时。在压裂结束后, 将连续油管通入把球座和球钻掉就可以了。
2 Delta Stim多级压裂技术
1.尾管悬挂器2, 5.滑套3.带孔短节4.套管外封隔器6, 8, 10.自膨胀封隔器7.多次开关滑套9, 11.开关滑套12.组合式封隔器13.趾端滑套14.水力锚15.球座
该系统包括投球滑套、液压滑套、裸眼封隔器和膨胀式尾管悬挂器。哈里伯顿公司的Delta Stim多级压裂技术如图2所示, 其结构简单, 操作简单易行。据报道, Delta Stim技术首次应用在南德克萨斯州的Eagle Ford页岩气藏, 采用了膨胀式尾管悬挂器, 大大降低了完井成本, 仅仅依靠这项完井技术的成功应用就为气田节约了100万美元的多级分段压裂工具的研究。
国内页岩气大多是水平井, 井身结构普遍为φ152.4mm的裸眼, 套管为φ177.8[3]。一般的顺序为:通井→下管柱到预定位置→替柴油→悬挂器坐挂→丢手→取出送入工具→下入回接管柱→投球加压开启液压滑套→压裂趾端段→依次投球压裂。其中最主要的是滑套和封隔器的设计以及应用。
1.上接头2.外套3.球座4.喷口5.剪钉6.下接头
投球滑套的结构设计如图3所示。
其工作过程如下:井口投球→压裂液送球→球落座后施加液压力→球座剪剪断剪钉→球座下行露出喷口→形成压裂通道。
自膨胀封隔器可以遇流体实现自动膨胀并且膨胀后其尺寸是原来的2倍[4], 可以对各种不同形状的井实现有效的密封。同时要求在达到目的之后不会对周围的地层产生压力作用。但是它也有缺点, 比如:如果胶桶的长度过长, 在其膨胀过后, 它的强度也会有相应的降低, 会使密封性能变差。自膨胀封隔器具有如下优点:结构简单, 耐压高, 长度短, 操作简单, 下入安全等[5]。
3 泵送桥塞射孔分裂压裂技术
这种压裂技术非常适合大液量、大排量的页岩气的压裂。桥塞与射孔联作, 可以实现带压作业, 施工快捷, 密封可靠性高[6]。它的分段压裂数不受限制, 可以通过泵逐级泵入, 理论上可以实现无限级分段压力。由于桥塞是由复合材料制成的, 密度相对较小, 钻磨过后可以随着液流排除到井外。
1.送入电缆2.射孔枪3.坐封枪4.复合可钻桥塞
其实现过程如下:通井→刮管→用连续管传输或爬行器拖动射孔枪下入→第一段射孔→射孔完后用光套管柱下入第一段作业→通过电缆下入桥塞→点火座封桥塞→上提射孔枪到预定位置进行射孔→进行第二阶段压裂作业;按同样的方式可以实现分段压裂。
1.压裂球2.剪钉3.中心管4.卡环5.卡瓦环6.卡瓦7.锥体8.止推阀9.外胶桶10.中间胶桶11.引鞋12.驱动皮碗
坐封工具的组成:点火头, 燃烧套, 多级活塞, 缸套。其工作过程如下:点火器通电点火→高压气体驱动坐封工具工作→高压气体进入下缸套→坐封工具外部上、下缸套和上接头下行→剪切接头上的剪钉→推力增大实现推动坐封→达到下接工具释放力坐封工具与下接工具脱离→丢手→压力从上缸套的泄压孔泄压, 工具内腔自动泄压。
4 结论
页岩气最为一种清洁且储量丰富的化石能源, 在我国能源发展中占据重要的地位。对比以上的多级压裂技术, 以及现场使用的情况, 采用自膨胀封隔器加滑套裸眼多段压裂可以满足国内页岩气的开发需求, 多级分段压裂有望对页岩气发展起到促进作用。
参考文献
[1]WHITE J, READ R.The shale shaker:an investor's guide to shale gas[J].Oil and Gas Investor, 2007 (1) :2-9.
[2]Halliburton Company.First Delta Stim 20 Completion System Deployed in the Eage Ford Shale:Saves Customer$1 Million[EB/OL].2009-12-10.[2012-02-19]http://www.halliburton.com/public/cps/contents/Case_Histories/web/H07303_Eagle%20Ford.pdf.
[3]VELLO K.World Shale Gas Resources:An Initial Assessment of14 Regions outside The United States[R].USA Energy Information Administration, 2011.
[4]Anon.Natural Gas Spot Prices Near 10-year Lows amid Warm Weather and Robust Supplies[EB/OL].2012-02-01.http://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=4810#tabs_Nat Gas Prices-2.
[5]李奎为, 李洪春, 贾长贵, 等.国外页岩气水力压裂技术及工具一览[J].石油与装备, 2012 (5) :82-84.
[6]柴国兴.水平井分段压裂管柱及工具关键技术研究[D].东营:中国石油大学, 2010.