页岩气.docx

1、页岩气页 岩 气1 页岩气简介*页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，是一种清洁、高效的能源资源。页岩气埋藏深度范围大，埋深从200米到深于3000米。一般分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中，几乎存在于所有盆地中，只是埋藏深度、含气饱和度等差别较大。与常规天然气相比，页岩气储层显示低孔、低渗透率的物性特征, 气流的阻力比常规天然气大。因此，页岩气采收率比常规天然气低，常规天然气采收率在60 %以上，而页岩气仅为 5%-60%。尽管页岩气开发投资较大，技术要求较高，单井产能也较低，但具有开采寿命长的特点，气田生产周期一

2、般超过30年。2 页岩气开采技术由于页岩气藏地层压力复杂多变、天然裂缝发育、基岩渗透率极低、最终采收率低于常规气藏，这些不同于常规油气藏的特点决定其开采所采用的技术与常规气藏开采技术有所区别。一般页岩气藏中的钻井工程是围绕裂缝系统展开的，开采技术主要包括钻井技术、固井完井技术、压裂增产技术和裂缝监测技术。2.1 页岩气钻井技术自从美国1821年完钻世界上第一口页岩气井以来，页岩气钻井先后经历了垂直井到水平井、单支水平井 、多分支水平井、丛式井（垂直井）、PAD水平井钻井（丛式水平井）的发展历程。 垂直井是指沿着与地面垂直方向钻的井。主要用于试验，了解页岩气藏特性，获得钻井、压裂和投产经验，并优

3、化水平井钻井方案，2002 年以前，直井是美国页岩气开发的主要钻井方式；水平井是指井斜角达到或接近90，井身沿着水平方向钻进一定长度的井。主要用于生产，可以获得更大的储层泄流面积，得到更高的天然气产量，目前，水平井已成为页岩气开发的主要钻井方式。近几年来，水平井的推广应用加速了页岩气的开发进程。根据美国页岩气开发的经验，水平井的日均产气量及最终产气量是垂直井的35倍，产气速率可提高10倍 ，但水平井的成本为垂直井的1.5-2.5倍。2.2 页岩气固井完井技术固井是将套管下入到井内预定深度，再在套管和井壁之间注入水泥浆封固。其作用是封固地表疏松地层，封堵易踏、易漏等复杂地层，封隔油、气、水层，安

4、放井口装置等。页岩气固井水泥浆主要有泡沫水泥、酸溶性水泥、泡沫酸溶性水泥以及火山灰H 级水泥4种类型。其中火山灰H 级水泥成本最低，酸溶性水泥次之，泡沫酸溶性水泥和泡沫水泥成本大致相当，约是火山灰H级水泥成本的1.45倍。页岩气井通常采用泡沫水泥固井技术，由于泡沫水泥具有浆体稳定、密度低、渗透率低 、失水量小、抗拉强度高等特点。完井是介于钻井和采油、采气之间的一项工程，是为获得较高的气井产能，提供产油、产气、注水通道和油气井测试通道，保证生产安全的一项系统工程。页岩气井的完井方式主要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、机械式组合完井等。页岩气井的完井多采用

5、定向射孔完井技术, 此技术多用于直井和水平井。2.3 页岩气压裂增产技术压裂增产措施有多种，主要包括氮气泡沫压裂、凝胶压裂、多级压裂、清水压裂、同步压裂、水力喷射压裂、重复压裂等。其中多级压裂、清水压裂、同步压裂、水力喷射压裂和重复压裂是目前页岩气水力压裂常用的技术。多级压裂是利用封堵球或限流技术分隔储层不同层位进行分段压裂的技术，有2种方式：一是滑套封隔器分段压裂；二是可钻式桥塞分段压裂。美国页岩气生产井85采用水平井和多级压裂技术结合的方式开采，增产效果显著。清水压裂是清水加少量减阻剂、稳定剂、表面活性剂等添加剂作为压裂液，又叫做减阻水压裂。有实验表明添加支撑剂的清水压裂效果明显提高，并且

6、成本低，地层伤害小。同步压裂是对口或更多的配对井 Offset Wells 进行同时压裂，最初是2口互相接近且深度大致相同的水平井间的同时压裂，目前已发展成3口井，甚至4口井同时压裂。此技术是采用使压裂液和支撑剂在高压下，从一口井向另一口井运移距离最短的方法，来增加水力压裂裂缝网络的密度和表面积，利用井间连通的优势来增大工作区裂缝的程度和强度，最大限度地连通天然裂缝。同步压裂对页岩气井短期内增产非常明显，而且对工作区环境影响小，完井速度快，节省压裂成本。水力喷射压裂是集水力射孔、压裂、隔离一体化的技术，有多种工艺，如水力喷射辅助压裂、水力喷射环空压裂、水力喷射酸化压裂等。此技术优点是不受水平井

7、完井方式的限制，可在裸眼和各种完井结构的水平井实现压裂，不使用密封元件而维持较低的井筒压力，迅速准确地压开多条裂缝，解决了裸眼完井水力压裂常见的储层天然裂缝发育时裸露井壁表面流体损失大，影响压裂效果的难题，缺点是受到压裂井深和加砂规模的限制。重复压裂是在页岩气井初始压裂处理已经无效，或者原有支撑剂因时间关系损坏或质量下降，导致产气量大幅下降的情况下，对气井重新压裂的增产工艺，能在页岩气藏重建储层到井眼的线性流，产生导流能力更高的支撑裂缝，恢复或增加产能。2.4 裂缝监测技术裂缝监测技术主要包括以下几种：（1） 地面倾斜监测。能够监测水力压裂造成的地面变形或地下移位情况。倾斜仪是一种非常敏感的工

8、具，它能够感觉到小到十亿分之一的位移梯度变化(或倾斜)。由倾斜仪测量到的地面位移，可以直接用来确定水力裂缝的方位和倾斜情况；同时, 当多个平面出现裂缝增长时, 可以确定注入到每个水平或垂直裂缝中的流体比例的大小。（2）井下倾斜监测。可获得裂缝顶端和底部的位置以及每个侧翼的总长度。（3） 微地震监测。微地震压裂监测技术是近年来在低渗透油气藏压裂改造领域中的一项重要新技术。通过在邻井中的检波器来监测相对应的压裂井在压裂过程中，诱发微地震波来描述裂缝生长的几何形状和空间展布。它能实时提供压裂施工产生裂隙的高度、长度和方位, 利用这些信息可以优化压裂设计，从而提高采收率。3 全球页岩气资源与开发概况3

9、.1 全球页岩气资源丰富据2005年RHS的统计，全球页岩气资源巨大，资源量约456万亿立方米，相当于常规天然气的1.4倍，主要分布在北美、中亚、中国、中东、拉美、北非和前苏联等国家和地区。图1给出了全球页岩气资源分布位置。图1 全球页岩气资源分布位置2011年4月美国能源信息署EIA发布了世界页岩气资源初步评价报告，根据Advanced Resources国际有限公司负责完成的美国以外32个国家的页岩气资源评价以及美国页岩气资源评价结果显示，全球页岩气技术可采资源总量为187.6万亿立方米，这次评价没有包括俄罗斯、中亚、中东、东南亚和中非等地区，因为这些地区或有非常丰富的常规资源，或缺乏基础

10、的评价资料。据美国数据统计，全球页岩气技术可采资源量超过5.66万亿立方米的国家共有九个。其中中国拥有技术可采资源量36.08万亿立方米，美国拥有24.39万亿立方米，阿根廷拥有21.90万亿立方米，墨西哥拥有19.27万亿立方米，澳大利亚拥有11.21万亿立方米，加拿大拥有10.98万亿立方米，利比亚拥有8.21万亿立方米，阿尔及利亚拥有6.51万亿立方米，巴西拥有6.40万亿立方米。目前，全球对页岩气的勘探开发并不普遍，取得页岩气开采成功的主要是美国和加拿大。3.2 美国页岩气开发最成熟美国是世界上最早发现和生产页岩气的国家，已经实现了页岩气的大规模商业开采。美国页岩气研究和钻探始于19世

11、纪30 年代开，但直到1980年美国政府实施了非常规燃料免税政策后，页岩气才得到广泛的商业性开采。近十年来，美国页岩气行业发展迅速，页岩气在美国已经成为天然气家族中的重要成员，正广泛应用于燃气化工、汽车燃料等方面。页岩气产量从2006年的311亿立方米，迅速提升到2011年的1800亿立方米，占美国天然气总量的34，这一数字到2015年预计将达到43%，到2035年将达到60%。2006年以来，美国页岩气开发广泛采用水平井分段压裂技术，目前北美开发成熟区亿立方米产能建设投资折合人民币 2.53.0亿元，单井费用250万350万美元。3.3 全球页岩气勘探开发活动悄然兴起随着美国页岩气开发的突破

12、，引发了世界对页岩气勘探开发的热潮。2009 年5月，欧洲启动了一个由行业资助、德国国家地质实验室协作的研究项目 “Gas Shales in Europe (GASH)” ；在南美洲，阿根廷和智利也正在评估其页岩气的潜力；在亚洲，印度国有石油公司（ONGC）已经开始评估印度的页岩气可采量。全球各大石油公司也纷纷开始采取行动：埃克森美孚在德国展开钻探工程；美国戴文能源（DevonEnergy）和法国道达尔联手，在法国钻探页岩气；康菲石油公司将在波兰展开页岩气勘探工作；中国石油天然气集团公司和壳牌宣布将联手开发四川的页岩气资源；挪威国家石油公司、美国页岩气开发最为成功的切萨皮克能源公司（Ches

13、apeake）和南非石化巨头萨索尔公司（Sasol）共同向南非政府有关部门申请对南非Karoo盆地页岩气资源的勘探权。4 中国页岩气资源潜力及开发现状4.1 我国页岩气资源潜力中国页岩资源类型多、分布广、潜力大。截止到2012年3月，国土资源部发布了我国页岩气资源潜力调查结果，全国页岩气地质资源潜力为134.42 万亿立方米(不含青藏区)，可采资源潜力为25.08 万亿立方米 (不含青藏区)。我国页岩气埋深从浅于1500米到深于3000米，沉积区多以海相、海陆交互相和陆相分布为主，地表条件中丘陵地区占30%，低山地区占18.6%，中山地区17.6%，平原地区占15.47%。按盆地划分，页岩气主

14、要分布在四川、鄂尔多斯、中下扬子地区、华北、准噶尔、松辽、吐哈等盆地。如图2所示。图 2 全国页岩气地质资源储量分布图3给出了我国各省页岩气资源储量，其中四川、新疆、重庆、贵州、湖北、湖南、陕西页岩气地质资源储量共占全国的68.87%。山西省大部分地处华北盆地与鄂尔多斯盆地边缘，据国土资源部初步统计结果显示，*山西页岩气地质资源储量为2.14万亿立方米，多分布在沁水盆地和鄂尔多斯盆地及周缘。图3 我国各省页岩气资源储量4.2 我国页岩气资源开发现状受美国页岩气发展的启发，页岩气业务逐渐成为中国非常规天然气勘探开发的热点。2007年，国土资源部组织相关单位开展了页岩气资源的评价工作，并于2009

15、年在重庆启动了页岩气勘查项目。2010年，中国首个专门从事页岩气开发的科研机构国家能源页岩气研发（实验）中心在中国石油勘探开发研究院廊坊分院成立 。我国已经把页岩气作为一种独立矿种进行管理，并发布了页岩气发展规划（20112015年）。规划提出，到2015年，国内页岩气产量将达65亿立方米，而2020年则力争实现600-1000亿立方米。截至目前，我国石油企业主要在四川盆地及周缘、鄂尔多斯、渤海湾盆地等5大区、41个盆地和单元，87个评价单元，57个含气（油）页岩层段共实施页岩气（油）探井63口，其中，页岩气井58口（水平井15口），获页岩气流30口，页岩油水平井5口。国内石油公司页岩气评价工

16、作也正积极展开。中石油开展了南方海相页岩和鄂尔多斯盆地陆相页岩地质评价，目前已经优选出一批成藏有利区，并部署勘探工作。中石化、中海油和相关科研机构也开始对页岩气进行研究和部署 。国外石油公司也积极参与中国页岩气勘探开发。壳牌、康菲分别与中石油签订联合评价协议和合作意向；中国石化与美国戴文能源公司达成协议共同开发页岩气资源；中海油也购买了切萨皮克能源公司在美国怀俄明州和科罗拉多州页岩气开发项目1/3的股权。虽然我国页岩气资源地质储量丰富，但由于页岩气勘查开发具有前期投入大、开发成本高、生产周期长、投资回收慢等特点，而且我国页岩气开发处于起步阶段，关键技术与国外相差数十年，页岩气储层地质条件复杂，

17、页岩气赋存规律和含气页岩基本参数还有待深入研究，所以页岩气的开发并不能照搬国外经验，而应加大资源调查系统评价和关键技术的攻关和创新力度，在学习借鉴的基础上，尽早实现页岩气规模化开采。中国工程院和中石油的专家团队提出的我国页岩气开发要采取“三步走”的路线表示出了赞同。第一步，“十二五”期间，页岩气的产量不宜安排过高，甚至可以不设定具体的产量指标，重点推进试验区建设。第二步，“十三五”末，即2020年左右，各个试验区在技术突破前提下形成规模产能，总体产量达到200亿立方米左右。第三步，2020年后，页岩气进入大发展成熟阶段，2030年实现突破千亿立方米大关。李润生希望国家有关部门不仅要进一步加大支

18、持和推动的力度，而且一起步就要加强引导和管理。一是建立页岩气试验区，给予试验区特殊优惠政策，引入经济技术实力最强的公司，包括外国公司，实现预定目标；二是对2020年以前企业在页岩气领域投入的勘探、关键设备、技术引进、开发与创新费用给予免税政策；三是大力推进天然气价格改革；四是进一步加大对页岩气基础理论研究和技术攻关的支持力度，加强相关标准的制定，支持和组织攻克页岩气规模开发的重大技术瓶颈问题，进一步落实我国页岩气资源与核心区分布，适时建立页岩气国家重点实验室；五是国家有关部门要统筹协调，同时强化矿权、环境、污水处理、气体排放等监管，加强基础设施建设，促进综合利用。观点诸多问题仍待解美国大自然保

19、护协会对外事务和政策总监喻捷：水力压裂技术对水资源的需求量非常大。据美国环保署估计，一口页岩气井大概需要760万1900万升水，一次压裂过程耗水大约是常规天然气开采的50100倍。就中国“十二五”规划中确定的19个页岩气勘探开发区而言，新疆、内蒙古、山西等地均是水资源匮乏地区，如果缺乏良好的规划，在这些地区开发页岩气将有可能对当地生态环境带来严重的影响。中国海油能源经济研究院首席能源研究员陈卫东：多数中国能源企业由于缺乏对页岩气的深入了解，对开采技术也是一知半解，再加之国内市场尚未完全开放，盲目投入页岩气领域的资金背负着潜在的巨大风险。页岩气是一个技术密集型、投资回收周期长的产业，若是再加上不

20、完善、不成熟的市场，无疑会雪上加霜，企业的投资很有可能是“鳄鱼进，壁虎出”。水力压裂法意味着要耗费巨量的水资源，在美国，开采一口井大概需要200万-400万加仑的水，也就是起码要7500多吨（中国国内有报道称是20万吨）。同时，水里面还会混合化学制剂。因此，很多人都担心这不仅会浪费水资源，还会污染地下水。而如果甲烷溢出，其温室效应强度是二氧化碳的20倍。另外，页岩气的开采会不会引起地震也在人们的担忧之列。其实就算是常规天然气，在中国的开采条件也要比美国差。我国的天然气资源大部分埋藏在古生界和中生界地层中，地层老、埋藏深，大多介于3000-5000米之间。美国约有70%的天然气不超过3000米，

21、前苏联约有60%的天然气资源不超过2000米。山西启动页岩气资源勘查作者：中国页岩气网新闻中心 来源：新华网 浏览：40 发布时间：2013-7-26 10:09:16 中国页岩气网讯：山西省煤炭地质局、国新能源发展集团、晋煤集团近日签署合作协议，共同实施山西省页岩气地质调查及评价项目。专家指出，如能实现规模开发，将有效改善能源消费结构，以保护生态环境。 页岩气是指赋存于富有机质泥岩及其夹层中，成分以甲烷为主的非常规天然气，是一种低碳、清洁能源；与常规天然气相比，页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点。作为中国传统能源大省，山西同样拥有页岩气开发的广阔前景。 2011年以来，山西国新能源和

22、中国石油大学联合对山西省页岩气进行了先导项目研究。研究发现，山西境内的鄂尔多斯盆地和沁水盆地具有页岩气赋存特征。据初步测算，鄂尔多斯盆地山西有利区页岩气资源量大致为1.43万亿立方米，沁水盆地约为0.65万亿立方米，而且这些地区的页岩厚度、有机碳含量、有机成熟度、页岩脆性等相关指标都符合大规模开采条件，具有很好的开发价值。 山西省煤炭地质局勘查研究院副院长张庆辉认为，山西境内的页岩气赋存于含煤地层当中，有别于国内外其他页岩气区域的地质条件。如果能够实现规模开发，将有效改善能源消费结构，减少对煤炭的依赖，同时有利于减少二氧化碳排放，保护生态环境。 据了解，此次实施的山西省页岩气地质调查及评价项目将主要针对山西省重点层位页岩气、砂岩气有效源层和储层的空间发育特征、综合特征进行研究，全面分析页岩气、砂岩气的资源分布及赋存情况，研究适合当地页岩气、砂岩气气藏条件的勘探开发方法等。 业内人士透露，山西省页岩气地质调查及评价项目预计将在两年内完成，届时将提交报告，并提出勘探开发技术建议及产业发展规划，为尽快实现山西省页岩气的商业性开发奠定前提基础。 责编：王亭亭