建南非常规天然气开发利用现状和建议.pdf

第2 3 卷第2 期 2 0 1 3丘 6 P l 江 汉 石 油 科 技 J I ANG HAN P E TR 0I EUM S C I E NC E AND T EC HN0L 0 GY V0 1 ． 2 3 N o ． 2 J u n ． 2 0 1 3 建南非常规天然气开发利用现状和建议 刘 宁 中 国石化江汉油 田分公 司采气厂 ，重庆万州 ，4 0 4 0 2 0 摘要近几年来，非常规天然气的勘探开发工作 已成为各大石油公司的工作热点和焦点。2 0 1 0 年以 来，建南地区相继完成建1 1 1 井、建页H F 一 1 井、建密H F 一 1 井等非常规天然气井的钻探，均获得工业气流并 投入试采，引起油田和 外界广泛关注。江汉油田在鄂西渝东地区非常规天然气资源量大，其开发潜力巨大。 本文通过从钻井、完井、增产措施到生产开发技 术的分析总结，积极摸索适应 于建南非常规天然气地质特征 的开发管理模式与制度 ，对下步拓宽勘探开发领域 ，指导后续开发生产和实现油田增储上产具有指导意义。 关键词 建南；非常规天然气；页岩 气；致密砂岩气；资源量；开发现状 ；建议 近几年来 ，非常规天然气特别是页岩气 ，越来 越引起国内广泛关注，相应的勘探开发工作更是成 为各大石油 公司 的工作 热点 和焦点 。由于种种 原 因，我国非常规天然气勘探开发存在诸多难点和疑 点，现阶段经济性总体较差。致密气虽已实现了规 模开发利用，但资源品质总体偏差，目前可动用比 例偏低。煤层气初步实现了商业性开采 ，但高效、 低成本开发技术尚不成熟。页岩气刚开始工业性先 导试验 ，因地质与工程条件较复杂 ，关键技术 尚未 突破 。天然气 水合 物处于基础 研究和资源调查 阶 段 。 2 0 1 0 年以来 ，建南地区相继完成建l 1 1 、建页 H F 一 1 、 建密H F 一 1 等3 口非常规天然气井的钻探，均 获得工业气 流并投人试采，引起油田和外界广泛关 注。进一步了解该地区非常规天然气资源潜力，总 结分析开发利用情况 ，对下步拓宽勘探开发领域 ， 实现油 田增储上产 ，具有重要意义 。 1 非常规天然气主要特点 非常规天然气是指在成藏机理、赋存状态、分 布规律或勘探开发方式等方面有别于常规天然气的 烃类 或非烃类 资源 ，主要指致密砂岩气 、煤层 气 、页岩气 、天然气水合物等 表1 。尽管非常 规天然气开采难度大 ，单井产量低，但资源潜力 大，实践证明通过规模开采可以实现良好的经济效 益 。 目前 ，美 国是世界上从事非常规天然气开发最 成功的国家之一，其非常规天然气年产量有3 O 0 0 亿 方立方米左右，其中煤层气5 0 0 多亿立方米 基本 稳定 ，致密气2 0 0 0 多亿立方米，页岩气1 3 0 0多 亿立方米。我国只要继续加大非常规天然气勘探开 发力度， 必将使之成为我国能源的重要支柱。 2 致密砂岩气和页岩气的资源潜力 2 ． 1 致密砂岩气 中国致密砂岩气主要集中四川盆地和鄂尔多斯 盆地 。根据最新评价结果 ，四川侏罗系与上三叠统 图1建南构造须家河组致密砂岩含气面积分布 图 作者简介 刘宁， 工 程师， 2 0 0 5 年 毕业 于西 南石 油大 学石油工程专业并 获学士学位， 现于江汉 油田分公 司采 气厂从事天然气井生产 管理 。 2 6 江 汉 石 油 科 技 第2 3 卷 表1非常规气天然气与常规天然气的主要差异 类型 常规天然气 非常规天然气 成藏特征 多为源外成藏 近源或源 内成藏，多自生 自储 分布特征 局部高度富集 大面积分布，丰度低 致密砂岩气以游离态为主 、微米级及以下空间渗流 ； 赋存方式 游离态 ， 煤层气以吸附态为主、微米级及 以下空间渗流 ； 渗流特征 微米级空 间渗流 页岩气两种形态并存 、纳米级空间渗流； 水合物为固态，纳米级空间渗流 物性好 ， 复杂致密 ，低压、 超 低渗 、 超 低孔 隙 、低丰度， 储层物性 一 般具 自然产能 一般不具 自然产能 压力驱动开采， 需采用专用的系列配套技术才能有效开采； 开采特征 单井产量高 单井产量很低 ，递减快 ，生产周期长 经济效益 成本低，回收期短，效益好 成本高 ，回收期长 ，效益差 天然气资 源量为 1 ． 8 1 0 1 2 ～2 ． 51 0 1 2 m ，而 目前 的探明储量约为2 2 0 01 0 8 m ，仅 占资源量的1 0 ％左 右。在四川盆地已发现并开发中坝、 平落坝、九龙 山、合兴场 、新场、洛带、 新都、邛西、马蓬等气 田。川中地区遂宁、南充、 八角场气田均在须家河 组致密砂岩气藏生产工业天然气。 通过对建南构造须家河组致密砂岩气进行勘探 评 价 ，发现 有 利含 气 区域 面积 为8 2 k m 见 图1 ， 2 0 1 1 年预测须家河组资源量7 9 0 ～ 3 5 5 0 1 0 8 m 。 。目 前 ，该地区首 口致密砂岩气井建密H F 一 1 井还处于试 采阶段 ，其单井控制储量还需根据试采情况进行评 价 。 2 ． 2 页岩气 中国页岩气的研究还处于摸索起步阶段 ，全国 范 围内的资源评价还正在实施 。在中国南方地区 ， 从震旦纪到中三叠世 ，海相沉 积发育 了广泛的页岩 层 ，分布面积达2 0 01 0 4 k m 。下寒武统 、上奥 陶一 下志留统以及二叠系等地层分 布广泛 、厚度大 ，有 机质丰富、成熟度高，是南方地区区域上的页岩气 发育最有利层位，四川盆地、鄂西渝东及下扬子地 区是平面上分布的有利 区。 在四川盆地下寒武和下志留统已发现页岩气显 示 。江汉油 田在四川盆地和江汉盆地 的探矿权面积 达4 ． 6 1 万平方公里 ，探 区内页岩气资源量约为9 ． 1 1 0 1T I 。利用蒙特卡罗法按厚度积分计算建南地区东 岳庙段页岩气资源量为5 7 7 1 1 0 m ，是建南地区 已 发 现的建南构造 、龙 驹坝构造等5 个含气构造三级 总储量的5 ． 2 倍， 其资源开发潜力巨大 图2 。 3 致密砂岩气、页岩气开发技术与生 产现状 3 ． 1 致密砂岩天然气开发技术 国内针对致密砂岩气藏的低孔低渗、高毛细管 压力、地层压力异常、高损害潜力的特性， 在气藏 描述 、 钻井完井储层保护、 增产改造等方面已经取 得积极进展，并初见成效。 气藏描述针对不同气藏的主控地质因素，建立 并完善 了针对性极强的2 D ／ 3 D 地震压力预测技术 、 3 D 相干数据体技术、2 D ／ 3 D 道积分反演技术 、多井 图2建南 区块 东岳庙段资源评价图 第2 期 刘 宁 建 南非 常规 天 然气 开发利 用现 状和 建议 2 7 约束地震地层反演技术等，实现了含气砂体的追 踪 、气藏形态的描述 和富集带 的成功预测 。钻 、完 井储层保护通过使用优 良的低损害泥浆体系、非规 则屏蔽暂堵剂及合适的井漏预防技术，形成了屏蔽 暂堵钻 、完井储层保 护技术。储层改造 以 “ 低前置 液量、小排量、高砂比”为特色的浅层水力压裂技 术 ，解决了低温压裂液破胶的难题，建立了 “ 大砂 量 、大排量 、中砂比”为特色中深层水力压裂技术 和适应高破裂压力储层的复合压裂与多层压裂技 术 ，解决 了压裂液返排的难题。 目前 ，建南地区致密砂岩气在气藏 的动用程度 和采出程度方面，远低于该地区碳酸盐岩气藏，尚 处于开发的早期阶段。建密H F 一 1 井 三叠系须家河 组 须 六 段 还 处 于 试 采 阶段 。该 井 水 平段 长 6 1 1 ．0 m，是建南地区首次进行裸眼分段压裂的水平 井，采用“ 悬挂封隔器 裸眼封隔器 投球滑套”措 施 管柱对须六段裸眼水平井段实现六段压裂 ，获得 天然气测试产量5 ． 7 1 l 0 4m 。裸眼水平井分段压 裂完井工艺技术在提高单井产能上取得良好效果， 达到了改造致密砂岩储层的 目的，为建南地区浅层 天然气的勘探开发提供了新的技术支撑。 3 _ 2 页岩气开发技术 全国各油气 田对页岩气 的研究和工业性开发刚 起步。目前有关页岩气的研究，绝大多数集中在页 岩气的地质理论上，包括成藏、储层特征等方面。 页岩气藏的特性决定了页岩气只有在特定条件下才 能被开采出来 。与含气页岩有关的特征包括缺少明 显 的盖层和圈闭、无清晰的气水界面、天然裂缝 不 发育、最终采收率低于常规气藏，以及极低的基岩 渗透率。 国内外通过大量页岩气井的开发实践 ，在泥页 岩裂缝油气藏钻井 、完井技术 ，产层保护和低渗透 气藏改造等方面积累了大量的经验，掌握了分支水 平井钻井和压裂增产技术。开 发人员也总结出定 向 射孔能有效沟通裂缝和井筒，减少井筒附近裂缝的 弯曲程度 ，进而减少井筒附近的压力损失 ，为压裂 时产生的流体提供通道。页岩气储层裂缝的发育程 度是页岩气运移聚集 、经济开采的主要控制因素之 一 ，仅有少数天然裂缝十分发育的页岩气井可直接 投入生产，其余9 0 ％以上的页岩气井需要采取压裂 等增产措施沟通其天然裂缝，提高井筒附近储层导 流 能力。因此 ，页岩气开采 过程 中可采用重复压 裂 、多层压裂 、清水压裂、同步压裂 、分段压裂等 多种压裂方 式 。 目前 ，国内页岩气生 产规模 比较 小 ，还没有形成从钻井 、完井 、生产到集输的一体 化程序。为此 ，首先要 了解我国各地 区页岩储层 的 特性 如粘土矿物成分及含量 、脆性等 ， 在借鉴 国外页岩气开发先进工艺技术 的基础上 ，优化 出适 应性较强的页岩气开发技术。 建页HF l 井是上扬子地台川东褶皱带石柱复 向 斜中部建南构造北高点上的一 口浅层评价井。该井 采用套管完井，完钻层位侏罗系下统 自流井组东岳 庙 段 ，完钻井深 1 7 7 7 ． 7 7 m，垂 深6 2 1 ． 2 1 m ， 水平段 长 1 0 2 2 ． 5 2 m。建页H F 一 1 井采用水平井钻探技术 ，通过 分段水力压裂增产方式 ， 在东岳庙页岩段分8 段射 孔压裂。通过采用钻杆传输射孔及电缆传输坐封桥 塞6 层 、射孔7 层、压裂7 层，入井总液量1 2 1 1 7 m ， 总砂量 3 9 4 ． 5 m ，获得天然气测试产量 1 1 5 6 0 m ／ d 。 建页H F - l 井在井身结构、钻完井及固井、分段压裂 与规模等方 面均创造 了当时国内多项记 录，为同类 井的钻探提供了借鉴。 3 ． 3 建南致密砂岩气井生产现状 建密HF 一 1 井是一 口致密砂岩气水平井，完钻层 位三叠系须家河组须六段 ，完钻井深1 5 8 8 m，垂深 8 1 6 m，水平段长6 1 l m。该井气水 同产 ，压力低 ， 产水量大 ，矿化度高 1 2 0 0 0 0 mg ／ L，测试稳定气 产量5 ． 7 1 X 1 0 4 m ／ d 。 建密HF 一 1 井3 月1 日接井后转入试采阶段，油压 7 MP a 、套 压 0 ． 3 M P a ，初 期 以 4 ． 01 0 4 m 配 产 生 产 ，因压力呈缓慢 下降趋势 ，3 月2 6 日因 自喷生产 产量 、油压快速下降 ，采取井 口放喷复活 ，恢复正 常 生产后 ， 日均产 气 量2 ． 21 0 4 m ， 日均产 水 量 1 2 0 m ，气水 比稳定 。该状态 持续到6 月9 日，因3 1 ／ 2 ” 油管管柱尺寸大 ，带水困难 ，终造成水淹停 产 。随后采取更换管柱为2 3 ／ 8 ” 油管，临界携液流 量有以往的1 ． 8 8 1 0 4 m3 ／ d 下降至0 ． 8 4 1 0 4 m 3 ／ d 。 目前 该 井 依 然 是 自喷 生 产 ，产 量 在 1 ． 6 1 0 4 m。 ／ d ，套压在5 ． 7 MP a ，油压为1 ． 8 MP a ，日产水量 在 1 4 0 r I l 3 ，相对稳定 。截 止N7 月2 1 日，该井 已经累 2 8 江 汉 石 油 科 技 第2 3 卷 ％ - * i 8 ． ． ‘ ⋯ ＼ 一 二 、 一 ⋯ ⋯～一 囝 ． j 毓 ’ ． ● ●- ● ⋯ 、 _ ⋯ I 一 f ， { 哩 孽 。 二 I ● ’’ - -- 二 ⋯ 』 二 怒【 ⋯ _ _ _ _ } ⋯ ．1l ～ 、 。I ＼ _ ， I _ 图3 建密 I- t F 一 1 井生产 曲线 图 计产气2 1 3 ． 51 0 4 m ，产水1 1 7 8 5 m 图3。 建密H F 一 1 井通过更换小油管，恢复了自喷生 产 。对于建南致密砂岩气井的开采 ，是否建南构造 北高点西南端轴线附近的致密砂岩气藏的钻探井或 开发井均产水是边水 还是底水均有待于通过该井或 多 口气井试采来进一步的落实和分析，目前其开采 模式仍然沿用常规气井的开采与管理。鉴于建密 HF 一 1 井的地质和气井井身结构 ，以及地质情况与试 采数据， 对于今后该井或致密砂岩气井的开采管理 制度一个时期内仍将处于摸索阶段，开展排水采气 和增压开采将依赖于前期的跟踪分析、摸索、措施 实施与评价，最终形成开发配套管理生产制度。 3 。 4 建南页岩气井生产现状 建 1 1 1 井 和建页H F l 井相继在2 0 1 1 年 1 月 1 13和 2 0 1 1 年1 0 月2 3 1 3 投入试采 ，是 目前国内少有 的页岩 气采气井。摸索这两 口 不同类型气井的生产规律对 指导 国内页岩气井开采具有重要意义。 建 1 1 1 井是位于鄂西渝东 区石柱复 向斜 中部建 南构造北高点西南端附近的一 口浅层预探井，为落 实下侏罗统 自流井组东岳庙段储层发育及含气情 况 ，并获取页岩气试气工艺参数。该井采取射孔后 加砂压裂获得 了3 6 6 1 m ／ d 的产量 ，于2 0 1 1 年 1 月 1 日 进行试生产 。试采过程 中，由于页岩气井的开采在 国内没有成套的开发管理模式可以使用或借鉴，加 之该井地层压力低 、储层物 陛差 、带水 困难 ，其生 产规律与制度只能通过摸索 ，依赖于试采数据的收 集 和分析 、总结 。建 1 1 1 井相 继采取过油管生产 、 套管生产、邻井气举生产，最终通过优化和对周遍 图4 建页1 1 1 井生产曲线图 图5 建页 H F 一1 井生产 曲线 图 气井的统筹考虑，确定了邻井气举的生产模式，获 得了稳定的产量2 0 0 0 m ／ d 图4。 建页HF 一 1 井是一 口长水平井，针对建南页岩气 井 的储层物性 低孔 、低渗与低压 ，以及井深结构 与管柱尺寸的问题 ，为了加快大规模压裂之后 的返 排与试采 ，获取稳定 的产能极 为重要。 由于页岩气 的开采与管理无经验和规律可循 ，因此 ，该井先后 经历了5 个阶段的摸索与试生产 图5。 经对建页H F 一 1 井的膜制氮放喷求产 ， 该井具有 1 1 0 0 0 m 3／ d 的产量。围绕上述存在的种种困难，如何 实现正常的生产，提高返排液量。通过摸索与总 结、优化，制定了一系列的措施。经过对气举、气 举加泡排 新 的尝试方式 、泡排的对 比分析 ，最 终确定了最为合理、最经济、低成本的泡排工艺措 施。目 前，该井正在实施地面增压开采，降低井底 回压 ，确保平稳生产的摸索与工作运行制度的研 第2 期 刘 宁 建 南非 常规天 然 气开发 利 用现状 和建议 2 9 究。通过对建南页岩气井前期的生产规律与开采措 施 的摸索 、实施与总结 ，为建南今后 的页岩气井开 发中压裂液返排与开采奠定基础。 4 致密砂岩气 、页岩气开采的下步工 作与建议 针对 目前的致密砂岩与页岩气气井的试采情 况，仍有大量的工作需要做，对于指导后续致密砂 岩与页岩气气井的钻探、开发与配套制度的建立， 还需收集数据、分析和总结，最终形成适合建南的 开采管理模式与制度。 1 对 比分析建密 H F 一 1 井 须六段 与须 四段 水层 的地层水， 判断建密H F 一 1 井的产水来源，或证 实须六段是否本身就产水， 以便指导今后建南三叠系 须家河组须六段 的增产措施与开发。 2 因建1 l l 井的返排率已经高达1 6 1 ％，而建 页H F 一 1 井的返排率为9 2 ％ ，且当前产水量低， 通过对 建1 1 1 井、建页I-IF 一 1 井与建密H F 一 1 井的地层水质分 析 比，判断建1 l l 井产层射孑 L 段 2 m 压裂时是否 沟通 了须六段 同样须落实该 段是否为含水层 ， 也不排除东岳庙段本身产水。以便为今后的页岩气 井措施作业与开采提供指导。 3 通过收集整理与分析建1 1 l 井 和建页HF l 井的试采数据 ，建议对其进行压力恢复测试 ，进 一 步落实侏罗系自 流井组东岳庙段单井产能。建密 H F 一 1 井同样需择机进行压力恢复测试， 落实单井产 能与控制储量 。 4 建南致密砂岩与页岩气非常规气藏开 发，它们有同样的特点低压、低渗、低产、获取产 能依赖于压裂改造措施、大规模压裂后的返排与试 采困难重重。因此， 生产与管理制度需要进行摸索和 总结， 加强技术性措施 的研究 与探索， 如 增压或负压 开采、借助常规气井远程气举生产、泡沫排水采气 等， 以便形成相应的生产开发管理制度，指导后续的 开发生产。 5 建议对建南致密砂岩与页岩气实施钻探 开发井前，充分利用封存气井及场地，废弃封存井可 以考虑为开发井或污水回注井，从而降低成本和减少 污染。另外， 建议充分考虑并做好生产开发 中污水处 理的前期准备， 特别是对于大规模压裂改造后的污水 和产出的地层水， 在施工建产能的同时， 规划并建好 污水 回收汇集管线与处理站。 参考文献 [ 1 】 王金琪． 中国大型致密砂岩含气区展望[ J ] ． 天然气工业 ， 2 0 0 0 ，2 0 1 1 1 0 1 6 ． 【 2 】 蔡开平 ，王应蓉 ，杨跃明 ，等川 西北广旺地二、三叠 系烃源岩评价及气源初探 [J 】 ． 天然气工业，2 0 0 3 ， 2 3 2 1 0 1 4 ． [ 3 】 徐明华 ，朱心万 ，王达明，等． 苏里格气田苏5 区块储层 地震反演预测技术【 J 】 ．天然气工业 ，2 0 0 7 ，2 7 1 2 3 3 3 5． 【 4 】 张金川 ，徐波，聂海宽，等． 中国页岩气资源勘探潜力 [ J 1 ． 天然气工业，2 0 0 8 ，2 8 6 1 3 6 1 4 o ． [ 5 ] 安凤山，王信，叶军川 西坳陷中段须家河组天然气勘 探开发战略L 刀 ． 天然气工业 ，2 0 0 5 ，2 5 5 1 - 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