非常规天然气开采技术.pdf

2 0 1 0 年第3 期石油科技论坛 何艳青 等未来全球油气技术展望 非常规天然气开采技术 一、非常规天然气资源 非常规天然气资源主要包括致密砂岩气、煤层气和 页岩气等，它在美国的剩余天然气资源中占相当大的比 例。非常规气藏通常是指所产天然气中不含或含有极少 量伴生液的低渗透气藏，所以还有一种定义是“除非采 用大型水力压裂、水平井或多分支井等技术，否则不能 经济有效开采的气藏” 。在过去的数十年间，美国在非常 规气资源评价、开采技术等方面都取得了很大进展，目 前这类气藏的产量已占天然气总产量的30。 全球非常规天然气资源分布广泛（表10） ，但商业 化生产还非常有限，主要是因为存在技术、政策、市 场等多方面的制约因素。在过去的十年中，加拿大、澳 大利亚、墨西哥、委内瑞拉、阿根廷、印度尼西亚、中 国、俄罗斯、埃及和沙特阿拉伯都已开始进行非常规 气藏的开发。可以确信，今后非常规天然气资源会受 到越来越广泛的关注，产量也会增长。 1 . 致密砂岩气 全球致密砂岩气资源非常丰富，目前已探明的主 要分布在北美和中国。20 世纪70 年代，非常规资源的 生产还是一个空白，而现在，美国天然气供应量的近 30 是非常规天然气，特别是致密砂岩气。预计在未 来的25 年中，美国非常规天然气的重要性还会日益提 高，产量将高达220 108ft3/d（图5） 。 2 . 煤层气 煤层气（CBM）开发是体现技术重要性的最佳例 证。早在采煤业诞生之时人们就知道了煤层气，但直 到1989 年才实现商业化开发。目前，由于新技术的发 展和针对CBM开展的专项研究，使美国煤层气产量达 到44 108ft3/d。世界范围内煤层气的开发现也得到蓬 勃发展，其中有加拿大、澳大利亚、印度和中国。 3 . 页岩气 页岩既是天然气的源岩，也是储层。页岩中的天 然气有三种形式，分别是岩石孔隙中的游离气、天然 裂缝中的游离气以及吸附于有机物和矿物表面的吸附 气。美国开采页岩气的经验表明，以水力压裂为主的 增产改造技术是不可或缺的，其他重要技术还包括水 平井、定向井和储层描述等技术。基于现有技术水平， 得克萨斯的巴耐特（Barnett）页岩单井平均采收率仅 为7，远低于未来期望值（20） 。 二、非常规天然气未来技术发展重点 表 11 至表 13 分别是目前与未来不同时期研发和 应用的重点技术， 旨在提高产量、 降低成本。 表中， “渐 进”表示正常研发进度； “加速”表示加大资金投入 （3～5倍） ； “突破”表示大幅度增加资金投入（10～100 倍） ，需要获得国际财团的更多资助。 表1 0 全球非常规天然气资源分布 地 区煤 层 气 页 岩 气 致密砂岩气 总 计 北 美3017384013718228 拉 美39211612933448 西 欧1575093531019 中欧和东欧1183978235 前 苏 联39576279015485 中东和北非025478233370 非洲撒哈拉以南392747841097 中国和亚洲计划经济国家121535263535094 太平洋地区47023127053487 其他亚太国家0313549862 南 亚390196235 全 球905116103740632560 （单位1012ft3） 9 产量（108ft3/d） 石油科技论坛2 0 1 0 年第3 期 专 题 策 划 表1 1 2 0 1 0 年前非常规天然气重点研发技术 技 术研发要求简 评 压裂过程模拟与分析，综合考虑裂缝延伸特性、支撑剂运移机理等多种因素， 建立各种新型全 3 D 压裂模型 加 速 改进天然裂缝气藏水平井和分支井压裂模拟 新型压裂液和支撑剂渐 进需要研发强度高、质量轻的支撑剂和无伤害压裂液 水平井水力压裂技术与工艺渐 进Fort Worth 盆地 Barnett 页岩水平井产量比直井增加 2～3 倍 页岩气藏和煤层气藏一般都是天然裂缝气藏。对这类气藏，需要加强认识， 天然裂缝性气藏增产方法渐 进发展新技术，包括科学建模，确定天然气储集规律，探索多种气体驱替系统 （如 CO2、湿气和 N2） ，提高天然气产量 微震裂缝成像和压后诊断技术加 速Fort Worth 盆地（Barnett 页岩） 有效监测水平井水力压裂过程，改进压裂设计 钻井、完井、增产作业和生产 通过钻井、采用新设备与新技术可以产生和获取大量的数据。但是如何处理和正确使用 过程数据采集与有效性分析 渐 进这些数据是个很大的问题，为了更好地进行地层评价、压裂和生产过程监测， 必须对这些数据进行详细分析 综合了地质、地震、岩石物理和 由于面临的油藏越来越复杂，渗透率越来越低，埋藏越来越深，成本越来越高，这就 工程数据的集成化油藏表征 加 速更需要加强对油藏岩石物性的认识，所以，必须建立更好的模型， 合理集成所有的数据资料，优化钻完井方法 提高水平井和多分支井需要有效开发多层叠合薄层煤层气，减少对环境伤害。同时也需要从一个临时 钻井能力技术 加 速 井场钻多口井的丛式钻井技术，这项技术对页岩气藏、致密气藏开发非常重要 需要建立更好的岩心分析方法，从而得到更准确的基础参数如渗透率、孔隙度和 油藏参数实验室测量与表征加 速含水饱和度等。对于煤层气和页岩气，需要建立更好的方法，对吸附气的含量和 天然气地质储量进行评价 油藏成像技术与方法渐 进对各类非常规气藏而言，气藏描述和表征是重要环节，也是一个持久的难题和挑战 全方位环境保护技术加 速 需要减少作业对环境的影响，如减少废弃物、降低噪音、减少井场占地、 有效进行污水处理等 产出水处理、加工与处置加 速 伴随煤层气和页岩气的开发会产出大量的水，有效、安全、环保的产出水处理、 处置技术亟待发展 表1 2 2 0 1 0 2 0 2 0 年非常规天然气重要技术展望 技 术研发要求简 评 实时随钻甜点监测突 破通过导向技术，引导钻头沿油气藏的高产能区钻进 井深小于 5000ft 的连续油管钻井加 速 充分发挥连续油管钻井的优势（钻进速度快、井场占地少、钻机便于移动） ， 实现一些困难地区的钻井 页岩气藏层状结构和如果通过更好的测试方法更清晰地认识了解气藏， 天然裂缝 3D 地震成像 加 速 就可以进一步提高现有气井的采收率 产出水处理加 速 采出水经处理后，可变废为宝，用来进行农业灌溉， 满足工业或钻完井过程的各种用水需求 深井钻井渐 进 深井钻井技术的发展决定了我们能够开发多深的煤层气、 页岩气和其他各种类型的天然裂缝非常规气藏 通过 CO 2注入、封存提高煤层气产量 加 速需要确定技术解决方案，筛选合适的埋存地层及 CO 2 源 数据处理和数据库渐 进 目前已经建成了包括北美大部分盆地的地质、工程参数的用户友好型数据库， 正在逐步开发建立包括全球各地质盆地的数据库 表1 3 2 0 3 0 年非常规天然气重要技术展望 技 术研发要求简 评 资源评价和天然气对全球各盆地进行非常规天然气资源潜力评估，并建库， 潜在地质储量评估 加 速 供全球的生产企业或团体使用 通过改进钻井系统，依靠更好的冶金和材料技术，发展更精准的保障钻遇甜点的 钻井和完井加 速实时井下传感器，必要时应用欠平衡钻井、连续管钻井和多分支井等技术， 推动钻井技术进步 1 0