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1、致密砂岩气地质特征与开发关键技术,前 言,自上世纪70年代以来，全球已发现或推测发育致密气的盆地达到70余个，资源量约210万亿方，2008年产量达到4320亿方，占世界天然气总产量的七分之一，已成为天然气勘探开发的重要领域。北美地区天然气勘探开发的实践表明：致密气、煤层气、页岩气对常规气生产的梯次接替是保障美国天然气供应、减缓对外依存的核心战略。其中，致密气作为首个接替领域地位举足轻重。我国致密气分布广泛、资源潜力巨大。,（一）致密气定义,引自Stephen AHolditch，2006年SPE 103356,随着技术的进步，煤层气和页岩气相继投入开发，将气藏分为常规天然气藏和非常规天然气藏
2、，其中非常规天然气藏包括致密气、煤层气和页岩气，以及天然气水合物,一、致密气的定义与内涵,常规天然气藏,1、气藏分类,0.1mD,2、世界上无统一的致密气标准和界限，不同国家根据不同时期的资源状况、技术经济条件、税收政策来制定其标准和界限，且在同一国家、同一地区，随着认识程度的提高，致密气的概念也在不断的更新,英国 1 mD德国 0.6mD美国 0.1mD,一、致密气的定义与内涵,3、二十世纪70年代，美国联邦能源管理委员会将储层渗透率小于0.1mD的气藏（不包含裂缝）定义为致密气藏，并以此作为是否给予生产商税收补贴的标准,（1）用常规手段不能进行工业性开采，无法获得工业规模可采储量（2）含气
3、砂层的有效厚度下限30.48m(100英尺)，含水饱和度低于65，孔隙度515,1973年，美国能源部对可进行工业开采的致密含气层标准作了如下界定：,（3）目的层埋深15004500m(500015000英尺)（4）产层总厚度中至少有15为有效厚度（5）可供勘探面积不少于31km2(12平方英里)；（6）位于边远地区(当时考虑到要使用核爆炸压裂法，因此要远离居民稠密区)（7）产气砂岩不与高渗透的含水层互层,一、致密气的定义与内涵,4、Stephen AHolditch认为:致密气藏是指需经大型水力压裂改造措施，或者是采用水平井、多分支井，才能产出工业气流的气藏,引自Stephen AHoldi
4、tch，2006年SPE 103356,致密气储层渗透率：0.0001mD 0.1mD,一、致密气的定义与内涵,气藏按储层物性的划分（SY/T6168-2009）,一、致密气的定义与内涵,目前，国内气藏分类标准以渗透率作为评价指标分类时，主要划分为高渗、中渗、低渗和致密四类,5、我国天然气藏的分类标准,中国与美国采用不同的气藏分类体系，分类评价的标准、理念都有差异,美国采用致密气藏的概念，主要是为了享受特殊税费政策，一次分压10层以上的直井压裂与大型压裂技术的进步不断降低开发下限中国以渗透率为标准进行气藏分类，主要考虑技术与经济因素，目前以低渗气藏开发为主体，但储层下限已经延伸到致密储层范围,
5、单位：mD,一、致密气的定义与内涵,明确“致密气”定义的作用,目前已开发低渗砂岩气田主要开采的为低渗储量，致密气动用较少，按致密气思路将进一步拓展资源潜力储量管理过程中划分出低渗与致密气的储量比例，有利于进行储量的分类管理对于致密气开发还需要进一步发展相应的工艺技术，并制定有效的开发技术政策对于致密气的规模开发可以申请国家相关政策，如免税政策或提高气价等,一、致密气的定义与内涵,1、孔隙与喉道小,渗透率小于0.1mD，主要发育微细孔隙，且以片状孔隙吼道为主吼道与孔隙比例接近0.1um吼道控制孔隙比例超过50%,0.1微米喉道控制的孔隙体积占总孔隙体积的70以上（苏里格）,（二）致密气定义的内涵
6、,一、致密气的定义与内涵,2、存在非线性渗流特征,渗透率大于0.1mD的储层单相渗流以克氏渗流为主，在实验室内，即使在较高的压力梯度下，也没有发现紊流效应渗透率小于0.1mD的储层单相渗流存在低压下的克氏渗流和高速下的紊流效应,一、致密气的定义与内涵,3、水的影响严重,渗透率越小，毛管压力越高，含水饱和度越高低渗高含水饱气藏储层内存在可动水,天然气,可动水,束缚水,一、致密气的定义与内涵,4、在评价致密砂岩气时，需要应用地层条件下的基质渗透率（不包含裂缝），即覆压校正后的岩心渗透率,因此开发评价时必须将岩心分析渗透率还原到地层温压条件下的真实情况,0.1mD以下的砂岩储层，渗透率应力敏感性极强
7、，地层条件渗透率比大气压下渗透率小一个数量级,引自Stephen AHolditch，2006年SPE 103356,一、致密气的定义与内涵,引自Stephen AHolditch，2006年SPE 103356,5、致密气藏储层渗透率一般呈对数正态分布，其间不乏甜点区。对于此类气藏的评价，采用渗透率中值能更准确地反映气藏的渗流能力,例如：美国4个致密气藏（Cotton Valley、Cleveland、Wilcox Lobo、Travis Peak）渗透率率中值在0.0280.085mD，但算术平均值范围在0.1797.378mD之间,一、致密气的定义与内涵,覆压基质渗透率小于或等于0.1m
8、D的砂岩气层，单井一般无自然产能或自然产能低于工业气流下限，但在一定经济条件和技术措施下可以获得工业天然气产量。通常情况下，这些措施包括压裂、水平井、多分支井等,建议致密气藏的定义,内涵：渗透率低覆压校正后的岩心渗透率小于0.1mD的样品超过50%大面积低渗条件下存在一定比例的相对高渗样品裂缝可以改善储层渗流条件（“甜点”），但评价时不含裂缝渗透率自然产能低无自然产能或自然产能达不到工业气流标准经过大型水力压裂，或者采用水平井、多分支井，才能产出工业气流,一、致密气的定义与内涵,苏里格、须家河：覆压渗透率小于0.1mD的样品比例占8092，与美国6095相近,论据之一：与美国致密气藏相近，储层
9、物性差,苏里格：66井11792样品须家河：4276样品,N=123,覆压渗透率与空气渗透率关系图,覆压渗透率累计频率分布图,一、致密气的定义与内涵,（三）苏里格、须家河气田均属于致密气藏范畴,苏里格气田单井控制储量与控制泄流面积,苏里格：平均单井控制面积0.204km2单井控制储量10004500万方须家河：单井控制储量100030000万方,平均4130万方,美国致密气田单井控制储量,广安须家河单井控制储量,论据之二：井控范围有限，井控储量小,一、致密气的定义与内涵,美国德克萨斯州新井产量递减曲线,论据之三：单井产量低，产量递减快,苏里格气田单井产量及套压变化曲线,一、致密气的定义与内涵,
10、1、美国致密砂岩气资源潜力大，据EIA 2008年评价结果：资源量19.842.5万亿方，为常规气资源量（66.5万亿方）的29.863.9,二、致密气地质与开发特征,2、美国本土现有含气盆地113个，其中发现具有致密砂岩气藏的盆地23个，主要分布在西部，特别是落基山地区,美国陆上致密气藏分布图,（一）美国致密气藏资源现状,3、自1990年以来，美国致密气产量快速增长，2008年产量达1757 亿方，占美国天然气总产量的30.2，在非常规气中占62.9,引自美国EIA，2009年,常规气,致密气,煤层气,页岩气,1757亿方,516亿方,520亿方,3028亿方,2008年,二、致密气地质与开
11、发特征,1、致密气没有典型与非典型之分,压力与温度有高也有低；埋藏有深有浅；既有席状，也有透镜体状；有单层，也有多层；有的天然气裂缝，也有的不存在天然裂缝。,（二）美国致密气藏地质特征,二、致密气地质与开发特征,Piceance盆地南部深部探井中钻遇的三个不同超压带,2、以落基山地区为例，北部以海陆交互相为主，发育层状砂体，厚度较小；南部以河流相为主，发育透镜状砂体，纵向多层叠置，厚度大,浅层层状气藏分布：北部大平原、威列斯顿深度：200800m厚度：一般1020m中浅-中深层层状气藏分布：丹佛、圣胡安、风河、棉花谷等深度：7002700m厚度：一般1030m透镜状气藏分布：大绿河、尤因它、皮
12、申斯深度：15004000m厚度：一般60150m,二、致密气地质与开发特征,3、储层物性差，一般均发育天然裂缝,孔隙度：3%15%渗透率：0.0011mD一般均发育天然裂缝,渗透率分布图,孔隙度分布图,二、致密气地质与开发特征,1、气井以定压方式生产，单井初期高产，递减速度较快,优点：投资回收期短充分利用地层能量快速得到动态资料单井动态早期快速递减长期低产生产期30-40年,美国德克萨斯州新井产量递减率,二、致密气地质与开发特征,（三）美国致密气藏开发特征,一般0.21.2万方/天，Pinedale，Jonah和Wilcox平均23万方/天,2、气井平均单井产量低,美国已开发致密气田平均单井
13、产量,二、致密气地质与开发特征,单井累积采气量一般10005000万方,部分超过1亿方,3、单井可采储量少，并呈逐年下降趋势,美国已开发气田单井累积产气量图,美国致密气藏单井可采储量图,平均4130万方,二、致密气地质与开发特征,新井单井可采储量19962005由6400降低到2800万方,4、产量快速递减，1992-2002年递减率由18上升到28,美国已开发气田递减状况,二、致密气地质与开发特征,5、采取大规模钻井、井间接替方式保持相对稳产,美国致密气田年度新投产井数,二、致密气地质与开发特征,美国针对致密砂岩气储层物性差、储量丰度高、单井井控储量小等的地质与开发特征，形成了气藏描述、井网
14、加密、分层压裂等主体开发技术,三、致密气开发关键技术,开发技术,气藏描述,地质特征,开发特征,井网加密,分层压裂,小井眼,快速钻井,构造描述技术波阻抗反演储层预测技术地震属性分析技术频谱成像技术三维可视化技术地震叠前反演技术,Burgos盆地利用叠前反演和三维可视化技术提高了储层岩性和流体识别能力，降低了钻井风险,1、发展了以提高储层预测和气水识别精度为目标的二、三维地震技术系列,关键技术之一：气藏描述技术,1990年以前，以二维地震为主体技术，开发井钻井成功率小于70%1990年以后，气藏描述及三维地震技术的应用使钻井成功率提高到75%-85%,美国低渗气藏开发钻井成功率（据EIA 2002
15、）,低渗气藏历史产量,美国致密砂岩气历年产量,2、三维地震技术的应用有效地提高了钻井成功率,关键技术之一：气藏描述技术,圣胡安,皮申斯,大绿河,东德克萨斯,墨西哥湾,岩心裂缝描述、测井解释、有限元数值模拟地震相干属性分析，地震衰减属性分析，分形气层检测技术,3、裂缝预测技术的广泛应用对井位优化起到了关键作用,裂缝平面展布及粘土矿物分布叠合图（Rio Arriba County,NM）,裂缝平面展布含气饱和度分布叠合图（Rio Arriba County,NM）,关键技术之一：气藏描述技术,南部,北部,应用实例：Rulison气田在气田北部应用3-D地震及裂缝预测技术，优化布井，单井控制储量由0
16、.51亿方提高到0.96亿方，亿方储量投资由177万美元降低到114万美元,关键技术之一：气藏描述技术,对于多层叠置的透镜状气藏，由于单井泄气面积小，井间加密是提高气藏采收率的技术关键,美国部分致密气藏开发井网密度,关键技术之二：井网加密技术,1、技术流程在综合地质研究基础上，应用试井、生产动态分析和数值模拟等动态描述手段，确定井控储量与供气区形态，优化加密井网,关键技术之二：井网加密技术,2、井网加密过程Rulison气田,加密过程原始井网：1.3井/km21996-1997：井网密度：0.32km2/井加密井8口，开发动态与邻井相同，无井间干扰1998-2000：典型区块加密到32口井初始
17、产量2.85.6104m3/d单井采气0.40.7108m3开发动态与加密前相同结论：可以加密到12.50井/km2（平均井距300m）,关键技术之二：井网加密技术,1.54井/km2时，采收率为76.25井/km2时，采收率为2112.5井/km2时，最终采收率为75平均单井累积采气量：5300104m3,井网加密有效地提高了储量动用程度和采收率,3、加密效果Rulison气田井网,关键技术之二：井网加密技术,4、加密时机,1970年Ozona气田实施井网加密，加密周期59年，加密程度较缓慢1995年以后，随着认识程度增加，加密周期缩短，12年加密一倍,Rulison气田,Jonah气田,O
18、zona气田,动态资料确认满足加密条件，就可以实施井网加密,关键技术之二：井网加密技术,1、分层压裂技术,目的：提高纵向上小层动用程度主要技术方法连续油管分层压裂封隔器分层压裂,连续油管压裂技术优势一次可分压20层以上缩短作业时间，降低储层伤害及费用避压水层技术方法连续油管+水力喷砂射孔+环空压裂封堵方式：填砂、桥塞、跨隔式封隔器,封隔器分层压裂,关键技术之三：增产工艺技术,压裂技术发展历程：1980s单层大型压裂1990s分段压裂，分段排液2000年以来 分层压裂，合层排液,Jonah气田增产工艺技术进步与效果,实例：大绿河盆地Jonah气田，1993年以前，采用单层压裂，只压开底部50，单
19、井产量411万方；随着工艺技术的进步，2000年以后，多至10层压裂，单井控制储量增加37倍，单井产量达到1428万方,关键技术之三：增产工艺技术,.水平井分段改造技术,水平井分段压裂可以对水平层段进行选择性改造，提高水平段整体渗流能力,（2）水力喷射加砂分段压裂技术解决长段水平井工具分段压裂风险降低压裂施工时间和作业成本气藏应用需考虑带压作业问题2006年底国外已有1000多口井采用水力喷射改造技术,（1）多级滑套水力压差式封隔器分压（套管完井）通常压后不动管柱施工风险比较高,关键技术之三：增产工艺技术,大型压裂技术适用条件砂体厚度20m，砂体平面展布较均匀一般要求支撑缝长300m，加砂规模
20、100m3实施大型压裂的关键技术条件 施工时间长，压裂液应具有良好的携砂流变性及低伤害性能压裂液量大，通常使用连续混配技术,应用实例：Wattenberg气田深度2316 2560m,砂层厚度1530m，渗透率0.0050.05mD加砂量90150m3，最大255m3，压后缝长400600m压后稳产2.03.5104m3/d，最大5.2104m3/d,3、大型压裂技术提高单井产量,二、致密气地质与开发特征,1、小井眼技术,近十几年来，随着油气生产费用的攀升，以及石油工程领域不断向边远地区扩展和钻井工艺技术水平的提高，钻小井眼井开采油气的优越性更为凸显,小井眼钻井技术已成为继水平井钻井技术后的又
21、一研究热点,截至目前，世界上已钻成小井眼井上万口，国外已开始用连续管钻小井眼,关键技术之四：钻采工艺技术,The Slim hole(Aka:micro hole or small hole)drilling technology is one of the most cost effective method of oil and gas reserve development.It involves drilling smaller diameter holes and using small diameter production casing and tubing.The use of
22、 small diameter well bore reduces the overall cost of exploration drilling and reserve development.The Oil Jet Pump is the industry smallest and able to be conveyed inside 2-3/8 or 2-7/8 inch production strings,thereby allowing slim hole micro hole operators to retain economical operation factors as
23、sociated with slim hole development methods.,小井眼技术,90年代以来BP公司就将小井眼技术作为它的勘探战略技术手段，大大降低其钻井成本。BP在它的小井眼勘探项目中节省的费用已经超过了40,钻井成本对比表,应用实例,在瑞典（Sweden）地区小井眼开采浅油气藏，已钻207口井，井深198.22438.4m、井眼尺寸最小21/2，钻井成本降低了75,关键技术之四：钻采工艺技术,2、欠平衡钻完井技术,由于欠平衡钻井能够对储层起到较好的保护作用，在低渗透气藏钻井中得到广泛应用，美国欠平衡钻井占总钻井数的比例已达到30%,Source:US DOE,Oil&
24、Gas Journal,关键技术之四：钻采工艺技术,欠平衡钻井技术,欠平衡压力钻井是指在钻井过程中钻井液柱作用在井底的压力（包括钻井液柱的静液压力，循环压降和井口回压）低于地层孔隙压力。欠平衡钻井又分为：气体钻井、雾化钻井、泡沫钻井、充气钻井、淡水或卤水钻井液钻井、常规钻井液钻井和泥浆帽钻井。,1、中国致密气分布广泛，勘探领域广阔,四川、鄂尔多斯、松辽、渤海湾、塔里木、柴达木及准 噶尔等10余个盆地都具有形成致密砂岩气藏的有利地质条件,四、我国致密砂岩气展望,2、致密气资源丰富，勘探前景广阔,来源:Rogner，1997,据全国第二轮天然气资源评价结果-我国陆上天然气资源为30.231012m
25、3，其中致密砂岩气资源占我国天然气资源的40%左右（121012m3）,中国致密气远景资源量为121012m3以上，具有广阔的勘探开发前景,早在1997年Rogner就对中国的致密气进行了评估，约为11141012m3（400500万亿立方英尺）,四、我国致密砂岩气展望,盆地上古资源量6.4万亿方，探明储量1.4亿方，探明率22%，潜力大苏里格地区：面积3万km2，总资源量3.8万亿方盆地东部：面积1.97万km2，总资源量2.2万亿方，探明储量1293亿方，探明率5.9%，进一步深化勘探，可形成新的万亿方规模储量区盆地东南部、西南部、西缘潜在勘探区,（1）鄂尔多斯盆地上古生界,鄂尔多斯盆地天
26、然气勘探成果图,四、我国致密砂岩气展望,（2）川中广安、合川等地区须家河组,勘探面积5万km2，资源量1.56万亿方。2004年前，仅探明八角场一个大型气田，累计探明341亿方2005年广安2井突破后，立足大面积岩性气藏，20062009年相继在广安、合川、潼南等地区取得重要发现，有望实现万亿方规模的目标须家河组仍是四川盆地川中地区下一步致密气勘探现实领域,四、我国致密砂岩气展望,（3）吐哈盆地北部山前带,勘探概况：北部山前带呈东西展布，面积6490km2主要为致密砂岩储层，是近期实现天然气储量规模的现实区域,吐哈盆地北部山前带勘探成果图,四、我国致密砂岩气展望,关于致密气的四点建议,1、开展
27、致密气的资源潜力研究，进一步落实致密气的储量与产能规模,目前开发的低渗气田部分属于致密气范畴，但主要是按低渗气藏的勘探开发理念进行，按致密气的思路，储层下限会进一步下降，储量将更加丰富，需要进一步评价致密砂岩气资源潜力，拓宽勘探领域,2、继续强化增产工艺技术攻关，尽快突破提高单井产量瓶颈技术,工艺技术的不断进步是非常规天然气产量快速增长的关键，直井分层压裂（尤其是一次分压10段以上的直井压裂技术）、大型压裂、水平井分段压裂技术是致密气开发的主体工艺技术，需要继续强化工艺技术攻关，尽快形成低成本的配套工艺技术,关于致密气的四点建议,3、深化开发技术政策和配套技术研究，尽快实现致密气规模有效开发,致密气藏在孔隙结构、渗流特征等多方面与低渗气藏存在差异，需要重点研究致密气藏开发机理、开发规律、井型井网优化、合理配产和合理产能规模等开发技术政策，为规模有效开发致密气藏做好技术储备,4、选取典型试验区进行现场攻关试验，尽快形成集成配套技术体系,储层下限研究提高单井产量攻关试验配套开发技术研究,结束语,中国致密气分布广泛、资源丰富、潜力巨大，为了尽快将资源转化为产量，有效地开发致密砂岩气，缓解常规天然气开发的压力，急需进行深入细致的研究与探索，尽快突破地质认识与工艺技术瓶颈，早日实现致密砂岩气的规模、有效开发。,
