页岩气开发水管理对策分析

目前,我国页岩气开发水管理面临的主要问题是水力压裂耗水量大,以及采出水成分复杂、污染物多。根据国外页岩气开发水管理经验,总结了页岩气开发对水资源的影响和采出水处置的主要方式,并结合国情提出了我国页岩气开发水源应多渠道选择的基本对策,以及采出水处置应以回用于水力压裂为首选方式的基本水管理思路。最后,提出了目前我国页岩气开发水管理的首要任务,即开展采出水回用水处理理论研究和工艺技术设备开发,并跟踪高盐水脱盐新技术和新工艺的发展动向。     

四川盆地南部地区页岩气开发及其减污降碳再认识

为助推中国页岩气持续高质量发展，在溯源页岩气环境争议的基础上，结合四川盆地南部地区（以下简称川南）十余年来页岩气开发实践，总结了国内对页岩气开发生态环境影响的新认识，系统介绍了中国自主创新形成的页岩气清洁开采技术，并指明了下一步技术发展的方向。研究结果表明：(1)页岩气环境问题的广泛关注始于2009—2011年，经过激烈讨论，美国学术界主流意见认为，页岩气开发存在生态环境风险，但通过合理取水、确保井筒质量、妥善贮存和处置压裂返排液及钻井固体废物等措施可有效防范；(2)页岩气开发对中国温室气体排放量贡献有限，不会必然污染地下水环境，绿色开发应重点关注低碳钻井和压裂、废弃物处置、地下水保护等方向；(3)“电代油”钻井和压裂实现了施工过程无直接温室气体排放，川南页岩气压裂返排液在处理回用基础上已实现处理外排，油基岩屑处置对规模开发的制约也因热脱附技术的进步而突破；(4)页岩气清洁开采技术仍应在深度降碳、稳定减污、持续增效等方面开展技术创新和管理创新工作。结论认为，基于10余年来对中国页岩气开发生态环境保护的探索与再认识，可为中国未来页岩气绿色高效开发提供有益参考和借鉴。     

美国页岩气压裂返排液处理技术现状及启示

水力压裂技术是目前页岩气开发依靠的主要储层改造手段,但采用该技术开采页岩气对水资源的消耗情况和压裂施工完成后返排液如何处置则引起了人们广泛的关注。为此,以美国Marcellus页岩区和Barnett页岩区为例,分析整理了其压裂返排液的水质特点与处置方式。在系统归纳美国页岩气开发过程中形成的返排液管理路线的基础上,从处理回用和处理外排两个方面介绍了返排液处理技术现状及研究进展。结论认为：从目前国外应用和研究现状来看,页岩气压裂返排液处理的理论和技术是相对成熟的。进而结合我国页岩气开发的形势,提出了符合实际的压裂返排液处理技术研究框架,明确了研究主题,提出了研究方向和目标建议：①完善页岩气压裂返排液深井灌注技术标准体系;②开展页岩气压裂返排液处理回用技术研究,研发耐盐耐硬度压裂液体系及配方;③开展其他废水回用配制页岩气压裂液体系或无水压裂可行性研究;④探索压裂返排液外排技术应用的可能性。以期为上述热点问题的最终解决提供技术思路。     

页岩储层增产改造工作液的研究与应用

页岩储层具有脆性高、天然裂缝或层理发育、低孔特征和极低的基质渗透率等特点,四川盆地页岩储层压裂改造主要采用滑溜水或"滑溜水+线性胶"的"大液量+大排量"体积压裂模式。针对页岩储层特点,结合改造工艺要求,形成了低摩阻、低伤害、高防膨率的SD常规滑溜水体系及SD页岩气井压裂用线性胶体系。同时为了提高页岩气开发过程中对水资源的使用效率,减少环境伤害,研发出一套高效抗盐滑溜水体系,实现了对返排液高效回收利用。现场应用表明,SD常规滑溜水及线性胶体系性能稳定,现场配制方便快捷,降阻效果明显,完全满足页岩气体积改造的要求;SD高效抗盐滑溜水体系实现了高矿化度下返排液的重复利用,满足了页岩气经济、环境保护的开发要求。      

涪陵页岩气田“井工厂”技术

涪陵页岩气田是我国第一个投入商业化开发的国家级页岩气示范区,经过3年的技术攻关和现场试验及应用,形成了一套适合复杂山地页岩气特点的"井工厂"技术,极大地缩短了开发周期,降低了工程成本。涪陵页岩气田"井工厂"关键技术主要包括山地"井工厂"布局优化设计、页岩气"井工厂"钻井作业模式、"井工厂"压裂作业模式以及撬装化建站等4个方面。现场试验与推广应用情况表明,采用单钻机2~4井和双钻机5~8井"井工厂"钻井模式,单机组拉链式"井工厂"压裂与双机组同步"井工厂"压裂模式,可以达到当年完成建平台、钻井、压裂、试气、投产的开发要求。"井工厂"技术为涪陵页岩气田50×108 m3/a一期产能建设的顺利完成提供了强有力的技术支撑,并成为页岩气田经济开发的核心技术,对我国页岩气规模化开发具有重要的借鉴和引领作用。      

页岩气勘探开发的发展与新技术探讨

调研了国内外页岩气开发现状,美国页岩气产量已占到了全美天然气产量的12％,而我国页岩气储量丰富,但开发才刚刚起步.总结、探讨了页岩气开发的关键技术,包括地质储量评估技术、射孔优化技术、压裂增产技术、水平井增产技术、超临界CO2开发页岩气技术、欠平衡钻井开发页岩气等新技术.针对水压裂增产技术易伤害储层、经济成本高等问题,探讨了超临界CO2开发页岩气技术.该技术喷射破岩效率高、门限压力低,能有效减少井下复杂问题的出现,提高钻井速度,缩短建井周期;不含固相颗粒,不会堵塞孔隙吼道,不会导致储层中粘土膨胀,从根本上避免了水锁效应、岩石润湿性反转等危害的发生,钻井过程中,有效保护储层不受损害,提高油气井单井产量和采收率.针对页岩气井上部井漏、钻速慢的问题,提出了采用气体钻井、充气钻井等欠平衡钻井技术来提速治漏,以加快页岩气井开发进程,并开展了现场试验,取得了良好的效果.     

地质工程一体化技术在威远页岩气高效开发中的实践与展望

针对威远页岩气地表条件复杂、储层埋藏深度大、构造复杂、非均质性强、压裂改造难度大等特点,坚持"一体化、工厂化、效益化"的开发理念,应用地质工程一体化技术,厘定平面甜点和纵向甜点,优化井位设计;实现精准地质导向,大幅提升甜点钻遇率;提高钻井工程质量,有效缩短钻井周期和降低井下复杂状况的发生率;优化压裂工艺设计,实现压裂改造体积的最大化。基于此,形成了较为完善、复杂海相条件下对页岩气勘探开发有较强借鉴意义的项目管理、研究设计、科研现场、地质钻井和地质压裂5个一体化模式,单井产量不断提升,单井成本持续降低,实现了威远页岩气规模有效开发;不断践行与完善地质工程一体化技术,深化地质认识和加强工程技术配套,实现威远3500m以浅页岩气高效开发以及深层页岩气效益开发。     

南川页岩气田绿色开发技术优化与实践

页岩气开发利用是我国能源结构优化和大气环境质量改善的重要支撑。但油基岩屑无害化资源化处置、采出水达标处理、高噪音、温室气体排放和土地占用等页岩气绿色开发关键技术仍未彻底解决,且我国页岩气开发尚处初始阶段,生态环境保护规范和技术尚需完善。为了给未来页岩气更大范围的开发提供借鉴,对地表环境敏感、地下水文地质条件复杂的南川页岩气田开发过程面临的生态环境问题进行了分析;在已有技术基础上,对集约化用地和网电钻井压裂等污染源头减量,全井筒气密封检测技术、进流程测试技术和双节流+湿气计量采气技术等污染过程防控,油基岩屑规模化水泥窑协同处置和采出水压裂回用等废物综合利用,采出水达标处理等技术进行了优化研究。现场实践效果表明,该技术系列达到了“节能、降耗、减污、增效”的目标,取得了良好的现场应用成效,为我国其他区块页岩气绿色开发提供借鉴。     

页岩气“体积开发”理论认识、核心技术与实践

四川盆地及其周缘上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组海相页岩气勘探开发的突破和发展,对中国天然气理论创新和技术进步具有重大的战略意义,连续型油气聚集、水平井体积压裂开发等一批关键理论技术,支撑了四川盆地南部(蜀南)、涪陵等页岩气田的大发展。为了提高中国页岩气区储量动用率和采收率,基于中国页岩气的地质条件和工业实践,梳理了中国页岩气勘探开发进展及取得的主要地质认识,深化了对五峰组—龙马溪组页岩储层主要地质特征的认识和页岩气"甜点区(段)"分级评价标准,从人工干预提高页岩气有效流动性和开发整体性出发,提出了页岩气甜点区"体积开发"的理论内涵和核心技术,进而评价展望了中国页岩气资源"体积开发"的发展前景。研究结果表明:①页岩气"体积开发"指在不同级别含气页岩储层"甜点区""甜点段"范围内,通过多水平层段分段压裂构建人工缝网系统,利用水平方向流动叠加垂向导流缝流动形成复合流动方式,促使波及范围内的页岩气资源成为可开发的商业储量,实现更多页岩气资源的有效动用;②"体积开发"包括"甜点区"综合评价、体积开发井网优化设计、水平井钻井和靶窗优选及轨迹设计、水平井段体积压裂改造技术、生产制度设计与平台式工厂化管理等5项核心技术。结论认为,"体积开发"理论技术不仅为目前长宁、涪陵等页岩气储量区立体开发,而且也为陆相、海陆过渡相页岩气等非常规油气资源的整体利用,提供了重要的理论依据和技术支持,具有广阔的应用前景。     

实现页岩气“绿色”开发的配套工艺技术体系

在川渝地区页岩气产能建设过程中,不可避免地会产生大量的废水、废气、废渣(特别是含油岩屑)和噪声,并且还有可能造成水土流失。如何防治上述环境风险源、确保页岩气的"绿色"开发,是一个重大难题。为此,总结了中国石油天然气集团有限公司在长宁—威远国家级页岩气产业示范区开发实践中形成的系列环保技术体系:(1)采用井场清污分流系统、钻井液不落地技术、随钻实时处理工艺和岩屑资源化利用技术保障钻井清洁生产;(2)优选环保型压裂液、对压裂返排液进行循环利用,从而实现压裂环保管理;(3)配套平台化作业实现"井工厂化"、实施油改电降噪音、推行环保钻井工艺、制订全面的环境评价方案等措施,进一步降低环境污染的风险。实践证明,页岩气清洁生产工艺从废弃物产生源头入手,加强作业过程控制、末端污染治理,则可实现废弃物减量、无害化、资源化的目标。结论认为,采用上述污染防治和"绿色"开发配套技术,可以有效促进该区页岩气的可持续开发。     

进口天然气盈亏平衡定价对市场的影响——以广州市中亚天然气为例

2011年11月底土库曼斯坦天然气经过中亚—中国天然气管道和西气东输二线管道正式向位处华南的广州市供气。然而,由于中国天然气价格与国际气价脱节,天然气进口业务陷入进口越多亏损越多的尴尬境地,提高进口气入关后的价格将有助于缓解长期以来的进口气购销价格倒挂问题。为此,以广州市为例,测算了中亚天然气盈亏平衡时不同天然气用户的气价;采用天然气与可替代能源等热值直接成本对比法,按各类天然气用户实际支付可替代能源的现有价格等热值折算分析了对应的中亚天然气价格可承受能力。结果表明:从价格承受能力来看,居民用户和公共福利用户基本上是可以承受中亚天然气盈亏平衡定价;工商业用户也有一部分可以承受上述定价,但对燃料成本占总成本比重较大的用户,承受能力则较弱;天然气发电用户无法承受上述定价,中亚天然气发电只能扮演调峰角色。考虑到西气东输管道输送的既有国产气,也有进口气,为此提出:可以将国产气的出厂价与进口气的成本价加权平均,作为西气东输天然气的"出厂价"。     

稠油热采储层精细油藏描述研究进展

就稠油热采储层精细油藏描述的技术现状看:国外已经形成了完整的研究方法和技术体系,特别是在利用地震技术对油藏开发过程监测及剩余油分布规律的精细刻画等方面,具有相当高的研究水平;国内在储层单砂体的精细刻画、隔夹层研究以及储层在热采过程中的变化规律等方面,进行了大量的研究工作,取得了一定进步。稠油热采储层研究的关键问题为地层精细划分与对比、沉积微相研究、隔夹层发育规律描述、储层综合分类评价和地质建模研究等。在此基础上认为,稠油热采储层精细油藏描述研究的主要发展方向为井震结合断裂系统的精细刻画、地质体分类评价、稠油热采储层变化规律研究、剩余油分布规律的四维地震监测和隔夹层封隔能力的物理模拟与数值模拟验证等五大方面。     

阿姆河右岸酸性气田井口冲蚀及对策

中亚土库曼斯坦阿姆河右岸气田群为高含H_2S和CO_2的碳酸盐岩气藏,单井产量高,井口设备均出现了不同程度的腐蚀。初步分析认为其原因是生产过程中仅考虑酸性介质对气井井口的化学腐蚀,而没有考虑气体流速对井口的冲蚀作用,极大地影响了气田的安全生产。为此,通过对节流阀上下游阀道、法兰面均出现明显坑状腐蚀的进一步分析,明确了化学腐蚀和气体冲蚀的交互作用是井口磨损的主要影响因素,气流冲刷腐蚀坑的化学腐蚀产物会加速冲蚀损害;进而借鉴冲蚀与腐蚀运行环境下的多相管流管道的磨损计算理论,计算了该运行环境下的冲蚀极限速度,得到了不同生产工况下节流阀的抗冲蚀流量;最后,根据气田生产情况,针对性地提出了按气井配产要求来选择采气树类型、节流阀通径及类型冲蚀的技术控制策略。此举为气田安全生产提供了工程技术保障。     

微裂缝—孔隙型碳酸盐岩气藏改建地下储气库的渗流规律

微裂缝—孔隙型碳酸盐岩气藏储层非均质性强,边底水选择性水侵,渗流规律复杂,为了提高地下储气库的建库效率,需要研究储层在改建地下储气库多周期强注强采过程中的多相流体渗流规律。在获取有代表性的裂缝发育碳酸盐岩岩心较为困难的条件下,通过对天然岩心进行剪切造缝和多轮次气水互驱实验,研究了地下储气库气水过渡带在注采过程中的多相渗流规律,分析了裂缝合气空间贡献率以及储气库含气空间动用效果。结果表明:裂缝模型的相渗曲线近似于"X"形,多次气水互驱后相渗曲线基本没有变化,基质岩心模型相渗曲线经多次气水互驱后气水两相共渗区间变窄,共渗点降低;微裂缝对储层含气空间贡献率较高,微裂缝发育储层的含气空间利用率保持在较高水平,徽裂缝不发育储层的含气空间利用率逐渐降低并趋向稳定。因此,在微裂缝—孔隙型碳酸盐岩气藏改建地下储气库过程中可以在徽裂缝不发育储层布置生产井,同时通过控制边底水运移范围降低注入气损失,从而提高地下储气库的建库效率。     

四川盆地前震旦系勘探高含氦天然气藏的可行性

目前,我国的氦气资源主要依赖进口,寻找大中型高含氦天然气田是改变这一现状最现实的途径。为此,对四川盆地威远地区高含氦天然气藏的成藏机理和氦气来源进行了分析,以探讨在该盆地前震旦系勘探高含氦天然气藏的可行性。首先根据盆地周缘12条野外露头剖面和4口钻穿震旦系单井的资料,系统分析了前震旦系的岩石学、沉积相、烃源岩等特征,认为前震旦系发育的沉积地层为南华系,东南缘露头剖面的地层序列为南沱组、大塘坡组、古城组和莲沱组,推测盆地内部可能发育相同的地层序列;南沱组、古城组和莲沱组主要为冰川沉积,为砂砾岩夹泥岩;而大塘坡组为间冰期沉积,发育一套砂泥岩地层,其下部泥页岩的有机质含量高,为较好烃源岩。进一步的研究表明:南沱组砂砾岩储层、大塘坡组烃源岩和地层中侵入的花岗岩"氦源岩"可形成较好的高含氦天然气藏成藏组合;前震旦系沉积岩的分布主要受早期裂谷控制,在裂谷内部充填厚层的沉积岩地层。结合地震资料预测了威远—资阳地区沉积岩和花岗岩的分布,结论认为在资阳地区对震旦系—前震旦系进行高含氦天然气藏的勘探是可行的。     

水平井多级压裂管柱力学、数学模型的建立与应用

水平井多级体积压裂技术是近几年国内外为有效开发页岩气藏和低渗透油气藏而发展起来的一项新技术,但随之出现了压裂管柱力学环境更加复杂的新问题。针对该复杂的力学、数学问题,根据水平井多段压裂工艺管柱受力特点,建立了悬挂封隔器以下,多封隔器坐封、开启压差滑套和开启投球滑套3种工况的力学模型,并根据各工况的受力特征,建立了这3种工况管柱力学计算的数学模型。根据弹性力学理论中厚壁筒的Lame公式和Von Mises应力计算公式,推导出了管柱受内压力、外挤力和轴向应力共同作用下油管柱安全性评价的等效应力计算数学模型,建立了多级压裂管柱力学强度安全评价的数学模型;根据已建立的水平井多封隔器管柱力学计算的数学模型,开发了水平井多级压裂管柱力学安全评价的实用软件。该研究成果已经在新疆塔里木盆地塔河油田某气井得到了应用和验证,取得了很好的效果,为水平井多级压裂管柱安全工作参数的优化设计和安全性评价提供了理论依据和简便可靠的技术手段。     

山前地区深井超深井套管防磨与减磨技术研究

针对山前地区深井超深井钻井过程中套管磨损严重的问题,在分析套管磨损机理的基础上,开展了山前地区套管防磨与减磨技术研究,基于技术研究成果及应用实践,得到如下结论:1应用Power V等垂直钻井系统控制井眼轨迹,特别是上部井段的狗腿度和井斜,可明显减小侧向力和磨损量,缩短套管磨损时间;2应综合考虑套管磨损率、磨损系数以及钻杆耐磨带本身的磨损量,优选出效果最优的耐磨带;在狗腿度严重的位置,可考虑采用一定数量的橡胶钻杆卡箍来减轻对套管的磨损;3山前地区钻井液采用CX-300减磨剂能够显著降低磨损速率,减轻套管磨损程度,但在不同钻井液体系使用之前应进行优化分析以确定最佳使用量;4在迪那204井使用高密度钻井液体系,全部采用优选的高密度重晶石粉代替铁矿粉作为加重剂,整个钻进过程中未出现钻具及套管磨损,迪那204井易损件消耗量仅为邻井迪那203井的左右,防磨减磨效果非常显著。     

Biodiesel Projects Helpful to Ease Energy Shortage

Nearly 7,000 hectares of biodiesel forest will take shape in the northern province of Hebei in 2008, part of a national campaign to fuel the fast growing economy in a green way. In no more than five years, the Pistacia chinensis Bunge, whose seeds have an oil content of up to 40 percent, will yield five tons of fruit and contribute about two tons of high-quality biological diesel oil, according to the provincial forestry administration.     

State Energy Base Proposed in Inner Mongolia

Experts recently suggested China set up a state energy base in lnner Mongolia Autonomous Region to ease its energy thirst. The survey was co-conducted by senior researchers from the National Development and Reform Commission, Development Research Center of the State Council, Chinese Academy of Sciences and the Ministry of Finance. To plan and establish strategic energy bases at state level is in line with the principle of ＂giving priority to energy saving and diversifying energy consumption with the utility of coal at the core.＂     

烷烃在ZSM-5分子筛上吸附扩散的气相色谱研究

利用气相色谱法测定了不同色谱柱温度和不同载气流速下,C1~12烷烃在ZSM-5分子筛上的保留时间,并利用相关公式对测试结果进行了线性回归分析,测得了吸附热力学参数和扩散系数;考察了色谱柱温度、烷烃碳链长度和载气流速对烷烃在ZSM-5分子筛上吸附扩散的影响。实验结果表明,回归分析的线性相关性良好,色谱柱温度越高,孔道对吸附质的吸附能力越弱;在不同载气流速下,轴向扩散系数不同;随烷烃碳链长度的增加,吸附焓变呈先增大后减小的趋势,轴向扩散系数呈线性增长;C1~12烷烃在ZSM-5分子筛上的吸附焓变在-1.264~-42.975 k J/mol之间;当载气流速为2.654~4.246 cm/s时,C1~4烷烃的轴向扩散系数在0.328 8~0.551 7 cm2/s之间;当载气流速为5.308~13.270 cm/s时,C1~4烷烃的轴向扩散系数在0.430 2~1.456 4 cm2/s之间。