中国石化深层、常压页岩气勘探开发进展与展望

近十几年以来,随着页岩气勘探开发理论技术水平的提高,我国实现了南方上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组海相页岩气商业化开发,并向深层、复杂构造区和新层系拓展。为进一步推动页岩气高效勘探开发,系统梳理了中国石化页岩气勘探开发新进展,并对国内页岩气发展趋势进行分析。研究结果表明：①高质量建成涪陵页岩气国家级示范区,创新形成了海相页岩气立体开发关键技术体系;②实现南川东胜、白马区块常压页岩气规模效益开发,构建了背斜型、单斜型、反向逆断层遮挡型、残留向斜型四种页岩气聚散模式,形成精细分区,差异化开发新模式,初步建成常压页岩气开发低成本技术体系;③初步落实川东南盆缘深层万亿方规模阵地,创新形成海相深层页岩气“超压富气”模式,初步形成4 000~4 500 m深层页岩气压裂技术体系;④相继在元坝、普光侏罗系,红星、普光二叠系、井研—犍为寒武系取得重大突破;⑤未来实现页岩气大突破和大发展离不开勘探开发理论技术的创新攻关,必须坚持勘探开发一体化、地质工程一体化、技术经济一体化,需要充分认识深层、常压、新层系页岩气地质特征的复杂性,还需要政策扶持等。     

川南威荣气田深层页岩气工程技术进展

川南威荣气田是国内首个深层页岩气田,具有“一深、一薄、四高”的特点,钻完井、压裂及排采系列工程技术面临钻井周期长、改造体积小、复杂程度低、井筒流动规律复杂等挑战。针对复杂的地质挑战,不断深化地质认识,深度融合气藏地质与工程技术,围绕降本增效,以突破深层页岩气效益关为目标,持续攻关钻采工程工艺。历经三轮探索优化,钻井技术强化提高机械钻速,减少井下复杂情况风险,缩短钻井周期;压裂工艺优化裂缝配置提升复杂裂缝广度,转换思路大排量扩缝高携砂一体化实现了缝控体积的增加和支撑;排采工艺基于气液两相流研究识别井筒流态,形成全生命周期排采工艺决策方法。最终形成了以“精细轨迹控制优快钻井”、“裂缝均衡扩展强支撑压裂”、“全周期有效排采”为核心的工程技术序列,持续推进效益开发进程。所提出的深层页岩气开发工程技术在威荣气田累计新建产能25亿方,为国内外深层页岩气工程技术发展积累了宝贵经验,也为下一步超深层页岩气开发提供了探索方向。     

美国页岩气勘探开发关键技术

近10年来,随着新技术的推广应用,美国页岩气产量迅速增长,目前已经占到天然气总产量的13%～15%。总结了美国页岩气开发取得如此大的成就的原因,介绍了以下几项关键技术:前期的页岩气藏分析、地层评价、岩石机械特性地质力学分析、中期的钻井技术、完井技术以及后期的压裂增产技术,其中压裂技术方面又分别介绍了清水压裂技术、重复压裂技术、水平井分段压裂技术以及同步压裂技术。美国页岩气勘探开发的这些关键技术将对国内页岩气的开发有一定的借鉴意义。     

地球物理勘探技术在页岩气开发中的应用

页岩气工业化生产成为我国一项战略工程,能够有效弥补我国石油天然气资源的相对不足的短板,在一定程度上补充资源供给,对于我国能源结构的改善也有重要的意义。     

世界页岩气勘探开发现状

非常规油气包括页岩气、煤层气、致密砂岩气、水溶性天然气、天然气水合物、稠油、油砂及油页岩等。而致密砂岩气、页岩气等非常规气藏储量巨大,分布广泛,发展前景广阔,已经成为现今世界各国勘探开发的重点。我国的非常规油气资源勘探尚处于起步阶段,但由于国家的高度重视,在国内已掀起了页岩气勘探开发的热潮,本文将介绍世界页岩气的勘探开发现状。     

四川盆地外围常压页岩气勘探开发进展与攻关方向

首先简要介绍了美国常压页岩气的基本地质情况和生产特征,以及造成页岩气常压或低压的原因,再以四川盆地外围武隆、彭水、道真等残留向斜上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气藏的勘探开发为例,通过对比,指出美国常压、低压页岩气藏与四川盆地外围常压页岩气的最大差别有3点：一是美国页岩气藏的厚层富有机质页岩连续分布面积大;二是绝大多数有机质热演化程度不高、吸附气含量高,多采用直井生产;三是页岩沉积后期经历的构造运动期次少、强度低。采用超轻支撑剂的氮气泡沫水平井压裂在美国Big Sandy地区Ohio低压页岩气开发中取得了成功。通过对3个残留向斜勘探开发进展的分析,提出改造期次、强度、埋深、分布面积等是盆外残留向斜保存条件差异的主要因素,也是导致地层压力系数和产量差异的主要原因;基于此,提出了下步盆地外围常压页岩气勘探开发与技术攻关建议。     

渝东南南川地区东胜构造带常压页岩气勘探开发实践

渝东南南川地区东胜构造带位于四川盆地东南缘的盆缘过渡带,经历多期构造改造,具有构造复杂、保存条件复杂、地应力场复杂的典型地质特征,导致常压页岩气单井产量差异较大。为提高东胜复杂构造带常压页岩气单井产量、实现效益开发,通过开展地震资料目标处理、构造特征分析、成藏富集规律研究及生产动态分析等,以及加强基础研究和勘探开发实践,明确了东胜复杂构造带实现常压页岩气效益开发的四项关键技术对策：①提高浅层速度模型精度,提升构造解释准确度;②优化井网部署,提高井控储量;③地质工程一体化,钻定导协同导向提高甜点钻遇率;④建立分区差异化压裂方案,提高裂缝复杂度。东胜常压页岩气效益开发关键技术对策为复杂构造带常压页岩气的效益开发提供了技术支撑,同时也可为盆缘其他类似地区的勘探开发提供借鉴。     

国内外页岩气勘探开发技术研究现状及进展

页岩气是二十一世纪潜力巨大的非常规天然气资源,可以作为常规能源的重要补充,能够有效地缓解世界能源压力。页岩气开采对于中国来讲既是机遇又是挑战。页岩气存储于泥页岩中,具有自生、自储、自保的特性,且每个页岩气藏都其自身勘探开发的特性。国外页岩气开发正处于发展阶段,先后经历了直井、单支水平井、多分支水平井、丛式井、PAD水平井钻井的发展历程,水平井及欠平衡钻井技术的应用加速了页岩气的开发进程,页岩气固井主要采用泡沫水泥固井技术,完井方式以套管固井后射孔完井为主。在增产方面,采用了大型水力压裂技术,包括清水压裂、直井压裂、水平井分段压裂、重复压裂和同步压裂等,并对裂缝进行实时监测以提高采收率。     

深层页岩气开发工程技术分析

页岩气作为一种非常重要的能源,对于我国社会经济的快速发展具有十分重要的现实意义.随着开采深度的逐渐增加,其开发难度也越来越大,这就对深层页岩气的顺利开发利用造成了不小的阻碍.本文针对深层页岩气埋藏深、地应力大以及塑性强等特点,对钻完井工具、仪器以及压裂流体材料等进行了一定的论述,在此基础上,进一步论述了深层页岩气开发工...     

深层常压页岩气工程技术新进展与发展建议

与中浅层页岩气勘探开发相比,深层页岩气埋藏深、构造复杂、压力体系多变,钻井提速难;储层可压性差、体积改造难。如何提高钻完井效率、降低钻完井成本,是实现深层页岩气经济效益开发最大的挑战。为明确当前深层常压页岩气钻完井技术水平和存在的问题,总结分析国内外深层页岩气钻完井工程新进展,指出了当前存在的问题并提出了发展建议。在四川盆地威荣、永川等区块已经实现了深层常压页岩气的经济效益开发,基本形成了以低成本高性能油基钻井液、强化钻井参数、配套大扭矩螺杆和个性化钻头、长水平井精准导向和高效控制、钻井实时监测与智能优化为核心的深层页岩气长水平井高效钻井技术体系,水平段最长长度达4 386 m,最长一趟钻进尺达4 225 m。但与北美地区先进钻井指标相比,国产螺杆寿命、旋转导向工具稳定性和可靠性、超级一趟钻技术与比率、近钻头推靠工具还存在一定差距,需进一步加大核心配套工具和技术研发,进一步提高深层页岩气井的钻井效率。北美地区受经济开发效益限制而较少开发4 200 m以深的深层页岩气,国内已经突破了4 700 m深层页岩气体积压裂技术,形成了以压裂工艺、分段工具、主体材料和监测技术为核心的独立自主的4 700 m以浅深层页岩气压裂技术体系。但在复杂构造区深层和超深层页岩储层中形成复杂裂缝网难度大,还需进一步完善裂缝扩展机理研究,研发降阻性能更好的压裂液体系和175 MPa压裂装备,以尽快突破4 700~6 000 m埋深页岩气井高效压裂瓶颈。     

美国页岩气勘探开发最新进展

页岩气储层的基质渗透率非常低,并且存在次生矿物填充的簇状“天然”裂缝。页岩气藏储量包括基质吸附的天然气量和裂缝、孔隙中储存的自由气量。美国的页岩气作为一个全球规模的能源安全源和长期供气源,其水平井钻井技术和低黏度水力压裂技术开启了原来被认为是没有商业价值的页岩气这个巨大的储备资源宝库。为此,从ALL咨询公司整理的报告以及SPE网站公布的论文入手,对比并评估了煤层气、常规天然气和页岩气储层的关键参数,阐述了美国页岩气的最新勘探开发状况,对主要页岩气藏的重要参数进行了归纳分析,重点对推动页岩气开发的水平井钻井技术和水力压裂技术进行了剖析,以期达到对我国的页岩气勘探开发提供借鉴的目的。     

彭水地区常压页岩气勘探开发示范工程建设实践

中国南方常压页岩气资源潜力大,发展前景广阔。中国石化华东油气分公司依托国家科技重大专项,从川东南彭水地区常压页岩气地质特点出发,坚持问题导向和目标导向,围绕增产和降本两大主线,整合优势资源,构建“产学研用”联合攻关项目组,协同创新基础理论研究,攻克关键核心技术;从技术、一体化运行、油公司运营模式等多个维度,探索建立常压页岩气绿色高效勘探开发模式;构建以“五位一体、三不四有、两轮驱动”为核心的“业财融合”组织管理体系,保障示范工程建设依法合规、高效运行。5年来,彭水示范工程创建了常压页岩气“三因素控藏”地质理论,形成了低密度三维地震勘探、优快钻井、复杂缝网压裂等关键技术系列,实现常压页岩气商业开发突破和效益建产,发现国内首个大型常压页岩气田,探明地质储量近2000×108m3,已建产能21×108m3/a,累计生产页岩气超36×108m3,研究成果在同类地区得到推广应用,示范引领作用显著。     

川南地区深层页岩气富集特征、勘探开发进展及展望

深层页岩气是中国未来天然气产业发展的重要领域,目前已初步实现了工业化开发,成功获得一批高产井,落实了第二个万亿方储量、百亿方产量上产区,实现了深层页岩气富集规律与勘探开发技术创新突破,推动中国页岩气规模有效上产。美国4大深层页岩气区块已实现工业化开采,深层页岩气产量不断攀升,2021年产量达3 132×10⁸ m³,占美国天然气总产量的41%。系统总结提出了川南海相深层页岩气6大富集特征：(1)强还原环境的深水陆棚沉积,有利于有机质富集和保存;(2)优质储层厚度稳定,大面积连续分布;(3)断裂封闭性较好,普遍超高压;(4)有机孔和裂缝发育,储层物性较好;(5)深层页岩含气性好,页岩气资源落实度高;(6)深层页岩游离气比例高,单井初期产量高。结合中国深层页岩气富集特征及勘探开发进展,指出实现深层页岩气效益开发面临的3项挑战和对应攻关方向。展望提出四川盆地海相深层页岩气可探明页岩气地质储量(3～5)×10¹² m³,具备上产(300～500)×10⁸ m³的开...     

川东南地区深层页岩气钻井关键技术

针对川东南地区页岩气储层埋藏深、岩石强度高、地质构造复杂及机械钻速低、钻井周期长的问题,通过对比分析国内外深层页岩气钻井技术,总结了川东南地区深层页岩气钻井面临的主要技术难点,结合中浅层页岩气钻井技术研究成果与应用情况,从井身结构优化、钻井提速技术、井眼轨迹控制、高密度油基钻井液和深层页岩气固井技术等方面入手,研究形成了适合于川东南深层页岩气的钻井关键技术,并在涪陵地区平桥和江东区块及丁山、威荣、永川等地区的深层页岩气井中进行了应用,取得了显著效果。其中,与应用钻井关键技术前相比,焦页74-2HF井的机械钻速提高了73.48%,钻井周期缩短了42.89%;焦页187-2HF井的机械钻速提高了37.26%,钻井周期缩短了25.79%。研究认为,川东南地区深层页岩气钻井关键技术,对该地区深层页岩气钻井技术方案设计和钻井提速提效具有较强的借鉴和指导作用。      

世界页岩气资源勘探开发现状与展望

当前国际能源供需矛盾突出,能源安全日益成为各国关注的焦点,页岩气资源勘探开发备受世界瞩目.页岩气主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中.是以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气聚集,页岩气储层孔隙度一般为4%～5%,渗透率小于1×10-3μm2,世界页岩气储量为456.24×1012m3,主要分布在北美、中亚、中国、拉美、中东、北非和前苏联.页岩气勘探方法有地质法、地球物理法、地球化学勘探法、钻井法,页岩气开发技术主要是水平井、压裂技术.世界页岩气勘探开发方兴未艾.     

页岩气勘探开发对地球物理技术的需求

近几年来,伴随着建设低碳经济的需要和对清洁能源需求的增长,页岩气产业发展迅速升温,特别是北美页岩气的发展已经改变了现今能源供应格局。我国页岩气资源潜力巨大,开发前景广阔,已经引起人们的高度重视。我国页岩气勘探开发仍处于起步阶段,特别是地球物理技术在页岩气勘探开发中究竟具有什么样的作用,还存在一些困惑。本文通过页岩气地球物理技术的需求分析和对未来发展的展望,明确指出地球物理技术作为页岩气储层评价和增产改造的关键技术,将在页岩气勘探开发中发挥重要的作用。     

川南深层页岩气旋转导向钻井技术瓶颈的突破

川南泸州区块龙马溪-五峰组页岩气储层埋深大、温度高、地层孔隙压力高、甜点地层高硅高钙,导致储层钻井效率低、周期长。自2019年至今,通过旋转导向配套工具的应用,满足了深层页岩气甜点靶体精确地质导向轨迹控制的工程技术要求,但较高的工具失效率(56.4%)与较长的钻井周期(平均111 d),成为制约深层页岩气高效开发的工程技术瓶颈。为提高钻井效率,优选了目前应用率高、钻井效果好的斯伦贝谢公司旋转导向工具开展深层页岩气学习曲线研究,为深层页岩气制订了提速提效技术方案。现场实施结果表明:提速提效技术方案的应用大幅提高了储层钻井效率,与标准页岩气旋转导向钻具组合应用阶段相比,调整完善阶段Ⅰ类储层钻遇率由90.4%提升至92.7%,铂金靶体钻遇率由58.8%提升至82.1%;四开平均机械钻速由5.58 m/h提升至6.17 m/h,钻井周期由54.89 d缩短至50.54 d。该技术方案对于加快川南深层高温高压页岩气勘探开发和产能建设具有重要意义,可以帮助作业者在深层页岩气储层钻井作业中提高钻井效率并缩短钻井周期。     

中国页岩气近期勘探开发进展

中国页岩气资源丰富,勘探开发前景广阔。通过采用资源类比法预测中国页岩气地质资源量达95.00×10~(12) m~3,技术可采资源量16.30×10~(12) m~3,经济可采资源量12.86×10~(12) m~3。页岩气作为中国国家政策鼓励开发的绿色独立矿种之一,备受社会广泛关注。在国家级页岩气示范区建设的基础上,逐步形成和发展了在页岩气综合地质评价、开发技术优化、水平井优质快速钻井、水平井体积压裂、水平井工厂化作业、高效清洁开采等页岩气勘探开发主体技术,现场应用成效显著。截至2016年底,涪陵页岩气田已生产页岩气50.37×108 m~3,长宁—威远页岩气田生产页岩气23.04×108 m~3,昭通页岩气田生产页岩气约2×108m~3。页岩气的勘探开发正改变中国能源结构,缓解国内天然气供需矛盾,促进中国绿色低碳经济发展。但目前中国页岩气勘探开发才刚刚起步,页岩气的规模效益开发仍面临一系列技术瓶颈需要攻克,针对深层页岩气在评层选区、钻完井工艺、体积压裂改造等勘探开发方面仍需开展技术攻关,从而进一步推动中国页岩气产业蓬勃发展。     

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.     

渝东南地区常压页岩气勘探开发进展及下步攻关方向

四川盆地及其周缘发育高压和常压2种页岩气藏类型。近年来,中国石化华东油气分公司立足于渝东南盆缘复杂构造区及盆外褶皱带开展常压页岩气技术攻关,经过十余年的探索攻关,常压页岩气勘探开发取得了重大进展,形成了相对完善的常压页岩气地质理论认识及工程工艺技术系列。与高压页岩气相比,常压页岩气具有构造复杂、保存条件差异大、地应力变化快等特点,为加快对该类页岩气的勘探开发,从地质特征、富集规律、勘探开发效果等方面,系统总结了渝东南地区常压页岩气勘探开发进展及认识：①深水陆棚相控制常压页岩气优质页岩展布,多期构造作用控制了构造样式、裂缝及地应力差异性分布,保存条件具有自东向西、由南往北逐渐变好的变化规律;②构建了4种常压页岩气聚散模式,有效指导了勘探部署,盆缘地区落实了平桥、东胜、阳春沟3个千亿立方米增储区带,发现了南川常压页岩气田,盆外地区明确了武隆、道真、老厂坪等一批有利目标;③制定了常压页岩气开发技术政策,明确产能主控因素,实现了效益开发。通过系统总结渝东南地区前期成果认识和勘探开发经验,分析面临的挑战,明确了下步攻关方向,可为中国南方同类地区常压页岩气效益开发提供借鉴。