1、非常规油气勘探开发新领域与新技术,张遂安 教授/主任中国石油大学（北京）煤层气研究中心,13901129720 ,汇报提纲,1、石油安全与非常规油气2、油砂资源及其开发技术3、油页岩资源及其开发技术4、页岩气资源及其开发技术5、煤层气资源及其开发技术,如果你控制了石油，你就控制了所有国家；如果你控制了粮食，你就控制了所有的人；如果你控制了货币，你就控制了整个世界。 美国前国务卿 亨利基辛格,石油安全与非常规油气,油气短缺带来的挑战（制约经济发展）,随着经济增长引致的能源消费的进一步加剧, 世界现有常规能源储量正在日益枯竭, 能源消费造成的环境压力进一步凸显。,石油安全与非常规油气,国外找油买油
2、(多多益善),国内勘探开发（保障供给）,保证油气供给实现持续发展,提高油气效率（全民动员）,发展替代能源（加大投入）,多找油气,少用油气,为实现能源与经济的协调以及能源与环境的和谐, 众多国家都把发展新能源作为本国的能源发展战略措施, 并从政治、经济、法律等多方面加以积极促进, 但在新能源的具体界定上, 各国的规定存在一定的差异性。,石油安全与非常规油气,能源结构变革发展趋势,过去的一个世纪, 世界能源消费以薪柴为主转向以煤炭(固体燃料)为主，继而进入到以石油(液体燃料)为主的时代。本世纪前半叶, 天然气将在世界能源消费中占重要地位, 故有专家称能源消费将进入以天然气(气体燃料)为主的时代。,
3、石油安全与非常规油气,能源结构变革发展趋势,石油安全与非常规油气,非常规油气资源的分类,油气资源,常规油气资源,非常规油气资源,石油、天然气,稠油油砂油页岩煤层气页岩气致密砂岩气天然气水合物,石油安全与非常规油气,非常规油气开发面临的挑战,一是，非常规油气资源勘探程度较低，勘探开发的风险较大（资源）二是，非常规油气资源勘探开发关键技术不成熟，亟需攻关（技术）三是，非常规油气资源勘探开发投入较大、企业经济效益差（经济）四是，非常规油气资源勘探开发竞争激烈，需要快速决策机制（市场）,石油安全与非常规油气,油砂，是一种含有沥青或焦油的砂或砂岩，属于非常规石油资源，又称沥青砂或焦油砂。油砂的沥青含量一
4、般在 3 20之间。富矿沥青含量可达10%以上，贫矿仅3% 5%。,油砂资源特点,油砂资源及其开发技术,新一轮全国油气资源评价全国油砂资源总量 58.7亿吨,油砂资源及其开发技术,中国油砂资源状况,油砂资源及其开发技术,中国油砂资源状况,油砂资源及其开发技术,油砂开发技术,油砂资源及其开发技术,油砂开发技术,油砂资源及其开发技术,油砂开发技术,蒸汽辅助重力泄油（SAGD）,蒸汽吞吐,油砂资源及其开发技术,油砂开发技术,油砂资源及其开发技术,油页岩是一种富含有机质的页岩，又称油母页岩，或腐泥煤。有机质主要为腐泥质、腐殖质或二者混合。油页岩可在隔绝空气条件下加热分解，所含油母质分解成页岩油及半焦和
5、干馏气。页岩油类似于原油，可作为燃料油，也可进一步加工制成汽油、柴油和下游石化产品。油页岩还可以直接作为锅炉燃料、燃烧发电。,油页岩资源特点,油页岩资源及其开发技术,从1838 年法国油页岩工业开始至今，油页岩的开发与利用已有近200年历史。油页岩的开发与利用，伴随着世界大战和能源危机以及石油工业的兴起，曾几度兴衰。,油页岩资源及其开发技术,新一轮全国油气资源评价全国油页岩矿总量 7199亿吨，页岩油资源总量 476亿吨,油页岩资源及其开发技术,新一轮全国油气资源评价全国油页岩矿总量 7199亿吨，页岩油资源总量 476亿吨,油页岩资源及其开发技术,油页岩资源及其开发技术,油页岩开发技术,油页
6、岩资源及其开发技术,油页岩开发技术,壳牌公司地下转化工艺( ICP) 流程,油页岩资源及其开发技术,几种典型的油页岩干馏制油技术,油页岩气体热载体法干馏制油技术 Pet rosix 技术：是巴西国家石油公司开发的直立圆筒形炉油页岩干馏技术 Kiviter 技术：是爱沙泥亚开发的直立圆筒型气燃式炉 联合油SGR干馏技术：是在联合油公司B型炉(Uniona“B”) 基础上发展起来的 Joseco 干馏工艺：是由日本油页岩工程公司(1981 年由38 家公司联合成立) 开发的页岩干馏新工艺 抚顺炉技术：是1925 年在抚顺先后进行10 t/ d 和40 t/ d 干馏试验形成的上段为干馏、下段为气化
7、的内热式干馏炉（抚顺炉）油页岩固体热载体法干馏制油技术 Galoter 技术：是爱沙泥亚开发的油页岩干馏技术,使用转筒式干馏炉,油收率为铝甑收率的75%85%。 Tosco 技术：是美国Tosco 公司开发的油页岩干馏技术 L R 技术：是德国的Lurgi 和Ruhrgas 两公司联合开发的一种有多种用途的固体热载体法工艺 A TP 技术：由加拿大人William Taciuk 发明(Alberta - Taciuk Processor)DG技术：大连理工大学从1981 年开始进行油页岩和煤固体热载体干馏新技术(统一简称为大工新法干馏技术,DG Process),油页岩资源及其开发技术,常规砂
8、岩气,Core picture,致密砂岩气,页岩气,煤层气,ConventionalSands,TightSands,Shale,Coal-bedMethane,非常规天然气资源,非常规天然气,页岩气资源及其开发技术,页岩本身既是烃源岩又是储层，页岩气主要以吸附态和游离态气的形式存在于页岩之中。在有机质或矿物颗粒表面以吸附态赋存，在天然裂隙及大孔隙中以游离态赋存。由于页岩比较致密，因此，通常具有商业开发价值的页岩气藏大多天然裂缝较发育、储层厚度较大、压力高。页岩气藏一般不以常规的圈闭形式富集成藏。,页岩气的资源特点,全球页岩气资源状况,全球页岩气资源量达456.241012m3，主要分布在北美
9、、中亚、中国、拉美、中东、北非和前苏联。美国的页岩气资源量达(14.2-19.8)1012m3（Brown，2006)，目前已对密西根、印第安纳等多个盆地进行商业性开采，页岩气产量已超过200108m3，占全美天然气产量的 3%。美国页岩气勘探开发的重点地区是Appalachian、Michigan、Illinois、San Juan、Fort Worth 等盆地。,页岩气资源及其开发技术,中国页岩气资源状况,中国页岩气资源丰富，达1001012m3（Rogner,1997)。四川、吐哈等盆地页岩十分发育，并且具有页岩气成藏的基本条件，勘探潜力巨大。,页岩气资源及其开发技术,测井与取心等页岩气
10、储层评价技术定向射孔技术压裂增产技术（包括重复压裂技术）水平井开采技术（包括水平井压裂）,页岩气勘探开发技术,页岩气资源及其开发技术,煤层气是赋存于煤层及其围岩中的与煤炭共伴生的非常规天然气资源，其主要气体组分为甲烷(CH4)，是地史时期煤中有机质的热演化生烃产物。,煤层气的资源特点,煤层-生气层-储集层-产层 从时空配置关系，可以说有煤炭资源分布的地方就有煤层气资源分布，只是富集程度不同而已。,主要富集因素是：生、储、保，圈、运作用较弱。, 原生生物气； 热成因气； 次生生物气。,煤层气的成因,煤层气的资源特点,（1）赋存状态：煤层气以吸附态赋存于煤基质微孔内表面（2）储层模型：双重孔隙/双
11、重渗透率模型（3）产出机理：甲烷分子解吸为游离态，经煤基质扩散和割理渗流到达井筒而被产出（4）开采理论：排水降压采气,煤层气的经典理论,煤层气的资源特点,煤层气资源属性之辩,煤层气的资源特点,独立矿种派：煤层气 是赋存于煤层及其围岩中的与煤炭共伴生的非常规天然气资源。煤炭工业派：煤炭工业界根据煤层气的成因和赋存层位，将煤层气定义为煤炭的共伴生资源，通常称之为煤矿瓦斯（Gassy）。油气工业派：由于其独特的赋存状态（以吸附态为主）、非常规储层（典型的自生自储、多重孔渗的有机储层）和 特有的产出机理(排水降压采气)，石油天然气工业界称为非常规天然气（Unconventionality Natura
12、l Gas）。,据投资目的、煤层气开发条件、技术特点和产品质量，煤层气开发模式分三大类。,煤层气资源的开发模式,煤层气的资源特点,从产业层面看，煤层气产业包括上游、中游、下游三个领域。,上游,中游,下游,煤层气产业的基本构架,煤层气的资源特点,实践表明，中国有相当一批井是由于五个方面的误导所致： 来自长官意志和“实践理论”的误导 来自煤矿瓦斯地质理论的误导 来自常规油气勘探理论的误导 来自美国煤层气勘探理论的误导 来自工程质量低下的误导,中国煤层气勘探出现的理论误导与技术失误,中国煤层气资源开发历程与现状,中国煤层气勘探理论与实践,“动中找静、静中找动”理论,“向斜盆地翘起端找气” 理论,“热
13、事件高变质带” 理论,“低应力区” 理论,“有效规避构造煤”理论,中国煤层气资源开发历程与现状,以华北为中心以沁水盆地和河东煤田为重点以沁水盆地两端为突破口,中国煤层气资源开发历程与现状,（1）既要坚持科学态度，积极采用新工艺、新技术、新设备和新材料，又要制定合理、简单可靠的技术工艺流程，减少投资，降低成本，同时便于生产管理，正确处理技术先进与经济合理的关系。（2）充分考虑环境保护、能源节约，以获得更好的社会效益、环境效益、节能效益和经济效益。,钻井工程施工设计 设计原则,煤层气井钻井工艺技术,直井井身结构设计原则：第一，应满足钻井、完井和生产的需要以及获取参数的需要；第二，应充分考虑到出现漏
14、、涌、塌、卡等复杂情况的处理作业需要（一般应留有余地）；第三，能保障钻井工程安全、优质、快速、低成本施工。,井身结构,煤层气井钻井工艺技术,推荐井身结构,井身结构,煤层气井钻井工艺技术,煤层气钻井采用的钻井液应满足下列要求： 1）钻井液与煤储层要有良好的配伍性 2）应尽可能地降低固相含量：煤系地层-小于6 %；煤层段-密度1.03g/cm3以下。 3）应尽量降低失水量：在9ml以下。 4）酸碱值要适当：一般pH值应控制在88.5之间。 5）抑制水化、膨胀 6）降低钻井液密度，实行平衡或近平衡钻井 7）适当的切力和动塑比，有利于携带悬浮钻屑，有效清洗井眼，降低煤储层伤害。,循环介质,煤层气井钻井
15、工艺技术,煤层气钻井循环介质优选原则： （1）取心、裸眼测试的参数井、试验井及生产井，选用清水、无粘土钻井液或优质钻井液； （2）生产井（包括直井和定向井），选用优质钻井液、无粘土钻井液、清水和气体（空气、氮气、充气）循环介质及泡沫循环介质。根据增产措施和煤储层特点，亦可采用暂堵型优质粘土钻井液。,循环介质,煤层气井钻井工艺技术,非煤系地层每24m捞取1包煤系地层每12m 1包目的层段（煤层）每0.5m 1包。,岩屑录井是在钻进中捞取循环介质携带的岩屑、煤屑，进行分层鉴定、描述，达到录井目的的一种方法。,1）岩屑录井,3）钻井循环介质录井,2）钻时录井,地质录井,煤层气井钻井工艺技术,钻时录井
16、间距要求：非煤系地层每1m2m记录1个点；煤系地层0.5m1m记录1个点；目的层井段0.1m记录1个点。以便于判断煤层埋深、厚度和确定夹矸位置。,煤层气井钻井工艺技术,地质录井,1）岩屑录井,3）钻井循环介质录井,2）钻时录井,准确记录测点井深的钻井循环介质性能资料，如钻井循环介质的类型、密度、粘度、失水量、泥饼、切力、pH值、含砂量、氯离子含量等。,煤层气井钻井工艺技术,地质录井,1）岩屑录井,3）钻井循环介质录井,2）钻时录井,裸眼井： 标准测井：用以划分地层、判别岩性 综合测井：用以岩性分析、划分煤层及夹矸、划分和判断含水层和含气层套管井： 固井质量检查测井：用以检查固井质量情况,地球物
17、理测井,煤层气井钻井工艺技术,双侧向 （DLL） 单位：.m 自然电位（SP） 单位：mv 自然伽马（GR） 单位：API 双井径（CAL） 单位：cm,双测向 （DLL） 单位：.m 微球形聚焦（MSFL） 单位：.m 自然伽马（GR） 单位：API 自然电位 （SP） 单位：mv 双井径（CAL1、CAL2） 单位：cm 补偿密度（DEN） 单位：g/cm3 补偿中子（CNL） 单位：PU 补偿声波（AC） 单位：s/m 井温（TEMP）（连续曲线） 单位：,声幅自然伽马套管接箍测井声波变密度,试井的目的是通过合理的技术手段，正确获取储层参数，如渗透率、储层压力等，为油气开发和产能评价提供
18、科学依据。,钻井工程 试井,煤层气井钻井工艺技术,煤层气井钻井工艺技术,优良：所有单项质量均达到优良。合格：所有单项质量均达到合格以上。基本合格：所有单项质量均达到基本合格以上，井身质量、固井质量必须达到合格。不合格：所有单项质量有一项达不到基本合格。,全井钻井工程质量验收评级标准,全井钻井工程质量验收评级过程中，采用井身质量、固井质量等两项关键指标实行一票否决制。,煤层气井钻井工艺技术,多分支水平井（Multi-Lateral Well）是20世纪90年代中后期在常规水平井和分支井的基础上发展起来的新技术。美国的CDX公司率先为美国钢铁公司在西弗吉尼亚州的煤层气开发项目施工了近60口羽状水平
19、井，取得了成效。,煤层气井钻井工艺技术,在中国，继 2004年奥瑞安能源国际有限公司设计并组织施工的第一口煤层气多分支水平井（DNP02井）的成功之后，多分支水平井倍受关注。20052007年，中石油、亚美大陆、中联煤分别在宁武、端氏、大宁、樊庄等地施工10余口多分支水平井。今年中石油华北油田分公司与奥瑞安签订了一个45口多分支水平井的合同，预示着中石油的煤层气多分支水平井进入大规模应用阶段。,煤层气井钻井工艺技术,1、裸眼扩径2、洞穴完井3、水力压裂,煤层气井增产技术,煤层气井增产措施,裸眼扩径,（特高渗）,美国粉河盆地,煤层气井增产技术,煤层气井增产措施,煤层气井增产技术洞穴完井技术,煤层
20、气井增产措施,煤层气井增产技术洞穴完井技术,煤层气井增产措施,煤层气井增产技术洞穴完井技术,煤层气井增产措施,压裂液配方,活 性 水: 清水2.0%氯化钾0.2%表面活性剂少量杀菌剂 线 性 胶: 清水2.0%氯化钾0.2%表面活性剂0.4%稠化剂+0.01%氢氧化钠过硫酸铵+0.1%低温活化剂交联冻胶: 清水2.0%氯化钾0.2%表面活性剂0.4%稠化剂+0.01%氢氧化钠过硫酸铵0.1%低温活化剂+硼砂,煤层气井增产措施,射孔： 102枪102弹、90螺旋布孔、射孔密度为16孔/m,支撑剂类型： 石英砂（兰州石英砂或承德石英砂均可）粒径： 20/40目中砂 +16/20目粗砂（尾追）,压裂
21、技术方案,煤层气井增产措施,加砂规模： 不低于610m3/m煤 加砂强度（平均体积比）： 活性水压裂 砂比15%； 胶液压裂 砂比 25%。,压裂施工排量活性水：6.5 7.5 m3/min； 胶 液：4.5 5.5 m3/min。,压裂技术方案,煤层气井增产措施,考虑压后井口反排可能产生煤粉对支撑裂缝的充填。该工程要求不得采用裂缝闭合技术，压后井口压力没有扩散到零之前，不能开井反吐和实探井筒砂面。井网所有井安装完抽排设备后统一进行抽排。,压后管理,煤层气井增产措施,诊断与监测内容：, 判断裂缝类型（水平裂缝、垂直裂缝、T形裂缝） 判断裂缝的几何形态 判断裂缝延展方位、长度和高度 判断支撑裂缝
22、导流能力 判断压裂增产效果,煤层气储层水力压裂 压裂效果诊断,煤层气井增产措施,压裂裂缝监测,裂缝高度,裂缝方位裂缝长度,示踪剂法,井温测井,破裂微震监测,大功率充电电位法,诊断与监测方法：,煤层气储层水力压裂 压裂效果诊断,煤层气井增产措施,排采设备及其组合,煤层气井的排采设备选择是保障煤层气井长期、稳定和连续排采的前提条件。首先排采设备必须性能可靠，持久耐用，节能低耗，易于维修保养。其次，要有从低排量到高排量较大范围内的排液能力与控制排液能力，还要有较强的和较灵敏的井口及产气系统的压力控制能力。,技术要求：,排采设备及其组合,点火装置,排采设备及其组合,排采工作制度,煤层气井排采工作制度是
23、指为适应煤层气井储层地质特征和满足生产需要时的产量和压力应遵循的关系。排采工作制度主要分以下几种：,排采工作制度与排采控制 1） 定压排采 2） 定产排采,确保煤层气生产井能够稳定、持续、高产,1） 气、水产量 产液参数：动液面、CL、PH值、含砂、产水量； 产气参数：套压、油咀、气温、气压、产气量。 2）抽排工作制度 泵深； 泵径； 冲程； 冲次； 泵效； 示功图资料等。,排采资料的录取,中国煤层气产业的发展趋势,产业规模发展趋势：全国煤层气开发利用 “十一五”规划,规划产业目标:2010年，全国煤层气(煤矿瓦斯)产量达100亿立方米，其中: 地面抽采煤层气50亿立方米，利用率100%； 井
24、下抽采瓦斯50亿立方米，利用率60%以上。新增煤层气探明地质储量3000亿立方米逐步建立煤层气和煤矿瓦斯开发利用产业体系。,鄂尔多斯东缘煤层气基地,沁水盆地煤层气基地,中国煤层气产业的发展趋势,产业规模发展趋势：全国煤层气开发利用 “十一五”规划,中国煤层气产业的发展趋势,产业结构发展趋势：,随着我国煤层气产业的逐步形成、中联煤层气公司的解体以及煤层气开发理念的变革，后“中联时代” 的煤层气产业结构将发生重大变化，甚至会重新洗牌，主要表现如下：,未来会出现大批企业选择逐步走向多方联合方式，规避政策、矿权等问题带来的风险将会有更多的大型煤炭企业在加大煤矿井下抽采力度的同时，逐步加盟煤层气地面开发
25、，以获得多重效益以中国石油为代表的大石油公司将会加大煤层气勘探开发投资力度，期盼气价上涨带来的京剧效益国外公司重新洗牌，大石油公司将逐步进入中国的煤层气市场逐步会形成一批专业化技术服务公司和“作业公司”,统筹规划，煤、气共采先采气，后采煤，协调发展井下抽采与地面开发并举，分区实施。,从产业层面，采煤采气一体化的内涵应体现以下几方面：,中国煤层气产业的发展趋势, 采煤采气一体化模式,产业结构发展趋势：,煤炭开采,煤层气地面抽采,煤层气井下抽采,以中国石油为代表的油公司模式,中国煤层气产业的发展趋势,产业结构发展趋势：,以中石油为代表的国内大石油公司和以Shell公司为代表的国外大石油公司,管理优
26、势技术优势资金优势,产品分成模式：“对外合作”,中国煤层气产业的发展趋势,产业结构发展趋势：,阜新模式：签订煤矿瓦斯综合治理协议,中国煤层气产业的发展趋势,产业结构发展趋势：,钻井效率高施工成本低煤层伤害小有利于防斜,车载顶驱空气钻机：T685,开发技术发展趋势： 煤层气井空气/雾化钻井技术,中国煤层气开发技术发展趋势,多分支水平井的增产机理 a. 增大解吸波及面积 b. 沟通更多割理和裂隙 c. 降低区域内流体的流动阻力,中国煤层气开发技术发展趋势,开发技术发展趋势： 多分支水平井开发技术,开发技术发展趋势： 煤层气井压裂技术发展趋势,中国煤层气开发技术发展趋势,a. 活性水压裂技术b. 胶液压裂技术（线性胶和冻胶）c. 泡沫压裂技术（氮气和二氧化碳）d. 清洁压裂液技术e. 连续油管压裂技术,改进,配套,研发,研发,张遂安 教授/主任中国石油大学(北京)煤层气研究中心,敬请领导批评指正！,
