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国内外页岩气技术装备发展现状-【zixun】

发布时间:2021-10-12 17:10:46 阅读: 来源:柱塞泵厂家

国内外页岩气技术装备发展现状

中国页岩气网讯:我国页岩气开发处于起步阶段,为推动其产业发展,本刊特从相关部门收集了国内外页岩气技术装备现状资料,供读者参考。

国内外页岩气技术装备发展现状

地质理论创新、勘探开发技术突破和装备发展,是实现页岩气大规模、低成本开发的根本保障。我国页岩气开发处于起步阶段,经验缺乏,核心技术尚未掌握,关键装备有待研制;我国页岩气藏的地质特征和地表环境也不同于美国,因此,要推动我国页岩气产业发展,必须依靠自主创新,以页岩气勘探开发核心技术突破为先导,形成适合我国地质条件的页岩气开发装备体系。

国外技术发展现状

页岩气开发历史可以追溯到近200年前,1821年,美国东部泥盆系页岩中钻成第一口页岩气井;1914年,密歇根盆地发现第一个页岩气田;1926年,阿帕拉契亚盆地成功实现了页岩气商业开发;到20世纪70年代中期,美国页岩气步入规模化发展阶段,20世纪70年代末页岩气年产量约19.6亿m3。20世纪80年代,沃斯堡盆地的巴尼特页岩开始采用大型水力压裂技术;1992年试钻了水平井,当时并不成功;1998年,清水压裂取代了凝胶压裂,完井技术取得突破;1999年,二次压裂增产技术获得成功应用;2002年后,水平井取得巨大成功并成为主流钻井方式。此后,水平井钻完井及压裂技术仍然不断进步并得到推广应用,使得美国页岩气开发成本在近15年间持续降低了85%,促进了产量的快速增长,1999年突破100亿m3,2006年突破300亿m3后更呈现出爆发式增长态势,2011年产量达到1700亿m3。除美国,加拿大是第二个实现页岩气规模化开发的国家。受北美成功开发页岩气的影响,页岩气成为全球能源热点,欧洲的德国、法国、波兰,拉美的阿根廷、墨西哥、巴西,亚太的澳大利亚、中国、印度、印尼等30多个国家纷纷积极开展页岩气技术研究和试验开发,在全球掀起了“页岩气革命”的浪潮。页岩气从资源发现到大规模开发的漫长历程表明,技术进步是推动页岩气成功开发的关键,水平井钻完井和水力压裂是页岩气开发的核心技术。

1.地质理论、资源评价及目标区优选技术

地质理论创新为页岩气资源评价、有利区优选、井位确定及开发方式选择等奠定了基础。长期以来,在常规油气勘探中,页岩一直被认为是源岩或盖层,其含油气性被忽视,人们普遍认为页岩气藏没有任何生产价值。页岩储层中富含有大量的吸附气被发现后,大大改善了人们对页岩气储层的认识,为页岩气开发提供了基础理论支持,为油气勘探打开了新领域。2005年,美国地质调查局进一步提出连续性油气藏理论,并指导其他盆地的勘探开发。随着理论认识和开发技术的不断进步,美国页岩气勘探开发由核心区向非核心区发展,并在众多盆地获得突破。

美国页岩气开发积累了数万口井的基础工作和丰富经验,为页岩气资源评价工作提供了有力的数据支持,目前,已经形成了较为完善的页岩气资源评价方法体系,主要有类比法、体积法、物质平衡法和数值模拟法等。其中,类比法和体积法主要用于页岩气新区和生产早期的资源评价及储量评估;物质平衡法和数值模拟法适用于页岩气田开发的中、后期。

此外,页岩气目标区优选技术也日趋成熟,主要包括埋深1500-3000米、页岩单层厚度30-50米、基质渗透率大于100纳达西、有机碳含量(TOC)大于2%、镜质体反射率(Ro)为1.2%-3.5%、硅质含量大于35%等。三维地震采集及处理解释、页岩气测井识别和储层精细描述等地球物理评价技术的应用,能有效识别富含有机质页岩储层及含气性,为确定页岩气“甜点区”提供技术支持,同时指导钻井和压裂方案设计。

2.水平井技术

页岩气钻井先后经历了直井、单支水平井、多分支水平井、丛式井和丛式水平井的发展历程。目前,除页岩气探井采用直井,页岩气生产井一般采用水平井,以使更多的生产区域和井筒接触并和裂缝相交,改善储层流动状况,获得较大的排泄区域,提高产量。水平井技术在石油工程领域已发展了近80年,2002年后开始大量用于页岩气开发,近年来智能化测量、井下动力钻具、旋转导向控制、地质导向技术的进步促进了水平井技术的发展和成熟。

页岩气井的完井方式主要包括组合式桥塞完井、套管固井后射孔完井、尾管固井后射孔完井、裸眼射孔完井和机械式组合完井等。“丛式井工厂”开发模式能提高设备利用率和钻井效率,保护生态环境,降低钻井成本,将逐步成为页岩气开发的主要钻井方式;为了开采多层页岩气,减少钻井的数量和地面设备,多分支水平井是未来的发展趋势。

3.压裂增产技术

相比之下,页岩气井压裂改造更为困难。由于页岩气储层的孔隙度和渗透率极低,必须进行增产改造才具有商业开发价值。水力压裂是改善储层裂缝系统,增加渗流通道的最有效方法,且水力压裂对储层伤害小,增产效果明显,美国在页岩气开发中主要用水力压裂技术进行储层增产作业。目前常用的水力压裂技术有分段压裂、清水压裂、水力喷射压裂、重复压裂和同步压裂等,在页岩气开发过程中,往往需要多种压裂技术综合使用。

页岩气压裂与常规砂岩压裂不同,裂缝纵横交错,缝网无规则。在实施压裂之前,必须根据天然裂缝与地应力、岩石脆性及储层敏感性等因素进行压裂设计,一般通过模拟软件对裂缝三维几何特征进行模拟预测,从而优选压裂方案,但精确描述很困难。通常压裂设计工艺呈现大施工排量、大用液量、小粒径支撑剂和低砂比等特征。在页岩气井压裂过程中,需要使用压裂监测技术监测裂缝情况,评估压裂作业效果,目前最常用的是微地震裂缝监测技术。

此外,压裂液及压裂水资源管理也是压裂技术的重要领域。水力压裂耗水量巨大,且会造成压裂液中的化学物质和页岩气混入地下水中,返排液处置不当也会污染地表水,出于环保和节约水资源的考虑,国外各公司都加大了氮气泡沫压裂、二氧化碳压裂和液化油气(LPG)压裂等水力压裂替代技术的研发投入。对水资源贫乏的地区,无水压裂技术是特别值得关注的发展方向,但综合考虑成本、技术成熟度和安全性等因素,这些技术还需要不断完善。

总地来说,美国已经掌握了页岩资源评价、有利区优选、储层评价、钻完井、压裂改造等系统技术,围绕页岩气开采形成了一个技术创新驱动特征鲜明的新兴产业,催生了一批国际领先的专业服务公司,开始向全球输出技术和装备。页岩气开发从美国向加拿大、再向全球扩散的过程,就是技术扩散的过程。

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