美国致密油开发现状及启示

美国页岩气勘探开发目前已进入快速发展阶段,同时也带动了页岩地层内致密油的开发。文中所指的致密油,是指以吸附或游离状态赋存于渗透率极低的暗色页岩、泥质粉砂岩和砂岩夹层系统中的自生自储、连续分布的石油聚集。目前,美国致密油的开发集中在Bakken,Eagle Ford和Barnett页岩区带内。其中Bakken致密油资源量为230×108t,可采资源量为5.9×108t,待发现资源量为3.7×108t油及相近数量的伴生气,2000年至今累计产油约2800×104t;Eagle Ford致密油赋存于区带北部,年产油约20×104t;Barnett待发现石油平均资源量为1400×104t,待发现致密油资源量为480×104t,其北区主要产油、南区主要产气,目前拥有8000余口生产井,截至2009年底,＂致密油带＂累计产油量达770×104t。我国广泛发育富有机质页岩,致密油的勘探潜力较大。     

海陆过渡相高黏土含量微孔致密岩屑砂岩储层特征

海陆过渡相地层中致密砂岩气、页岩气和煤层气的勘探开发前景十分广阔。过去的研究工作主要集中在海陆过渡相的页岩和煤层的地质和地球化学特征上，对其中的致密砂岩关注较少。以黔西地区海陆过渡相上二叠统龙潭组砂岩为例，利用薄片观察、压汞法、核磁共振实验等技术手段，综合分析龙潭组致密砂岩储层特征。龙潭组砂岩属于岩屑砂岩，典型储层特征包括砂体单层厚度薄，岩屑和黏土含量高，基本以微孔为主，孔喉结构复杂，孔隙度和渗透率非常低。与国内其他大规模开发的致密砂岩相比，龙潭组砂岩岩屑成分含量更高，孔喉结构更致密，致密砂岩气潜力比较有限。龙潭组砂岩与泥岩和煤层呈互层分布，致密砂岩气与页岩气和煤层气的合采方式是可行的，从而为海陆过渡相非常规气开发找到突破口。      

致密砂岩和页岩渗透率实验研究

对于致密砂岩和页岩来说,渗透率的准确测量是比较困难的。为了改善这一现状,对致密砂岩和页岩的渗透率进行了研究,给出了一种新的实验研究方法。实验采用专门设计的仪器,通过应用压力传感技术,在不同的有效压力条件下,测量了致密砂岩、天然和人工页岩的气体及液体渗透率。通过考虑有效压力对岩样渗透率的影响,建立了岩样渗透率与有效压力的关系式。实验结果表明。该实验方法能够较准确地测定致密砂岩和页岩的渗透率;岩样的渗透率随着有效压力的增加而呈非线性减小。且与有效压力呈对数关系;所建立的方程与实验数据具有很好的吻合性,拟合相关系数高达98％以上。这说明该实验方法和建立的方程是合理的,可为从事相关工作的科研人员提供参考。     

典型致密砂岩与页岩层理缝的发育特征、形成机理及油气意义

中国致密砂岩油气和页岩油气储层中普遍发育近水平层理缝,层理缝是致密砂岩和页岩储层的重要储集空间和渗流通道,影响着致密砂岩和页岩中油气的富集、单井产能和开发效果.岩心、岩石薄片和扫描电镜的系统对比分析表明,致密砂岩和页岩中的层理缝具有相似的发育特征,其层理缝呈顺层理面发育,具有随微层面弯曲、断续、尖灭、分叉和转折等形态....     

沁水盆地古县区块煤系“三气”储层覆压孔渗实验对比研究

为了揭示煤系中煤层、泥页岩、致密砂岩覆压下的孔隙度和渗透率差异变化特征,采集山西沁水盆地古县区块2块煤样、2块泥页岩和4块砂岩样品,开展了覆压孔渗对比实验研究。结果表明煤系“三气”储层覆压下孔隙度与渗透率随有效应力增加呈负指数形式减少,煤储层、泥页岩储层、致密砂岩储层孔隙度压缩系数比值为1∶1∶0.58,渗透率衰减系数比值为1∶0.73∶0.78。“三气”储层孔隙度、渗透率应力损害率随有效应力增加呈两段式增加,有效应力<4MPa,“三气”储层孔隙度和渗透率损害率均随有效应力的增大呈快速增大的趋势,有效应力>4MPa,随有效应力的增大增幅逐渐平稳,煤储层、泥页岩储层、致密砂岩储层应力敏感性依次降低。研究成果对煤系“三气”的共探共采具有理论意义和实际意义。     

基于孔隙网络模拟的致密砂岩气充注与微观气水赋存特征

中国致密砂岩气资源丰富,勘探潜力大,但已有的开发实践证实开发面临巨大挑战。为了从微观角度深入认识致密砂岩气成藏机理,气水分布,提高致密砂岩气采收率,基于孔隙网络模型,开展了致密砂岩气充注数值模拟研究,探讨了微观尺度下致密砂岩气充注机制,并分析了充注过程中气水的赋存特征,建立了不同温度压力条件下毛细管力学模型,指出了不同地质条件下含气性差异与变化的特征。研究结果表明：(1)毛细管压力是孔隙内流体与孔隙壁面之间的分子间相互作用力的宏观表达,相较常温常压,在高温高压地层中毛细管压力更小,成藏下限可能更低;(2)由于孔隙结构的非均质性特征,并非所有大孔隙都被天然气充注,与小孔隙或者窄喉道相连的大孔隙可能无法被充注而呈现局部高含水特征,开发过程中,这部分水作为自由水被产出;(3)孔隙网络模拟揭示了岩心尺度上的致密砂岩微观含气性增长机制与气水分布形成过程,有利于深入认识致密油气成藏机理,以及气水分布。结论认为,基于孔隙网络充注模拟技术,在实验室条件下揭示了微观气水分布形成过程和致密砂岩气充注机理,对指导致密砂岩气开发具有重要指导和借鉴意义。     

吐哈盆地胜北洼陷致密砂岩气勘探潜力与方向

综合研究认为胜北洼陷侏罗系水西沟群具备形成大面积致密砂岩气藏的成藏条件,即有利于形成致密砂岩气藏的构造条件,气源条件,低孔、低渗储层物性特征及良好的圈闭保存条件。解剖北部山前带和丘东洼陷南斜坡已知致密砂岩气藏,对比表明胜北洼陷致密砂岩气藏具有以下特点:①煤系地层长期大量生排烃为形成致密砂岩气藏提供了充足的气源,②烃源岩与储集层呈互层紧密接触有利于气源内致密砂岩成藏,③气层具有含水率偏高、低压异常特点。储层非均质性、致密性和良好的封闭条件是影响该区致密砂岩气成藏的地质因素。胜北洼陷南部斜坡区及洼陷中央隆起,源岩与储集层配置条件优越,是寻找致密砂岩气藏的有利区域。     

致密砂岩气地质认识新进展

随着致密砂岩气勘探开发实践的不断深入,传统的地质认识暴露出很多局限性及与实际地质情况不相符的特性。在调研国内外致密砂岩气勘探开发历史经验的基础上,以鄂尔多斯盆地致密砂岩大气田勘探开发揭示的实际资料为依据,通过核磁共振及气水相渗分析、等温吸附实验、气藏地层压力恢复等研究,对传统的致密砂岩气地质特征认识进行了补充与完善。结果表明:致密砂岩气一般为多个压力系统气藏组成的大气田,这一特征决定了致密砂岩气勘探开发需要密井网,而不是常规气藏勘探开发的稀井网;致密砂岩气储层含水饱和度变化较大,具有超低含水饱和度特征,容易形成水锁伤害,在开发过程中必须做好储层伤害保护;致密砂岩气藏开发后期产水严重,如何"治水"是开发的关键问题;致密砂岩气储层中存在一定量的吸附气,这对于致密砂岩气储层含气特征及渗流规律描述、单井产能预测、资源量计算与储量评估都具有重要意义。     

致密砂岩气藏主要产气阶段渗流特征

针对致密砂岩气藏渗透率极低,导致其渗流规律复杂的问题,以压裂直井非稳态渗流阶段的渗流特征为基础,运用渗流力学分析方法、叠加原理和渐进分析手段,得到分段压裂水平井非稳态时期水平井日产气量倒数与生产时间呈线性关系的产能方程及单井产能预测中“拐点”的判别方法。结合现场生产数据,验证了公式的正确性。研究成果表明,分段压裂水平井主要产气阶段渗流为非稳态渗流,为致密砂岩气藏现场开采的产能预测、“死气区”优化及单井控制储量优化提供理论基础。以西加盆地B气藏为例,研究成果使单井产能预测误差降低至1.74%。研究成果对致密砂岩气藏的开发策略及开发方案编制具有指导意义。     

致密砂岩气规模效益开发管理机制

近年来，中国致密砂岩气勘探开发取得了重大突破和新进展，已成为现实的规模效益开发对象和目标，即将迈入快速发展期。为破解致密砂岩气规模效益开发的管理机制难题，加快推动该领域的规模增储上产和高效开发，立足我国致密砂岩气产业发展整体视域，构建了致密砂岩气规模效益开发管理机制模型，并提出了5个方面的建议。研究结果表明：(1)致密砂岩气规模效益开发是一个涵盖致密砂岩气产业价值创造系统和规模效益开发支撑系统的复杂综合系统，管理机制是促进系统有效平稳运行不可或缺的重要组成部分，为致密砂岩气规模效益开发目标实现提供动能；(2)应从致密砂岩气技术创新与管理创新协同机制、致密砂岩气自主开发与合资合作协调机制、致密砂岩气资源生产与销售协调发展机制、致密砂岩气效益开发绩效评价与激励机制、致密砂岩气企地共建共享融合发展机制等5个方面做好具体管理机制建设。结论认为，我国致密砂岩气将进入快速发展期，完善健全致密砂岩气规模效益开发管理机制对推动中国致密砂岩气产业跨越式发展具有重要现实意义。     

页岩气井全生命周期物理模拟实验及数值反演

页岩储层极低的孔隙度、渗透率和复杂的赋存、输运状态导致其特有的L型生产特征曲线,而且页岩气流动机理复杂。对页岩气井衰竭开发全生命周期生产过程进行了全直径岩心物理模拟实验,获取了模拟页岩气井生产过程完整的压力、日产气量等重要的生产数据,解决了页岩气井生产时间短以及作业引起的间断性等问题导致难以获取完整生产数据的问题。开发模拟实验研究结果表明,模拟实验生产特征与气井相一致;利用模拟实验数据可以准确判断岩心的临界解吸压力（12 MPa）、游离气量（3 820.8 mL）与吸附气量（2 152.2 mL）以及不同时间、地层压力时对应的日产气量中游离气与吸附气比例,废弃压力对应的生产时间和最终采出程度。运用岩心与气井无因次时间的相似性以及试井与相似理论,开展了数值反演计算页岩气井的生产动态曲线,预测气井的开发效果,提出了渗透率与压裂效果（缝网密度）是页岩气藏有效开发的关键,其中渗透率是根本,压裂技术是手段。     

渝东南构造复杂区常压页岩气生产特征及开发技术政策

针对渝东南构造复杂区常压页岩气压力系数低、吸附气占比高、地应力复杂及压裂形成复杂缝网难度大等地质特点,在60余口页岩气水平井钻探成果和生产特征分析基础上,总结了常压页岩气生产规律,划分了生产阶段,明确了产能主控因素,提出了开发技术政策.结果表明:常压页岩气生产具有初期以排液为主,产气量较低,随着返排率增大,产气量不断增...     

压裂改造复合页岩气藏不稳定压力与产量分析方法

为了给页岩气现场开发提供理论依据,考虑页岩气扩散、黏性流、解吸等多种传质机理,建立了复合页岩气藏的综合流动数学模型。基质中考虑浓度差引起的非稳态流动,内外区裂缝中考虑达西流动,水力压裂主裂缝考虑为无限导流;引入了新的无因次量,在椭圆坐标系下综合运用拉氏变换、Mathieu函数、Stehfest数值反演等方法对数学模型进行了解析求解;分析了定产量条件下不稳定压力和定井底压力条件下产量的变化特征,基于不稳定压力曲线将页岩气流动划分为7个流动阶段,即井筒储集阶段、过渡流阶段、早期线性流阶段、基质向裂缝窜流阶段、早期径向流动阶段、第一径向流与第二径向流的过渡阶段、第二径向流动阶段,为复合页岩气藏生产动态分析提供了理论基础。研究结果表明:增大改造区域半径和渗透率可以提高页岩气产量;扩散系数越大、兰格缪尔体积和兰格缪尔压力越大,页岩气产量越大,气藏初始压力高对页岩气的开发具有积极的影响。结论认为,所建立的综合流动数学模型丰富了页岩气多级压裂水平井开发分析方法。     

含水致密砂岩气藏可动用储量评价新方法及其应用

确定可动用储量是气藏开发评价的核心工作,也是开发方案科学编制的重要基础。致密砂岩储层一般具有基质致密、高含水饱和度等特征,其基质储量动用十分缓慢,气藏开发早期难以准确评价。根据气藏衰竭开采过程中压降漏斗特征,采用长岩心多点测压物理模拟实验方法及流程,模拟测试了常规空气渗透率分别为1.630 mD、0.580 mD、0.175 mD、0.063 mD的含水储层孔隙压力在衰竭开采过程中的变化特征,建立了一套面积占比方法,实现了对可动用储量进行量化评价,提出了一套提高气藏储量动用技术的对策与建议。以井控范围400 m为例,分别评价了瞬时产气量降为10%时的初期配产和极限动用条件两种情况下的储量动用情况。研究结果表明：含水致密砂岩气藏的采出程度与储层渗透率、含水饱和度、废弃产量等因素密切相关,总体上基质越致密、含水饱和度越高、废弃产量越大,则采出程度越低;通过优化加密井网、人工裂缝规模与基质的匹配关系,避开可动水层、实施控水增气开采,降低废弃产量、延长气井生命周期等技术措施可以提高采出程度。     

四川盆地中国石化探区天然气勘探开发领域与技术攻关方向

四川盆地中国石化探区天然气勘探开发成果显著,自新场气田发现以来,勘探开发领域逐步扩大,储量和产量快速增长。地质理论认识深化与关键技术进步是推动天然气勘探开发大发展的主要动力。中国石化探区天然气资源丰富,有利目标类型多,常规天然气整体探明程度为16%,页岩气勘探尚处于初期阶段,根据HCZ模式预测,中国石化探区天然气（含页岩气）勘探开发仍将快速发展,具备年均新增探明天然气地质储量(1 600~2 000)×10⁸ m³的潜力。围绕页岩气、海相碳酸盐岩天然气、陆相致密砂岩气等领域的高效勘探开发,需要加强深层海相页岩气增产降本的钻完井、压裂技术攻关,以及陆相、海陆过渡相页岩气资源潜力评价和勘探开发适应性技术准备,加强深层超深层礁滩相碳酸盐岩储层、风化壳储层预测和超深井高效钻井、压裂测试技术攻关,加强陆相致密砂岩气地质—测井—地震一体化甜点预测和低成本直井多层压裂技术攻关。     

延长石油集团非常规天然气勘探开发进展

延长石油集团通过强化地质认识,明确了鄂尔多斯盆地陕北斜坡具备形成非常规天然气的地质条件,而致密砂岩气和页岩气是当前最为现实的勘探开发领域。在地质勘探理念上,确定鄂尔多斯盆地的南部物源对古生界砂体的发育具有重要贡献,而频繁的水进水退作用是促进优质储层发育的最主要因素;建立了"成熟烃源灶迁移控藏"的成藏模式,以此预测致密砂岩气藏的空间展布;重视陆相页岩砂质纹层的气体赋存能力,找到游离气赋存空间;以地化、储层、测井、地震等多种学科相结合实现了页岩气储层甜点的地震预测。同时,形成了陆相页岩气水平井钻完井技术、致密砂岩气藏储层保护钻井液体系、VES-CO₂泡沫压裂技术、液态CO₂/滑溜水混合压裂技术等开发技术,保证了致密砂岩气和页岩气的规模化开采。以勘探开发一体化模式为指导,探明中生界页岩气地质储量677×10⁸m³,古生界致密砂岩气地质储量3000×10⁸m³,目前的天然气生产能力已达到6×10⁸ m³/a,基本打破南油北气的开发局面。     

考虑到吸附气所占空间的页岩气资源/储量计算方法

页岩气资源落实是中国未来天然气产量增长的最现实领域,页岩气资源/储量作为页岩气开发的基础,是页岩气开发方案编制、规划战略制定等的重要依据之一。现行页岩气资源/储量计算方法中普遍采用体积法计算吸附气储量和容积法计算游离气储量,但2种方法都没有考虑到吸附气和游离气共同储集在页岩微观孔隙中的情景,因此在游离气计算过程中应该扣除吸附气所占的孔隙体积。在页岩储层孔隙结构与页岩气赋存状态分析的基础上,建立了新的页岩孔隙与页岩气赋存状态模型和页岩气储层岩石物理模型,并进一步据此建立了符合页岩气储集特征的资源/储量计算的新方法。以四川盆地南部泸州海相和鄂尔多斯盆地东缘海陆过渡相页岩气评价井为例,对比了新方法与现行常规方法计算结果的差异性,现行方法高估了页岩气地质储量20%以上。与海相页岩相比,海陆过渡相页岩总孔隙度偏低,扣除吸附气所占孔隙空间,游离气含量占比仅为12%,游离气含量偏低成为单井产量偏低的原因之一。     

页岩气藏吸附特征及其对产能的影响

页岩气藏中部分气体以吸附态存在,且受页岩性质和储集层条件的影响,吸附气约占总含气量的20%~85%.页岩吸附能力与有机质含量、矿物成分、储集层温度、压力和孔隙结构等因素有关。针对页岩气等温吸附特征（吸附曲线形状、Langmuir体积、Langmuir压力）,采用数值模拟方法,分析了吸附气对页岩气井产能的影响。结果表明,等温吸附曲线越接近于线性,Langmuir压力越高,吸附气解吸越容易,气井产出量越高;Langmuir体积越大,或者气藏中吸附气含量占气体储量的比例越高,页岩气井产能相对降低。     

致密砂岩气藏单井动用地质储量和技术可采储量计算方法——以鄂尔多斯盆地延长气田石炭系—二叠系气藏为例

鄂尔多斯盆地延长气田石炭系—二叠系气藏储集层致密,气藏单元内不同部位的含气饱和度具有明显差异,含气规律复杂,气藏压力系统不统一,储量分布整体非均质性较强。与常规砂岩气藏的地质特征和开发特征比较,鄂尔多斯盆地延长气田石炭系—二叠系致密砂岩气藏开发时存在启动压力梯度,单井动用地质储量和单井储量动用半径随井底压力的降低而增大;生产至废弃压力时,单井动用地质储量和单井储量动用半径达到最大值。根据上述认识,通过分析致密砂岩气藏开发时储量的分布规律,建立启动压力梯度条件下的物质平衡方程,得到累计产量与井底压力的关系式,进一步分析了2种求取启动压力梯度的方法。在此基础上,提出致密砂岩气藏单井动用地质储量和单井技术可采储量的计算方法,为致密砂岩气藏开发井网优化提供理论基础。为了便于应用,改进理论计算方法,提出单井动用地质储量简化算法,对未开发区块井网部署具有参考价值。     

多功能井下节流器研制及在长庆致密气井的应用

为实现致密气/页岩气的大力开发,解决高压气井带压完井的难题,利用连续管带压作业的优势,形成连续管完井采气一体化技术,笔者设计并研制了一种多功能节流器。该节流器采用回压阀、节流嘴以及堵头等多种功能组件的组合设计,通过全流程工序,可以实现带压下连续管、高产期节流降压生产、低产期速度管柱生产、间歇期柱塞气举以及枯竭期井底封堵起出管柱等功能。室内试验及现场应用结果表明,多功能节流器各组件工作良好,可以满足高压气井的开发和应用,保障了气井生产的安全高效运行,符合现场施工要求。该节流器的研制与应用对连续管完井采气一体化技术的支撑以及安全性、可行性的验证具有重要的意义。