Marcellus页岩气开采的水资源挑战与环境影响

 页岩气作为一种重要的非常规天然气资源,已成为全球油气资源勘探开发的新亮点。美国Marcellus页岩是目前世界上最大的非常规天然气田,地质储量高达42.47万亿m3,最大可开采量约14万亿m3,可供其20余年的天然气消费。然而,2008年以来Marcellus页岩气田的开采,因其消耗了大量的水资源及潜在的环境危害,引发了美国全国性的关于页岩气开采的环境影响大讨论。本文主要以美国Marcellus页岩气田为例,简述其开采现状及其产生的环境问题。针对中国目前正在积极筹划的页岩气资源战略调查和勘探开发战略构想,总结了美国页岩气开发的资源环境效应带来的启示。     

页岩气藏开发的关键因素

 页岩气藏是一种非常规气藏,属连续型气藏,其储层结构复杂,为低孔、低渗型,对开发技术要求很高。本文简述国内外页岩气开发现状,对北美页岩气藏开展研究并总结其勘探开发成功经验,认为其有效开发的关键是甜点区优选及储层压裂改造,综合地质评价是页岩气资源投入开发的基础,储层改造技术是动用页岩气储量的核心。介绍了开发目标区优选的主要地质参数及钻完井优化的主要内容,同时结合中国页岩气井地质及工程参数实际对比,提出了页岩气成功开发的工作思路,即在水平段储层评价基础上,进行有针对性压裂射孔设计,采用适合工程参数以增大缝网改造体积和效率,进而提高单井产量。     

页岩气地质特征研究综述

本文总结了影响页岩气勘探和开发的"质"和"量"的2T3S2M1P模式;主要包括地质年代(Time)、构造背景(Tectonic setting)、盆地沉降(Subsidence)和沉积(Sedimentation)、应力条件(Stress condition)、有机质(Material)、热成熟度(Maturity)及保存条件(Preserve condition)8个方面。可根据不同的勘探程度,对页岩的物质基础、地球化学及储层特征进行不同程度的相关研究及评价。     

鄂尔多斯盆地山西区页岩气开发潜力分析

山西地处鄂尔多斯盆地东南缘,为分析鄂尔多斯盆地山西区页岩气潜力,通过野外地质勘查和取样,结合页岩沉积条件、有机质丰度、岩芯分析等实验结果,对鄂尔多斯盆地山西区页岩气资源储量进行了初步估算,结论认为山西省境内页岩气资源丰富,具有较强的开发潜力。     

页岩气的开发

 页岩气作为一种资源量巨大的非常规天然气,具有“自生自储,原地成藏”的特征,其储层致密、开采难度大、气井投产后“初产高,递减快,长期低产”的特点明显。综述了全球页岩气的储量、开发技术及意义,介绍了目前中国页岩气的开发现状。中国页岩气资源丰富,地质资源量134.42×10¹² m³,技术可采资源量25.08×10¹² m³,“水平井+体积压裂+工厂化作业”是页岩气成功开发的基本模式,目前在长宁-威远、昭通和涪陵3个南方海相页岩气示范区实现了初步规模开发,已经具备了年产气97亿m³的生产能力。分析表明,合理高效地开发页岩气,对于缓解中国能源供需矛盾、调整能源消费结构、增强国际天然气定价影响力及促进区域经济发展均具有重要意义。     

织纳地区龙潭组煤系页岩气储层特征与勘探潜力评价

为查明织纳地区龙潭组页岩气勘探前景,通过分析Z2井龙潭组泥页岩样品的矿物组成、有机地化特征、微观孔隙特征、钻孔泥页岩厚度、分布情况及其含气性特征,研究了龙潭组页岩气储层特征并对页岩气勘探潜力进行评价。结果表明：泥页岩有机质类型为Ⅱ₂-Ⅲ型,且以Ⅱ₂为主,总有机碳含量为1.34%~8.25%,平均值为3.68%,有机质成熟度为0.92%~3.24%,平均值为2.45%,属于高-过高成熟演化阶段,具有较好的生气潜力。扫描电镜结果显示泥页岩样品主要发育四类微观孔隙,包括粒内孔、粒间孔、有机质孔和微裂隙,内部孔隙发育,为页岩气提供良好的储集空间。Z2井泥页岩脆性矿物含量为24.40%~63.08%,平均值为41.22%,泥页岩总厚度为170.74m,占比42%,发育5个有效连续厚度大于15m的泥页岩层,与邻井可形成2个泥页岩层段,适宜进行压裂改造。织纳地区龙潭组泥页岩具备良好的生气条件、储集条件和可压裂性,具有较大勘探潜力。     

页岩气开发现状及影响

页岩气是一种重要的非常规资源。近年来,美国页岩气发展势头强劲,正在改变美国天然气供应格局,甚至会影响美国未来的整体能源局势。加拿大、中国、澳大利亚等也开始关注页岩气。页岩气俨然成为全球油气行业的新宠。通过对页岩气的研究,阐述了页岩气的资源分布,总结了国内外勘探开发现状,辩证的论述了页岩气开发的弊端及优势。     

页岩气储量评价方法

页岩气储量评价方法不同于常规油气资源评价方法。概述了页岩储层的地质特征和开采特征,根据其特殊性,提出了页岩气资源评价的关键参数,包括总有机碳含量、有机质成熟度、渗透率、孔隙度、含水饱和度和页岩含气量等,基于现阶段我国页岩气勘探开发现状,针对页岩气的聚集机理和特点,推荐采用概率体积法为主、类比法和统计法为辅的方法对页岩气资源进行评价。     

中国页岩气开发管理模式探讨

 北美页岩气高效开发模式总结为“一体化管理+水平井平台+超大型压裂+工厂化作业”，一体化管理采取的是革命性降本增效配套管理措施。目前尚未形成符合中国页岩气开发特性的一体化管理模式。分析了北美和中国页岩气开发的成功经验。应用新制度经济学的交易费用理论、产权理论及经济机制设计理论分析表明：中国页岩气开发特性表现为资产专用性高、不确定性大、交易频率高，中国页岩气开发管理发展方向应该是混合制和企业制管理模式。中国应该组建若干个“大型油气资源勘察企业+大型油气技术服务企业+地方政府代表企业”的页岩气开发集团，具体可以采用联盟、关联交易、股份制企业3种管理模式，进而建立一套信息有效利用、资源配置合理、激励措施相容的中国页岩气开发长效管理机制。     

鄂尔多斯盆地劳山油田张家滩页岩气资源浅析

介绍了鄂尔多斯盆地劳山油田的区域情况和页岩气的勘探情况,通过对页岩气资源进行勘探分析,得出了页岩气资源勘探成果。     

涪陵页岩气储层含气性测井评价

针对涪陵页岩气泥质含量高、电阻率测井响应识别气层存在偏差的问题,开展了含气性测井定量表征方法及应用研究。涪陵地区页岩储层的黏土矿物主要为伊利石、伊蒙混层和绿泥石;随深度增加,黏土矿物含量减少,但伊蒙混层占的比重增大。利用有机碳-密度测井曲线交会法、有机碳-铀测井曲线交会法以及声波-电阻率曲线法等三种方法计算TOC含量;对比岩心实验结果,密度曲线拟合的相关系数最高。利用测井曲线计算得到的含气饱和度、流体压缩系数、岩石弹性模量、游离气量、吸附气量等参数可以实现对储层含气量的定量表征。涪陵地区页岩气纵向、横向含气量测井评价实践表明,龙马溪组下部——五峰组页岩气储层自下而上可划分为中、高两个含气段,且该区页岩气储层横向含气量稳定,具备应用水平井开采技术等增加单井产量的地质条件。     

考虑非达西和气水相渗的页岩气支撑裂缝缝内气相导流能力研究

水平井分段压裂是页岩气有效开采的关键技术之一,压后支撑裂缝成为页岩气渗流的重要通道。页岩气压后产量大,并伴有压裂返排液或地层水的产出,缝内呈现非达西气水两相渗流状态。本文通过修正支撑裂缝导流能力的测试行业标准,建立了气测非达西渗流支撑裂缝导流能力计算模型,通过实验数据证实了考虑非达西效应后导流能力下降幅度约为50%;同时本文基于支撑裂缝气水两相渗流相渗计算公式预测了不同含水饱和度和束缚水饱和度下气相导流能力均呈现不同程度的下降趋势;研究认为页岩气压裂施工设计时不宜采用传统行业标准进行优化,应确定支撑裂缝导流能力的真实值。     

考虑微裂缝的页岩气藏三重介质不稳定产量递减研究

据观测,用传统模型得到的页岩气生产数据要远低于现场数据。而为了达到拟合的目的,要人为修改缺乏物理依据支撑的储层参数。为了达到提高裂缝性页岩气藏产能模拟能力的目的,需要对页岩气的流动规律及产能进行研究。通过结合页岩气藏特征扩展双重介质模型的非稳态方程,在双重介质模型的基础上加入微裂缝作为沟通基质与人工裂缝网络的通道,并利用Langmuir等温吸附方程描述页岩气的吸附现象,建立了一个新的三重介质模型。分析了窜流系数、Langmuir体积和Langmuir压力对页岩气井不稳定产量的影响,对比了新模型与传统双重介质模型所预测的产量。     

页岩气体积压裂支撑裂缝长期导流能力研究现状与展望

水平井分段压裂形成复杂体积缝网是页岩气有效开采的关键技术之一,复杂体积缝网依靠支撑剂支撑并成为页岩气渗流的重要通道。支撑裂缝长期导流能力是影响页岩气压后产能的重要因素,而关于页岩气体积压裂支撑裂缝长期导流能力的研究尚未形成统一认识。通过分析国内外最新研究动态,阐述了支撑剂支撑裂缝长期导流能力研究的重要性;分析了目前国内外关于支撑剂长期导流能力的实验测试与理论预测方面的研究成果;剖析了非达西渗流效应、多相渗流效应、地层水性质等特殊因素对长期导流能力的影响程度;提出了页岩气体积压裂支撑裂缝长期导流能力研究方向的着重点。     

页岩气深度富集带理论研究及应用

页岩气是一种自生自储的非常规天然气资源。研究表明：页岩含气量分布特征主要受页岩储层埋深、储层构造形态、有机碳含量以及储层物性等因素的影响。页岩气是吸附气、游离气和溶解气三种赋存状态的动态平衡。通过页岩气的勘探与开发实践,我们获得重要的理论认识：页岩含气量与地层埋深是一种抛物线关系模型,即页岩深度富集带L-W模型。页岩气勘探开发实践表明,向斜为页岩气富集的主要构造控制因素。因此,在我国总体构造运动比较强烈的地质背景条件下,寻找构造运动比较弱的部位,比如地层产状比较平缓的向斜地区,确定有利勘探方向的页岩气目标区域。     

页岩气新型“井工厂”开发技术研究现状及发展趋势

新型"井工厂"开发技术的运用使北美页岩气藏勘探开发获得巨大成功,拓宽了天然气勘探开发空间。它能降低工程成本、提高资源与设备利用率、缩短建井周期、大幅度提高作业效率。基于国内外文献调研及实地考察,介绍了"井工厂"技术的研究现状,详细阐述了该技术的概念及特点,总结了页岩气"井工厂"开发关键技术,分析了国内外"井工厂"技术应用中存在的问题,重点对国内"井工厂"实际应用情况做对比分析。并指出,我国目前处于探索试验阶段,钻井、完井及压裂技术等还不能完全满足"井工厂"作业要求,尚未形成一套成熟的"井工厂"模式。因此,建议树立全过程"降本增效"理念,借鉴吸收苏里格模式及海洋平台丛式钻井理念,制定页岩气"井工厂"作业的健康安全准则与环境污染评估体系,大力研究与发展"井工厂"配套智能化设备及技术,以期对页岩气及其他非常规油气资源的勘探开发具有借鉴意义和指导作用。     

基于有限元分析的页岩气扩散数值模拟

本文基于Fick扩散定律,结合页岩气赋存形式和运移特点,针对干酪根有机质中溶解气扩散形式,建立干酪根中页岩气扩散数学模型。利用有限元分析方法进行数值求解,得到不同时刻干酪根内部页岩气浓度分布,分析干酪根内部不同位置浓度变化规律,内边界气体平均扩散通量变化规律,并通过计算得出给定符合页岩储层有机干酪根存在条件下干酪根扩散通量。同时在该扩散模型基础上改变边界条件,可以理论上计算多孔介质中气体有效扩散系数,为今后关于页岩气渗流理论和数值模拟研究奠定了基础。     

高能气体压裂在美国气藏开发中的应用

为了加速气田的开发与开采，为低渗、深部气藏的开发提供新的增产手段．本文介绍了美国在东部泥盆系页岩气藏中应用高能气体压裂获得的重要进展