非常規(guī)氣試井

1、中國石油大學（華東）試井（論文）非常規(guī)氣試井學生姓名：劉冬冬學 號：S10020409專業(yè)班級：油氣田開發(fā)10-6班指導教師：張艷玉 2011年2月22日摘 要油氣勘探不斷深入，非常規(guī)天然氣的勘探開發(fā)就愈顯重要。非常規(guī)天然氣主要包括煤層氣、頁巖氣和致密氣3種。它們具有非常規(guī)的賦存狀態(tài)，可以聚集在向斜構造的最底部或煤層中。由于其資源量巨大勘探前景廣闊，因此認真研究其形成富集規(guī)律，尋找出更多的油氣資源意義重大。在這些非常規(guī)氣的開采中，試井問題又顯得尤為重要；本文主要介紹了現(xiàn)在我國非常規(guī)氣領域的試井技術的發(fā)展及應用。關鍵字：非常規(guī)天然氣；試井；煤層氣；致密氣；頁巖氣目 錄第1章 煤層氣試井11.1煤

2、層氣試井問題11.2煤層氣試井的研究進展21.3試井方法分析總結3第2章 頁巖氣試井52.1頁巖氣藏特征52.2 國外頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀52.3 中國頁巖氣潛力72.4中國頁巖氣勘探探討9頁巖氣在我國南方勘探的優(yōu)勢9頁巖氣勘探原則10頁巖氣鉆采工程技術探討102.4頁巖氣開發(fā)的意義11第3章 致密氣試井123.1致密氣藏開發(fā)背景123.2 致密砂巖氣藏的定義及其一般特征133.3國外致密砂巖氣藏儲層評價133.4致密砂巖氣藏儲層研究趨勢14獲取更多的基礎數(shù)據(jù)15提高低滲致密儲層精細描述技術15參考文獻16第1章 煤層氣試井煤層氣是一種重要的非常規(guī)天然氣資源。我國擁有相當豐富的煤層氣資源, 但對

3、煤層氣的開發(fā)利用尚屬初步階段, 落后最先開采利用煤層氣的美國幾十年。如果能合理的開發(fā)利用煤層氣不但可以緩解常規(guī)油氣供應壓力, 還可以保護大氣環(huán)境, 減少煤礦開采的意外事故發(fā)生。煤層氣是一種新型能源, 因此, 對于煤層氣的勘探開發(fā)將會是我國乃至世界能源的發(fā)展趨勢。煤層氣試井是了解煤儲層情況的重要手段, 只有清楚了煤的儲層情況才能對煤層氣進行合理的開采。1.1 煤層氣試井問題 煤層氣試井不同于常規(guī)油氣田試井。目前能夠準確獲取煤層參數(shù)的有效方法就是煤層氣試井。我國在常規(guī)油氣田試井方面已經(jīng)達到了相對成熟的階段, 但對煤層氣試井研究尚淺。然而煤層氣的開采依賴于對煤儲層的了解, 煤儲層的特性只有通過試井分

4、析才能相對準確的反應。煤層氣層有著特殊的滲流機理及復雜的構造。煤巖層具有裂縫孔隙和基質孔隙組成的天然雙重空隙結構。煤基質被裂縫網(wǎng)格所切割, 通常稱這種裂縫網(wǎng)格為割理系統(tǒng)。割理系統(tǒng)又分為面割理和端割理, 主要滲流通道是面割理。煤層甲烷氣被大量吸附在端面的微孔表面, 當煤層內(nèi)壓力降低時, 甲烷氣開始解析, 以游離氣的形式順著割理系統(tǒng)流向井筒。煤儲層與常規(guī)油氣儲層不同, 表現(xiàn)在:1) 煤層孔隙系統(tǒng)分為基質孔隙和裂縫孔隙兩種, 構成了煤層的雙重孔隙系統(tǒng)。且煤巖膠結性差, 割理、裂隙發(fā)育, 并形成復雜的割理裂隙系統(tǒng), 使煤儲層強度弱, 易碎、易坍塌。2) 煤儲層孔隙小, 孔隙比表面積主要與微孔有關, 微

5、孔的發(fā)育使煤的孔隙表面積增大( 1 g 煤的表面積可達100 400m2 ), 因此煤層中甲烷氣主要吸附在煤層孔隙的外表面, 游離態(tài)的氣體較少, 且多分布于節(jié)理縫和天然裂縫中。3) 孔隙度和滲透率很低、孔隙半徑小, 迂曲度大, 毛管作用明顯, 自吸作用強烈。因此鉆井、完井、固井以及儲層改造工作中易造成煤層污染。4) 煤儲層中, 欠壓、常壓、超壓的壓力情況都存在, 但是大多數(shù)的煤儲層以欠壓為主。5) 非均質性、應力敏感性強, 同一地區(qū)儲層特征和地質特征不同, 同時由于煤儲層的裂縫系統(tǒng)和割理發(fā)育很好, 應力的較小變化會引起滲透率的強烈變化。煤儲層的以上特征, 給煤層氣的開發(fā)帶來了各種難題, 也決定

6、了煤層氣開發(fā)中所采用的試井中所采取的方法和技術措施。同時由于煤巖的機械強度低、易破碎的特征, 造成煤巖取芯難度大、傷害程度評價困難。煤層氣試井與常規(guī)油氣田試井不同: 1) 初始打開煤層氣藏時, 甲烷氣還沒有發(fā)生大量的解析, 在割理系統(tǒng)中幾乎全部充滿了水, 因此被測井通常是水井, 所謂煤層氣試井常常是按水井試井的方法進行地層參數(shù)分析。2) 煤層氣試井過程只有短短的幾天時間, 但是從抽水降壓使煤層氣解析變成游離氣進入割理系統(tǒng)再流入井筒往往需要幾年甚至幾十年的時間, 因此, 雖然煤巖具有雙重結構但試井時并不表現(xiàn)為雙孔介質流動特性, 不能涵蓋抽采煤層氣的所有階段。3) 由于煤層氣的特殊滲流機理, 在不

7、同的開采階段, 試井的對象也不同。比如如上所述開采初期時試井的對象往往是水, 開采期, 關井壓力恢復時被測試對象實際上是氣水兩相流, 因此, 不同階段要用不同的試井分析方法。4) 基于煤層與普通油氣層的物理性質不同, 試井分析中應具體分析, 比如在普通巖層中滲透率可以通過取巖芯實驗測得, 但是對于煤層在取煤芯的過程中, 煤芯極易被破壞, 通過實驗測得往往很難成功, 只有通過試井測得。煤層氣作為一種清潔能源亟待開發(fā), 試井分析是煤層氣開發(fā)必不可少的階段, 為此必須加快煤層氣試井的研究, 找出適合于煤層氣藏的試井分析方法。1.2 煤層氣試井的研究進展目前, 煤層甲烷氣試井常用的方法有段塞流測試方法

8、、壓降測試方法、變產(chǎn)量試井方法、DST 測試、水罐測試和注入壓降測試方法。段塞測試操作簡單, 只需在測試前向井筒內(nèi)注入一定量的水, 使之形成一個段塞, 當水開始流入地層時進行壓力監(jiān)測。優(yōu)點是簡單、省時、所需費用小, 但同時也存在測試半徑小, 不適用于所有井, 由于井筒儲集效應的作用, 所得的滲透率誤差比較大。壓降測試方法適合于飽和水的煤層氣井, 關于煤層特性的精確數(shù)據(jù)是在井筒儲存到氣體解吸和非飽和流的開始階段測得的, 但是這個時間段往往比較短, 因此需要延長此時間段。煤層氣井單項壓降測試數(shù)據(jù)可以用常規(guī)的油井壓降測試分析方法來分析。變產(chǎn)量試井方法是在測試過程中不斷改變水和氣的產(chǎn)量, 同時監(jiān)測井底

9、壓力變化。一般用在第一口井。DST 測試也叫鉆桿測試, 常用于滲透率比較好和儲層壓力較高的儲層中。煤層氣是吸附在煤基質的微孔中的, 與常規(guī)油氣不同, 因此DST 測試的目的也不同, 在煤層中主要是為了了解割理中水的能量與割理的滲透能力, 儲層壓力以及判定原始游離氣是否存在。水罐測試與注入壓降測試相比成本較低, 測試成功率高, 對有效滲透率測試準確, 避免了將地層壓裂, 但是測試時間長。適用于低壓, 滲透性較好的地層注入壓降測試方法是煤層氣開采中最常用的試井方法。此方法是以一定排量將水注入地層一段時間, 然后關井進行壓力恢復測試。注入流體提高了地層壓力, 確保了測試過程中為單向流, 可以用標準的

10、試井分析方法分析, 結果可靠, 操作簡單。2001年王慶紅等人指出了一些注入壓降測試中應注意的問題, 測試與壓裂應保持相隔一定的時間, 防止測試受到干擾。由于煤層具有低壓低滲的儲層特征, 因此要選用高精度的存儲或直讀式電子壓力計, 對于壓力計的使用2009 年高利民在.MRO 在煤層氣試井中的應用及常見問題的探討 中做了詳細介紹。目前在注入壓降試井中最常用的是PANEX 型電子壓力計。煤層中割理滲透率隨有效應力的增加而降低, 而孔隙壓力又影響著有效應力的改變, 因此煤層割理滲透率與孔隙壓力有著密不可分的關系。張公社等人首次考慮了試井過程中滲透率隨壓力變化而變化這一因素, 主要運用Puri和Se

11、idle試驗相關式導出了分析壓力衰減資料的新試井解釋方法。此方法不僅確定了滲透率還確定了煤層的原始壓力。2007年梁志軍等人綜合考慮了表皮效應和井筒效應并建立了煤層氣不穩(wěn)定試井的數(shù)學模型, 并對煤層氣藏不穩(wěn)定試井測試資料的分析方法進行了討論, 為氣井產(chǎn)能預測和壓裂設計提供了基礎數(shù)據(jù)。Reeves首次建立了一種新的三孔雙滲模型, 張先敏與同登科在此基礎上建立了考慮井筒儲集與表皮系數(shù)影響的低煤階煤層氣單項流動的三孔雙滲試井模型, 通過Laplace變換及Ste fest數(shù)值反演方法求得模型的數(shù)值解。非爆破帶轉移, 降低地應力梯度; 同時增加煤體的透氣性, 加速高壓瓦斯的充分釋放, 降低瓦斯壓力梯度

12、, 消除或減小工作面突出的危險性, 實現(xiàn)時間和空間上的超前防護作用。深孔松動爆破時, 嚴格執(zhí)行撤人、停電、設警戒、遠距離放炮、反向風門等安全措施。所以不會造成傷人事故。1.3 試井方法分析總結試井分析在煤層氣開發(fā)中起著重要的作用, 近幾年煤層氣試井也有了一定的進展, 但也存在著一些亟待解決的問題, 主要表現(xiàn)在以下幾個方面: 1) 現(xiàn)有的試井方法大多是借鑒國外的先進技術, 但由于我國的煤層構造復雜, 不同于國外, 因此要加強針對我國現(xiàn)實情況的試井方法研究。2) 需要進一步開展煤層氣滲流機理的研究, 這也是煤層氣試井研究的基礎。3) 應加強對煤層氣試井數(shù)學模型的研究, 一個好的數(shù)學模型能夠相對準確

13、的反映現(xiàn)實情況, 得出的物性參數(shù)也相對準確。4) 每一種試井方法都有其優(yōu)缺點和適用范圍, 要針對煤層的具體情況, 煤層氣開采的不同階段正確的選用試井方法。綜上所述, 我國對于煤層氣試井的研究處于起步階段, 經(jīng)過不斷的探索與研究取得了一定的效果。與此同時也應該正確的面對其所存在的問題, 將理論與實踐相結合, 研究出適合于我國煤層氣具體情況的試井方法。第2章 頁巖氣試井2.1頁巖氣藏特征頁巖氣是以多種相態(tài)存在、主體上富集于泥頁巖（部分粉砂巖）地層中的天然氣聚集。頁巖氣藏中的天然氣不僅包括了存在于裂縫中的游離相天然氣，也包括了存在于巖石顆粒表面上的吸附氣。頁巖氣與其他類型天氣的顯著差別在于，其具有典

14、型的“自生自儲”特點。頁巖氣既可以是生物成因氣也可以是熱成因氣，或是生物成因氣與熱成因氣的混合氣。作為生物成因氣，通過在埋藏階段的早期成巖作用或近代富含細菌的大氣降水的侵入作用中厭氧微生物的活動形成；作為熱成因氣，通過在埋藏比較深或溫度較高時干酪根的熱降解或是低熟生物氣再次裂解形成，以及油和瀝青達到高成熟時二次裂解生成。頁巖含氣量主要與有機質含碳量、類型及演化程度有關。只要頁巖中檢測出一定的有機碳含量，且具有一定的演化程度，頁巖中就有可能存在天然氣。因此只要發(fā)現(xiàn)層厚、含碳量高的大片頁巖，就能大致確定頁巖氣的空間分布，極大地減小頁巖氣的勘探難度。頁巖的孔隙度與滲透率極低，需要裂縫來提高孔滲性能。

15、一般情況下，頁巖氣藏需要人工壓裂才能進行工業(yè)生產(chǎn)。大多數(shù)產(chǎn)氣頁巖具有分布范圍廣、層厚、普遍含氣等特點，這使得頁巖氣井能夠長期地以穩(wěn)定的速率產(chǎn)氣。2.2 國外頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀頁巖氣的研究開始于美國，美國的第一口工業(yè)性天然氣鉆井（1821年鉆至8m深度時產(chǎn)出裂縫氣）就是頁巖氣井，當時由于產(chǎn)氣量少而沒有得到重視，但卻拉開了美國天然氣工業(yè)發(fā)展的序幕。到1926年時，發(fā)現(xiàn)的東肯塔基和西弗吉尼亞氣田（泥盆系頁巖）已成為當時世界上最大的天然氣田。從1980年開始，美國天然氣研究所開始對東部頁巖氣進行系統(tǒng)研究，主要目的是摸清頁巖氣分規(guī)律并進行資源潛力評價, 不斷地發(fā)現(xiàn)新的頁巖氣田并進一步提高頁巖氣產(chǎn)量、儲量

16、，隨后的頁巖氣勘探和研究迅速向其他地區(qū)擴展,頁巖氣研究全面開展。美國目前已在多個盆地中發(fā)現(xiàn)并開采了頁巖氣（圖1），在1981年至1999年期間，美國的頁巖氣鉆井總數(shù)超過了2.8 萬口，2006 年時已超過了3.95 萬口，頁巖氣年產(chǎn)量逐年遞增。1998年，美國頁巖氣產(chǎn)量占到了干氣總產(chǎn)量的1.6%，為全美探明天然氣儲量的2.3%。2005年，美國頁巖氣產(chǎn)量占其天然氣總產(chǎn)量的4.5%，目前已達到10%左右。其中阿巴拉契亞和密西根盆地頁巖氣資源量就分別達到（6.377.02）1012m3和（0.992.15）1012m3，頁巖氣可采儲量分別為（0.410.78）1012m3和（0.310.54）10

17、12m3，1999 年這兩個盆地的頁巖氣產(chǎn)量總和大約為110108m3。由美國近幾年非常規(guī)氣產(chǎn)量增長趨勢圖（圖2）可知，頁巖氣產(chǎn)量成指數(shù)增長，是目前經(jīng)濟技術條件下天然氣工業(yè)化勘探開發(fā)的重要領域和目標。圖1 美國頁巖氣盆地分布圖Fig.1 Distribution of shale gas basins in U.S.圖2 美國非常規(guī)氣產(chǎn)量增長圖Fig.2 Growth of unconventional gas production in U.S.美國的頁巖氣主要發(fā)現(xiàn)于中古生界中，目前勘探開發(fā)正由東北部地區(qū)的盆地（阿巴拉契亞、密西根、伊利諾斯等盆地）向中西部地區(qū)的盆地（威利斯頓Bakken頁巖

18、），以及圣胡安丹佛（Niobrara白堊巖）、富特沃斯、阿納達科（Woodford頁巖）等盆地擴展。美國天然氣研究所和Curtis等近年公布的資料表明：美國落基山地區(qū)盆地中的頁巖氣資源量為1120108m3，逐漸形成了區(qū)域性頁巖氣勘探開發(fā)局面。此外，加拿大等北美部分國家也已經(jīng)開始了頁巖氣勘探開發(fā)，并取得了一定的效益。國外頁巖氣勘探開發(fā)正處于發(fā)展階段。2.3 中國頁巖氣潛力與美國頁巖氣發(fā)育盆地對比發(fā)現(xiàn)，中國存在區(qū)域發(fā)育頁巖氣的地質背景和條件。根據(jù)地質背景，可將我國的頁巖氣發(fā)育區(qū)大致劃分為四大區(qū)域，即南方、中東部（華北東北）、西北及青藏等四大地區(qū)（圖3）。圖3 中國潛在的頁巖氣發(fā)育區(qū)分布圖Fig.

19、3 Distribution of China在縱向上，中國南方從震旦紀到中三疊世，發(fā)育了面積達200104km2的海相地層，并且最大厚度超過了10km。地層中形成了上震旦統(tǒng)（陡山沱組）、下寒武統(tǒng)、上奧陶統(tǒng)（五峰組）下志留統(tǒng)（龍馬溪組）、中泥盆統(tǒng)（羅富組）、下石炭統(tǒng)、下二疊統(tǒng)（棲霞組）、上二疊統(tǒng)（龍?zhí)逗痛舐〗M）、下三疊統(tǒng)（青龍組）等8套以黑色頁巖為主的烴源巖層系。其中下寒武統(tǒng)、上奧陶統(tǒng)（五峰組）下志留統(tǒng)（龍馬溪組）、下二疊統(tǒng)、上二疊統(tǒng)等4套烴源巖是區(qū)域主力烴源巖7。將這幾套地層與美國東部對比可知，在構造運動強度、頁巖形成時代上具有相似性。這4套地層分布廣、厚度大，有機質含量高，是南方最有利的頁

20、巖氣勘探層位。在橫向上，中國南方包括了三江造山帶及其以東、龍門山推覆帶秦嶺大別造山帶以南、閩粵巖漿巖帶以西北的廣大地區(qū)。南方總面積有220104km2，其中古生界海相地層分布面積達90104km2。由美國頁巖氣勘探研究可知，中古生界海相地層有利于頁巖氣的發(fā)育，因此中國南方也具有頁巖氣的勘探開發(fā)潛力。但是，目前中國南方頁巖氣勘探程度還很低，井淺數(shù)量少，只有少數(shù)的井鉆遇了寒武系和志留系。這在認識上還有缺憾。僅僅在四川盆地的部分地區(qū)發(fā)現(xiàn)有一定規(guī)模的氣田，其他地區(qū)的勘探基本還是空白。同時，中國南方頁巖普遍為有機質含量高的黑色頁巖，具有埋深淺、面積大、層厚等特點，最大厚度超過1400m。調查表明，我國黑

21、色頁巖分布十分廣泛，南方、鄂爾多斯、吐哈、茂名和撫順等地區(qū)的頁巖和油頁巖，都富含有機質。中國南方是頁巖氣勘探開發(fā)的有利首選區(qū)域，四川盆地、鄂西渝東及中下?lián)P子地區(qū)是平面上分布的有利區(qū)。四川盆地具有與美國典型盆地相似的地質條件和構造演化特點，均屬于古生代發(fā)育的海相沉積盆地，具有較大的頁巖氣勘探前景。其中頁巖氣不僅是盆地內(nèi)常規(guī)氣藏的烴源巖，而且還具備了頁巖氣成藏的地質條件，這是由頁巖氣的“自生自儲”特點決定的。調研顯示，四川盆地威遠地區(qū)的九老洞頁巖和瀘州地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪頁巖，都具備頁巖氣成藏條件，而且前期勘探中已有頁巖氣發(fā)現(xiàn)。其中，威遠地區(qū)、陽高寺和九奎山158口井在復查中普遍見到顯示，尤其是19

22、66年完鉆的威5井，鉆遇九老洞頁巖段發(fā)現(xiàn)氣侵與井噴，后測試日產(chǎn)氣2.46104m3。隨后，這一地區(qū)的其他幾口井以及瀘州地區(qū)的有關地層，在鉆井過程中也見到不同級別的頁巖氣顯示。上述兩個地層的頁巖氣資源潛力應該為（6.88.4）1012m3，相當于四川盆地的常規(guī)天然氣資源總量。而在四川盆地的龍馬溪組等主要地層中找到了頁巖氣發(fā)育的直接證據(jù)（圖4），暗色頁巖（泥巖）段氣測異常、氣顯活躍、井噴、井涌時有發(fā)生，表明存在頁巖氣，且分布面積廣大。圖4 四川盆地須家河組和龍馬溪組頁巖氣存在證據(jù)Fig.4 Evidence showing the presence of shale gas inthe Xujia

23、he and Longmaxi formations in Sichuan Basin在華北東北地區(qū)，頁巖氣更可能發(fā)生在主力產(chǎn)油氣層位的底部或下部，區(qū)域上的古生界、鄂爾多斯盆地的中古生界、松遼盆地的中生界、渤海灣盆地埋藏較淺的古近系等。泥頁巖累計厚度在502000m之間，平均有機碳含量為1.0%2.0%，局部平均值可達4.0%以上，對應有機質成熟度變化較大10。在西北部地區(qū)，頁巖氣大部分分布在中生界（侏羅系及三疊系等）和盆地邊緣埋深較淺的古生界泥頁巖中。西北地區(qū)頁巖有機碳含量平均值普遍較高，成熟度變化范圍也較大。而青藏地區(qū)的地表環(huán)境雖然較差，但中古生界泥頁巖地層厚度大，有機質含量高，有機質熱演

24、化程度適中，也是頁巖氣發(fā)育的有前景地區(qū)。總之，在縱向上我國古生代地層分布范圍廣、地層厚度大、有機質含量普遍較高，可作為區(qū)域上頁巖氣勘探研究的重要層系，富集層位主體存在于中古生界中國石油勘探2中，東部地區(qū)的新生界也是一個不可忽視的重要領域。橫向平面分布上，南方揚子地區(qū)是最為有利的勘探區(qū)域。2.4中國頁巖氣勘探探討2.4.1頁巖氣在我國南方勘探的優(yōu)勢與美國東部地區(qū)頁巖氣盆地地質條件進行對比后認為，我國南方地區(qū)是頁巖氣發(fā)育的良好區(qū)域，是開展頁巖氣研究及勘探開發(fā)生產(chǎn)的首選區(qū)域。該地區(qū)雖然頁巖氣成藏條件良好，但也存在兩個方面的問題:一是有機質演化程度普遍較高，Ro2%的地區(qū)占相當大的比例;二是南方地區(qū)后

25、期抬升作用強烈，對已形成油氣藏的影響作用和破壞作用明顯。但是由于頁巖氣的賦存特性，即抗構造破壞能力較強，盡管區(qū)域性抬升剝蝕強烈，但南方地區(qū)仍然是國內(nèi)開展頁巖氣勘探和研究最有利的區(qū)域11。從美國頁巖氣發(fā)現(xiàn)情況來看，大部分頁巖氣出現(xiàn)在古生界中，這說明我國南方大面積地區(qū)可能存在頁巖氣的有價值地層。2.4.2頁巖氣勘探原則根據(jù)頁巖氣藏主控地質因素及分布規(guī)律，對四川盆地頁巖氣藏勘探原則的探討很有啟示，但仍需有針對性地具體化。頁巖氣藏勘探總體應遵循以下幾大原則:（1）頁巖氣藏勘探盡可能優(yōu)先在有機碳含量和熱演化程度較高區(qū)域進行，特別是有機碳含量大于2%和鏡質組反射率大于0.4%的區(qū)域，其中再以黑色頁巖較發(fā)育

26、的區(qū)域進行優(yōu)先部署。（2）陸相和海相頁巖氣藏勘探應彼此顧及，首先勘探沉積中心的區(qū)域，在有所發(fā)現(xiàn)的條件下，再逐步擴大勘探范圍。陸相中的湖相和三角洲相是較為有利的優(yōu)先勘探區(qū)域。但也還應了解區(qū)域內(nèi)海相海陸過渡相陸相的縱向時空變化規(guī)律，尋求縱向上追蹤勘探。（3）裂縫發(fā)育區(qū)域的判斷是關鍵環(huán)節(jié)，優(yōu)選構造轉折帶、地應力較集中帶和褶皺斷裂帶重點勘探，現(xiàn)今的中深級埋藏深度是勘探重點，對海相沉積頁巖的過大抬升區(qū)域要進行偵察性勘探。（4）四川盆地內(nèi)的其他地區(qū)要在前期全面資源調查的基礎上，從中篩選出較有利勘探區(qū)塊，進行勘探可行性深入評價，中下侏羅統(tǒng)和二疊系大隆組是深入評價的重點。（5）暗色頁巖單層厚度一般大于30m較

27、適合勘探，應結合有機碳的含量進行綜合選擇。暗色頁巖層流體高勢能區(qū)是勘探的重點，游離頁巖氣高壓異常帶應優(yōu)先勘探，而吸附高壓異常帶勘探可推后進行，低壓異常帶勘探要慎重，但也不可忽視低壓異常中仍有較大產(chǎn)出能力的可能性。2.4.3頁巖氣鉆采工程技術探討暗色頁巖氣藏勘探屬于世界范圍內(nèi)較邊緣的專業(yè)學科領域，鉆井和完井要采用現(xiàn)有的先進技術。老井上試或下試是立體勘探中的有效途徑。對于原有的直井和斜井，特別是地層孔隙流體高壓異常狀態(tài)下，可進行氮氣超正壓射孔。如果要用液墊，須防泥質膨脹。采用現(xiàn)有的有機鹽和無機鹽復合防膨技術也是一條重要技術途徑。高含鈣質的暗色頁巖地層，可用乙醇酸進行水力噴射孔作業(yè)，發(fā)揮應有的多種功

28、能。裸眼割縫襯管完井技術具有廣泛的適用性，尤其是新鉆的井眼易于采取這種完井方式，鉆井顯示很好的井尤其應采用此完井方式。為了穩(wěn)定井壁，也可以在井壁與割縫襯管間充填摻纖維的陶粒。水平井是暗色頁巖氣藏勘探評價的重要手段，對于原來有較好氣顯示的老井，采用套管開窗側鉆水平井可以降低增產(chǎn)措施的技術難度，但是有待于用裂縫檢測技術確定水平井段延伸的方位。用空氣作循環(huán)介質在暗色頁巖中鉆進，穩(wěn)定井壁在于增加注氣壓，可依據(jù)演化模式預測暗色頁巖對擴散相天然氣封閉的能力，以指導頁巖氣藏勘探。2.4頁巖氣開發(fā)的意義（1）頁巖氣成藏機理特殊，成藏條件多樣，具有普遍發(fā)育、廣泛分布特點，是中國值得高度重視且具有廣泛勘探意義的非

29、常規(guī)油氣資源類型。（2）頁巖氣儲量大、生產(chǎn)周期長，美國已發(fā)現(xiàn)埋深最淺的工業(yè)性頁巖氣只有182m，平均深度也只有1200m，通常介于4502300m之間。與其他非常規(guī)類型氣藏相比，頁巖氣勘探成本也并不高，因此在中國開展頁巖氣研究具有重大意義。（3）頁巖氣在中國的分布具有普遍性意義，平面上可劃分為南方、西北、華北東北及青藏等4個頁巖氣大區(qū)。其中，南方及西北地區(qū)的頁巖氣（也包括鄂爾多斯盆地及其周緣）的成藏條件最好、資源量最大。在剖面上可分為古生界和中新生界兩大套特點差異較大的重點層系，但以南方地區(qū)的古生界和西北地區(qū)的中古生界為最優(yōu)。第3章 致密氣試井3.1致密氣藏開發(fā)背景致密砂巖氣藏具有低孔滲、連通

30、性差的特點, 儲層評價研究水平是有效開發(fā)該類氣藏的關鍵因素。美國和加拿大致密砂巖氣藏勘探和開發(fā)程度最高, 在致密儲層評價研究方面積累了大量的經(jīng)驗。致密砂巖氣藏主要指發(fā)現(xiàn)于盆地中心或者是連續(xù)分布的大面積天然氣藏, 也有觀點認為大多數(shù)的致密氣藏是位于常規(guī)構造、地層或復合圈閉中的低滲儲層中, 通常被稱為“甜點”。國外致密氣藏描述、評價和評估主要依賴于巖石學、測井和試井三種手段。未來致密砂巖氣藏儲層評價描述水平的提高主要基于兩個方面: 一是為了準確地評估和開發(fā)致密氣藏, 需要從巖心、測井和鉆(錄) 井以及試井分析中獲取更多的基礎數(shù)據(jù); 二是使致密儲層描述向高精度發(fā)展, 進一步研究氣藏砂體展布和含氣富集

31、帶, 包括透鏡體砂巖大小、形狀、方向和分布的確定, 儲層物性在空間分布的定量描述, 低滲、特低滲巖心物性測定技術。在世界石油資源供需矛盾加劇、原油價格居高不下、天然氣儲采比持續(xù)下降的形勢下, 隨著人類對清潔、環(huán)保、高效能源需求的持續(xù)高漲, 人們對非常規(guī)能源特別是非常規(guī)天然氣的關注日益增加。非常規(guī)天然氣又稱分散天然氣, 是指儲藏在地質條件復雜的非常規(guī)儲層中的天然氣, 主要包括致密砂巖氣、頁巖氣、煤層甲烷氣、地下水中(水溶性) 的天然氣以及天然氣水合物等。與常規(guī)天然氣相比, 非常規(guī)天然氣的類型和賦存形式更為多樣, 分布范圍更為廣泛, 潛在資源量遠遠大于常規(guī)天然氣資源。Masters 提出的天然氣資

32、源金字塔充分說明了致密氣資源在世界天然氣資源分布中的重要地位(圖1) 。從圖上可以看出, 在金字塔的底部, 致密氣資源(儲層滲透率01 1)的體積非常巨大。另據(jù)世界石油委員會報告(Raymond 等, 2007) , 在全球, 致密砂巖氣藏中的天然氣資源量大約為114 108 m3, 煤層甲烷氣資源量大約為233 108 m3 。圖1 天然氣資源金字塔示意圖( Masters , 1980)致密砂巖氣的開發(fā)主要局限在擁有巨大儲量的美國和加拿大。美國已有近70年勘探開發(fā)低滲透致密砂巖氣藏的歷史, 在非常規(guī)天然氣優(yōu)惠政策促進下, 致密儲層氣開采的天然氣量逐年增加, 隨之形成了一套較為成熟的勘探開發(fā)

33、技術、方法系列, 積累了大量的經(jīng)驗, 也發(fā)表了許多這方面的成果。致密砂巖氣藏本身具有的低孔滲、連通性差的復雜地質條件的特點, 開采難度相對較大, 給地質工程師和油藏工程師帶來了很大的挑戰(zhàn), 以致于當前低滲致密氣田的有效開發(fā), 特別是儲層評價研究, 已是國內(nèi)低滲透致密氣田面臨的一個普遍問題。為了對國外低滲致密氣田的儲層研究現(xiàn)狀和做法有所了解, 本文通過查閱大量文獻資料, 從致密砂巖氣藏的類型、儲層評價手段等角度入手, 總結了國外特別是北美的致密砂巖氣藏的儲層研究成果, 并就其發(fā)展趨勢進行了分析, 力求對國內(nèi)致密氣砂巖儲層的評價研究起到一定的參考借鑒作用。3.2 致密砂巖氣藏的定義及其一般特征致密

34、砂巖儲層通常是指儲層滲透率低的砂巖儲層, 根據(jù)儲層所含流體的不同, 對孔隙度和滲透率的要求也不同, 所以低滲透儲層是一個相對的概念。不同的組織對致密砂巖氣藏有不同的定義, 最原始的定義可以追溯到1978 年美國天然氣政策法案, 其中規(guī)定只有砂巖儲層對天然氣的滲透率等于或小于01 1 10 -3m2 時的氣藏才可以被定義為致密砂巖氣藏。美國聯(lián)邦能源委員會(FERC) 也把致密砂巖氣藏儲層定義為地層滲透率為0.110 -3m2 的砂巖儲層 , 這是當前最被認可的一個定義。在致密砂巖氣藏中, 對氣體產(chǎn)量影響較大的因素除了滲透率和(或者) 深度外, 還包括壓力、流體性質、氣藏和地表溫度、產(chǎn)層、泄流半徑

35、和井筒半徑、表皮系數(shù)和非達西常數(shù)等。由于致密砂巖儲層低孔低滲的特點, 導致此類型氣藏一般具有以下特征: 氣藏構造平緩、埋藏較深、巖性致密、低孔滲、次生(溶蝕) 孔隙相對較發(fā)育、高含水飽和度、高束縛水飽和度、電阻率較低、沉積物成熟度低、成巖成熟度高、高毛細管壓力、無明顯的氣水界面、常具異常壓力、地質儲量可觀、產(chǎn)量較低等。低滲致密砂巖氣藏的一個突出特點就是自然產(chǎn)能低, 需要采取某種增產(chǎn)措施和特殊的鉆井和完井方法才能達到工業(yè)開采的要求。3.3國外致密砂巖氣藏儲層評價獨特的致密氣藏特征經(jīng)常導致完井及增產(chǎn)措施失敗, 因此, 最具挑戰(zhàn)性的工作就是在進行增產(chǎn)措施設計之前來評估氣藏的品質。地質工程師除了用較少

36、的巖心之外, 常常依賴于測井來計算相對精確的儲層孔隙度、滲透率以及定性地識別儲層中的流體性質和定量地計算各種流體飽和度。致密氣藏描述、評價和評估主要依賴于巖石學、測井和試井三種手段。這里主要介紹一下致密氣藏得試井。試井在致密砂巖氣藏試井工作中面對的最大的問題是: 由于致密砂巖氣藏具有極低的滲透率, 要想達到無限作用徑向流需要很長的時間, 因此, 實施常規(guī)試井既不實際, 費用又高。為了從致密砂巖氣藏試井中得到盡可能多的信息, Lee 提出一套壓前和壓后試井的程序。整個程序最關鍵的是要有一個精準的原始壓力值, 實際上, 得到一個準確的原始壓力值在整個氣藏的開發(fā)過程中都是非常重要的。Lee 所用的方

37、程是傳統(tǒng)方程, 已經(jīng)成功應用了好多年, 他提出建立適當?shù)膲呵皻怏w流量。如果儲層是非常致密的(01001011 mD , 1 mD = 10 - 3m2 ) ,基于經(jīng)驗, 用酸、KCl 水溶液或N2 , 就可以得到壓前氣體流量。但是Lee 的方法仍然無法解決試井時間過長的問題, 并需要壓后試驗的正確評價, 特別是當儲層的滲透率小于011 mD 時, 就更需要壓后評價。為了減小需要長期流動和關井時間這個問題,研究人員使用了根據(jù)脈沖壓裂注入實驗來估計滲透率的方法。例如, Gu 等人建立了基于瞬時的源溶解到擴散能力方程的一個等式。當注入時間比關井時間短時, 可以稱注入物為瞬時源。這種方法與沖擊試驗相類

38、似, 所不同的是沖擊實驗不能產(chǎn)生裂縫, 而脈沖試驗有望在井筒周圍產(chǎn)生裂縫。Mayerhofer 和Conomides 研發(fā)了一種方法,并且介紹了一個實例通過一個小型壓裂試驗來說明怎樣計算滲透率、泄漏系數(shù)和廢棄壓力。他們通過建立一個可以識別不穩(wěn)定流動時期的雙對數(shù)判別交會圖來進行分析, 并由此可以計算氣體滲透率, 結果的可靠性可通過壓力匹配來證實。通常一口井要鉆穿幾個透鏡狀的氣藏, 隨著開發(fā)鉆探的進行, 有可能其中有些透鏡體沒鉆遇, 還保持原始地層壓力, 而有的透鏡體則由于生產(chǎn)而壓力下降很多。如果一口開發(fā)井要進行壓裂, 則壓力下降多的層段會影響全部的壓裂工作。為了減小這種影響, Craig 等人介

39、紹了一個實例, 在該例子中, 用多重診斷壓裂注入試驗來確定與天然裂縫泄漏有關的壓力, 識別砂巖透鏡體的壓力損耗, 估計氣相滲透率, 優(yōu)化多次壓裂作業(yè)。致密砂巖氣藏中試井分析較新的方法是射孔流入試驗分析, 即PITA ( Perforation Inflow TestAnalysis) 。Rahman 等人介紹了油氣的數(shù)學算法背景, 以及用這種方法的氣田實例, 其主要目標是計算氣藏原始壓力、有效滲透率和表皮系數(shù)。3.4致密砂巖氣藏儲層研究趨勢隨著世界石油資源供需矛盾加劇、原油價格居高不下、天然氣儲采比持續(xù)下降, 致密砂巖氣藏的儲層研究的重要性更加凸現(xiàn)。對于致密砂巖儲層性質的研究既有助于尋找更多的

40、天然氣儲量, 也有助于: 通過選擇適當?shù)纳淇拙蝸砀纳仆昃O計; 優(yōu)化水力壓裂或酸化增產(chǎn)措施設計; 在鉆井和開發(fā)過程中采取有效的儲層保護措施和有效的儲層改造技術, 選擇合適的完井和增產(chǎn)措施流體以最大程度地減少對地層的傷害, 從而降低成本、增加效益。從提高儲層研究水平來說, 主要有以下兩個方面: 獲取更多的基礎數(shù)據(jù)為了準確地評估和開發(fā)致密氣藏, 需要從巖心、測井和鉆(錄) 井以及試井分析中獲取數(shù)據(jù)。相對常規(guī)氣藏而言, 評價致密砂巖氣藏需要的數(shù)據(jù)更多。地質學家和工程師需要研究和建立測井巖心相關曲線, 以便使用最簡單的測井方法進行致密氣藏評價。 提高低滲致密儲層精細描述技術提高低滲致密儲層評價技術,

41、 計算相對準確的孔隙度、滲透率以及定性地判別儲層中的流體性質, 這對于確定優(yōu)化水力壓裂的規(guī)模、流體選擇、支撐劑濃度和尺寸、泵壓的頻率等都是非常有必要的。通過進行低滲致密儲層精細描述和儲層預測,進一步研究氣藏砂體展布和含氣富集帶, 包括透鏡體砂巖大小、形狀、方向和分布的確定, 儲層物性在空間分布的定量描述, 低滲、特低滲巖心物性測定技術, 進一步開展壓前儲層評價, 使儲層描述向高精度發(fā)展, 從而進行低滲透氣藏相對高滲富集區(qū)優(yōu)選, 科學合理布井。參考文獻1Masters J A. Resource Pyramid (circa 1980)1.2Michael E1McCracken ,DaleFitz,TomRyan.Tight gassurveillance and characterization:impact