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峰回路转

近水绕远山,芳草连着天边长

 
 
 

日志

 
 

页岩气革命是怎么回事?(转载)  

2014-12-15 07:32:55|  分类: 知识天空 |  标签: |举报 |字号 订阅

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以下原文转载自知乎每日精选

这么多赞吓一跳。。看来还是很多人关心页岩气这个话题,我会尽我所能为大家释疑,但我并不是石油工业业内人士,所以有些具体的生产问题可能无法明确回答,不过 @云舞空城学长应该会补充给大家。有什么问题欢迎吐槽!
还有我的图被人吐槽好乱,太黄闪瞎眼什么的,我真不是故意的啊!!有些图我拿到手它就这样啊TAT我懒我不想重画。。
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东西有点儿多,图也有点儿多,但看完以后大家就大概能对页岩气革命有个基本认识了,还望耐心,有很多东西没有放上来,如果大家有兴趣可以跟我说,我会补充的。
另外文中涉及到的一些数据和材料很大一部分是内部交流和教学使用请务必不要转引作他用,谢谢!
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题主所说的页岩革命应该就是业内所称的“页岩气革命”(Shale gas revolution),实际上算是油气工业的第三次革命。前两次革命分别是从寻找浅部集中易勘探易开发的构造油气藏向地层岩性油气藏(以寻找隐蔽油气藏为核心)的油气勘探开发第一次转变,以及向非常规油气藏(以寻找连续型油气聚集为核心)的第二次转变。而从早期非常规能源如致密砂岩气等转向页岩油、页岩气则是第三次转变。
为了直观一点儿给大家来张图:

页岩气革命是怎么回事?(转载) - 大卫 - 峰回路转


页岩气革命是怎么回事?(转载) - 大卫 - 峰回路转

由于对页岩油不是很了解,我今天就还是着重给大家说说页岩气的发展。
一、什么是页岩气:
  • 定义:主要以吸附和游离方式赋存于富有机质泥页岩及其夹层中的生物成因或热成因天然气。
  • 赋存方式:吸附态、游离态或溶解;
  • 赋存空间:有机质及粘土矿物表面、纳米级孔、基质微孔、裂缝;
  • 赋存客体 :泥页岩、致密储集岩。

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页岩气赋存方式与成藏过程示意图(据Ron McDonald,2002,修改)
绝大部分是以吸附气的形式赋存于页岩内有机质和粘土颗粒的表面,这与煤层气相似。吸附气量与有机碳含量、地层压力等因素有关 。游离气则聚集在页岩基质孔隙或裂缝(主要为微裂缝)中,这与常规气藏中的天然气相似。 此外,可能还有极少部分页岩气以溶解气形式存在于页岩孔隙束缚水或沥青中。页岩气的形成机理兼具煤层吸附气和常规天然气二者特征,为不间断充注、连续聚集成藏。

二、页岩气革命的发展历程
美国页岩气革命历程的三个发展阶段
1821-1976 页岩气的发现及页岩气革命前期
1976-2000 美国页岩气革命正式开始及发展
2000- 页岩气革命成功及向世界蔓延

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1821年, William A. Hart 在美国纽约的弗里多尼亚钻了第一口产自页岩的商业天然气井(27 英尺深)。
1914年,在阿巴拉契亚盆地泥盆系Ohio页岩中,发现了世界第一个页岩气田—Big Sandy 。
受地质认识和技术手段的限制,人们对这类资源并没有重视,没有认识到它的巨大潜力,没有想到它可以被大规模地开采利用。
1970s晚期—1990s 早期,美国能源部(DOE)联合油公司、科研机构、高校等单位开展了非常规天然气(页岩气、致密气和煤层气)评价和开采方法研究。
其中针对页岩气,1976实施了东部页岩气工程(EGSP),主要目的有3个:(1)开展精确的页岩气资源评价;(2)建立勘探选区原则;(3)开发和完善的成本有效的页岩气开采技术。

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1980s—1990s, Mitchell能源公司坚持在Fort Worth盆地探索试验,综合开发了水力压裂和水平井技术,最终实现了Barnett 页岩气的规模商业开发。页岩气年产量由1999年的22亿方增加到2009年560亿方,Barnett页岩气开发成功具有里程碑意义,成为这场页岩气革命成功的标志。

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美国页岩气2011年产量1800亿,占总产量的23%。据EIA预测,到2035年,美国页岩气产量将占到美国天然气总产量的45%

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全球页岩气分布:

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据美国EIA,页岩气技术可采资源量排名靠前的国家有:中国、美国(24万亿)、阿根廷、墨西哥、南非、澳大利亚、加拿大等。全球187.4万亿立方米。
三、页岩气藏开发特点:
气层压力低:一般不会自喷,以水平井为主,需压裂改造措施;
单井产量较低:初期气产量递减快,后期趋于稳定;平均日产1万方~2万方;
页岩气采收率低:通常小于5% ~ 20%不等
投入高:前期勘探开发投入大(单口井450万美元),且难以形成稳定的投资回报
产量递减快: 需要打很多口井以形成规模化生产与供应;
生产周期长:单井经济寿命长,30年~50年。
由于页岩气有不同于常规天然气的特点,页岩气藏开发需要大面积、规模化、连续钻井。
美国Barnett页岩气区块:面积约1.2万平方公里,2008年钻井数量已达12125口(不含因产量下降关闭的井),平均1000口/千平方公里,“地毯式钻井”。

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四、页岩气革命中的科技因素:
现在的页岩气革命之所以受到大家的关注,其成功之处可以总结为三点:坚持不懈的基础地质研究;
水平井和水力压裂技术的进步;
多种相关技术的运用。

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1、基础地质研究:
1930年代开始,只有个别专家提出页岩不只是烃源岩,还具有天然气储集能力。如Browning Iley B.(1932)Hunter C.D.和 D.M.Young(1953),但没有引起重视。
1970年代后30多年,政府组织研究解决资源评价、页岩储层描述、吸附气和游离气测量等重大问题
70多年坚持不懈的基础地质研究为页岩气革命奠定了坚实的基础。

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2、水平井和水力压裂技术
关键技术(水平井钻井和多段压裂技术)的出现与成功应用,催生了美国这场页岩气革命;
水平井技术Barnett页岩气区的广泛应用,促进了美国页岩气产量快速增长。

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水平井工作原理

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水平井是目前主要的页岩气藏生产形式。水平井的产量是垂直井的3~4倍多,成本仅是直井的1.5~2.5倍。目前85%的开发井为水平井+多段压裂。
此外,水平井多段水力压裂、重复压裂技术、新型压裂液技术、新型支撑剂等也极大地提高了单井页岩气产量。

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3、相关新型技术:
  • 甜点地震识别:斯伦贝谢把地震与地质模拟相结合,成功地预测了Lower Doig页岩气藏的甜点。下图色标显示甜点的厚度,灰色代表页岩储层比较差。

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  • 页岩微观表征:涉及到技术较多,我就不一一介绍了,说几种我们正在用的技术大家了解一下,如:
  • 基于原子力显微镜AFM分析的微细孔隙分析技术
  • 基于扫描电镜微区图像分析的PCAS方法
  • 基于吸附等温线和QSDFT理论的页岩孔隙表征技术
  • 逐层切片连续扫描CT成像
  • 基于核磁共振冻融法NMRC技术的复杂体系孔隙表征技术

  • 微地震监测:监测、描述水力分段压裂裂缝的走向、倾向、高度、长度、密度等。图示微地震监测水平井分段进行压裂的效果。

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  • 页岩测井技术:

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五、中国页岩气资源
在中文期刊中,“页岩气”一词最早见于张义刚1982年在《石油实验地质》上以笔谈会方式发表的“多种天然气资源的勘探”一文中;
此后,宋岩(1990)、华桦(1994)、樊明珠(1997)等在不同期刊上使用了“页岩气”术语;
张金川、金之钧、袁明生“页岩气成藏机理和分布”《天然气工业》(2004.2)应该是我国首篇系统论述页岩气的论文。
在多旋回的构造与沉积过程中,我国含油气盆地发育了海相、陆相和过渡相多套富有机质泥页岩。

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中国页岩油气资源量:

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六、中国页岩气开发所面临的问题:

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*以上为2012数据,政策和技术都在改进

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我国页岩气开发中的难点
1. 页岩气勘探开发技术空白
中国现在仅有的几口页岩气井,还没有一个投入开发的页岩气藏,所以对于页岩气资源量、储量、产量均只能大概预测,不能给出较有理的科学依据。页岩气开发的关键工艺技术主要有水平井(井组)钻完井技术体系、分段多级压裂技术体系和微地震监测技术体系。中国现有的 水平井钻完井技术还不能完全满足页岩气水平井钻完井的需求,水平井分段多级压裂工艺技术及配套工具仍需要引进、研发、试验和评价,页岩气压裂裂缝延伸规律、压裂规模优选、产量预测等方面还有待提高,利用微地震监测压裂效果的检测设备、施工技术和评价方法在中国还处于空白。在某种程度上而言,中国页岩气的勘探开发技术方面研究有很大的一块空白,而这块空白的填写仍然需要一段时间。
2. 开采成本控制
页岩气是一种开采周期长,开采成高的非常规天然气体。中国页岩气地质背景复杂,尚处于技术攻坚阶段,前期评价成本高,科技攻关投入大,再加上中国气藏一般 埋藏较深,钻探成本高。目前美国页岩气勘探开采技术较成熟,中国前期开采页岩气必然要引进美国的先进技术与设备,在美国一家独大的情况下,美国技术和设备引进费用会较高,这将影响中国页岩气的勘探与开发。
3. 资源与环境的平衡
美国地广人稀,地势较平坦,水源丰富,交通便利,钻前工作量小,有利于页岩气开发。而我国页岩气资源丰富的川、黔、渝等地区,人口稠密,地势较高,地质灾害多发,且压裂井场占地面积较大,如果未来开发井位较为密集,人为撬动易引发山体滑坡等地质灾害。而开发页岩气主要采用的是 水力压裂法,每次液压破碎岩层需要数百万吨水,我国是一个能源紧缺的发展中大国,不能重复发达国家的先污染后治理的老路。所以,如何做到资源与环境和谐可持续地发展是一个急需解决的问题。开采页岩气面临巨大环境风险,其开发用水量大,污染地下水,这些都意味着可能很高的环境成本。由于环境成本的外部性,不可能依靠企业去主动承担这些成本,需要政府的环境监管将环境成本内部化。这些问题在中国如何解决,应该未雨绸缪。在大规模开发页岩气前,应对环境风险进行评估,建立相应的保护框架,并保证执行力度。
4 . 页岩气开发管理难点
对于如何发展中国的页岩气产业,技术问题争论不多,但是关于页岩气开发管理的问题就是众说纷纭。中国页岩气资源管理工作刚刚开始,页岩气的开发管理面临着一些难点:页岩气目前还尚未列入中国矿产细目,没有确定其独立矿种的 法律地位:页岩气资源规划、战略和政策研究不够深入,缺乏相应的管理制度;页岩气资源调查投入少,工作程度低,资料信息缺少统一规范管理的技术平台。

来源:知乎 www.zhihu.com
作者:猎狗先生

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