![点击分享此内容可以赚币 分享](/master/images/share_but.png)
中美页岩油气开采工程技术对比及发展建议.pdf
《中美页岩油气开采工程技术对比及发展建议.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《中美页岩油气开采工程技术对比及发展建议.pdf(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、 石 油 勘 探 与 开 发 824 2023 年 8 月 PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENT Vol.50 No.4 文章编号:1000-0747(2023)04-0824-08 DOI:10.11698/PED.20220714 中美页岩油气开采工程技术对比及发展建议 雷群1,2,翁定为1,2,管保山1,师俊峰1,才博1,2,何春明1,2,孙强1,2,黄瑞1,2(1.中国石油勘探开发研究院,北京 100083;2.中国石油天然气集团有限公司油气藏改造重点实验室,河北廊坊 065007)基金项目:中国石油天然气集团有限公司基础性前瞻性项目“储层改造关键
2、技术与装备”(2021DJ45)摘要:通过对比中美在页岩油气开发理念、储集层改造对策、压裂施工参数、压裂装备工具与材料、采油采气技术、数据成果共享 6 个方面的技术进展及差距,系统总结了中国页岩油气资源开发在渗流规律认识、油气储量动用、复杂裂缝监测、重复改造技术、采油采气技术、套变防治技术、井筒维修技术 7 个方面存在的短板。在此基础上,结合中国页岩油气的地质要素与工程要素,从宏细观角度提出了建设基础创新工程、开采技术工程、油气稳产工程、配套提效工程这“四大工程”的发展建议,以促进页岩油气产业链与创新链快速、高效、稳定、绿色和规模化发展,从而实现“稳油增气”的目标。关键词:页岩油气;储集层改造
3、;采油采气技术;油气开发理念;储集层改造对策;渗流规律 中图分类号:TE35 文献标识码:A Shale oil and gas exploitation in China:Technical comparison with US and development suggestions LEI Qun1,2,WENG Dingwei1,2,GUAN Baoshan1,SHI Junfeng1,CAI Bo1,2,HE Chunming1,2,SUN Qiang1,2,HUANG Rui1,2(1.PetroChina Research Institute of Petroleum Explor
4、ation&Development,Beijing 100083,China;2.CNPC Key Laboratory of Oil&Gas Reservoir Stimulation,Langfang 065007,China)Abstract:The shale oil and gas exploitation in China is technically benchmarked with the United States in terms of development philosophy,reservoir stimulation treatment,fracturing par
5、ameters,fracturing equipment and materials,oil/gas production technology,and data/achievements sharing.It is recognized that the shale oil and gas exploitation in China is weak in seven aspects:understanding of flow regimes,producing of oil/gas reserves,monitoring of complex fractures,repeated stimu
6、lation technology,oil/gas production technology,casing deformation prevention technology,and wellbore maintenance technology.Combined with the geological and engineering factors of shale oil and gas in China,the development suggestions of four projects are proposed from the macro-and micro-perspecti
7、ve,namely,basic innovation project,exploitation technology project,oil/gas production stabilization project,and supporting efficiency-improvement project,so as to promote the rapid,efficient,stable,green and extensive development of shale oil and gas industry chain and innovation chain and ultimatel
8、y achieve the goal of“oil volume stabilizing and gas volume increasing”.Key words:shale oil and gas;reservoir stimulation;oil/gas production technology;oil/gas development philosophy;reservoir stimulation treatment;flow regime 引用:雷群,翁定为,管保山,等.中美页岩油气开采工程技术对比及发展建议J.石油勘探与开发,2023,50(4):824-831.LEI Qun,W
9、ENG Dingwei,GUAN Baoshan,et al.Shale oil and gas exploitation in China:Technical comparison with US and development suggestionsJ.Petroleum Exploration and Development,2023,50(4):824-831.0 引言 随着常规油气资源的日渐衰竭,页岩油气等非常规低品位资源成为国内外勘探开发的热门领域。美国率先完成了页岩油气革命,实现了页岩油气资源的规模化建产1。据统计,2021 年美国原油产量为 5.49108 t,其中页岩油产量为
10、 3.62108 t,占比为 65.9%;天然气产量为 9 736108 m3,其中页岩气产量为 7 643108 m3,占比为 78.5%2。借鉴美国页岩油气的成功开发经验,中国也掀起了页岩油气勘探开发的热潮。据统计,截至 2021 年底,中国石油天然气集团有限公司(以下简称中国石油)累计探明页岩油地质储量 13.05108 t,落实页岩气地质储量 1.701012 m3。2021 年中国石油的页岩油气产量达到峰值,其中页岩油年产量 257104 t,占原油总产量的 2.5%;页岩气年产量为 128.7108 m3,占天然气总产量的 9.3%3。页岩油气逐渐成为国内外2023 年 8 月 雷
11、群 等:中美页岩油气开采工程技术对比及发展建议 825 常规油气重要的接替资源4-5。本文通过对比中美在页岩油气储集层改造和采油采气两大领域 6 个方面的技术进展,系统总结了中国页岩油气资源开发在油气渗流规律认识和油气储量动用等 7 个方面存在的短板,最后从宏细观角度提出了基础创新工程建设、开采技术工程建设等 4 项促进页岩油气大规模建产与高效益开发的发展建议。1 中美页岩油气开采技术对比 通过对比中美在页岩油气开发理念、储集层改造对策、压裂施工参数、压裂装备工具与材料、采油采气技术、数据成果共享等方面的技术进展,梳理出以下 6 个方面的差距。1.1 油气开发理念存在差距 中美页岩油气开发理念
12、的差异性主要体现在以下4 个方面:地质评价认识,美国通过精细表征页岩微纳米孔隙、比表面、有机孔贡献率,将传统的单层单相吸附理论过渡到多层多相竞争吸附理论,使得资源量提高 23 倍6-7,而中国在微纳米孔喉的产能贡献方面还有待深入研究;小层挖潜实践,美国已多次通过压裂隔层挖掘纵向小层储量贡献率,而中国的小层压裂试验有待加强;工程技术,美国发展了立体开发多层动用模式以及超长水平井技术,而中国正发展小井距与密切割等高密度完井技术,二者的增产机理不尽相同;开采理念,美国建立了全生命周期能量保持理念,将地层能量转化成油气流动的动力,从而提高油气采收率,而中国地层能量保持理念尚未系统建立,且精细控压生产技
13、术尚未有效形成。中美页岩油气资源总量相差较大。据统计,中国页岩油气资源量分别为美国的 52%和 66%。此外,由于中美页岩油气开发理念的不同,使得中美在页岩油气资源的动用程度上存在显著差距8-9。近年来美国采用较成熟的开发理念,大幅提升了地质资源丰度(约为中国的 17.4倍)、井控可采储量丰度(约为中国的 6.25 倍)和单井预测最终可采储量(约为中国的 6.25 倍)。1.2 储集层改造对策存在差距 中美页岩油气储集层的地质特征相差较大(见表1、表 2),相应的增产改造对策也明显不同,主要体现在页岩油气改造水平井段长度、立体改造层数、改造方式等 3 个方面。表 1 中美页岩油典型区块地质参数
14、对比 类型 区块/盆地 含油气层 地层时代 沉积环境 埋深/m 单层厚度/m 层数 TOC/%Ro/%孔隙度/%压力系数 原油黏度/(mPas)Williston Bakken 组 泥盆纪石炭纪 海相 2 5913 200152538200.61.0513 1.61.8 0.45 Permian Wolfcamp 组 二叠纪 海相 1 2003 000300600829 0.71.0412 1.01.2 0.50 鄂尔多斯 延长组 三叠纪 湖相 1 6002 20022652200.61.2412 0.70.8 3.008.00 页 岩 油 准噶尔 芦草沟组 二叠纪 湖相 2 3404 500
15、0.55.061200.61.3412 1.01.1 50.30123.20表 2 中美页岩气典型区块地质参数对比 类型 区块/盆地 含油气层 地层时代 沉积环境埋深/m 单层厚度/m 层数TOC/%Ro/%孔隙度/%压力系数应力差/MPaHaynesvile Haynesvile 组 侏罗纪 深水陆棚 3 3504 270 6110750.44.0 1.802.50 8.09.0 1.602.00 4 Barnett Barnett 组 石炭纪 深水陆棚 1 9802 591 3018044.05.0 0.801.40 4.05.0 0.901.2010 四川涪陵 五峰组龙马溪组 奥陶纪志留
16、纪 深水陆棚 2 0004 000204052.08.02.65 1.28.1 1.55 18 页 岩 气 四川蜀南 五峰组龙马溪组 奥陶纪志留纪 深水陆棚 3 0004 500508382.58.5 2.503.80 2.012.0 1.202.1015 在页岩油方面,美国页岩油储集层多为海相沉积,压力系数较高,多呈连续分布且范围较广,储集层单层厚度较大,因此多层立体式压裂则成为纵向储量“全波及”的高效改造技术。目前美国页岩油立体动用可达35 层,水平段长度可达 2 5003 800 m。相对而言,中国页岩油储集层多为湖相沉积,压力系数较低,原油黏度较高且流动性较差,单层厚度较薄,因此中国页
17、岩油的立体动用程度有差距。目前中国页岩油立体动用多为12 层,最多动用 3 层 31 口井(华 100 平台);改造水平井段长度多为 1 5002 500 m,储量控制有差距10。在页岩气方面,美国砂体的平面展布较为稳定,水平应力差较小,在水力压裂后易形成缝网结构,有利于长水平井段增产改造技术的应用,目前美国页岩气水平井段长度可达 2 3004 300 m,最长达到 6 339.8 m(Mercury B 5H 井)。中国页岩气储集层埋藏较深、有机质热演化程度较高,砂体平面非均质性强且水平两向应力差较大,在实施水平井分段压裂改造后不易产生缝网结构且水平井段施工长度受限11,目前水平井段长度多为
18、 1 2002 300 m,最长达到 3 166 m(宁209H71-2 井)。此外,美国页岩气储集层单层厚度较大,多采用立体式压裂技术以实现纵向上的多层动用,目前美国页岩气立体动用可达 35 层,最多达到 8 层 51826 石油勘探与开发石油工程 Vol.50 No.4 口井(CRU-CD2 平台)。1.3 压裂施工参数存在差距 近年来中美均形成了“水平井完井+多簇射孔+滑溜水携砂+石英砂支撑+多段压裂+裂缝监测”的主体改造技术12。对比中美页岩油气典型区块水平井施工参数可知(见表 3、表 4),在工程效果方面,与中国相比,美国页岩油气水平井井段普遍较长,簇间距较小,且裂缝条数较多、密度较
19、大;在作业用量方面,与美国相比,中国页岩油气水平井的单缝砂比和施工排量均明显偏高。此外,虽然中美页岩油和页岩气水平井的施工排量相差不大,但页岩油水平井的单缝砂比均明显高于页岩气水平井。表 3 中美页岩油典型区块水平井施工参数对比 区块 水平段长/m 压裂段长/m 簇间距/m 单段 簇数 裂缝数/条 裂缝密度/(条km1)单缝砂比/%单缝砂量/t 施工排量/(m3min1)加砂强度/(tm1)用液强度/(m3m1)Permian Basin 2 5003 500 4575 46 612 4106501641866.7 18.318.81214 3.03.52025 鄂尔多斯长 7 段 1 500
20、1 800 4570 810 410 120225 8012512.015.0 36.037.51214 3.04.52025 新疆吉木萨尔 1 5002 000 4560 68 68 204320136160 8.611.5 22.037.51416 3.06.02530 大庆古龙 1 6002 500 5070 68 710 19034011813610.011.0 1216 3.54.52128 表 4 中美页岩气典型区块水平井施工参数对比 区块 水平段长/m 压裂段长/m 簇间距/m 单段 簇数 裂缝数/条 裂缝密度/(条km1)单缝砂比/%单缝砂量/t 施工排量/(m3min1)加砂
21、强度/(tm1)用液强度/(m3m1)Haynesvile 2 2723 020 4050 5.08.0 69 3605401581786.7 28.430.712.014.0 4.55.53545 Marcellus 3 0484 247 3160 4.06.0 610 6007501771966.7 13.219.812.014.0 2.63.52225 四川长宁 1 1702 647 5991 6.011.5 612 1203521001334.98.918.528.615.018.0 1.93.82134 四川威远 1 4002 253 60130 5.716.4 317 73282
22、521255.58.023.140.212.015.3 2.12.92031 1.4 压裂装备工具与材料存在差距 1.4.1 压裂车组运行和维护方面 中美在压裂车研发和应用方面基本达到同步。其中柴油压裂车逐渐被淘汰,电驱压裂车成为主流,而燃气压裂车则成为替补。美国柴油压裂车以 2500 型为主,电驱压裂车以 7000 型为主;中国柴油压裂车组核心部件如发动机、变速箱和底盘仍依赖进口,但 7000型电驱压裂车国产化程度较高。中美在混砂车计量、分流和设备控制等方面存在较大差距13。美国已实现精确计量和智能分流,可协同控制多种设备进行测试、混砂、混配等作业;中国已初步具备恒压、恒排量控制能力,但仍以
23、人工控制为主,且各设备运行相对独立。此外,美国已实现双井同步拉链压裂模式,信息化和智能化技术发展迅速,具备压裂闭环控制和一键式作业能力,可同时控制 60 台泵车协同运行。而中国主要采用单井拉链式压裂模式,车组维护主要基于经验数据,自动化作业能力有待加强14-15。1.4.2 封隔工具应用和作业效率方面 除环境、供液、供砂以及套变、套损等原因外,封隔工具的选用对压裂效率也会产生较大影响16。美国分段压裂以速钻桥塞工具为主,页岩油气平台分段压裂可达 68 段/d;中国以可溶分段压裂工具为主,页岩油气平台分段压裂可达 12 段/d。中美封隔工具的异同点包括:速钻桥塞的泵送与钻磨速度差距较大。美国桥塞
24、泵送速度可达 250 m/min,钻磨速度由2012 年的 30 min/只提升到 2019 年的 4 min/只;中国桥塞泵送速度可达 80 m/min,钻磨速度为 1530 min/只。可溶桥塞/球座的承压能力和适用温度相差不大。美国 Infinity 可溶球座承压 70 MPa,耐温 24177;中国的可溶型金属桥塞承压 80 MPa,耐温 20180,胶筒式桥塞承压 70 MPa,耐温 40150。趾端滑套的延时机理不同。美国采用液体节流机理,套管承压 140 MPa,耐温 180,破裂盘破裂压力为 85105 MPa,滑套延时开启时间为 3560 min;中国采用可溶延时机理,套管承
25、压 140 MPa,耐温 150,破裂盘破裂压力为 85105 MPa,滑套延时开启时间为1560 min。1.4.3 压裂液个性化设计及过程控制方面 低黏滑溜水在国内外均已实现大量应用,其主要功效是减阻与产生缝网。中美滑溜水的减阻性能相差不大,降阻率均达到 70%,但在应用程度、个性化设计与过程质量控制等方面差距显著17-18。应用程度方面:美国页岩油气滑溜水应用占比超过 90%,而中国川南页岩气应用占比在 95%以上,长庆页岩油应用占比近 100%,新疆吉木萨尔页岩油占比仅为 52%;个性化设计方面:美国采用清水配制且滑溜水黏度小于 9 mPas,已形成适合不同区块、不同矿化度的配方体系;
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 中美 页岩 油气 开采 工程技术 对比 发展 建议
![提示](https://www.zixin.com.cn/images/bang_tan.gif)
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。