我国致密气开采装备技术现状及发展趋势

我国致密气开采装备技术现状及发展趋势 杜书强 中国石油大学 北京  2015214524 机械1506班 摘要： 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 了致密气开发关键技术， 即气藏描述技术、 优化布井技术、 储层压裂技术、 钻井完井技术、 控水排水技术等;阐述了我国致密气开发面临的挑战及未来发展战略定位， 指出应加强技术攻关， 提高储量的动用程度和单井产量，加大政策扶持力度，优先开发，重点开发， 进一步加快这一现实性最好的非常规天然气的开发进程。 关键词：致密气  开采装备  发展趋势 Current situation and developing trend of the technology of mining equipment of tight gas Du shuqiang  Abstract：It summarizes the tight gas development of key technologies, namely gas reservoir description technology, optimize well placement, reservoir fracturing, drilling and completion technology, water control and drainage technology; describes the challenges faced by our tight gas development and future development of strategic positioning He points out that technology research should be strengthened to improve the use of the extent and well production reserves, increase policy support, priority development, key development, to further accelerate the development process of the reality of the best unconventional gas Key words：Tight gas  exploitation equip  trend of development 0  前言 非常规天然气是指储藏在地质条件复杂的非常规储层中的天然气，在中国最具发展前景的有 3 种: 致密砂岩气( 简称致密气) 、页岩气和煤层气。目前最具开发热度的是页岩气，但我国页岩气的地质条件与地面条件与美国有很大的不同，开采技术很难照搬或复制，想要在短时间内进行大规模的开采是不 现实的。而煤层气自 20 世纪 90 年代开采以来效果并不理想[1]。近年来 “三低”油气藏开发技术的不断进步和非常规连续型油气聚集理论的创 新，推动了我国致密气的不断发展。随着页岩气 “十二五”规划的发布，致密气的开发前景逐渐明朗，越来越多的舆论和热点倾向了致密气的开采。 1  致密气的概念、开发、储藏 1.1  致密气的概念 20 世纪 70 年代美国联邦能源管理委员会的定义，即将地层条件下渗透率小于 0.1×10 3μm 2 （不包含裂缝渗透率）的砂岩储集层中的天然气定义为致密砂岩气，一般情况下没有自然产能或自然产能低于工业标准，需要采用增产措施或特殊工艺才能获得商业气流，并以此作为是否给予生产商税收补贴的标准。国内对于致密砂岩气藏地质评价标准的研究也有较长的历史，并逐步达到统一。2011 年经国家能源局颁布实施中国第一个关于致密砂岩气的行业标准（SY/T6832-2011）[3]。          致密气是三大非常规气（致密气、页岩气、煤层气）之一。自从在 20 世纪 60 年代，我国于四川盆地发现致密气以来，一段很长时间内致密气勘探开发进展缓慢，主要原因是当时“重油轻气” 政策、 技术、 市场等条件制约。但是随着近年来，随着国家对于清洁能源的需求量不断增大，勘探出致密气藏越来越丰富的同时（据估计我国致密气技术可采资源量为10万亿m3左右，目前累计探明率仅 18% ），让我们看到致密气开发潜力的广阔前景，而勘探开发技术的更新使我们对开采致密砂岩气这一巨大资源提供了更多的可能，描述了致密气作为非常规气，具有大面积连片分布、不存在气水界面、气藏边界不明显的分布特征。我国独特地质条件决定了致密气等非常规天然气资源较常规天然气更丰富，发展潜力更大。新形势下加快开发利用致密气等非常规天然气资源对我国天然气工业的发展和经济社会的运行具有重大战略意义[1-2] 。 1.2  致密含气砂岩的成因及特点 沉积作用和成岩作用是导致形成致密含气砂岩的主要原因。常规致密砂岩气藏是烃源岩排烃高峰期时储层为常规储层，储层孔隙较大，其成藏机理同常规气藏，即天然气由扩散作用从源岩层运移到储集层，在储集层中通过裂缝、断层等优势运移通道在构造、岩性等圈闭中聚集成藏。由于重力分异作用形成上气下水的形态。之后由于成岩作用和构造挤压等使储层致密化，形成致密砂岩气藏。 致密砂岩气藏沉积物颗粒混杂，分选差，孔喉细小，比表面大，渗透率低。并且其含水饱和度高， 可动流体饱和度小，气体相对渗透率低；致密气层非均质性强，岩性不稳定，井间小层对比困难。而致密气分布隐蔽，一般的方法很难将其勘探出来， 气体驱替压力高，存在启动压力现象。气水关系复杂，有明显的气水倒置现象，所以其勘探开采构成了一定的难度[5]。 1.3我国致密气的分布和开发现状 我国致密气开发始于 20世纪70年代，但受 “重油轻气” 思想 教师资格思想品德鉴定表下载浅论红楼梦的主题思想员工思想动态调查问卷论语教育思想学生思想教育讲话稿 和技术条件的制约，发展较为缓 慢。我国致密砂岩气藏主要分布(见图 1)在陆上含煤系地层的沉积盆地中(斜坡区和山前构造带)，具有分布广、类型多、源储一体、大面积分布的特点。 图 1 中国致密砂岩气藏分布 截至 2010年，已在四川、鄂尔多斯、柴达木、渤海湾、松辽、塔里木、吐哈等10余个盆地发现具有形成致密砂岩气藏的有利地质条件，其中以四川和鄂尔多斯盆地的储量较为丰富[5]已形成了苏里格气田、榆林气田、大北气田、大牛地等 15个气田，2011年的年产量达185 ×10 8 m 3 ,其中储量和产能最大的气田— — 苏格里气田年生产能力已达到了 160 ×10 8 m 3 [4]。 图 2 中国常规天然气资源量与非常规天然气资源量对比 2 适用于致密气的钻井技术 2. 1 水平井 水平井既能降低费用又能最大限度采气［5］ 。可使气田井数减少50% ～80%，同时使气藏接触面积最大，穿过不同目标层，提高天然裂缝潜力。目前有 3 种方法钻水平井:旋转和滑动钻井、 连续油管钻井、旋转导向系统(RSS)。旋转和滑动钻井钻时长、 钻头磨损不均匀，连续油管和 RSS 联合使用可以使井筒光滑、保持井眼稳定性、有更高的成功率。新技术的发展使水平井成为致密气开采最为经济有效的方法［6］ 。 2. 2 定向井 致密气藏应用定向井的原因包括: ①致密气藏一般为多层气藏，垂直渗透率低，水平井效果不好;②钻垂直段可以通过测井获得产层和储量信息;③致密气藏垂直井水力压裂成功率高于水平井或斜井。在美国 Pinedale、 Jonah 及 Natural Buttes油田， 定向井技术被广泛用于致密气开采。对Pinedale 油田，怀俄明环保局预计定向井技术相对其他技术能够减小对环境的影响达 50% ～ 90%。定向井技术对于环境保护要求严格，在极地恶劣环境、地面设备安装困难等地区具有良好的推广应用价值。 2. 3 多分支井 多分支井的目的在于获得最大油气藏接触面积，减小对环境的影响。多分支井作为一种开发低 渗透油气藏和老油田的钻井方法， 在国外得到大力 发展和广泛应用的原因是［7］:①开发低产油田降 低生产综合成本、 提高单井产量;②开发成熟油田或枯竭油气藏可延长油井使用寿命、 节省投资;③适合海上钻井或具有深产层井;④实现一口井开发多套油层。多分支井开采致密气可降低经济风险及单位技术成本并能提高致密气藏采收率。国外代表性的多分支井技术是哈里伯顿多分支井技术，目前有 4 种多分支井系统[8] 。①Mill-Rite Milled Exit 系统:用于老井或新井，具有精确的深度和方位控制及较低的费用;②IsoRite 隔离完井系统:专门用于需要重新通过钻井来获得分支的井;③FloRite 系统:用于交界处需要完全压力隔离的井;④StacRite 多分支井系统:对新井适用，设备要求和作业流程最小。 2. 4 小井眼技术 小井眼指完井井眼尺寸小于 152. 4 mm 或全井 60%以上井眼尺寸为 152. 4 mm。优点主要体现在井场占地面积小、钻井设备轻、工作量少、只需常规钻井 1/3 的工作人员、节约钻井成本 15% ～40%。在低渗透、 致密气藏适合进行小井眼钻井［9］。近年来，随着油气生产费用的上升以及油气生产不断向边远地区扩展和钻井技术的发展，小井眼井的优越性更为显著 ［10］ 。 2. 5 连续油管钻井 该技术用连续油管代替标准的连接套管，利用井下马达驱动钻头旋转［11］。连续油管单元包括 4部分:绞车、注入头、供电部分、操作室。该技术的优点是钻井部件可以快速调动、减小非生产时间、安全、对环境影响小，而缺点是受深度和连续油管 尺寸限制存在相关机械问题。目前在致密气田仅用于重新钻井和侧钻， 在多层和高度衰竭致密气藏 最具应用潜力［12］ 。 2. 6 套管钻井 利用油田套管作为钻井管柱，钻井和下套管同 时完成［13］。与常规方法不同之处在于钻铤不提供钻压、 管柱连接不同， 套管钻井应用堆垛连接， 包括转矩环或耦合连接。钻机最重要的部件是套管驱动系统， 目前主要应用 2 种系统:威德福的旋转 管传递扭矩系统和德士古可回收井底钻具组合+马达驱动常规钻头 + 井下扩眼系统。该技术可以减少漏失和卡钻， 提高钻速及气体产量。主要在美国、 加拿大、泰国湾、巴西等地应用。 2. 7 控压钻井 空压钻井技术实际上是介于平衡钻井与近平衡钻井之间的一种钻井技术如图3。 图3  空压钻井示意图 应用控压钻井技术可在井筒作业范围内精确控制环空压力变化［14］，分为消极控制和积极控制。 消极控制应用基本配置应对钻井问题;积极控制通 过整个井的设计(套管、油管、流体)来精确控制井 筒压力。优点是减小漏失、减轻井筒稳定性问题、 避免气体或液体如二氧化碳、 硫化氢运移到地面， 缺点是费用大、 需要特殊工具及对钻井人员的培 训。 2.8 FDP 快速钻井工艺 快速钻井的工作流程如图4所示。把钻井系统能量消耗的实时数据分析与结构化方法结合，更好地制订 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 和设计，确保高效、快速钻井。适用于各种地质情况，深井、浅井，直井、大角度井。已广泛用于得克萨斯南部、中东、澳大利亚和俄罗斯等地。对于一口井给定层段，钻速提高近 20%，对于一口井钻速提高近 35% 图 4  快速钻井流程示意图