非常规气试井

1、中国石油大学（华东）试井（论文）非常规气试井学生姓名：刘冬冬学 号：S10020409专业班级：油气田开发10-6班指导教师：张艳玉 2011年2月22日摘 要油气勘探不断深入，非常规天然气的勘探开发就愈显重要。非常规天然气主要包括煤层气、页岩气和致密气3种。它们具有非常规的赋存状态，可以聚集在向斜构造的最底部或煤层中。由于其资源量巨大勘探前景广阔，因此认真研究其形成富集规律，寻找出更多的油气资源意义重大。在这些非常规气的开采中，试井问题又显得尤为重要；本文主要介绍了现在我国非常规气领域的试井技术的发展及应用。关键字：非常规天然气；试井；煤层气；致密气；页岩气目 录第1章 煤层气试井11.1煤

2、层气试井问题11.2煤层气试井的研究进展21.3试井方法分析总结3第2章 页岩气试井52.1页岩气藏特征52.2 国外页岩气勘探开发现状52.3 中国页岩气潜力72.4中国页岩气勘探探讨9页岩气在我国南方勘探的优势9页岩气勘探原则10页岩气钻采工程技术探讨102.4页岩气开发的意义11第3章 致密气试井123.1致密气藏开发背景123.2 致密砂岩气藏的定义及其一般特征133.3国外致密砂岩气藏储层评价133.4致密砂岩气藏储层研究趋势14获取更多的基础数据15提高低渗致密储层精细描述技术15参考文献16第1章 煤层气试井煤层气是一种重要的非常规天然气资源。我国拥有相当丰富的煤层气资源, 但对

3、煤层气的开发利用尚属初步阶段, 落后最先开采利用煤层气的美国几十年。如果能合理的开发利用煤层气不但可以缓解常规油气供应压力, 还可以保护大气环境, 减少煤矿开采的意外事故发生。煤层气是一种新型能源, 因此, 对于煤层气的勘探开发将会是我国乃至世界能源的发展趋势。煤层气试井是了解煤储层情况的重要手段, 只有清楚了煤的储层情况才能对煤层气进行合理的开采。1.1 煤层气试井问题 煤层气试井不同于常规油气田试井。目前能够准确获取煤层参数的有效方法就是煤层气试井。我国在常规油气田试井方面已经达到了相对成熟的阶段, 但对煤层气试井研究尚浅。然而煤层气的开采依赖于对煤储层的了解, 煤储层的特性只有通过试井分

4、析才能相对准确的反应。煤层气层有着特殊的渗流机理及复杂的构造。煤岩层具有裂缝孔隙和基质孔隙组成的天然双重空隙结构。煤基质被裂缝网格所切割, 通常称这种裂缝网格为割理系统。割理系统又分为面割理和端割理, 主要渗流通道是面割理。煤层甲烷气被大量吸附在端面的微孔表面, 当煤层内压力降低时, 甲烷气开始解析, 以游离气的形式顺着割理系统流向井筒。煤储层与常规油气储层不同, 表现在:1) 煤层孔隙系统分为基质孔隙和裂缝孔隙两种, 构成了煤层的双重孔隙系统。且煤岩胶结性差, 割理、裂隙发育, 并形成复杂的割理裂隙系统, 使煤储层强度弱, 易碎、易坍塌。2) 煤储层孔隙小, 孔隙比表面积主要与微孔有关, 微

5、孔的发育使煤的孔隙表面积增大( 1 g 煤的表面积可达100 400m2 ), 因此煤层中甲烷气主要吸附在煤层孔隙的外表面, 游离态的气体较少, 且多分布于节理缝和天然裂缝中。3) 孔隙度和渗透率很低、孔隙半径小, 迂曲度大, 毛管作用明显, 自吸作用强烈。因此钻井、完井、固井以及储层改造工作中易造成煤层污染。4) 煤储层中, 欠压、常压、超压的压力情况都存在, 但是大多数的煤储层以欠压为主。5) 非均质性、应力敏感性强, 同一地区储层特征和地质特征不同, 同时由于煤储层的裂缝系统和割理发育很好, 应力的较小变化会引起渗透率的强烈变化。煤储层的以上特征, 给煤层气的开发带来了各种难题, 也决定

6、了煤层气开发中所采用的试井中所采取的方法和技术措施。同时由于煤岩的机械强度低、易破碎的特征, 造成煤岩取芯难度大、伤害程度评价困难。煤层气试井与常规油气田试井不同: 1) 初始打开煤层气藏时, 甲烷气还没有发生大量的解析, 在割理系统中几乎全部充满了水, 因此被测井通常是水井, 所谓煤层气试井常常是按水井试井的方法进行地层参数分析。2) 煤层气试井过程只有短短的几天时间, 但是从抽水降压使煤层气解析变成游离气进入割理系统再流入井筒往往需要几年甚至几十年的时间, 因此, 虽然煤岩具有双重结构但试井时并不表现为双孔介质流动特性, 不能涵盖抽采煤层气的所有阶段。3) 由于煤层气的特殊渗流机理, 在不

7、同的开采阶段, 试井的对象也不同。比如如上所述开采初期时试井的对象往往是水, 开采期, 关井压力恢复时被测试对象实际上是气水两相流, 因此, 不同阶段要用不同的试井分析方法。4) 基于煤层与普通油气层的物理性质不同, 试井分析中应具体分析, 比如在普通岩层中渗透率可以通过取岩芯实验测得, 但是对于煤层在取煤芯的过程中, 煤芯极易被破坏, 通过实验测得往往很难成功, 只有通过试井测得。煤层气作为一种清洁能源亟待开发, 试井分析是煤层气开发必不可少的阶段, 为此必须加快煤层气试井的研究, 找出适合于煤层气藏的试井分析方法。1.2 煤层气试井的研究进展目前, 煤层甲烷气试井常用的方法有段塞流测试方法

8、、压降测试方法、变产量试井方法、DST 测试、水罐测试和注入压降测试方法。段塞测试操作简单, 只需在测试前向井筒内注入一定量的水, 使之形成一个段塞, 当水开始流入地层时进行压力监测。优点是简单、省时、所需费用小, 但同时也存在测试半径小, 不适用于所有井, 由于井筒储集效应的作用, 所得的渗透率误差比较大。压降测试方法适合于饱和水的煤层气井, 关于煤层特性的精确数据是在井筒储存到气体解吸和非饱和流的开始阶段测得的, 但是这个时间段往往比较短, 因此需要延长此时间段。煤层气井单项压降测试数据可以用常规的油井压降测试分析方法来分析。变产量试井方法是在测试过程中不断改变水和气的产量, 同时监测井底

9、压力变化。一般用在第一口井。DST 测试也叫钻杆测试, 常用于渗透率比较好和储层压力较高的储层中。煤层气是吸附在煤基质的微孔中的, 与常规油气不同, 因此DST 测试的目的也不同, 在煤层中主要是为了了解割理中水的能量与割理的渗透能力, 储层压力以及判定原始游离气是否存在。水罐测试与注入压降测试相比成本较低, 测试成功率高, 对有效渗透率测试准确, 避免了将地层压裂, 但是测试时间长。适用于低压, 渗透性较好的地层注入压降测试方法是煤层气开采中最常用的试井方法。此方法是以一定排量将水注入地层一段时间, 然后关井进行压力恢复测试。注入流体提高了地层压力, 确保了测试过程中为单向流, 可以用标准的

10、试井分析方法分析, 结果可靠, 操作简单。2001年王庆红等人指出了一些注入压降测试中应注意的问题, 测试与压裂应保持相隔一定的时间, 防止测试受到干扰。由于煤层具有低压低渗的储层特征, 因此要选用高精度的存储或直读式电子压力计, 对于压力计的使用2009 年高利民在.MRO 在煤层气试井中的应用及常见问题的探讨 中做了详细介绍。目前在注入压降试井中最常用的是PANEX 型电子压力计。煤层中割理渗透率随有效应力的增加而降低, 而孔隙压力又影响着有效应力的改变, 因此煤层割理渗透率与孔隙压力有着密不可分的关系。张公社等人首次考虑了试井过程中渗透率随压力变化而变化这一因素, 主要运用Puri和Se

11、idle试验相关式导出了分析压力衰减资料的新试井解释方法。此方法不仅确定了渗透率还确定了煤层的原始压力。2007年梁志军等人综合考虑了表皮效应和井筒效应并建立了煤层气不稳定试井的数学模型, 并对煤层气藏不稳定试井测试资料的分析方法进行了讨论, 为气井产能预测和压裂设计提供了基础数据。Reeves首次建立了一种新的三孔双渗模型, 张先敏与同登科在此基础上建立了考虑井筒储集与表皮系数影响的低煤阶煤层气单项流动的三孔双渗试井模型, 通过Laplace变换及Ste fest数值反演方法求得模型的数值解。非爆破带转移, 降低地应力梯度; 同时增加煤体的透气性, 加速高压瓦斯的充分释放, 降低瓦斯压力梯度

12、, 消除或减小工作面突出的危险性, 实现时间和空间上的超前防护作用。深孔松动爆破时, 严格执行撤人、停电、设警戒、远距离放炮、反向风门等安全措施。所以不会造成伤人事故。1.3 试井方法分析总结试井分析在煤层气开发中起着重要的作用, 近几年煤层气试井也有了一定的进展, 但也存在着一些亟待解决的问题, 主要表现在以下几个方面: 1) 现有的试井方法大多是借鉴国外的先进技术, 但由于我国的煤层构造复杂, 不同于国外, 因此要加强针对我国现实情况的试井方法研究。2) 需要进一步开展煤层气渗流机理的研究, 这也是煤层气试井研究的基础。3) 应加强对煤层气试井数学模型的研究, 一个好的数学模型能够相对准确

13、的反映现实情况, 得出的物性参数也相对准确。4) 每一种试井方法都有其优缺点和适用范围, 要针对煤层的具体情况, 煤层气开采的不同阶段正确的选用试井方法。综上所述, 我国对于煤层气试井的研究处于起步阶段, 经过不断的探索与研究取得了一定的效果。与此同时也应该正确的面对其所存在的问题, 将理论与实践相结合, 研究出适合于我国煤层气具体情况的试井方法。第2章 页岩气试井2.1页岩气藏特征页岩气是以多种相态存在、主体上富集于泥页岩（部分粉砂岩）地层中的天然气聚集。页岩气藏中的天然气不仅包括了存在于裂缝中的游离相天然气，也包括了存在于岩石颗粒表面上的吸附气。页岩气与其他类型天气的显著差别在于，其具有典

14、型的“自生自储”特点。页岩气既可以是生物成因气也可以是热成因气，或是生物成因气与热成因气的混合气。作为生物成因气，通过在埋藏阶段的早期成岩作用或近代富含细菌的大气降水的侵入作用中厌氧微生物的活动形成；作为热成因气，通过在埋藏比较深或温度较高时干酪根的热降解或是低熟生物气再次裂解形成，以及油和沥青达到高成熟时二次裂解生成。页岩含气量主要与有机质含碳量、类型及演化程度有关。只要页岩中检测出一定的有机碳含量，且具有一定的演化程度，页岩中就有可能存在天然气。因此只要发现层厚、含碳量高的大片页岩，就能大致确定页岩气的空间分布，极大地减小页岩气的勘探难度。页岩的孔隙度与渗透率极低，需要裂缝来提高孔渗性能。

15、一般情况下，页岩气藏需要人工压裂才能进行工业生产。大多数产气页岩具有分布范围广、层厚、普遍含气等特点，这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。2.2 国外页岩气勘探开发现状页岩气的研究开始于美国，美国的第一口工业性天然气钻井（1821年钻至8m深度时产出裂缝气）就是页岩气井，当时由于产气量少而没有得到重视，但却拉开了美国天然气工业发展的序幕。到1926年时，发现的东肯塔基和西弗吉尼亚气田（泥盆系页岩）已成为当时世界上最大的天然气田。从1980年开始，美国天然气研究所开始对东部页岩气进行系统研究，主要目的是摸清页岩气分规律并进行资源潜力评价, 不断地发现新的页岩气田并进一步提高页岩气产量、储量

16、，随后的页岩气勘探和研究迅速向其他地区扩展,页岩气研究全面开展。美国目前已在多个盆地中发现并开采了页岩气（图1），在1981年至1999年期间，美国的页岩气钻井总数超过了2.8 万口，2006 年时已超过了3.95 万口，页岩气年产量逐年递增。1998年，美国页岩气产量占到了干气总产量的1.6%，为全美探明天然气储量的2.3%。2005年，美国页岩气产量占其天然气总产量的4.5%，目前已达到10%左右。其中阿巴拉契亚和密西根盆地页岩气资源量就分别达到（6.377.02）1012m3和（0.992.15）1012m3，页岩气可采储量分别为（0.410.78）1012m3和（0.310.54）10

17、12m3，1999 年这两个盆地的页岩气产量总和大约为110108m3。由美国近几年非常规气产量增长趋势图（图2）可知，页岩气产量成指数增长，是目前经济技术条件下天然气工业化勘探开发的重要领域和目标。图1 美国页岩气盆地分布图Fig.1 Distribution of shale gas basins in U.S.图2 美国非常规气产量增长图Fig.2 Growth of unconventional gas production in U.S.美国的页岩气主要发现于中古生界中，目前勘探开发正由东北部地区的盆地（阿巴拉契亚、密西根、伊利诺斯等盆地）向中西部地区的盆地（威利斯顿Bakken页岩

18、），以及圣胡安丹佛（Niobrara白垩岩）、富特沃斯、阿纳达科（Woodford页岩）等盆地扩展。美国天然气研究所和Curtis等近年公布的资料表明：美国落基山地区盆地中的页岩气资源量为1120108m3，逐渐形成了区域性页岩气勘探开发局面。此外，加拿大等北美部分国家也已经开始了页岩气勘探开发，并取得了一定的效益。国外页岩气勘探开发正处于发展阶段。2.3 中国页岩气潜力与美国页岩气发育盆地对比发现，中国存在区域发育页岩气的地质背景和条件。根据地质背景，可将我国的页岩气发育区大致划分为四大区域，即南方、中东部（华北东北）、西北及青藏等四大地区（图3）。图3 中国潜在的页岩气发育区分布图Fig.

19、3 Distribution of China在纵向上，中国南方从震旦纪到中三叠世，发育了面积达200104km2的海相地层，并且最大厚度超过了10km。地层中形成了上震旦统（陡山沱组）、下寒武统、上奥陶统（五峰组）下志留统（龙马溪组）、中泥盆统（罗富组）、下石炭统、下二叠统（栖霞组）、上二叠统（龙潭和大隆组）、下三叠统（青龙组）等8套以黑色页岩为主的烃源岩层系。其中下寒武统、上奥陶统（五峰组）下志留统（龙马溪组）、下二叠统、上二叠统等4套烃源岩是区域主力烃源岩7。将这几套地层与美国东部对比可知，在构造运动强度、页岩形成时代上具有相似性。这4套地层分布广、厚度大，有机质含量高，是南方最有利的页

20、岩气勘探层位。在横向上，中国南方包括了三江造山带及其以东、龙门山推覆带秦岭大别造山带以南、闽粤岩浆岩带以西北的广大地区。南方总面积有220104km2，其中古生界海相地层分布面积达90104km2。由美国页岩气勘探研究可知，中古生界海相地层有利于页岩气的发育，因此中国南方也具有页岩气的勘探开发潜力。但是，目前中国南方页岩气勘探程度还很低，井浅数量少，只有少数的井钻遇了寒武系和志留系。这在认识上还有缺憾。仅仅在四川盆地的部分地区发现有一定规模的气田，其他地区的勘探基本还是空白。同时，中国南方页岩普遍为有机质含量高的黑色页岩，具有埋深浅、面积大、层厚等特点，最大厚度超过1400m。调查表明，我国黑

21、色页岩分布十分广泛，南方、鄂尔多斯、吐哈、茂名和抚顺等地区的页岩和油页岩，都富含有机质。中国南方是页岩气勘探开发的有利首选区域，四川盆地、鄂西渝东及中下扬子地区是平面上分布的有利区。四川盆地具有与美国典型盆地相似的地质条件和构造演化特点，均属于古生代发育的海相沉积盆地，具有较大的页岩气勘探前景。其中页岩气不仅是盆地内常规气藏的烃源岩，而且还具备了页岩气成藏的地质条件，这是由页岩气的“自生自储”特点决定的。调研显示，四川盆地威远地区的九老洞页岩和泸州地区下志留统龙马溪页岩，都具备页岩气成藏条件，而且前期勘探中已有页岩气发现。其中，威远地区、阳高寺和九奎山158口井在复查中普遍见到显示，尤其是19

22、66年完钻的威5井，钻遇九老洞页岩段发现气侵与井喷，后测试日产气2.46104m3。随后，这一地区的其他几口井以及泸州地区的有关地层，在钻井过程中也见到不同级别的页岩气显示。上述两个地层的页岩气资源潜力应该为（6.88.4）1012m3，相当于四川盆地的常规天然气资源总量。而在四川盆地的龙马溪组等主要地层中找到了页岩气发育的直接证据（图4），暗色页岩（泥岩）段气测异常、气显活跃、井喷、井涌时有发生，表明存在页岩气，且分布面积广大。图4 四川盆地须家河组和龙马溪组页岩气存在证据Fig.4 Evidence showing the presence of shale gas inthe Xujia

23、he and Longmaxi formations in Sichuan Basin在华北东北地区，页岩气更可能发生在主力产油气层位的底部或下部，区域上的古生界、鄂尔多斯盆地的中古生界、松辽盆地的中生界、渤海湾盆地埋藏较浅的古近系等。泥页岩累计厚度在502000m之间，平均有机碳含量为1.0%2.0%，局部平均值可达4.0%以上，对应有机质成熟度变化较大10。在西北部地区，页岩气大部分分布在中生界（侏罗系及三叠系等）和盆地边缘埋深较浅的古生界泥页岩中。西北地区页岩有机碳含量平均值普遍较高，成熟度变化范围也较大。而青藏地区的地表环境虽然较差，但中古生界泥页岩地层厚度大，有机质含量高，有机质热演

24、化程度适中，也是页岩气发育的有前景地区。总之，在纵向上我国古生代地层分布范围广、地层厚度大、有机质含量普遍较高，可作为区域上页岩气勘探研究的重要层系，富集层位主体存在于中古生界中国石油勘探2中，东部地区的新生界也是一个不可忽视的重要领域。横向平面分布上，南方扬子地区是最为有利的勘探区域。2.4中国页岩气勘探探讨2.4.1页岩气在我国南方勘探的优势与美国东部地区页岩气盆地地质条件进行对比后认为，我国南方地区是页岩气发育的良好区域，是开展页岩气研究及勘探开发生产的首选区域。该地区虽然页岩气成藏条件良好，但也存在两个方面的问题:一是有机质演化程度普遍较高，Ro2%的地区占相当大的比例;二是南方地区后

25、期抬升作用强烈，对已形成油气藏的影响作用和破坏作用明显。但是由于页岩气的赋存特性，即抗构造破坏能力较强，尽管区域性抬升剥蚀强烈，但南方地区仍然是国内开展页岩气勘探和研究最有利的区域11。从美国页岩气发现情况来看，大部分页岩气出现在古生界中，这说明我国南方大面积地区可能存在页岩气的有价值地层。2.4.2页岩气勘探原则根据页岩气藏主控地质因素及分布规律，对四川盆地页岩气藏勘探原则的探讨很有启示，但仍需有针对性地具体化。页岩气藏勘探总体应遵循以下几大原则:（1）页岩气藏勘探尽可能优先在有机碳含量和热演化程度较高区域进行，特别是有机碳含量大于2%和镜质组反射率大于0.4%的区域，其中再以黑色页岩较发育

26、的区域进行优先部署。（2）陆相和海相页岩气藏勘探应彼此顾及，首先勘探沉积中心的区域，在有所发现的条件下，再逐步扩大勘探范围。陆相中的湖相和三角洲相是较为有利的优先勘探区域。但也还应了解区域内海相海陆过渡相陆相的纵向时空变化规律，寻求纵向上追踪勘探。（3）裂缝发育区域的判断是关键环节，优选构造转折带、地应力较集中带和褶皱断裂带重点勘探，现今的中深级埋藏深度是勘探重点，对海相沉积页岩的过大抬升区域要进行侦察性勘探。（4）四川盆地内的其他地区要在前期全面资源调查的基础上，从中筛选出较有利勘探区块，进行勘探可行性深入评价，中下侏罗统和二叠系大隆组是深入评价的重点。（5）暗色页岩单层厚度一般大于30m较

27、适合勘探，应结合有机碳的含量进行综合选择。暗色页岩层流体高势能区是勘探的重点，游离页岩气高压异常带应优先勘探，而吸附高压异常带勘探可推后进行，低压异常带勘探要慎重，但也不可忽视低压异常中仍有较大产出能力的可能性。2.4.3页岩气钻采工程技术探讨暗色页岩气藏勘探属于世界范围内较边缘的专业学科领域，钻井和完井要采用现有的先进技术。老井上试或下试是立体勘探中的有效途径。对于原有的直井和斜井，特别是地层孔隙流体高压异常状态下，可进行氮气超正压射孔。如果要用液垫，须防泥质膨胀。采用现有的有机盐和无机盐复合防膨技术也是一条重要技术途径。高含钙质的暗色页岩地层，可用乙醇酸进行水力喷射孔作业，发挥应有的多种功

28、能。裸眼割缝衬管完井技术具有广泛的适用性，尤其是新钻的井眼易于采取这种完井方式，钻井显示很好的井尤其应采用此完井方式。为了稳定井壁，也可以在井壁与割缝衬管间充填掺纤维的陶粒。水平井是暗色页岩气藏勘探评价的重要手段，对于原来有较好气显示的老井，采用套管开窗侧钻水平井可以降低增产措施的技术难度，但是有待于用裂缝检测技术确定水平井段延伸的方位。用空气作循环介质在暗色页岩中钻进，稳定井壁在于增加注气压，可依据演化模式预测暗色页岩对扩散相天然气封闭的能力，以指导页岩气藏勘探。2.4页岩气开发的意义（1）页岩气成藏机理特殊，成藏条件多样，具有普遍发育、广泛分布特点，是中国值得高度重视且具有广泛勘探意义的非

29、常规油气资源类型。（2）页岩气储量大、生产周期长，美国已发现埋深最浅的工业性页岩气只有182m，平均深度也只有1200m，通常介于4502300m之间。与其他非常规类型气藏相比，页岩气勘探成本也并不高，因此在中国开展页岩气研究具有重大意义。（3）页岩气在中国的分布具有普遍性意义，平面上可划分为南方、西北、华北东北及青藏等4个页岩气大区。其中，南方及西北地区的页岩气（也包括鄂尔多斯盆地及其周缘）的成藏条件最好、资源量最大。在剖面上可分为古生界和中新生界两大套特点差异较大的重点层系，但以南方地区的古生界和西北地区的中古生界为最优。第3章 致密气试井3.1致密气藏开发背景致密砂岩气藏具有低孔渗、连通

30、性差的特点, 储层评价研究水平是有效开发该类气藏的关键因素。美国和加拿大致密砂岩气藏勘探和开发程度最高, 在致密储层评价研究方面积累了大量的经验。致密砂岩气藏主要指发现于盆地中心或者是连续分布的大面积天然气藏, 也有观点认为大多数的致密气藏是位于常规构造、地层或复合圈闭中的低渗储层中, 通常被称为“甜点”。国外致密气藏描述、评价和评估主要依赖于岩石学、测井和试井三种手段。未来致密砂岩气藏储层评价描述水平的提高主要基于两个方面: 一是为了准确地评估和开发致密气藏, 需要从岩心、测井和钻(录) 井以及试井分析中获取更多的基础数据; 二是使致密储层描述向高精度发展, 进一步研究气藏砂体展布和含气富集

31、带, 包括透镜体砂岩大小、形状、方向和分布的确定, 储层物性在空间分布的定量描述, 低渗、特低渗岩心物性测定技术。在世界石油资源供需矛盾加剧、原油价格居高不下、天然气储采比持续下降的形势下, 随着人类对清洁、环保、高效能源需求的持续高涨, 人们对非常规能源特别是非常规天然气的关注日益增加。非常规天然气又称分散天然气, 是指储藏在地质条件复杂的非常规储层中的天然气, 主要包括致密砂岩气、页岩气、煤层甲烷气、地下水中(水溶性) 的天然气以及天然气水合物等。与常规天然气相比, 非常规天然气的类型和赋存形式更为多样, 分布范围更为广泛, 潜在资源量远远大于常规天然气资源。Masters 提出的天然气资

32、源金字塔充分说明了致密气资源在世界天然气资源分布中的重要地位(图1) 。从图上可以看出, 在金字塔的底部, 致密气资源(储层渗透率01 1)的体积非常巨大。另据世界石油委员会报告(Raymond 等, 2007) , 在全球, 致密砂岩气藏中的天然气资源量大约为114 108 m3, 煤层甲烷气资源量大约为233 108 m3 。图1 天然气资源金字塔示意图( Masters , 1980)致密砂岩气的开发主要局限在拥有巨大储量的美国和加拿大。美国已有近70年勘探开发低渗透致密砂岩气藏的历史, 在非常规天然气优惠政策促进下, 致密储层气开采的天然气量逐年增加, 随之形成了一套较为成熟的勘探开发

33、技术、方法系列, 积累了大量的经验, 也发表了许多这方面的成果。致密砂岩气藏本身具有的低孔渗、连通性差的复杂地质条件的特点, 开采难度相对较大, 给地质工程师和油藏工程师带来了很大的挑战, 以致于当前低渗致密气田的有效开发, 特别是储层评价研究, 已是国内低渗透致密气田面临的一个普遍问题。为了对国外低渗致密气田的储层研究现状和做法有所了解, 本文通过查阅大量文献资料, 从致密砂岩气藏的类型、储层评价手段等角度入手, 总结了国外特别是北美的致密砂岩气藏的储层研究成果, 并就其发展趋势进行了分析, 力求对国内致密气砂岩储层的评价研究起到一定的参考借鉴作用。3.2 致密砂岩气藏的定义及其一般特征致密

34、砂岩储层通常是指储层渗透率低的砂岩储层, 根据储层所含流体的不同, 对孔隙度和渗透率的要求也不同, 所以低渗透储层是一个相对的概念。不同的组织对致密砂岩气藏有不同的定义, 最原始的定义可以追溯到1978 年美国天然气政策法案, 其中规定只有砂岩储层对天然气的渗透率等于或小于01 1 10 -3m2 时的气藏才可以被定义为致密砂岩气藏。美国联邦能源委员会(FERC) 也把致密砂岩气藏储层定义为地层渗透率为0.110 -3m2 的砂岩储层 , 这是当前最被认可的一个定义。在致密砂岩气藏中, 对气体产量影响较大的因素除了渗透率和(或者) 深度外, 还包括压力、流体性质、气藏和地表温度、产层、泄流半径

35、和井筒半径、表皮系数和非达西常数等。由于致密砂岩储层低孔低渗的特点, 导致此类型气藏一般具有以下特征: 气藏构造平缓、埋藏较深、岩性致密、低孔渗、次生(溶蚀) 孔隙相对较发育、高含水饱和度、高束缚水饱和度、电阻率较低、沉积物成熟度低、成岩成熟度高、高毛细管压力、无明显的气水界面、常具异常压力、地质储量可观、产量较低等。低渗致密砂岩气藏的一个突出特点就是自然产能低, 需要采取某种增产措施和特殊的钻井和完井方法才能达到工业开采的要求。3.3国外致密砂岩气藏储层评价独特的致密气藏特征经常导致完井及增产措施失败, 因此, 最具挑战性的工作就是在进行增产措施设计之前来评估气藏的品质。地质工程师除了用较少

36、的岩心之外, 常常依赖于测井来计算相对精确的储层孔隙度、渗透率以及定性地识别储层中的流体性质和定量地计算各种流体饱和度。致密气藏描述、评价和评估主要依赖于岩石学、测井和试井三种手段。这里主要介绍一下致密气藏得试井。试井在致密砂岩气藏试井工作中面对的最大的问题是: 由于致密砂岩气藏具有极低的渗透率, 要想达到无限作用径向流需要很长的时间, 因此, 实施常规试井既不实际, 费用又高。为了从致密砂岩气藏试井中得到尽可能多的信息, Lee 提出一套压前和压后试井的程序。整个程序最关键的是要有一个精准的原始压力值, 实际上, 得到一个准确的原始压力值在整个气藏的开发过程中都是非常重要的。Lee 所用的方

37、程是传统方程, 已经成功应用了好多年, 他提出建立适当的压前气体流量。如果储层是非常致密的(01001011 mD , 1 mD = 10 - 3m2 ) ,基于经验, 用酸、KCl 水溶液或N2 , 就可以得到压前气体流量。但是Lee 的方法仍然无法解决试井时间过长的问题, 并需要压后试验的正确评价, 特别是当储层的渗透率小于011 mD 时, 就更需要压后评价。为了减小需要长期流动和关井时间这个问题,研究人员使用了根据脉冲压裂注入实验来估计渗透率的方法。例如, Gu 等人建立了基于瞬时的源溶解到扩散能力方程的一个等式。当注入时间比关井时间短时, 可以称注入物为瞬时源。这种方法与冲击试验相类

38、似, 所不同的是冲击实验不能产生裂缝, 而脉冲试验有望在井筒周围产生裂缝。Mayerhofer 和Conomides 研发了一种方法,并且介绍了一个实例通过一个小型压裂试验来说明怎样计算渗透率、泄漏系数和废弃压力。他们通过建立一个可以识别不稳定流动时期的双对数判别交会图来进行分析, 并由此可以计算气体渗透率, 结果的可靠性可通过压力匹配来证实。通常一口井要钻穿几个透镜状的气藏, 随着开发钻探的进行, 有可能其中有些透镜体没钻遇, 还保持原始地层压力, 而有的透镜体则由于生产而压力下降很多。如果一口开发井要进行压裂, 则压力下降多的层段会影响全部的压裂工作。为了减小这种影响, Craig 等人介

39、绍了一个实例, 在该例子中, 用多重诊断压裂注入试验来确定与天然裂缝泄漏有关的压力, 识别砂岩透镜体的压力损耗, 估计气相渗透率, 优化多次压裂作业。致密砂岩气藏中试井分析较新的方法是射孔流入试验分析, 即PITA ( Perforation Inflow TestAnalysis) 。Rahman 等人介绍了油气的数学算法背景, 以及用这种方法的气田实例, 其主要目标是计算气藏原始压力、有效渗透率和表皮系数。3.4致密砂岩气藏储层研究趋势随着世界石油资源供需矛盾加剧、原油价格居高不下、天然气储采比持续下降, 致密砂岩气藏的储层研究的重要性更加凸现。对于致密砂岩储层性质的研究既有助于寻找更多的

40、天然气储量, 也有助于: 通过选择适当的射孔井段来改善完井设计; 优化水力压裂或酸化增产措施设计; 在钻井和开发过程中采取有效的储层保护措施和有效的储层改造技术, 选择合适的完井和增产措施流体以最大程度地减少对地层的伤害, 从而降低成本、增加效益。从提高储层研究水平来说, 主要有以下两个方面: 获取更多的基础数据为了准确地评估和开发致密气藏, 需要从岩心、测井和钻(录) 井以及试井分析中获取数据。相对常规气藏而言, 评价致密砂岩气藏需要的数据更多。地质学家和工程师需要研究和建立测井岩心相关曲线, 以便使用最简单的测井方法进行致密气藏评价。 提高低渗致密储层精细描述技术提高低渗致密储层评价技术,

41、 计算相对准确的孔隙度、渗透率以及定性地判别储层中的流体性质, 这对于确定优化水力压裂的规模、流体选择、支撑剂浓度和尺寸、泵压的频率等都是非常有必要的。通过进行低渗致密储层精细描述和储层预测,进一步研究气藏砂体展布和含气富集带, 包括透镜体砂岩大小、形状、方向和分布的确定, 储层物性在空间分布的定量描述, 低渗、特低渗岩心物性测定技术, 进一步开展压前储层评价, 使储层描述向高精度发展, 从而进行低渗透气藏相对高渗富集区优选, 科学合理布井。参考文献1Masters J A. Resource Pyramid (circa 1980)1.2Michael E1McCracken ,DaleFitz,TomRyan.Tight gassurveillance and characterization:impact