北美页岩气勘探开发技术考察报告

美国页岩气开发情况的分析美国页岩气的快速发展为世人瞩目，对美国乃至全球的能源格局形成了不容忽视的影响。

在此我们进行介绍，以期对我国页岩气产业的发展提供借鉴。

页岩气是从页岩层中开采出来的天然气，它与煤层气、致密砂岩气一起，被称为非常规油气资源的三大品种。

相对常规天然气而言，页岩气实际上是原生原储的天然气贫矿。

有一个形象的说法，常规天然气好比是“大金娃娃”，页岩气相对富集的地质块体不过是“甜点”。

就是这种贫矿，十年前美国的开采还微不足道，而现在已占美国天然气开采总量的约1/4，一场页岩气开发热潮正在美国上演。

而且，页岩气的开发也在深刻影响着美国的能源利用和应对气候变化行动。

美国页岩气开发现状美国是世界上最早进行页岩气资源勘探开发的国家，开采历史可以追溯到1821年。

但是，页岩致密低渗的特点导致页岩气开采难度大、成本高，在本世纪以前，页岩气大规模开发并不具有经济上的可行性。

随着水平井技术和水力压裂技术的成熟，开采成本大幅下降，页岩气的商业化开发具备了可行性。

近年来美国页岩气勘探开发的发展速度惊人。

2004年，美国页岩气井仅有2900口，2005年不过3400口，2007年暴增至41726口，到2009年，页岩气生产井数达到了98590口。

而且，这种增长势头还在继续保持，2011年仅新建页岩油气井数就达到了10173口。

美国页岩气的大开发，提高了美国能源自给水平，美国能源对外依存度降至20世纪80年代以来最低水平。

美国石油进口从2005年占石油总消费量的60%下降到2012年的42%，净进口量从1300多万桶/天降至800万桶/天。

而且，美国60年来首次成为炼油产品出口国，美国在2009年已经超越俄罗斯成为最大的天然气生产国。

国际能源署在2012年11月份发布一份十分乐观的预测：在2017年将超过沙特成为最大的石油生产国，到2035年美国将实现能源自给自足。

美国页岩气开发热潮出现的原因北美大陆页岩气储量丰富。

中国石化赴美页岩气考察报告一、概况2009年初根据股份公司王志刚高级副总裁的指示，中国石化石油勘探开发研究院组织专家对国内外页岩气勘探开发情况进行了系统调研。

4月底股份公司蔡希源副总地质师带领油田部有关人员到研究院听取了调研汇报，随即对中国石化页岩气工作做出了安排。

油田部牵头，以华东分公司为主，组织江汉油田、勘探南方分公司、石油勘探开发研究院专家对中国南方海相烃源岩发育的广大地区开展选区评价工作，并与国际大石油公司进行技术交流，为中国石化开展页岩气勘探开发作准备。

随着工作的持续推进，王总洞察页岩气与常规油气在勘探开发技术方面的问题关键，提出页岩气勘探开发除了请进来，还要走出去。

蔡总亲自组织了由总部机关和基层企业的地质和工程技术人员组成中国石化第一个页岩气技术考察团。

对赴美国考察的内容、对象及日程作了详细安排，强调要对BP等大公司的管理及技术进行深入的调研了解，要求我们准备好问题深入地问、到现场看设备、看施工、看关键环节。

考察团最后在宗铁副主任的带领下，不负使命，克服时差带来的困难、不顾长时间乘机带来的劳顿，出发第一天就连换3个航班赶到考察目的地，最后用短短的2周时间横跨美国中西部三大页岩气盆地，对3家在页岩气地质评价，勘探开发技术及页岩气储产量都有成就的公司进行了考察访问，圆满完成了考察任务。

1、考察团组成团长宗铁石油工程部副主任（工程）团员戴少武油田勘探开发事业部总地质师（地质）周松华东分公司副总经理（工程管理）曾庆坤油田勘探开发事业部处长（钻井）何发岐油田勘探开发事业部处长（地质）李建青华东分公司研究院副院长（地质）谢先平华东分公司非常规项目部副主任（测试）2、考察对象及内容BP是2008年开始进入页岩气勘探开发领域的，通过在自己的区块生产、购买气田以及合作等方式到2009年已经达到了日产360mmcf/天的能力。

它在地质评价、区块优选以及整个页岩气勘探开发生产组织、项目运作方面具有良好的经验值得中国石化借鉴。

美国现代页岩气开发免责声明本报告是美国政府机构资助的一个项目的研究报告。

无论美国政府或其任何机构，或其任何雇员，都不保证（明确表达或暗示）所披露的任何信息、装置、产品或流程的准确性、完整性或有用性，也不对其承担法律责任或义务，也不表示其使用不会侵害他人权利。

文中以商品名、商标、制造商或其他方式提及的任何特定商品、流程或服务，并不必然等于或暗示美国政府或其任何机构对其的认可、推荐或偏好。

作者在报告中表达的观点和看法，并不必然陈述或反映美国政府或其任何机构的观点和看法。

美国现代页岩气开发项目编号DE-FG26-04NT15455提交美国能源部化石能源司能源技术国家实验室俄克拉荷马市地下水保护理事会ALL咨询公司编写2009年4月本报告基于美国能源部化石能源司国家能源技术实验室（NETL）资助的研究项目，项目编号DE-FG26-04NT15455。

NETL的项目经理Robert Vagnetti先生和Sandra McSurdy女士提供了关照与技术指导。

本研究由地下水保护理事会（GWPC）管理，ALL咨询公司作为主研。

GWPC和ALL咨询公司对下列联邦、州、工业机构和院校表示感谢，它们在大量资料提供、数据收集和技术评论方面所给予的帮助对本项目的成功是至关重要的。

此外，对花费了时间与精力评鉴和拓展我们对报告论题理解的个人分别表示感谢。

作者要特别感谢下列实体的帮助与支持：阿肯色州油气委员会、路易斯安那州自然资源部、密歇根州地质调查部环境质量局、蒙大拿州油气保护委员会、蒙大拿州自然资源部、纽约州环境保护部、俄亥俄州自然资源部矿物资源管理处、俄克拉荷马州公司审核委员会、宾夕法尼亚州环境保护部、德克萨斯铁路委员会、田纳西州、纽约州立大学弗雷多尼亚分校、西弗吉尼亚环境保护部、能源信息管理局、美国环境保护署、州石油与天然气环境法规评审公司（STRONGER）、BP美国生产公司、Chesapeake 能源公司、Devon能源公司、东方资源公司、Fortuna能源公司、美国独立石油协会、斯伦贝谢有限公司、环球油气井服务公司、Weatherford国际有限公司。

美国Newark East区页岩气勘探开发进展及技术启示许维武;顾秋香;汶锋刚【摘要】美国德克萨斯州Newark East页岩气区是德州产量最大的页岩气田,共有生产井6200余口,产量5663×104m3/d.该页岩气区的成功开发,是压裂技术进步推动气藏开发的典范.从泡沫压裂到凝胶压裂,再到水力压裂,水平井压裂从1-2段压裂增至6段以上,压裂技术在该区的开发过程中起着关键作用.在开发过程中,钻井技术由直井向水平井转变,水平井逐渐成为区内生产井的主要类型.该气田的成功开发对国内页岩气开发具有借鉴意义.【期刊名称】《内蒙古石油化工》【年(卷),期】2014(000)017【总页数】3页(P102-104)【关键词】页岩气;压裂;水平井;同步压裂【作者】许维武;顾秋香;汶锋刚【作者单位】陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院;国土资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室;陕西煤田地质化验测试有限公司,陕西西安710054;陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院【正文语种】中文【中图分类】TD83米切尔能源公司原来主要开发目标为Boonsville区浅层砾岩气。

在经过30多年生产后，天然气产量已经很低，气田的持续发展提出了开拓新气区的要求。

米切尔公司部署了大量的探井，以测试密西西比系生物礁、Viola地层及Ellenburger地层的含油气性。

1980年上半年，在勘探深层目标时，钻穿Barnett页岩层，显示出较大的页岩气量。

在1981年部署第一口Barnett页岩气探井后，为实现对储层的控制，米切尔公司先后部署了36口检查井。

第一口页岩气井（MEC1C.W.slay）采用氮气泡沫压裂，该井生产12年，共计产气6×106 m3，随后关井2年，使用瓜胶再次压裂，生产2.5年产气0.82×106 m3。

又关井2年，然后采用水力压裂又产气28.5×106 m3。

目前该井月产气量0.18× 106 m3。

目录_Toc28155708引言 (2)1 美国页岩气藏特点分析 (2)2 地层评价 (3)3 岩石机械特性地质力学 (4)4 钻完井技术 (5)5 压裂技术 (8)5.1 清水压裂技术 (8)5.2 重复压裂技术 (9)5.3 水平井分段压裂技术 (9)5.4 同步压裂技术 (10)6 结论和建议 (10)美国页岩气勘探开发关键技术引言美国页岩气资源量达16. 9 万亿m3，可开采资源量7. 47 万亿m3。

至20 世纪90 年代末，美国页岩气产量一直徘徊在( 30 ～50) 亿m3 /a。

2000 年新技术的应用及推广，使得页岩气产量迅速增长。

2005 年进入大规模勘探开发，成功开发了沃思堡等5 个盆地的页岩气田，产量以100 亿m3 /a 的速度增长。

2008 年产量达到600 亿m3，占美国天然气总产量的8%，相当于中国石油当年天然气总产量，目前则已占到天然气总产量的13% ～15%。

截至2008 年底，美国累计生产页岩气3 316 亿m3。

预计2015 年美国页岩气产量将达到2 800 亿m3。

自2009 年以来，北美的页岩气开发发生了革命性的变化，目前美国已取代俄罗斯成为世界最大的天然气生产国，实现了自给自足并能连续开采上百年。

美国页岩气快速发展是技术进步、需求推动和政策支持等多种因素合力作用的结果。

从技术进步角度来看，则主要得益于以下几方面的关键技术:前期的页岩气藏分析、地层评价、岩石力学分析、后期的钻完井技术以及压裂增产技术。

1 美国页岩气藏特点分析美国页岩气藏具有典型的衰竭特点，初始产量高，前3 年急剧下降，随后在很长的时间里保持稳产并有所下降，生产寿命可达25 a 以上。

美国页岩气资源丰富，致密页岩分布范围广，有效厚度大，有机质丰富，含气量大，裂缝系统发育，原始地质储量丰富，岩石埋深和粘度含量相对较低，有利于实施水力压裂，规模生产效果比较好。

美国已经将具有合适页岩气类型、有机质含量、成熟度、孔隙度、渗透率、含气饱和度以及裂缝发育等综合条件的页岩作为开采目标。

目录1 调研概述 (1)1.1 北美页岩气研究现状 (2)1.2 中国页岩气研究现状 (2)2 页岩气地质理论 (3)2.1 页岩气成因机理 (3)2.2 页岩气成藏机制 (3)2.2.1 成藏机制 (3)2.2.2 成藏控制因素 (4)2.3 有效页岩气层识别 (6)2.3.1页岩气地质评价 (6)2.3.2 页岩气有利区优选 (7)2.4页岩气产能 (8)2.4.1 含气量影响因素 (8)2.4.2 含气确定方法 (9)3 页岩资源评价 (9)3.1 评价因素 (9)3.1.1 生气能力 (10)3.1.2 储气能力 (10)3.1.3 易开采性 (10)3.2 评价参数 (11)3.3 评价方法 (12)3.3.1 容积法 (12)3.3.2 资源丰度类比法 (12)3.3.3 体积丰度类比法 (12)3.3.4 成因法 (12)3.3.5 综合分析法 (13)3.3.6 福斯潘法 (13)3.3.7 单井储量估算法 (13)4 页岩气的开发 (13)4.1 钻井工艺 (13)4.2 测井工作 (14)4.3 固井技术 (14)4.4 完井技术 (14)4.4.1 套管固井后射孔完井 (14)4.4.2 尾管固井后射孔完井 (14)4.4.3 组合式桥塞完井 (15)4.4.4 机械式组合完井 (15)4.5 储层改造 (15)4.5.1 裂缝检测技术 (15)4.5.2 压裂液体系 (15)4.5.3 压裂技术 (16)5 页岩气产能影响因素 (17)5.1有机组分 (17)5.2 无机组分 (17)5.3 天然和诱导裂缝 (18)6 中国页岩气特点 (18)7参考文献 (18)1 调研概述油气工业从1880年开始到现在大致有300年的历史，历经构造油气藏、岩性地层油气藏、非常规油气藏勘探开发三个阶段和三大领域。

油气藏分布方式分别有单体型、集群型、连续型3种类型。

从构造油气藏向岩性地层油气藏转变是第一次理论技术创新，以寻找油气圈闭为核心；从岩性地层圈闭油气藏向非常规连续型油气藏转变是第二次理论技术创新或革命，以寻找有利油气储集体为核心，致密化“减孔成藏”机理新论点突破了常规储集层物性下限与传统圈闭找油的理念。

关于页岩气的调研报告页岩气，是从页岩层中开采出来的天然气，是一种重要的非常规天然气资源。

页岩气的形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。

较常规天然气相比，页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点，大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。

根据BP集团日前在北京发布的2013年版《BP2030世界能源展望》作出的预测，到2030年，全球能源需求将比2011年增长36%，增量部分几乎全部来自新兴经济体，而中国和印度占全球增长总量的一半以上。

报告还认为，到2030年，天然气将成为全球需求增长最快的化石燃料，预计年均增长2%，且全球天然气需求增长的76%将来自非经合组织国家。

能源消费的增长是发展的需要，而能源结构调整则是现实的需要。

从这个意义上讲，具有丰富储量的页岩气开发不是要不要的问题，而是怎么做和能不能做好的问题。

发展页岩气是战略部署，这其中有保障能源安全和实现绿色发展的双重考量。

中国主要盆地和地区页岩气资源量约为15万亿－30万亿立方米，与美国28．3万亿立方米大致相当，经济价值巨大。

另一方面，生产周期长也是页岩气的显著特点。

页岩气田开采寿命一般可达30～50年，甚至更长。

美国联邦地质调查局最新数据显示，美国沃思堡盆地页岩气田开采寿命可达80～100年。

开采寿命长，就意味着可开发利用的价值大，这也决定了它的发展潜力。

中石油在中国四川省发现了页岩气，这证实了，在中国这个渴求能源的国家，这种非常规燃料储量巨大。

根据预期，页岩气即蕴藏在页岩中的天然气可以通过提供廉价而充足的新型燃料来源，在未来几十年里改变中国的能源供给格局。

中国许多盆地发育有多套煤系及暗色泥、页岩地层，互层分布大套的致密砂岩存在根缘气、页岩气发育有利条件，不同规模的天然气发现，但目前尚未在大面积区域内实现天然气勘探的进一步突破。

资料显示，中国南方海相页岩地层可能是页岩气的主要富集地区。

北美页岩气开发关键技术吕晓光①C&C Reservoirs，100102 北京摘要目前北美地区已开发或正在评价的页岩油/气主要区带有14个，分布在美国的中东部和加拿大的西南部。

北美页岩油/气勘探、开发实践表明油气藏表征识别页岩油气富集的“甜点区”、长水平段水平井、分段清水压裂、微地震监测是页岩气藏开发的四项基本支撑技术。

上述技术的应用并通过有效的压裂液水资源管理和同井场多井水平井钻井降低开发成本是北美页岩气有效开发的关键所在。

关键词页岩气；甜点区；分段压裂；微地震监测1821年美国第一口页岩气井自泥盆系地层产气，1920s首个气田级别页岩气（Big Sandy Ohio Shale)开发，1930s Antrium 页岩气投入生产并于80年代得到大规模开发，1950s Bakken页岩气/油投入开发。

早期页岩气如Huron和Antrim 页岩气产自浅层（300-900m)富含有机质裂缝性页岩中。

气井产量0.3-0.6×104m3，单井可采储量700-1400×104m3。

页岩气早期开发阶段认为裂缝是页岩气产气的前提，吸附气是页岩气储集的主要机制，除非有大量天然裂缝，否则无法有效生产。

1981年Mitchell 能源公司的C.W. Slay-1 井在巴耐特（Barnett）2500m石炭系地层页岩中获得天然气产量，发现了现代意义上的页岩气。

当时认为深层页岩气层无渗透率，难以经济有效开发动用。

随后20年间Mitchell 能源公司探索应用大型压裂设计，开展深入的页岩气藏表征，采用低成本钻井技术和增产措施等使巴耐特页岩直井单井产量增加一倍，得到了经济有效开发。

实践中认识到：（1）页岩气可以以自由气的形式存储于孔隙中；（2）水平井压裂可以为深层页岩气提供流动通道；（3）巴耐特页岩并不是水敏的；（4）应用低成本、大体积清水低支撑剂浓度压裂液可改善压裂效果；（5）对老井的重复压裂增加页岩气藏的接触面积，一次重复压裂单井可增加可采储量0.14-1.5×108m3。

为什么总是在北美？——页岩油气发展策源地优势分析-工程论文为什么总是在北美？——页岩油气发展策源地优势分析激扬1859年8月29日，美国人埃德温·德雷克，在美国宾夕法尼亚州泰特斯维尔小镇打出的一口深21 69米油井，是目前公认的世界第一口工业化油井，后人称其“揭开了世界石油工业的序幕”，是“近代石油工业的发端。

”另外，北美大陆也是近代石油工业的发祥地，世界著名的石油地质学理论也是在北美大地应运而生的。

进入21世纪以后，北美地区非常规油气的成功开发对自身及全球产生了深刻影响，不仅降低了美国能源对外依存度，抑制了地区天然气价格，而且促进了世界油气格局转变，并在一定程度上引发了全球非常规勘探开发热潮。

这一切不仅让人们连连发问：石油革命运动的开始，为什么总是在北美？丰富的资源和有利的自然条件充足的资源储备是众因之首，据JPT、Rogner等统计数据，北美地区非常规气资源量非常丰富，约占全球的四分之一，为233万亿立方米，是常规气资源量（43万亿立方米）的5.4倍。

其中页岩气、致密气和煤层气的资源量分别为109万亿立方米、39万亿立方米和85万亿立方米。

北美地区具有非常适配于非常规油气开发的自然条件：有利的地质条件：较高的丰度和有机碳含量，目标层位面积巨大，深度与厚度适中，普遍发育有垂向天然裂缝，具有相当的可压裂性。

丰富的有机质，页岩内总有机碳含量可高达3-9%（大于2%可视为优质烃源岩），面积为05一22万平方公里，深度为300~ 3900米，厚度为30 - 280米；有利的地表条件：地势平坦、水源丰富等，北美页岩区带主要分布在落基山以东，东海岸以西的广袤平原上，平坦的地表非常适合大规模设备运输、现场摆放及压裂作业。

先进的开发技术美国是全球公认的创新中心，也是世界石油天然气工业先进技术的集中发源地，包括测井、地震、油藏数模等常规技术，以及水平井钻井、水平井多级压裂和储层微裂缝监测等非常规油气技术。