美国页岩气开发现状及对四川盆地页岩气开发的建议

美国页岩气开发现状及对四川盆地页岩气开发的建议

张家振张娟孙永兴戴强杜济明

川庆钻探钻采技术研究院钻完井中心，广汉，618300；

摘要：伴随着世界能源供需矛盾的加剧和美国页岩气商业性开发的巨大成功，全世界将目光不约而同的聚焦于页岩气开发。四川盆地拥有潜力巨大的页岩气资源，且作为中国天然气的主要产区之一，加快页岩气的勘探开发及配套技术的研究和战略储备已迫在眉睫。本文着重调研了美国几个主要页岩气藏的完井开发现状，对四川区块的页岩气勘探开发做了简要概述，并针对目前情况提出了几点建议。

页岩气是产出于暗色泥页岩或高碳页岩中的天然气资源，和煤层气、致密砂岩气藏一样属于非常规天然气范畴。全球页岩气资源量巨大，据专家预测可能为常规天然气资源量的2倍，全世界的页岩气总资源量约为456×1012m3[1]。

页岩气藏储层一般呈低孔、低渗透率的物性特征，气体的阻力比常规天然气大，采收率比常规天然气低，一般认为必须采用水平井钻探并进行大型水力压裂增产作业，或采用多分支井等其他技术增加井眼与气藏沟通面积才可获得商业油气流[2]。1 美国页岩气资源

美国本土48个州范围内页岩气藏的分布广泛，其中蕴藏的页岩气资源也非常丰富。钻井和改造技术的进步为页岩气的商业开采做出了巨大贡献。美国页岩气产量近几年内飞速增长，产气量由2006年的311×108m3增至2008年的507×108m3，2009年的900×108m3，预计2010年页岩气产量将占美国天然气产量的13%。图1展示的是美国本土48州中富含天然气的高碳泥页岩分布范围。

图1美国页岩气藏分布范围

美国页岩气藏的开采达到商业化依赖于以下三种因素的综合作用：水平井钻井技术的巨大进步、水力压裂技术的极大成熟、近年来天然气价格的快速增长。其中，水力压裂技术的进步对页岩气商业开采起到了至关重要的作用。前两项技术的贡献使得许多之前无法开采的天然气资源实现了商业性开发。

Navigant咨询公司的调查数据表明，近几年Barnett页岩气藏等较早开采的页岩气藏页岩气开发获得了巨大成功：Barnett页岩气产量从1998年的266×104m3/天增长到2007年的0.85×108m3/天，增长率超过3000%；同时，Fayetteville页岩、Haynesville页岩、Woodford页岩和Marcellus页岩均表现出了相似的增长势头。该公司对生产商的调研结果显示预期页岩气产业在未来将会有持续且高速的增长。据预测美国南部7大页岩气藏在下一个十年里持续产量保守估计在7.65~11.04×108m3/d，有可能占到美国天然气产量的一半左右[3]。

美国的页岩气藏的分布超过20个州至少21个

页岩气盆地，资源量巨大。至2008年7月，已经产气的页岩气藏达到5个，即Antrim 、Barnett 、Devonian 、Fayetteville 及Woodford 组页岩；逐渐得

到重视并有望近期商业开采的有2个，即Haynesville 和Marcellus 页岩气藏[3]。 表1 美国主要页岩气藏关键参数及技术指标[4]

页岩气盆地 Barnett

Fayetteville Haynesville Marcellus Woodford Antrim New

Albany

预计面积（104km

2） 1.295 2.331 2.331 2.4605 2.849 3.108 4.350 深度（m ） 1981~2591 305~2134 3200~4115 1219~2591

1829~3353 183~671 152~610

净厚（m ） 30~190 5~60 61~92 15~61 36~61 21~37 15~31 距底水的深度（m ） 365

152

122

259

122

91

122

产层顶到底水厚（m ） 1615~2225 152~1981 3078~3993 648~2332 1707~3231 91~579 30~488 总孔隙度（%） 4.0~5.0 2.0~8.0 8.0~9.0 10.0

3.0~9.0

9.0

10.0~14.0

TOC （%） 4.5 4.0~9.8 0.5~4.0 3.0~12.0 1.0~14.0 1.0~20.0 1.0~25.0 产水量（m 3/d ） 无 无 无 无 无 0.8~79.5 0.8~79.5 气含量（m 3/t ） 8.5~10 1.7~6.2 2.8~9.4 1.7~2.8 5.7~8.5 1.1~2.8 1.1~2.3 单井控制面积（ha ） 24~65 32~65 16~227 16~65 259 16~65 32 地质储量（1012m 3） 9.26 1.47 20.30 42.48 0.65 2.15 4.53 可采储量（1012m 3）

1.25

1.18

7.11

7.42

0.32

0.57

0.54

表1中给出了美国7个主要页岩气藏的主要参

数，表中纵向展示了气藏特征的关键参数和横向对比了各气藏的技术指标，随着新技术的发展和革新，一些以前被认为商业价值小的页岩气藏已经逐渐被重视和重新评估，页岩气产量的估计特别是技术可采储量也将随之不断变化。

图2美国各页岩气藏气产量 图3美国各页岩气藏气产量及预测

2美国主要页岩气区块开发现状

对于页岩气区块，首先开展直井的钻井、完井

和测试，在Haynesville 盆地，为了取得目标资料钻

了很多口直井，但这些井都未长期生产。在当前及

将来估计所有的页岩气区块的开发都会采用水平

井、多分支水平井或PAD （丛式水平井）。

自2000年开始，多家施工商着手通过水平井

的钻完井来提高页岩气井的产能。综合考虑Barnett

盆地、Woodford 盆地等作业区直井钻完井成本及大

多数井的最终产气量等因素，行业内开始趋向使用水平井钻井技术来提高气产量和采收率。现在已经认识到水平井钻井是页岩气藏开发的最大进步之一。页岩气水平井最大的挑战是选择最好的完井方式。目前整个行业还在研究页岩气水平井水平段在储层中的位置设计及套管尺寸的选择等问题。依常规经验，大多数的施工商将水平段设计在页岩层的中部或相对靠近中部位置。 2.1 Antrim 页岩 Antrim 页岩位于Michigan 盆地南半岛的北部，是一套晚泥盆系页岩。该页岩地层上部为泥岩，下部为灰岩，平均埋深183~674m （与煤层气特征相似）。Antrim 页岩的延展面积约为48.56km 3，具有以下不同于其他页岩气藏的特点：埋深浅；平均层厚小（净层厚21~37m ）；出水量大（0.8~79.5m 3/d/井）[5]。含气量为1.13~2.83m 3/t ，预计资源量2.15×1012m 3，技术可采储量0.57×1012m 3。