致密砂岩气地质特征与开发

一、致密气的定义与内涵
建议致密气藏的定义
覆压基质渗透率小于或等于0.1mD的砂岩气层， 单井一般无自然 产能或自然产能低于工业气流下限，但在一定经济条件和技术措施下 可以获得工业天然气产量。通常情况下，这些措施包括压裂、水平 井、多分支井等
内涵：
– 渗透率低
• 覆压校正后的岩心渗透率小于0.1mD的样品超过50% • 大面积低渗条件下存在一定比例的相对高渗样品 • 裂缝可以改善储层渗流条件（“甜点”） ，但评价时不含裂缝渗透率
主 要 内 容
一
二 三 四
致密气的定义与内涵 致密气地质与开发特征 致密气开发关键技术 我国致密砂岩气展望
一、致密气的定义与内涵
（一）致密气定义
1、气藏分类
常规天然气藏
随着技术的进步，煤层气和页
0.1mD
岩气相继投入开发，将气藏分 为常规天然气藏和非常规天然 气藏，其中非常规天然气藏包 括致密气、煤层气和页岩气， 以及天然气水合物
一、致密气的定义与内涵
4、Stephen A．Holditch认为: 致密气藏是指需经大型水力压裂改造措 施，或者是采用水平井、多分支井，才能产出工业气流的气藏
致密气储层渗透率：0.0001mD ~ 0.1mD
引自Stephen A．Holditch， 2006年SPE 103356
一、致密气的定义与内涵
700
苏里格气田单井产量及套压变化曲线
美国德克萨斯州新井产量递减曲线
压 力 （ MPa）
实际产量 模型产量 井口压力
10 8
主 要 内 容
一
二 三 四
致密气的定义与内涵 致密气地质与开发特征 致密气开发关键技术 我国致密砂岩气展望
一、致密气的定义与内涵
3、二十世纪70年代，美国联邦能源管理委员会将储层渗透率小于0.1mD的气 藏（不包含裂缝）定义为致密气藏，并以此作为是否给予生产商税收补贴 的标准
1973年，美国能源部对可进行工业开采的致密含气层标准作了如下界定：
（1）用常规手段不能进行工业性开采，无法获得工业规模可采储量 （2）含气砂层的有效厚度下限30.48m (100英尺)，含水饱和度低于65％，孔隙度5～15％ （3）目的层埋深1500～4500m± (5000～15000英尺) （4）产层总厚度中至少有15％为有效厚度 （5）可供勘探面积不少于31km2(12平方英里)； （6）位于边远地区(当时考虑到要使用核爆炸压裂法，因此要远离居民稠密区) （7）产气砂岩不与高渗透的含水层互层
①
渗透率大于0.1mD的储层单相渗 流以克氏渗流为主，在实验室 内，即使在较高的压力梯度 下，也没有发现紊流效应
①
0.02 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1/Paver(1/Mpa)
1
K(md)
②
渗透率小于0.1mD的储层单相渗 流存在低压下的克氏渗流和高 速下的紊流效应
0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0
引自Stephen A．Holditch， 2006年SPE 103356
一、致密气的定义与内涵
2、世界上无统一的致密气标准和界限，不同国家根据不同时期的资源状况、 技术经济条件、税收政策来制定其标准和界限，且在同一国家、同一地 区，随着认识程度的提高，致密气的概念也在不断的更新
英国 < 1 mD 德国 <0.6mD 美国 <0.1mD
②
G105(3-294/286)轴压2Mpa G105(3-294/286)轴压20Mpa S38-16-8 G101(2-17/86) S1-81/128-1 N-1
2
4
6
8 1/Paver(1/Mpa)
10
一、致密气的定义与内涵
3、水的影响严重 • 渗透率越小，毛管压力越 高，含水饱和度越高 • 低渗高含水饱气藏储层内存 在可动水
(序号
70 60 50 幅 度 40 30 20 10 0 0.1 1 10 100 T2弛豫时间(ms) 1000 10000
可动水Sw(%)
Sw(%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.010
①
0.100 渗透率(md)
1.000
10.000
合川
井
号样内部))
广安002-39
广安002-35
广安002-21
广安002-X37
广安002-X45
广安002-X34
广安002-25
广安106
广安128
广安2
广安002-X27
美国致密气田单井控制储量
广安须家河单井控制储量
广19
一、致密气的定义与内涵
论据之三：单井产量低，产量递减快
25
苏西
20 套压（Mpa） 15 10 5 0 0 100 200 300
100
苏 里格
10 覆压20MPa下克氏渗透率，mD
苏东
大庆
1
0.1
累计分布频率，％
广 安须 四
广安须六
0.01
N=123
0.001 0.001 0.01 0.1 1 10 100 常压下克氏渗透率，mD
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.001 0.01
苏里格 须家河
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 渗透率（md）
一、致密气的定义与内涵
2、存在非线性渗流特征
0.12 0.1 K(md) 0.08 0.06 0.04 G112(8-19/75) G101(2-76/132) G101(3-59/149) G107(1-26/72-4轴压3.4Mpa) G112（7-5/82） G107（1-26/72） G107(1-26/72-4)轴压20.2Mpa
类别 高渗 中渗 低渗
地表渗透率，md K≥500 10≤K＜500 0.1≤K＜10
一、致密气的定义与Biblioteka Baidu涵
中国与美国采用不同的气藏分类体系，分类评价的标准、理念都有差异
美国采用致密气藏的概念，主要是为了享受特殊税费政策，一次分压10层以 上的直井压裂与大型压裂技术的进步不断降低开发下限 中国以渗透率为标准进行气藏分类，主要考虑技术与经济因素，目前以低渗 气藏开发为主体，但储层下限已经延伸到致密储层范围
7000 平均单井控制储量，万方 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1996-2000 2001-2002 2003-2005 2803 6371 5210
苏里格气田单井控制储量与控制泄流面积
分类 单井控制储量 （104m3） 储量丰度 （108m3/km2） 控制面积（km2）
国内分类 高渗 中渗 低渗 气藏分类 SY/T 6168-2009 ＞50 5～50 0.1～5 油气储层评价方法 SY/T 6285-1997 ＞500 10～500 0.1～10 常规储层 近致密层 致密层 致密
单位：mD
美国 Elkins
＞1.0 0.1～1.0 0.005～0.1 0.001～0.005 ＜0.001
– 自然产能低
• 无自然产能或自然产能达不到工业气流标准
– 经过大型水力压裂，或者采用水平井、多分支井，才能产出工业气流
一、致密气的定义与内涵
（三）苏里格、须家河气田均属于致密气藏范畴
论据之一：与美国致密气藏相近，储层物性差
苏里格、须家河：覆压渗透率小于0.1mD的样品比例占80％~92％ ，与美国60 ％~95％相近
＜0.1
＜0.1
很致密层 超致密层
一、致密气的定义与内涵
明确“致密气”定义的作用
1. 目前已开发低渗砂岩气田主要开采的为低渗储量，致密气动用较 少，按致密气思路将进一步拓展资源潜力 2. 储量管理过程中划分出低渗与致密气的储量比例，有利于进行储 量的分类管理 3. 对于致密气开发还需要进一步发展相应的工艺技术，并制定有效 的开发技术政策 4. 对于致密气的规模开发可以申请国家相关政策，如免税政策或提 高气价等
5、我国天然气藏的分类标准
目前，国内气藏分类标准以渗透率作为评价指标分类时，主要划分为高 渗、中渗、低渗和致密四类
类 有效渗透率mD 类 孔隙度% 袁政文等（1990） 原始地层渗透率，md 1000-100 100-10 10-1 1-0.5 0.5-0.1 0.1-0.001 高渗 中渗 低渗 致密 很致密 超致密 K＜0.1 K＜0.1 致密 K≥50 10≤K＜50 0.1≤K＜10
气藏按储层物性的划分（SY/T6168-2009）
中渗气藏 ＞5～50 中孔气藏 ＞10～20 SY/T 6168-1995 气藏 分类 低渗气藏 ＞0.1～5 低孔气藏 ＞5～10 SY/T 6285-1997 油气储层 评价方法 致密气藏 ≤0.1 特低孔气藏 ≤5
高渗气藏 ＞50 高孔气藏 ＞20
苏里格：66井11792样品 须家河： 4276样品
0.1
1
10
岩心覆压渗透率，md
覆压渗透率与空气渗透率关系图
覆压渗透率累计频率分布图
一、致密气的定义与内涵
论据之二：井控范围有限，井控储量小
苏里格： 平均单井控制面积0.204km2 单井控制储量1000~4500万方 须家河： 单井控制储量1000~30000万方
致密砂岩气地质特征与 开发关键技术
前
言
自上世纪70年代以来，全球已发现或推测发育致密气的盆地达到70 余个，资源量约210万亿方，2008年产量达到4320亿方，占世界天然气总 产量的七分之一，已成为天然气勘探开发的重要领域。 北美地区天然气勘探开发的实践表明：致密气、煤层气、页岩气对 常规气生产的梯次接替是保障美国天然气供应、减缓对外依存的核心战 略。其中，致密气作为首个接替领域地位举足轻重。 我国致密气分布广泛、资源潜力巨大。
0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.01
90 小 于 0.1微 米 喉 道 控 制 体 积 比 例 （ ％ ） 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0
①
0.1
1 10 渗透率（md）
②
③
<0.1微米喉道控制的孔隙 体积占总孔隙体积的70％ 以上（苏里格）
例如：美国4个致密气藏 （Cotton Valley 、 Cleveland 、Wilcox Lobo 、 Travis Peak ）渗透率率中值在 0.028～0.085mD，但算术平均值 范围在0.179～7.378mD之间
引自Stephen A．Holditch， 2006年SPE 103356
16
初始状态 饱和状态
14 12 10 8 6 4 2
②
天然气
束缚水
可动水
0 0.010
0.100 渗透率(md)
1.000
10.000
一、致密气的定义与内涵
4、在评价致密砂岩气时，需要应用地层条件下的基质渗透率 （不包含裂缝），即覆压校正后的岩心渗透率
0.1mD以下的砂岩储层，渗透率应
覆压条件下渗透率
4.5 4.0
Ⅰ类井 4022.7 1.8 0.223
Ⅱ类井 2123.3 1.05 0.202
Ⅲ类井 1077.9 0.6 0.180
广安须家河单井控制储量，亿方
平均4130万方
亿方
3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0
广安002-40
广安002-30
广安002-38
广安002-33
力敏感性极强，地层条件渗透率比 大气压下渗透率小一个数量级 因此开发评价时必须将岩心分 析渗透率还原到地层温压条件下的 真实情况
大气压力条件下渗透率
引自Stephen A．Holditch， 2006年SPE 103356
一、致密气的定义与内涵
5、致密气藏储层渗透率一般呈对数正态分布，其间不乏甜 点区。对于此类气藏的评价，采用渗透率中值能更准确地反 映气藏的渗流能力
苏中
苏东
4 日产气（万方） 3 2 1 0 0 5
6 4 2 0
1.8 1.6 日产气量（104m3） 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 100 200
400 时间（D）
500
600
700
800
苏西
苏中
苏东
10
15 20 时间（年）
25
30
300 400 时间（D）
500
600
一、致密气的定义与内涵
（二）致密气定义的内涵
喉 道 半 径 （ 微 米 ） 1.0 0.9 平均喉道半径
1、孔隙与喉道小
① ② ③ 渗透率小于0.1mD，主要发育微细孔 隙，且以片状孔隙吼道为主 吼道与孔隙比例接近 <0.1um吼道控制孔隙比例超过50%
70.0 60.0 进汞饱和度(%) 50.0 40.0 30.0 20.0 孔隙进汞饱和度(%) 10.0 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 渗透率(mD) 1.0 1.2 1.4 喉道进汞饱和度(%)