致密砂岩气藏地质特征与开发关键技术

7000 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） Ⅰ类井 4022.7 1.8 Ⅱ类井 2123.3 1.05 Ⅲ类井 1077.9 0.6
控制面积（km2）
4.5 4.0
0.223
0.202
0.180
广安须家河单井控制储量，亿方
广安002-33
广安002-39
广安002-X34
广安002-35
广安002-21
广安002-25
广安002-X27
2001-2002
2003-2005
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
苏中
苏东
4
日产气（万方）
15 10 5 0 0 100 200 300
40 30 20 10 0 0.1 1 10 100 T2 弛豫时间(ms) 1000 10000
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
美国德克萨斯州新井产量递减曲线
压力（MPa）
3
实际产量 模型产量 井口压力
10 8
套压（Mpa）
主
一
二 三 四
要
内
容
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
二、致密气地质与开发特征
（一）美国致密气藏资源现状
1、美国致密砂岩气资源潜力大，据EIA 2008年评价结果：资源量19.8~42.5
①
流以克氏渗流为主，在实验室
内，即使在较高的压力梯度下，
0.02 0
也没有发现紊流效应
② 渗透率小于0.1mD的储层单相渗
K(md)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1/Paver(1/Mpa)
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 2 4 6 8 1/Paver(1/Mpa) 10
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
0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
①
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
③
<0.1um吼道控制孔隙比例超过50%
70.0 60.0
– 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
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。
主
一
二 三 四
要
内
容
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
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(%)
0
一、致密气的定义与内涵
2、存在非线性渗流特征
0.12
K(md)
①
渗透率大于0.1mD的储层单相渗
0.1 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
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
类别 高渗 中渗 低渗
地表渗透率，md K≥500 10≤K＜500 0.1≤K＜10
一、致密气的定义与内涵
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
②
流存在低压下的克氏渗流和高
速下的紊流效应
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 G105（3-338/386）
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
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
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
气藏按储层物性的划分（SY/T6168-2009）
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 高渗气藏 ＞50 高孔气藏 ＞20 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
2 1 0 0 5 10 15 20 时间（年） 25 30
6 4 2 0
1.8 1.6 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
日产气量（10 m ）
4 3
300 400 时间（D）
500
600
700
苏里格气田单井产量及套压变化曲线
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
100
苏里格
10
苏东 广安须六
覆压20MPa下克氏渗透率，mD
广安须四 大庆
1
0.1
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
累计分布频率，％
苏里格 须家河
0.1～10
致密
单位：mD
＜0.1
＜0.1
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
覆压条件下渗透率
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
• 低渗高含水饱气藏储层内存 在可动水
(序号8，合川127井51号样内部))
70 60 50 初始状态 饱和状态
12
可动水Sw(%)
100 90 80 70 60
①
Sw(%)
50 40 30 20 10 0 0.010
0.100 渗透率(md)
1.000
10.000
16 14
②
10 8 6 4 2
幅 度
美国 <0.1mD
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
0.0 0.01
90 80
0.1
1 10 渗透率（md）
小于0.1微米喉道控制体积比例（％）
进汞饱和度(%)
50.0 40.0 30.0 20.0
②
70 60 50 40 30 20 10
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）
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 渗透率（md）
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
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 432Fra Baidu bibliotek 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
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
平均单井控制储量，万方
6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1996-2000
平均4130万方
亿方
3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0
2803
广安106
广安002-40
广安002-X37
广安128
广安002-30
广安002-X45
广安002-38
广安2
国内分类 高渗 中渗
气藏分类 SY/T 6168-2009
＞50 5～50
油气储层评价方法 SY/T 6285-1997
＞500 10～500
美国
Elkins
常规储层 近致密层 致密层 很致密层 超致密层
＞1.0 0.1～1.0 0.005～0.1 0.001～0.005 ＜0.001
低渗
0.1～5