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天然气故事:万凿千锤捧蓝金

国际燃气网  来源:中国石油报  日期:2018-05-10
    天然气是名副其实的金娃娃,不仅是重要的清洁燃料,可用来驱动汽车、发电、取暖,而且是工业生产的重要原料,可以生产化肥、甲醇、乙烯等产品。但是地下的天然气如何开发出来,为人类所用?
 
  在确定了一个气田的工业开采价值以后,经过勘探初步发现储量,就要进行开发前期评价,评价储量品质,确定技术政策和方案。这一阶段最重要的关键性工作是开发方案的制定。开发方案包括气田的设计规模、开发方式、开采速度、井网井距、单井生产指标等。下一步就是方案执行,建成产能。这个过程一般需要2年至3年。产能建成后,经过长时间的开采,气田度过青壮年后就进入中年、老年阶段,递减逐渐加大,产量下降。这时需要发现新的资源弥补递减,或者采取有效技术手段,延缓递减,保持气井产量。
 
  我国的天然气家族是一个大家庭,兄弟姐妹众多。常规气藏就有砂岩气藏、凝析气藏、深层高压气藏、碳酸盐岩气藏、火山岩气藏、高含硫气藏、疏松砂岩气藏。非常规气藏主要有致密气、页岩气、煤层气。我国大部分气藏单个储量规模小、产量低。
 
  在开采方式上,气井与油井差别较大。这跟天然气的物理性质有关,气有很强的压缩性,而液体基本没有压缩性。也就是说,油是靠保持地层的压力开采,气是靠本身的弹性来开采。采油讲究注采系统,一旦采出少量的油,地层压力就会下降,需要通过注水来保持地层压力。气藏就不存在这个问题,只要不是到了废弃阶段,依然可以依靠自身的弹性来开采,压力仍然可以将气顶到井口。所以科学确定开发速度非常重要。因为随着开发的进行,地层压力不断下降,上覆地层压在储层上的压力增加,地层敏感性就会体现出来。如果不调整生产速度,可能使井的产气量降低,也会使大量的天然气留在地下无法再开采,造成资源的浪费。
 
  天然气非常怕水。天然气开发讲究的是合理的生产制度,合理的压差控制,还有防止水侵。水是如何产生的?这是因为在天然气最后形成的过程中,气藏逐渐聚集在储层里,这时上面是气,下面是水,如果气足够多,就会把水驱替得很干净,如果不够多,就会和水伴生。水有底水,也有边水。开发过程中,开发人员会想尽各种办法来避水。如果水在底下,需要通过控制开采速度,不要让水过早的侵入进来,让水均匀推进到气藏顶部。最怕出现的是边水锥进,水绕到气藏边上发生突进,就会将一大块气藏封在水下,难以开采出来。气井产水会使井筒积液、回压增大、井口压力下降,严重影响气井的生产能力。
 
  天然气还怕砂患。疏松砂岩气藏出砂严重,地层疏松,没有压差。有的气藏地层非常致密,但是也出砂,这可能是因为在放大压差生产时,气体在地层中高速流动,把岩石中的砂带出来;还有一种可能是,在非常规气藏开采中,会使用支撑剂,如陶粒或者石英砂,采气速度控制不好,也会导致砂窜。
 
  压裂是提高天然气开发效果利器。有些非常规气藏是气水共存的,气藏中既有水又有气,只不过气的比例很高。致密气藏储层像钢板一块,储层物性大、渗透性差,必须依靠储层改造技术,才能有效动用。页岩气形成时经过高温高压过程,地层中没有自由水,但是开发时会产液,主要是压裂液。页岩几乎没有渗透能力,更加致密,更依赖储层改造技术,压出大量裂缝来开采。
 
  链接:我国天然气发展形势
 
   中国天然气年消费量及能源结构占比 资料来源:中国石油勘探开发研究院
 
  近年来,我国天然气开发取得一系列重大突破,已成为石油工业的主营核心业务,产量及消费量快速攀升。从2010年至2017年,天然气消费量由1112亿立方米上升至2373亿立方米,在能源消费中的比例由4%提高至7.5%,天然气产量由948亿立方米升至1487亿立方米。
 
  但与主要能源消费大国相比,我国清洁能源消费比例明显偏低,天然气将在调整和优化能源结构中发挥更大作用。按照国家能源发展战略,2020年我国天然气占能源消费比重将提高到10%,预计年消费量将达到3000亿立方米。天然气能源消费比重的提高,将有助于推动我国能源结构转型,同时也给天然气自身发展带来了新的机遇。
 
  天然气产量由常规气、非常规气(包括致密气、煤层气及页岩气等)组成。总体表现为常规气稳定发展,非常规天然气快速上产的特征。常规天然气在一定的时间内将保持稳定发展,并在较长时间内仍将保持国内主体地位。页岩气产量快速上升,由2015年44.6亿立方米增长到2016年78.9亿立方米;煤层气产量稳定增长。未来天然气产量将呈持续增长趋势,但产量结构将发生重大变化,非常规天然气占比将逐渐增加。
 
  “十三五”期间,在国家大力倡导低碳绿色能源、积极进行能源转型的背景下,秉承有质量、有效益、可持续发展的开发理念,积极发展天然气开发业务,对保证我国能源供给、实现能源转型具有重要意义。
 
  天然气课堂
 
  本期嘉宾:贾爱林
 
  博导,教授级高工,集团公司高级技术专家,现任中国石油勘探开发研究院气田开发研究所所长,享受国务院政府特殊津贴,长期从事天然气开发储层、地质模型建立、随机模拟、开发方案的研究和编制,以及天然气开发与规划的相关研究,曾获得国家科技进步一等奖。
 
  中国石油四大骨干天然气区有哪些特点
 
  中国石油天然气产量和储量占到全国天然气产量的70%,已建成长庆、塔里木、西南、青海四大天然气生产基地。
 
  开采难。长庆气区主要发育低渗碳酸盐岩、低渗砂岩和致密气3种气藏类型,其中致密气储量占气区总储量的84%,是长庆气区快速上产和保持规模稳产的核心资源。致密气藏的储层结构复杂,含气砂体规模小、非均质强、连通性差,开采难度大。这样的地质情况使得地震成像效果差,储层预测和精细描述困难,开发过程中井位难优化,无法精确定位。
 
  埋藏深。塔里木气区气藏类型复杂,以构造气藏为主,含气层系多,碎屑岩与碳酸盐岩储层并存,埋深跨度大,最深已达到8000多米,储量丰度高,流体性质复杂,深层高压气藏储量与产量占比高。库车深层高压气藏及塔中缝洞型碳酸盐岩凝析气藏是塔里木天然气产能建设的重点,其地质条件复杂,开发难度大。
 
  地层老。西南气区天然气资源丰富,含气构造多,含气层系多,目前正在开发的气田包括川东石炭系等老气田、川东北高含硫气田、川中高—磨地区龙王庙组气藏及灯影组气藏、页岩气等,地层年代老、埋深大。多数气田都不同程度含有硫化氢、二氧化碳等酸性气体。
 
  地势高。青海气区地处柴达木盆地,蕴藏着丰富的天然气资源,包括涩北一号、涩北二号、台南及东坪等主力气田。其中,涩北气田的年产量占青海气区的80.9%,是青海气区保持规模稳产的主力气田。气藏具有储层岩性疏松,边水、层间水、层内束缚水发育,气层多而薄,含气井段长,层间非均质强等地质特点,造成气藏在开发过程中气井出砂、出水普遍,边水易突进,层间存在干扰、易窜、不易实现均衡采气等问题。
 
  我国天然气开发面临哪些挑战
 
  “十三五”期间,我国天然气开发形势发生了较大变化,主要表现为:新增探明储量结构发生变化,深层、低渗—致密、非常规成为主体,在新增储量中,低渗—致密等非常规储量占70%以上,优质储量比例偏低,开发难度加大。主力气田相继进入稳产期,稳产与提高采收率成为主要技术攻关方向。
 
  非常规天然气开发面临技术瓶颈,效益开发难度大。近年来,我国非常规气开发取得了长足进步,但与北美对比来看,在钻完井、压裂改造技术及单井开发效果等方面依然存在较大差距,需要突破技术瓶颈,进一步降低钻井与压裂周期。
 
  在新形势下,天然气生产一方面要持续做好老气田稳产和非常规气的上产工作;另一方面,要研发高效、低成本开发技术和降成本技术,实现降本增效。天然气开发要依靠技术进步克服困难和挑战,主要包括深层碳酸盐岩气藏开发技术、深层致密砂岩气藏群开发技术、治水控砂多层系协调动用稳产技术、大面积低丰度气藏开发井网优化技术、致密气藏提高采收率配套技术等。
 
  非常规天然气发展前景如何
 
  未来一段时期,我国将进入常规与非常规并重的发展阶段,表现为常规气稳定发展、致密气长期稳产、页岩气快速上产、煤层气稳步推进的发展态势。
 
  在致密气方面,依靠鄂尔多斯盆地苏里格气田外围、神木气田及盆地东部的新区上产,预计致密气产量由2016年330亿立方米增加到2020年360亿立方米。
 
  近年来,我国页岩气发展迅猛。截至2016年,四川盆地及其周缘的海相页岩气已初步规模开发,我国页岩气产量达到78.9亿立方米,仅次于美国、加拿大。依靠深层突破,我国页岩气将迎来跨越式发展。四川盆地及周缘3500米以浅的海相页岩气2020年预计可上产220亿立方米至260亿立方米;3500米至4500米海相页岩气在实现技术和效益突破后,预计2030年产量可上升到600亿立方米至800亿立方米。
 
  煤层气以中高煤阶为主,预计产量2020年可增加至75亿立方米。
 
  延伸阅读:天然气为原料可制作哪些产品?
 
  天然气是多种化工产品的主要原料,其中最重要的用途是合成氨、尿素、甲醇、甲醛和乙烯。
 
  农业是国民经济的重要支柱,发展农业离不开化肥。石油和天然气与现代农业密不可分。化肥中最主要的是氮肥,生产氮肥的原料过去是煤,现在主要是天然气。尿素是一种主要的氮肥。合成氨是生产氮肥和尿素的主要原料。在生界合成氨产量中,80%是以天然气为原料。氨除了作为化肥外,还有许多其他用途。例如氨可以用于制冷设备中,是最常用的冷冻剂;氨经过氧化可制成硝酸,硝酸和氨又可生成硝酸铵,硝酸铵不仅是肥效极好的氮肥,还可以制成炸药。
 
  世界甲醇生产中70%以上也是以天然气为原料。甲醇是世界大宗有机化工产品之一,可用它制取甲醛和醋酸等。甲醇本身还可用作汽车燃料,燃烧性能好、污染少。天然气中的乙烷和丙烷经高温裂解可生产乙烯,乙烯是用途最广的有机化工基础原料。乙烯聚合后可得到聚乙烯树脂,可用来制造薄膜、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等。以乙烯为原料可生产氯乙烯,聚氯乙烯也是用途非常广泛的树脂。此外,从乙烯还能制成乙醇、乙二醇、醋酸等。以天然气为原料生产的乙烯约占世界乙烯总产量的1/3。随着天然气产量的增加和乙烷、丙烷回收率的提高,天然气在乙烯生产原料中所占比例正在逐步增加。
 
  我国古代是怎么利用天然气的?
 
  中国利用石油、天然气的历史源远流长,有关石油、天然气地象与自然景观的记载,可见于多种史书。在石油和天然气不断被发现并日益增多的情况下,逐渐进入社会生产和人民生活。三国时期,四川等地的人民已将天然气用于煮盐。
 
  凿井求盐,如何布井?古时选择井位,都要请高明的山匠“相山”看“龙脉”。他们从“水旺”或“火盛”井的分布,特别是“黑卤”与嘉三主力气藏发现后,逐渐窥测出碳酸盐岩裂缝发育的规律。
 
  在漫长的发现和开发石油天然气的历史进程中,中国人民依靠自己的勤劳和智慧,创造了许多划时代的先进技术。诞生于宋代的顿钻钻井技术,就是一大创举。四川南部的井研县人民,在自流井气田用人力顿钻钻凿卓筒井,在井眼中放置用竹子做的套管,吸取卤水煮盐。自流井气田位于四川省自贡市、富顺县、荣县境内,开发规模宏大,盐井和天然气井星罗棋布,场面十分壮观。明代中叶以后,由于浅层的卤水开始枯竭,浅层天然气也不足以煮盐,迫使人们向深部钻井。在这一过程中,顿钻钻井技术取得重大进步,钻井过程趋于程式化,选用新材料增强套管柱的力量,有效保护井壁,创造了新的打捞工具和淘井工具。经过改进完善的顿钻钻井技术,与近代顿钻相比,其主要构造和工作原理基本相同,不同之处仅在动力方面停留在人力和畜力。
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