頁巖氣的案例
頁巖氣成為我國天然氣增儲上產首選目標
一位業內權威人士透露，中石油原計劃2030年頁巖氣產量目標設定為420億立方米，近期這一目標進一步提高，有可能達到650億立方米。
近日“ECF國際頁巖氣論壇2018第八屆亞太頁巖氣峰會”在上海召開，ECF國際頁巖氣論壇總裁、上海聯合非常規能源研究中心理事長周曉萊在會上表示，降本增效是頁巖氣產業發展的主旋律，但是社會參與度不足和經濟效益問題制約了中國頁巖氣更快速的發展。
周曉萊認為，多年來我國已經形成了以三大石油公司為主的油氣上中下游市場的產業生態鏈。建立由三大石油公司、更多民營企業、創新性中小企業和新興企業共同參與的頁巖氣產業生態鏈，是頁巖氣向經濟可開采突破的關鍵，也是頁巖氣進一步大力發展的關鍵。
展開 中國最大頁巖氣生產基地建成 全年產量將達42億立方米
彭剛 攝
四川在線消息(記者 李欣憶)12月24日，中國石油川南頁巖氣日產量達到2011萬立方米，突破2000萬立方米，同比增加119.3%，再創歷史新高。目前，川南已成為我國最大的頁巖氣生產基地，約占全國天然氣日產量的4.2%。
川南是中國石油頁巖氣勘探開發的主戰場。2018年，中國石油頁巖氣勘探開發再次提速，鉆機、隊伍、工作量呈幾何式增長。中國石油在全國范圍內調動資源，從新疆、東北、甚至國外將鉆機調往川南，截至目前，共在川南地區動用142臺鉆機，較2017年的38臺增長3倍。
彭剛 攝
2010年，中國石油成為中國第一家生產頁巖氣的企業，之后中國石油在川南迅速形成規模產業，建成長寧、威遠、昭通等國家級頁巖氣示范區。中國石油在川南頁巖氣勘探開發過程中，把提高單井產量作為首要目標，實現3500米以淺資源的規模有效開發，開創了國內頁巖氣勘探開發多項先河。
隨著頁巖氣開采成本的逐步降低，產能的快速釋放，我國頁巖氣開發進入急劇增長期。2017年川南頁巖氣產量達到30億立方米，預計2018年川南頁巖氣產量將超過41億立方米。
展開 石英砂替代陶粒，助力川南頁巖氣壓裂工藝2.0技術，突破成本“關卡”
頁巖氣，非常規天然氣的一種。由于頁巖滲透率極低，需要通過壓裂形成復雜裂縫網絡，再將氣采出，而顯得“非同常規”。壓裂工藝的發展水平直接影響著頁巖氣的效益開采。
我國天然氣資源豐富，其中頁巖氣可采資源量達31.6萬億立方米，主要集中在川南地區，是天然氣增儲上產的重要領域。
為將資源變成產量，實現“能源的飯碗必須端在自己手里”，2016年年底，集團公司頁巖氣業務發展領導小組加快推進川南頁巖氣規模效益建產，2017年8月，集團公司又設立川渝頁巖氣前線指揮部，通過資源共享、技術共享、信息共享，實現一體化組織、一體化實施、一體化研發、一體化保障、一體化協調，形成集團公司頁巖氣業務發展領導小組決策部署、川渝頁巖氣前線指揮部統籌推動、油公司與工程服務公司聯動的開發模式。
針對頁巖氣壓裂存在的問題與挑戰，在川渝頁巖氣前線指揮部統一組織下，西南油氣田公司、浙江油田公司、川慶鉆探公司、中油測井公司和勘探開發研究院組成項目組，2018年至2019年，在昭通YS112H4、H5平臺、長寧H26-3井等開展了多簇射孔縮小簇間距、高強度加砂、暫堵轉向、石英砂替代陶粒壓裂工藝組合等一系列現場試驗和針對性理論研究，逐步形成頁巖氣壓裂基礎理論、關鍵技術和工藝體系。2019年，川渝頁巖氣前線指揮部在經過兩年多現場試驗的研究基礎上，總結提出“多簇射孔縮小簇間距+高強度加砂+暫堵轉向+石英砂替代陶粒”新一代壓裂工藝，簡稱壓裂工藝2.0。
“這是頁巖氣壓裂工藝的跨越式發展，有效推動了川南頁巖氣的效益開發。目前壓裂工藝2.0已推廣到頁巖油、致密氣領域，有力地推進了中國石油非常規資源的開發。”中國石油勘探與生產分公司副總經理鄭新權點贊壓裂工藝2.0。
展開 超百萬立方米，中國頁巖氣單井日產量創新高
據人民日報海外版3月7日報道，6日，中國石油西南油氣田川南深層頁巖氣攻關傳來捷報，部署在四川省瀘縣雷達村的瀘203井完成放噴測試，關井最高井口壓力57.1兆帕，測試日產量137.9萬立方米，成為國內首口單井測試日產量超百萬立方米的頁巖氣井。
瀘203井是一口深層頁巖氣評價井，目的是評價瀘州區塊埋深4000米左右龍馬溪組頁巖氣資源的開發潛力，試驗深層頁巖氣水平井優快鉆井技術、體積壓裂工藝。通過精心組織，在地層溫度大于140℃的頁巖地層中，成功鉆成水平段1500米，優質儲層鉆遇率100%，井身質量合格率100%。借鑒北美新一代壓力工藝技術，結合川南地區深層頁巖地質工程特征，采用“密切割+高強度加砂+暫堵轉向”壓裂工藝，成功實現了埋深近4000米、破裂壓力大于110兆帕、水平應力差大于20兆帕、微裂縫較發育的頁巖儲層的體積改造。
中國石油西南油氣田 圖片來自四川在線
近期，中國石油足202H1、黃202、瀘203等井相繼獲得高產氣流，標志著川南深層頁巖氣勘探開發技術逐步走向成熟，為這一地區86%以上深層頁巖氣資源的有效動用奠定了堅實基礎，進一步堅定了實現川南頁巖氣中長期發展規劃目標的信心。
據四川在線2018年12月24日報道，中國石油川南頁巖氣日產量達到2011萬立方米，突破2000萬立方米，同比增加119.3%，再創歷史新高。目前，川南已成為我國最大的頁巖氣生產基地，約占全國天然氣日產量的4.2%。
據新華社2018年7月10日報道，全國礦產資源新增儲量數據顯示，我國石油和天然氣增長放緩，煤層氣下降，增幅較大的頁巖氣探明儲量突破萬億立方米大關。
自然資源部10日發布2017年全國礦產資源儲量情況顯示，我國石油、天然氣和煤層氣勘查新增探明地質儲量呈現下降趨勢。
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探討頁巖氣開采中微觀參量對宏觀產量的影響
眾所周知，頁巖中存在豐富的納米孔隙，并且具有低孔、低滲的特點，頁巖氣開采時必須采用水力壓裂等手段在儲層中形成密集有效的裂縫網才能實現商業開采。那么，頁巖氣的產量與有機質內的納米孔隙的關聯度如何？怎樣建立微觀與宏觀的聯系？是當前頁巖氣開發中急需解決的科學問題。
近期，中科院力學所流固耦合實驗室林緬研究團隊針對這一問題取得重要進展。研究人員從認識頁巖中至關重要的有機質塊和有機質孔出發，提出了有機質表征單元體（oREV）的概念，通過多尺度掃描圖像，結合統計方法，建立了具有oREV尺度的統計耦合模型。該模型充分考慮了有機質和無機質的耦合。通過融合課題組前期工作，將納米喉道內的甲烷吸附、有機質內甲烷的運移擴散，及無機質內裂縫網的達西流動有機地結合在一起，形成了一套快速高效預測頁巖氣產量的方法，真正實現了跨尺度的滲流模擬。通過計算分析發現，統計耦合模型所預測的產量曲線比其他模型的結果更合理，能夠部分回答當前關于理論預測產量與實際產量脫鉤的問題。
該研究成果已發表在石油工程學科頂級國際期刊Journal of Petroleum Science and Engineering（Cao G, Lin M, Jiang W, Zhao W, Ji L, Li C, et al. Astatistical-coupled model for organic-rich shale gas transport. Journal ofPetroleum Science and Engineering 2018; 169: 167-183.）上。研究工作得到了中科院先導B頁巖氣專項、國家自然科學基金和國家重點基礎研究發展計劃（973）等項目的支持。
展開 頁巖氣生產過程中的流固耦合模型comsol復現 ￥100
<p>論文原文：What Factors Control Shale-Gas Production and Production-Decline Trend in Fractured Systems: A Comprehensive Analysis and Investigation</p><p><br></p><p>這篇論文深入探討了在頁巖氣生產過程中，頁巖氣井產量總是會迅速降低的深層原因。</p><p>頁巖氣儲層的孔隙度、孔徑、滲透率都非常低，在這種環境下基質和裂縫中的流動狀態會有很大差異，同時頁巖氣開采導致孔隙壓力降低，頁巖骨架承受的有效應力提高造成孔隙度、滲透率的降低，最終在宏觀上呈現出頁巖氣產量下降。
展開 頁巖氣水平井套管損害分析
本案列以頁巖氣水平進套管損害為例，分析在水平最大主應力與水平最小主應力的影響下，套管的損害情況。分析該模型可分為一下幾個步驟：首先確定原始地應力的分布，接著確定井眼形成后應力分布，然后計算下套管固井后地應力的分布和射孔后地應力的分布，最后模擬壓裂過程中應力的變化。套管破壞準則采用Von Mises準則，具體云圖如下。無射孔的套管周圍，在上下頂點處所受Von Mises應力最大；在套管射孔周圍，Von Mises應力大小方向發生變化。該案例還可進一步分析壓裂過程中，套管損傷情況，同時可結合熱流固耦合，分析其變化，在此不詳細說明。歡迎做此方面的，交流學習。
方案 | Hydraulic Fracturing Simulator 地下資源開采水力壓裂仿真解決
2）基于先進的力學模型，可以模擬復雜節理網絡與完整巖體的斷裂破壞，包括空間剪切破壞和拉伸破壞，是目前唯一可以真實反映節理發育巖體（如頁巖）斷裂機理的水力壓裂解決方案。
壓裂擴展過程裂隙張開度以及節理巖體滲透系數
3）瞬態滲流與應力分析的雙向耦合，真實模擬水力壓裂過程。
4）基于現場實測數據進行參數反演，有效地解決了參數不確定性問題，保證了模型的有效性。
用戶通過Hydraulic Fracturing Simulator的仿真模擬，可以預測改造體和滲透率，對油氣開發進行量化，評估經濟效益與環境影響，并通過優化水力壓裂措施，對改造體和滲透率進行優化，保證經濟產量。
基于微震監測數據（左）與射孔井底壓力（右）進行參數反演（紅色點、線為監測數據）
改造體積發展歷史以及破壞模式，圖形顯示某頁巖氣儲層以節理的剪切破壞為主導模式
Hydraulic Fracture Simulator可用于水力壓裂相關的各個領域，包括頁巖氣、頁巖油、致密氣、煤層氣、石油開采、地熱能、煤礦瓦斯抽放、核廢料處理、工業排污等。
Hydraulic Fracturing Simulator工程應用實例
Hydraulic
Fracturing
Simulator在美國多個頁巖氣藏中得到了成功應用與驗證。圖示為德克薩斯州巴內特頁巖氣藏某氣井的水力壓裂計算有限元模型。該氣藏包括7個巖層，每層包含4組節理。水力壓裂設計包括5級壓裂，每級的泵注時間為100~200分鐘。
展開 Comsol-頁巖氣流固耦合數值模擬案例 ￥300
針對頁巖氣流動過程中骨架變形對氣井產能產生的影響，采用Comsol建立了頁巖氣流固耦合數值模擬案例，該模型考慮了頁巖氣黏性流、 Knudsen 擴散、表面擴散和吸附解吸等多重流動機制，采用離散裂縫模型對水力裂縫進行求解，模型可用于分析流固耦合效應對氣井產能的影響規律，以及其他儲層參數和裂縫參數對產能的影響。
壓力場分布
位移場分布
頁巖氣產量變化
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資源領域需求引領勘探科技攻關
建立頁巖氣(油)富集機理及分布規律理論體系，明確頁巖氣(油)成藏的主控因素，完善海相及陸相頁巖氣(油)資源評價方法，優選有利的勘探目標，有效支撐頁巖氣(油)的勘探開發。進一步完善不同煤階煤層氣富集成藏機理及分布規律研究，建立適合于不同地質特點的煤層氣選區評價方法。加強油頁巖和油砂原位開采評價技術研究，開展不同類型地熱資源形成機理和富集規律研究，建立適合于不同類型地熱的資源評價和選區評價方法及參數體系。
技術得力要有好手段：研發與應用有機結合
總部上游三院（勘探院、工程院、物探院）與油田研究院形成上下聯動的研究開發層和基層生產單位組成的成果推廣層，要在各有分工與側重的基礎上，相互介入與融合，形成有機的研究應用一體化團隊。其中，油田是技術推廣的核心層與實施主體，要實現科技成果向現實生產力轉化。科技攻關要學術民主、勇于實踐，培育創新英才，極大地激發廣大科研人員投身于石油科技事業的熱情。科技人員要通過先進適用的新技術、新方法的運用，尋找油氣富集區和高產區，爭取獲得新領域、新目標的突破，實現資源可持續發展。
（來源：中國石化新聞網
作者：勘探開發研究院高級專家
秦偉軍；主要從事勘探規劃研究）
展開 CCUS，“會捕”更要“會用”
目前應用最多的是將二氧化碳注入油氣（包括頁巖氣、煤層氣）田和地浸式鈾礦以提高其采收率。按照中國石油天然氣集團公司的評估，其已動用的探明石油儲量中適于二氧化碳儲存埋藏的儲量為83億噸，按照提高采收率10％預測，可增加可采儲量8.3億噸。這種實例老油氣區較多。
我國吉林油田2008年建成了中國第一個二氧化碳提高采收率示范項目，年埋存二氧化碳能力可達30萬噸，累計注氣212萬噸，封存192萬噸。長慶油田在超低滲透油層的黃3井區進行了先導性試驗，4年來累計封存液態二氧化碳超過12萬噸，增油1.3萬噸，預計比水驅提高采收率15.1%，使二氧化碳“上天為害，入地為寶”。
7月，中國首個百萬噸級CCUS項目在齊魯石化—勝利油田開工，標志著我國已經具備了建設大型CCUS工程的能力。齊魯石化將二氧化碳提純到99%以上，運用超臨界二氧化碳易與原油混相的原理輸至勝利油田無人值守站注入油層。預計未來15年可累計注二氧化碳1068萬噸、增油296.5萬噸。
我國以產學研相結合的方式在延安國家級陸相頁巖氣示范區進行了超臨界二氧化碳強化頁巖氣開采及地質封存一體化（CO2－ESGR）研究的試驗，取得了增產幅度達50%以上的效果。特別是為超臨界二氧化碳的攜沙壓裂開辟了道路。該項研究可利用在其他非常規油氣乃至地熱干熱巖開發上。四川盆地東南部已形成了CCUS開發大面積提高頁巖氣采收率的部署。上述研究甚至可實現區域內頁巖氣生產過程中的負碳排放。此外，我國高含二氧化碳氣田正在利用提純后的二氧化碳制造干冰和用于食品的保鮮。
近年來，國內外都注意到從基礎性和原創性的研究入手，加強對二氧化碳利用的探索，這是化害為利、降低成本的必要措施。
目前，國內外利用催化劑助力二氧化碳加氫制甲醇的研究取得重要進展。
展開 
全球天然氣市場版圖的新變化
其中的“引擎”恐非天然氣市場波動莫屬。2021年夏季全球氣候出現異常，歐洲尤甚。高溫炎熱的夏季極大拉動電力需求，而同一時期歐洲寄予厚望的風電受極端天氣影響出工不出力，使得歐洲夏季天然氣發電需求猛增，各國動用了天然氣儲備。
天然氣儲備動用之后，為確保天然氣全年穩定供應，歐洲自夏季開始便為儲氣庫補氣，天然氣市場出現了淡季不淡現象并波及全球。由于之前受疫情影響全球油氣投資銳減，天然氣供應本就偏緊，在需求“淡季不淡”的驅動之下，供應不足的慣性一直延續到冬季，導致了氣價高漲并產生連鎖反應，能源價格全面飆升。今年以來，俄烏沖突的爆發為天然氣市場的恢復又增加了不確定性。
傳統勢力變化
市場恢復本就不易，地緣政治再動蕩無異于雪上加霜，市場變化也因此變得更加復雜。外部環境的變化對全球主要天然氣生產大國產生深刻影響，各國情況不同影響各異，全球天然氣生產版圖因之生變。
美國以頁巖氣為主體的天然氣供應發力。
眾所周知，頁巖油氣革命之后，頁巖氣開始成為美國天然氣產量增長的主力。依靠頁巖氣“紅利”，美國在過去十多年里坐上了全球天然氣生產的頭把交椅，天然氣產量躍居全球第一。
盡管不時面對油價氣價波動，頁巖氣產量在過去十多年基本上是處于穩增長狀態，表現出頑強的生命力。只是在新冠肺炎疫情全球蔓延時期，頁巖油氣產業受到低油氣價格及投資限制，產量增長出現停滯，此外拜登能源新政對其也有一定程度的制約。但在歐美能源荒出現之后，能源新政又有所松動，頁巖油氣生產再次恢復。特別是在今年的俄烏沖突爆發之后，由于歐洲擔心天然氣供應在冬季出現斷供現象，于是加大從全球尋求替代氣源力度，這一市場變化為美國頁巖油氣產業復蘇提供了強勁的動力。
展開 低油價對全球深水油氣勘探開發的影響
建立頁巖氣(油)富集機理及分布規律理論體系，明確頁巖氣(油)成藏的主控因素，完善海相及陸相頁巖氣(油)資源評價方法，優選有利的勘探目標，有效支撐頁巖氣(油)的勘探開發。進一步完善不同煤階煤層氣富集成藏機理及分布規律研究，建立適合于不同地質特點的煤層氣選區評價方法。加強油頁巖和油砂原位開采評價技術研究，開展不同類型地熱資源形成機理和富集規律研究，建立適合于不同類型地熱的資源評價和選區評價方法及參數體系。
技術得力要有好手段：研發與應用有機結合
總部上游三院（勘探院、工程院、物探院）與油田研究院形成上下聯動的研究開發層和基層生產單位組成的成果推廣層，要在各有分工與側重的基礎上，相互介入與融合，形成有機的研究應用一體化團隊。其中，油田是技術推廣的核心層與實施主體，要實現科技成果向現實生產力轉化。科技攻關要學術民主、勇于實踐，培育創新英才，極大地激發廣大科研人員投身于石油科技事業的熱情。科技人員要通過先進適用的新技術、新方法的運用，尋找油氣富集區和高產區，爭取獲得新領域、新目標的突破，實現資源可持續發展。
（來源：中國石化新聞網
作者：勘探開發研究院高級專家
秦偉軍；主要從事勘探規劃研究）
展開 大變局！地質工作將迎來哪些變革？
2、新能源將成為地質工作勘查開發的重要能源資源
天然氣水合物、頁巖氣、深部地熱和干熱巖等新能源的勘查開發，都依賴于對其所賦存地質條件的深入了解。以干熱巖開發為例，美國早期在新墨西哥州的Fenton Hill開展的干熱巖勘查開發研究表明，干熱巖自然斷裂分布與應力場分布調查填圖至關重要，低壓激發、水力剪切、高壓水力壓裂對儲層建造與水力連通性的影響關系到干熱巖資源的開采，張扭性地質環境比壓性地質環境更易于儲層建造等。這充分說明，對于非常規能源勘查開發，地質工作至關重要，地質條件了解的清楚與否，直接關系到后續非常規能源的開發效果。
新能源的開發可能會誘發新的環境問題，需要地質工作予以重視并提出相應的解決方案。例如，頁巖氣、干熱巖開發均需要采用水力壓裂技術，而水力壓裂技術可能會誘發具有破壞性的地震和深部地層污染問題。2017年11月，韓國慶尚北道浦項市北部發生5.4級地震，是韓國有記錄以來震級排名第二的地震，直接經濟損失546億韓元。韓國政府組建了海外調查委員會和國內調查委員會，對浦項地震進行了調查。2019年3月，兩個調查委員會發布調查報告認為，浦項地熱發電所向地熱井注入高壓水的作業觸發了浦項地震。韓國產業通商資源部據此宣布將永久停止浦項地熱發電所項目運作。
我國地處歐亞板塊的東南部，位于太平洋板塊、歐亞板塊、菲律賓海板塊的交匯處，構造活動與地震活動活躍，地質環境具有先天的脆弱性。地質工作在大力開展頁巖氣、干熱巖等新能源勘查開發研究的同時，需要加強新能源開發誘發環境問題的調查研究，提出相應的解決方案，保障新能源產業的健康發展。
3、新材料、新產業發展所需礦產將成為地質工作勘查開發的重要資源
新材料、新產業發展可能促使經濟社會對礦產資源的需求發生結構性變化，戰略性新興礦產需求將不斷增長。
展開 頁巖氣開采的大國重器：渦輪壓裂車，采用航空發動機作為動力單元！
“阿波羅”渦輪壓裂車以一套輸出功率高達5600馬力的渦輪發動機作為全車的動力單元，該發動機的重量只有700公斤，其功率密度是高功率柴油機的20倍。也就是說，在相同的額定功率下，渦輪發動機的重量只有柴油機重量的二十分之一。
“阿波羅”渦輪壓裂車的外觀可謂十分“迷你”：重量只有37噸（含2.5噸油水），長度只有10米，底盤比2000型壓裂車還要短，道路通過性和靈活性因此大幅提升，一舉解決了目前壓裂車“上牌難、上路難、上山難”的“三難”問題。
但“迷你”的外觀卻蘊涵著“阿波羅”渦輪壓裂車超強的產品性能：4500水馬力的輸出功率相當于一輛2500型壓裂車和一輛2000型常規壓裂車的總和，以構建一套36000水馬力的壓裂車組為例，僅用8臺“阿波羅”壓裂車就能實現18臺2000型壓裂車才能進行的大型工廠化壓裂作業。這兩個數字，意味著減少了55%的井場占地和車組人員配套，以及減少了55%的現場高低壓管匯工作量。
渦輪發動機具有很強的燃料兼容性，除了使用常規的柴油燃料外，井口氣、LNG、CNG，包括生物燃油都可以驅動其進行作業。據介紹，該產品具有單機功率高、性能全面提升、燃油經濟環保、啟動迅速、超長壽命以及維護保養操作簡單等優勢。
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