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澳大利亚煤层气开发历史 精选

已有 3815 次阅读 2018-3-12 12:29 |系统分类:科研笔记| 澳大利亚, 煤层气, 开发

 

澳大利亚煤层气工业始于20世纪70年代。在此之前澳大利亚煤炭行业已经有上百年排采煤层气的经验,但其主要目的是为了降低采煤风险,改善采煤安全生产条件。将煤层气作为一种独立能源进行勘探开发始于1976休斯顿油矿公司在澳大利亚昆士兰地区钻了四口直井进行煤层气勘探,虽然这四口井并不非常成功,但这标志着澳大利亚煤层气作为新兴工业的开端。

休斯顿油矿公司是一家美国公司,该公司与澳大利亚能源公司合作在昆州煤炭小镇黑水(Blackwater)东南约50公里处钻了第一口煤层气探井沙特欧瓦(Shotover1号井。该井钻达27百米,钻穿澳大利亚现今两大主力煤层气生产盆地博文(Bowen)盆地和苏拉特(Surat)盆地地层,休斯顿油矿公司对沙特欧瓦1号井进行了生产测试,没有气产出。休斯顿油矿公司于是决定寻找新的勘探区域。

在深入研究该地区1969年,1972年和1973年进行的三次地震勘测结果之后,休斯顿油矿公司决定将勘探区域向东南部延伸,他们在昆士兰地区毛拉(Moura)镇以北8公里处又钻了两口勘探井,金马(Kinma1号以及卡拉(Carra1号,两口井相距约1.5公里。休斯顿油矿公司对昆士兰地区过去的勘探数据进行了详细分析,他们发现历史资料记载1969钻的一口常规天然气探井--毛拉1号在煤层有甲烷释放,他们于是从昆士兰政府收购此井并在巴腊拉巴(Baralaba)煤层进行射孔 完井。从1977年早期开始他们对这三口井进行了生产测试。测试结果令休斯顿油矿公司失望,三口井产水量较大,但气量很低。

19777月哈里伯顿公司对毛拉1号探井进行了凝胶压裂作业,这是澳大利亚煤层气井的第一次压裂作业。初始阶段压裂效果非常明显,压裂后产气量从每天只有约200立方米一下增长到每天约850立方米。但这只持续了两天。井由于产煤粉而停止生产。

19784月休斯顿油矿公司放弃了在澳大利亚的煤层气勘探。他们认为以当时的气价在澳大利亚进行煤层气开发并不经济。在对四口勘探井进行了报废处理后,休斯顿油矿公司撤离了澳大利亚市场。

20世纪70年代末期,由于美国石油价格一度高涨,美国政府于1980年出台了《原油意外获利法》(Crude Oil Windfall Profit Act of 1980)鼓励非常规气体能源开发以缓解石油供需矛盾,该税收优惠政策的出台在美国煤层气开发的初期起到巨大的推动作用,美国煤层气井数和产量得以迅猛增加。受美国煤层气工业振兴的激励,从20世纪80年代中期开始,多家澳大利亚本地公司进入了煤层气勘探开发领域。

19863月米迪安(Median)石油从昆士兰州政府获得364P区块,约两万两千平方公里的博文盆地煤层气勘探许可。CB资源公司受雇进行项目作业。19878月开始在莫兰巴(Moranbah) 附近布罗德梅多(Broadmeadow)先潜实验地带进行钻井,第一期共钻4口井,完钻3口井,这3口井压裂后于198711月投入试采。19882月第二期5口井开钻,对其中4口井进行压裂后于11月投入试采。198712月和19881月又钻了两口小井眼取芯井,但只有一口井获得成功。

米迪安石油勘探目的层位为博文盆地晚二叠莫兰巴煤层。詹姆斯·库克(James Cook)大学煤层气地质实验室当时估算364P勘探许可区块莫兰巴煤层煤层气蕴藏量为28千亿立方米,极富开发前景。米迪安石油完钻的8口井钻遇莫兰巴煤层平均厚度约4.9米,平均深度约500米。

第一期4口井成功完钻3口井,这3口井采用裸眼完井,并进行清水压裂,支撑剂采用25/52目石英砂。第二期5口井采用预射孔套管完井,对其中3口井进行了清水压裂,1口井进行了凝胶压裂,另外1口井没有进行压裂。

198712月开钻的取芯井由于井眼稳定性原因而废弃。第2口取芯井于19881月开钻,在290米与668米间获得379米岩芯。岩芯吸附测试结果显示莫兰巴煤层含气量平均为10.3克每立方厘米,镜质体反射率平均为1.3,表明莫兰巴煤层为中挥发烟煤。煤层气解析时间平均为0.6天。在46摄氏温度下做的吸附和解析实验结果显示莫兰巴煤层干煤条件下朗缪尔压力为18个标准大气压,朗缪尔体积为19.4立方米每顿。

米迪安石油对4口井进行了压裂前段塞测试,对1口井进行了注入压降试井。试井解释结果表明莫兰巴煤层渗透率在0.21.5毫达西之间,属于超低渗煤层。对井的气样和水样的分析表明莫兰巴煤层气甲烷含量为97.6%,氮气含量为1.0%,二氧化碳含量为0.6%。地层水总溶解性固体含量为5000毫克每升左右。

由于煤层渗透率极低,8口井的产量都不理想。经过1年多试采,井的峰值产水量不到20顿每天,峰值产气量不到3500立方米每天,而且气量递减很快。虽然对井又进行了酸化处理,但效果并不显著。

后来成立的北昆士兰能源公司接管了CB资源公司的勘探区块,并在布罗德梅多先潜实验带又钻了6口探井。北昆士兰能源公司扩大了勘探范围,在毛拉以南道森河(Dawson River)一带以及毛拉北部新钻了4口探井和4口小井眼取芯井。4口探井中的两口(道森河2号和道森河3号)井后来进行了重新完井,投入生产。

北昆士兰能源公司勘探目的层为博文盆地巴腊拉巴煤层。北昆士兰能源公司对道森河3号井巴腊拉巴煤层403米到609米之间的8个小煤层进行了取芯,岩芯分析结果表明巴腊拉巴煤层平均煤层气含量为8.5立方米每吨。对其中一个岩芯样品进行了吸附和解析实验,实验结果表明巴腊拉巴煤层吸附能力受温度影响严重,当实验温度从100摄氏度升到250摄氏度,煤的吸附能力明显下降。压力为10.3兆帕,温度为100摄氏度条件下测得的煤吸附能力为10.8立方米每吨。

通过对道森河3号井岩芯样品的分析发现巴腊拉巴煤层面隔理发育,而端隔理不发育,渗透率具有严重的各向异性。隔理部分受到方解石和菱铁充填,降低了煤层渗透率。

北昆士兰能源公司对道森河2号和道森河32口井各小煤层进行了注入压降试井。测试了道森河27个小煤层,道森河39个小煤层。煤层厚度在1米到4米之间。试井解释渗透率在小于1毫达西与40毫达西之间,多数煤层都小于5毫达西。

199012月北昆士兰能源公司对道森河3号井进行了压裂。压裂液采用交联胍胶压裂液,注入40万升交联剂,每1000升水加3.8公斤胍胶。注入55千公斤40/70目和12/20目石英砂支撑剂。压裂后测试结果表明压裂裂缝长度约为33.5米。

道森河2号和道森河32口井先后投入生产。道森河2号峰值产气量不到每天500立方米,而道森河3号峰值产气量可以到达每天3500立方米,峰值产水量可以达到每天25吨。但道森河3号产水量和产气量递减很快,这可能是由于井底应力变化而导致煤层渗透率的降低。

1990年芒特艾萨矿业公司(Mount Isa Mines)与三菱天然气化工(Mitsubishi Gas Chemicals)澳大利亚资源公司取得博文盆地煤层气勘探许可,两家公司积极投入564P364P两个区块的勘探作业。两家公司勘探主力目的层位是博文盆地晚二叠黑水层组,黑水层组包括罗格(Rangal)煤层,库柏堡(Fort Cooper)煤层以及莫兰巴煤层。罗格煤层主要有两个小煤层勘探目的层,厚度在2米到5米之间。莫兰巴煤层主要有5个小煤层勘探目的层,厚度在2米到7米之间。芒特艾萨矿业公司也对东部的巴腊拉巴煤层进行了勘探。巴腊拉巴煤层有5个主要勘探目的层,厚度在2米到5米之间。

芒特艾萨矿业公司与三菱天然气化工澳大利亚资源公司在勘探中致力于找寻煤层高渗带,尤其是煤层渗透率受后天应力作用而获得改善,并且煤层含气量高的地带。煤层高渗带通常与低应力,隔理和裂缝没有受到矿石充填,裂缝和隔理发育,并且各向应力相差较大有关。因此两家公司着力探寻这些有利地带。

芒特艾萨矿业公司与三菱天然气化工澳大利亚资源公司采用高分辨率地震勘探以及钻小井眼取芯探井来展开区域勘探和数据采集。CB资源公司和北昆士兰能源公司早先采用浅层高分辨率地震勘探方法—随机冲击可控震源对博文盆地部分区域进行地震勘探。由于博文盆地地面情况复杂,地表风化带有10米到120米厚,风化带含有未胶结砂岩,粘土,红土和风化基岩。芒特艾萨矿业公司与三菱天然气化工澳大利亚资源公司采用浅层炸药震源地震勘探方法,地震解释结果表明浅层炸药震源地震勘探可以在较广范围识别煤层发布。

两家公司在地震勘探有利区域钻小井眼取芯井对目的煤层取芯,然后测量和分析煤层含气量,煤层储集能力,煤层气组分,煤的镜质体反射率,煤的压缩属性等参数。应用成像测井记录煤层裂缝发布以及裂缝充填情况。通过对比取芯剩磁与区域剩磁的方向确定了裂缝走向。对小井眼取芯井进行了完整系列电测井,包括伽马,井径,双密度,声波,温度,中子,双电阻,自然电位,以及地层倾角测井。

通过钻柱测试和注入压降试井获得煤层渗透率,地层压力以及煤层应力和裂缝梯度。煤层渗透率与构造有紧密联系。正断层,单斜构造等区域通常渗透率可以达到550毫达西,而逆断层和褶皱区域通常渗透率不到1毫达西。

三菱天然气化工澳大利亚资源公司钻了4口生产先导实验井。先导实验井采用射孔完井,交联凝胶压裂液压裂。芒特艾萨矿业公司在道森河区域钻了3口生产先导实验井,其中1口井采用氮气压裂,另外2口井采用洞穴完井。生产采用有杆抽油泵生产。这些先导实验井产量都不理想。

二十世纪80年代后期BHP工程公司与美国USX工程咨询公司合资成立煤层气有限公司(Seamgas Enterprises Pty Ltd)。1990年煤层气有限公司在毛拉地区钻了2口生产先导实验井,2口井井距400米。对2口井都进行交联胍胶压裂液压裂。其中1口井生产10周后峰值产气量达8千立方米每天,产水量稳定在每天不到1吨。另1口井生产19周后峰值产气量达3千立方米每天,产水量稳定在2吨每天。先导实验井的生产证实该区域煤层气具有商业开发的潜力。

AGL公司和AMOCO公司二十世纪80年代先后在悉尼盆地进行了煤层气勘探,安然澳大利亚勘探有限公司(Enron Exploration Australia Pty Ltd)在二十世纪90年代对加利利(Galilee)盆地进行了勘探,但两个盆地的煤层气储量和属性都远远不如博文盆地。

澳大利亚早期煤层气勘探和试采技术严重依赖美国煤层气公司。1988年澳大利亚联邦科学与工业研究院 CSIRO -- Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization)开始展开煤层气勘探开发技术研究,以支持本地技术的发展。联邦科学与工业研究院主要开展了以下三个方面的研究:

  1. 澳大利亚盆地煤层气开发远景主控因素

  2. 开发适用于澳大利亚的煤层气数字模拟软件

  3. 适应澳大利亚条件的采气技术

联邦科学与工业研究院收集并分析了博文盆地和悉尼盆地早期勘探获取的煤层渗透率以及应力分布数据,着力于探索区域以及特定构造条件下煤层埋深,应力,渗透率和地质背景间的关系。联邦科学与工业研究院的研究表明渗透率大小主要与煤层应力有关,而不是像早先认为的渗透率只简单的取决于煤层深度。另外在博文和悉尼盆地渗透率与应力的关系不同区域差别很大。联邦科学与工业研究院从所收集的数据中没有发现煤层气饱和度与渗透率的关系,消除了早先认为高渗带会导致煤层气逃逸的想法。除了应力对渗透率的影响,联邦科学与工业研究院发现其他一些因素也对渗透率有很大影响,包括煤隔理连通程度,隔理分布,隔理是否受到矿石充填等等。

早期澳大利亚煤层气勘探遇到的一个难题是没有可靠的定量预测煤层气产量的途径。联邦科学与工业研究院与新南威尔士大学合作研发了煤层气数字模拟软件SIMED。该数值模拟软件的一大特设是可以模拟煤层气解析对气水相对渗透率曲线的影响。

联邦科学与工业研究院着重研究了煤层气压裂工艺和技术。在实验室进行了定边界条件下压裂裂缝展布实验,并研发了小规模压裂设备,降低了井压裂成本。联邦科学与工业研究院在博文和悉尼盆地进行了小规模压裂实验,并对压裂产生裂缝展布进行了深入研究。

联邦科学与工业研究院也研究了在澳大利亚采用“洞穴完井”替代压裂完井的可行性。美国西部煤层气田率先应用了洞穴完井。联邦科学与工业研究院在实验室对煤层取芯样品进行了试验,评估在博文和悉尼盆地采用洞穴完井技术的可行性。随后联邦科学与工业研究院在道森河气田进行了两次现场试验,通过井下成像技术研究了洞穴形态,并对压裂和洞穴完井产气量进行了对比。现场试验结果表明洞穴完井与压裂完井产气量相当。

经过近20年的勘探,试采,新技术研发,澳大利亚煤层气开发逐渐走向成熟。从1996年开始澳大利亚煤层气进入商业开发阶段。

199511月三星石油(Tri-Star Petroleum Company)获得第一个煤层气生产许可,在博文盆地费尔维尤(Fairview)气田进行煤层气生产。费尔维尤煤层气田当时包括三个生产许可区块,生产许可区块90, 生产许可区块91 和生产许可区块92199612月三星石油又获得费尔维尤煤层气田南部和东部生产许可区块99 和生产许可区块100。科纳克澳大利亚有限公司(Conoco Australia Pty Ltd)也获得博文盆地东南部煤层气生产许可区块94的生产许可,科纳克公司在该区块投入道森谷气田开发项目。1996年后期太平洋油气有限公司(Pacific Oil & Gas Pty Ltd)获得博文盆地东南部煤层气生产许可区块101开发许可。

199612月道森谷气田正式开始商业开发,日产煤层气12万立方米,开启了澳大利亚煤层气商业开发的新篇章。道森谷气田在煤层气生产许可区块94主要包括两个开发区域: 毛拉区域和道森河区域,每个区域各有12口开发井,生产目的煤层为巴腊拉巴煤层。道森谷气田位于昆士兰州毛拉镇,由于毛拉镇在煤层气勘探和开发中起的独特作用,这里被称为澳大利亚煤层气的摇篮。 

19982月三星石油费尔维尤气田正式商业开发,初期投产11口井,日产煤层气约85千立方米。费尔维尤煤层气气田位于昆士兰州东部,据昆士兰州首府布里斯班约475公里。费尔维尤气田生产目的层为晚二叠纪班达拿地层。班达拿地层有两个主要煤层,上部煤层厚度在4.9米到6.4米之间,煤层连通性较好,但在气田西北上部煤层分裂为3个小煤层,在气田西南部上部煤层分裂为2个小煤层。下部煤层厚度在3米到3.7米之间,在气田南翼下部煤层也发生分裂,分裂为两个小煤层。

费尔维尤气田的发现井是费尔维尤1井,该井19948月开钻,钻深1340.82米,钻遇高产煤层气地层--班达拿地层。随后三星石油又钻了多口试采井,其中费尔维尤4井日产煤层气达到3万立方米。三星石油于19951月正式向外公布费尔维尤煤层气田的发现。

三星石油在费尔维尤气田采用洞穴完井,在高压条件下将空气和水注入地层,然后释放压力使井底煤层塌陷从而在井底形成洞穴,改善井的生产能力。

2005年桑托斯(Santos)公司收购费尔维尤气田,该气田现在仍然是桑托斯主力气田。

苏拉特盆地面积约30万平方公里,是博文盆地面积的1.8倍。苏拉特盆地在昆士兰中中部有6万平方公里与博文盆地重合。苏拉特盆地勘探和开发都晚于博文盆地,但苏拉特盆地的煤层气探明储量和产量增长迅猛,到2017年,苏拉特盆地成为澳大利亚煤层气储量最大和产量最高的盆地。

苏拉特盆地的勘探始于2000年,昆士兰天然气公司(QGC)在距齐奇拉镇(Chinchilla)西南25公里处开钻的阿盖尔(Argyle1井获得成功,证实苏拉特盆地侏罗纪瓦龙(Walloon)煤层巨大的煤层气蕴藏量。瓦龙煤层埋深在300米到600之间,浅于博文盆地煤层,热成熟度不如博文盆地,含气量比博文盆地低。煤的镜质体反射率在0.35%0.6%之间。但煤层渗透率普遍较高。瓦龙煤层含有三个主要煤层:上朱安达(Upper Juandah, 下朱安达(Lower Juandah)和塔鲁姆(Taroom)煤层。

箭牌能源(Arrow Energy)和奥瑞金能源(Origin Energy)接着也在苏拉特盆地展开大规模勘探开发。20061月苏拉特盆地正式开启商业开发。箭牌能源投入开发生产许可区块194科根北(Kogan North)煤层气田,该气田位于昆士兰多尔比镇(Dalby)西北50公里。20065月昆士兰天然气公司投入开发位于齐奇拉镇西南部的波纹德尔南(Berwyndale South)煤层气田。200712月奥瑞金能源投入开发齐奇拉镇附近的生产许可区块226塔林噶(Talinga)煤层气田。

2005年昆士兰政府为了刺激天然气工业的发展在“电业法1994”第5章规定发电企业至少百分之13的电力来自于天然气发电,2011年又将份额增加到百分之15。这项法规大大激励了昆士兰州煤层气的发展。众多油气公司增大了在煤层气勘探与开发方面的投入。煤层气储量和产量获得大幅增加。澳大利亚能源行业进入煤层气时代。



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