楊冰:美國天然氣:需求、供給和儲量美國夭然氣:需求、供給和儲量編譯:楊冰(大慶油田工程有限公司)審校:張興平(大慶油田工程有限公司)摘要評價了美國過去和目前天然氣的t—時間或標準日期,a;產量,給出了天然氣未來儲量的來源。目前tm—峰值產量年;美國常規(guī)夭然氣供給緊縮,只能提供需求的b—產量變化因子,101ft3;43%。美國能源信息管理局(EIA)預測目Q—時間t時的累積產量。前44%的天然氣需求來自非常規(guī)能源,另Hubbert理論曲線在獲得了充分的長期生產數據外的13%來自進口。還介紹了僅應用歷史后與生產數據擬合得很好。自1989年以來,當實際生產數據來估算天然氣儲量的方法,該方法生產達到最大產量且產出約一半的天然氣時,數據趨涉及價格、地質、政治、技術、最終可采氣勢與理論曲線非常一致,從此曲線不能馬上看出未來量或儲量的增長,不做任何假定,可見這種產量,尤其在離散數據數量相當大時。圖2表明,到評估是現實的2020年常規(guī)天然氣可能減至7×102f關鍵詞天然氣需求供給儲量進口美Dol:10.3969/ issn.1002-641X2010.50141概述凈進口1987年以來,美國天然氣的消耗量已經超過了美國的生產能力,兩者之間的差距通過管道和船00520102015只進口液化天然氣(LNG)來彌補。供給中最大的部分是常規(guī)天然氣,但已開始不斷降低,現在只1美國天然氣資源的最近走勢能提供總需求量的43%;供給中的第二大部分是致密天然氣,目前為29%,且在迅速增長;供給中的第三部分是管道天然氣的進口,占12%;其余的來自煤層甲烷、頁巖氣和LNG。天然氣供給中各部分的趨勢如圖1所示。非常規(guī)天然氣產量在最近的20年中已增長了4倍。2常規(guī)天然氣1表明,美國常規(guī)天然氣產量持續(xù)下降,從1990年的15×1012ft(1ft2=38.317dm3)降至圖2美國常規(guī)天然氣的產量2008年的10×102ft3。天然氣歷史產量與時間的可以重新描制生產數據曲線,以檢測是否與關系曲線呈現出鐘形(圖2),曲線不包括非常規(guī) Hubbert理論相符,并表明什么時候開始達到似天然氣產量。圖2中的紅色曲線是一個對數分布,合。圖3是年生產量與累積生產量的比值(y軸)該曲線方程是 M. King Hubbert使用的對數曲線與累積產量(x軸)的關系曲線,可以看到一線的導數。導數曲線方程為P=dQ/dt,其中性圖形(紅色),從1989年開始與 Hubbert理論曲線達到很好的似合。當此線與x軸相交時,產量P-1+cosH[b(L-t)為零,可以預測常規(guī)天然氣的最終累積產量為式中P—天然氣產量,102ft3;1200×102ft3。如果在美國能夠新發(fā)現一個大的峰值產量;天然氣田,那么這條曲線將會改變,但迄今為止產國外油田工程第26卷第5期(2010.5)量數據跟從 Hubbert曲線已經20年了。從圖3可求的7%。正如它的命名,頁巖氣產自頁巖,也需以看出,美國至今產出常規(guī)天然氣約930×1012要水平井或水力壓裂開采。由圖4可知,頁巖的增ft,還有約230×1012ft待生產。長速率在它的指數階段。顯然, Fort Worth盆地中的 Barnett Shale是頁巖氣產量最大的地區(qū),2008年產量為1.4×102ft3。在1993年與2008年封名碳間 Barnett產出5.0×102ft3頁巖氣,剩余儲量可能接近26×1012ft3。人們相信,目前32%的生產增長率是不會持久的,尤其在目前的高油價(4美元/10°Btu)情況下。一些研究人員估測可能達到6美元或更高。60080010001200路易斯安娜州西北部和東得克薩斯州的圖3美國常規(guī)天然氣的累積產量增長速率Haynesville Shale是目前天然氣市場的亮點。初始產量在15~20MMcd(1 MMcfd=10°ft3)是3非常規(guī)天然氣正常產量。第一年的降幅達65%~80%。計算的天然氣可采量為34×10ft3。每口井鉆至11500美國非常規(guī)天然氣生產份額從1998年總產量15250ft需7.5~9.5百萬美元的成本,的28%上升到2007年的46%。圖1表明,產量穩(wěn)Haynesville可能需要6~8美元/10°Btu才可達到步增長,目前已與常規(guī)天然氣的產量相當。非常規(guī)經濟開采天然氣可以分為三類:致密氣、頁巖氣和煤層氣。在美國有20多個頁巖生產區(qū),據估測,到非常規(guī)天然氣基本上能彌補常規(guī)天然氣的下降,因2020年7個大的生產區(qū)的產量可以達到10×1012此國內天然氣的總產量一直很穩(wěn)定,只是近幾年有14×1012ft3,這個預測可能太樂觀了。了明顯的不足。近年來,高天然氣價格帶來了高鉆3.3煤層甲烷機數量的動用,鉆井數量增多,產量自然增長。圖煤層甲烷(CBM)是指煤層基質中吸收的甲4給出美國非常規(guī)天然氣的生產產量。烷。在煤夾層中可能存在一些自由氣,這是煤開采中的危險因素,但目前它成了受歡迎的天然氣資源。圖4表明,CBM產量不像其他非常規(guī)能源增液氣長得那么快。產量還不到峰值點的50%,目前產量是2.0×102ft3/a,占需求的8%。1985年,量只有0.01×1012ft3。大約80%的CBM來自Rocky Mountain地區(qū)的 San Juan和 Powder Riv-負巖氣er盆地。在過去的10年,CBM產量提高了38%。20042006200a0103.4甲烷水合物圖4美國非常規(guī)天然氣產量甲烷水合物常作為非常規(guī)天然氣的未來資源被31致密氣提及。它們代表著巨大的資源潛力,但一直以來達致密氣在非常規(guī)天然氣中儲量最大,總量幾乎不到經濟開采的目標。無生產數據,也就無法進行為7×102ft3,可滿足美國需求的29%致密氣是 Hubbert分析。指產自低滲透率巖石的天然氣,通常是砂巖。致密對其他非常規(guī)能源進行 Hubbert可靠性分析氣藏通常需要水平井或水力壓裂開采,或兩者同時還過早,因為在每個開采實例中,產量都很小,遠進行,以達到經濟開采。從圖4可以看出,致密氣達不到中間點或峰值產量。的生產其是有發(fā)展前途的,其未來有增長潛力。表1給出非常規(guī)氣儲量的一些早期預測。注Rocky Mountains地區(qū)提供了大約45%致密氣產意,這是技術可采儲量,不是必要的經濟可采儲量,另外35%來自 Gulf coast。 Rocky Mountains量。隨著開發(fā)與發(fā)現的增加,報告儲量有增長的趨在2003年產量超過 Gulf coast勢。2007年的一項研究公布頁巖的平均儲量為2743.2頁巖氣×102ft2,致密氣為118×102ft3,CBM為88頁巖氣產量約為1.7×102ft,可滿足美國需1012ft,非常規(guī)氣的總量為480×10ft3。楊冰:美國天然氣:需求、供給和儲量表1非常規(guī)氣的技術可采量(單位:1012ft23)圖7是加拿大的剩余氣儲量與時間的關系曲先期的儲量國家石油委員會美國地質勘查線。注意,官方估測的60×1012ft儲量遠遠低于估算年份已證實未開發(fā)Hubbert的110×102ft儲量。圖8示出加拿大天頁巖氣35然氣生產與消耗的趨勢。生產已達到了峰值產量,致密氣但消耗仍在增長。加拿大生產萎縮而同時需求增煤層甲烷1983268長,美國從加拿大進口天然氣量的增長,甚至是維持,似乎都不太可能。在相當長的一段時期內要改1996年,EIA預測2005年非常規(guī)氣的產量為2.5×1012ft3,2000年預測2005年非常規(guī)氣的產變這一狀況只有一個因素,那就是加拿大所報道的量為4.9×10ft3;到了2003年末,預測為6.1巨大的頁巖氣資源。102ft,而2005年的實際產量為8×102ft3。4管道外輸天然氣管道外輸天然氣主要來自加拿大,目前凈進口報告的約3×102ft/a,可滿足美國12%的需求。這一進口量接近加拿大緊縮產量的50%。這里應用Hubbert分析來預測未來進口氣的份額。加拿大產量峰值2004年為6.6×102ft3/a,2008年為5.9×1012ft/a(圖5)。圖6給出了累積生產增長率,表明的最終累積量(即紅線與x軸的交點)是280×圖7加章大天然氣儲量1012ft3。從1995年至2008年的13年,數據與Hubbert理論相擬合。2008年末累積產量為170×102ft3,所以目前 Hubbert儲量為110×102ft2在過去的13年中,生產數據與直線吻合得很好。礦水習2畫代20007010圖8加拿大天然氣生產與消耗LNG的進美國擁有著大量的LNG進口來源,約75%來圖5加章大天然氣產量自特立尼達島,運輸距離不長,而且該國的天然氣生產一直在增長,所以美國的進口量也會增長。美封名國其他的LNG進口來源國有著豐富的天然氣資源,且產量也在增長,所以美國未來的LNG進口量不會因為來源的短缺而受到限制。其他可能的限制條件,如運輸裝置和再氣化終端站,只要肯花費亂時間和經費就可以克服。在過去的20年間,美國LNG的進口價格一家積產量/10°ft直緊跟國內天然氣價格。日本,世界最大的LNG進口國,其LNG進口價格稍高一些。日本進口圖6加章大累積產量增長速率LNG的量是美國的9倍。國外油田工程第26卷第5期(2010.5)6結論提出, Kenneth S. Deffeyes對其進行了解釋與擴展,尤其適用于大范圍鉆井與生產的大區(qū)塊,且該盡管美國常規(guī)天然氣的產量迅速下降,同時需區(qū)塊的生產已達到了其峰值產量。該評價技術不適求日益增長,但美國非常規(guī)天然氣的生產增長迅合單井或單個油田的應用,也不適合生產剛剛開始速,足以保持美國天然氣總產量的穩(wěn)定。供需之間的小區(qū)塊。它在美國與加拿大的天然氣儲量評價中的任何差異都可以通過從加拿大管輸天然氣與從特發(fā)揮了很好的作用。該評價技術對未來的儲藏發(fā)現立尼達島船運LNG來得以解決。加拿大天然氣產與技術改進沒有做任何假定,也未考慮儲量增長因量增長的潛力似乎受限,但加拿大擁有著巨大的未素,但該技術還不能應用于非常規(guī)天然氣資源的評開采的頁巖氣資源,而且LNG的進口看起來更有價,因為它們的歷史生產數據還不充分。前景。另外,LNG出口國的天然氣產量也在不斷增長,且儲量豐富。資料來源于美國《 World Oil》2009年10月基于歷史生產數據的天然氣儲量評價理論的有收稿日期2009-04-26)效性得到了證明。該理論最先由 M. King Hubbert(上接第23頁)和鉆頭性能,可以達到意想不到的有計劃嚴謹的性能追蹤是達到從每個鉆頭到鉆頭進尺,最后兩個鉆頭進尺都超過2000ftBHA的性能優(yōu)化的重要方法;相比計劃的總鉆井時間56天,所用時間為◇在鉆井液系統(tǒng)中使用潤滑劑和好的射流對減48.7天。小扭矩、拖拉和井眼問題都非常有效;在10天內用7in生產封隔器和4.5in碳鋼管◇減少側鉆部分長度的理論優(yōu)勢是減少整個井柱進行了完井作業(yè)。眼軌跡的扭矩,這在 Haradh-AX1井已得到完全5結論的實現;◇很明顯, Khuff-A、B和C儲層都有充足的◇中半徑水平鉆井技術已成功應用于 Haradh-厚度和空間,這三個層都可用于側鉆和使用中、短AX1井,造斜率是12.1°/100ft;半徑軌跡鉆相同壓力體系和井眼尺寸的井?！笙啾冗^去在沙特阿美石油公司的 Ghawar油田的9口長半徑再入側鉆井,用常規(guī)BHA、鉆桿資料來源于美國《SPE120393》和導向工具的中半徑水平鉆井技術節(jié)約了34天的收日期2009-03-31操作時間和33%的作業(yè)費用;(上接第31頁)分析能識別出泥巖層。通常,使用傳播電阻率測量位電阻率測井儀。油層含水飽和度變化導致電阻率值來估測方位電阻測量儀對油田電阻率變化的反大約從300(油層頂部)變化到0.5Q(油水界應。從觀察到的方位信號強度減去傾斜的強度信號面以下)。需要用超深測井儀從最佳的井眼軌跡就能得到一個距導電層比較準確的距離。結果較好油水界面以上9m)中來確定大規(guī)模的電阻率結地解釋了井眼之上或井眼附近的導電層。構。淺測量常用于分析近井眼的電阻率變化方位測量能確定導電層的方向,顯然,井眼之資料來源于美國《SPE115675》(收稿日期2009-03-05)上的導電層與井眼下面的電層有不同的校正方法。當接觸面在井眼之下時,三種電阻率測井儀的綜合