美国天然气:需求、供给和储量

杨冰:美国天然气:需求、供给和储量美国夭然气:需求、供给和储量编译:杨冰(大庆油田工程有限公司)审校:张兴平(大庆油田工程有限公司)摘要评价了美国过去和目前天然气的t—时间或标准日期,a;产量,给出了天然气未来储量的来源。目前tm—峰值产量年;美国常规夭然气供给紧缩,只能提供需求的b—产量变化因子,101ft3;43%。美国能源信息管理局(EIA)预测目Q—时间t时的累积产量。前44%的天然气需求来自非常规能源,另Hubbert理论曲线在获得了充分的长期生产数据外的13%来自进口。还介绍了仅应用历史后与生产数据拟合得很好。自1989年以来,当实际生产数据来估算天然气储量的方法,该方法生产达到最大产量且产出约一半的天然气时,数据趋涉及价格、地质、政治、技术、最终可采气势与理论曲线非常一致,从此曲线不能马上看出未来量或储量的增长,不做任何假定,可见这种产量,尤其在离散数据数量相当大时。图2表明,到评估是现实的2020年常规天然气可能减至7×102f关键词天然气需求供给储量进口美Dol:10.3969/ issn.1002-641X2010.50141概述净进口1987年以来,美国天然气的消耗量已经超过了美国的生产能力,两者之间的差距通过管道和船00520102015只进口液化天然气(LNG)来弥补。供给中最大的部分是常规天然气,但已开始不断降低,现在只1美国天然气资源的最近走势能提供总需求量的43%;供给中的第二大部分是致密天然气,目前为29%,且在迅速增长;供给中的第三部分是管道天然气的进口,占12%;其余的来自煤层甲烷、页岩气和LNG。天然气供给中各部分的趋势如图1所示。非常规天然气产量在最近的20年中已增长了4倍。2常规天然气1表明,美国常规天然气产量持续下降,从1990年的15×1012ft(1ft2=38.317dm3)降至图2美国常规天然气的产量2008年的10×102ft3。天然气历史产量与时间的可以重新描制生产数据曲线,以检测是否与关系曲线呈现出钟形(图2),曲线不包括非常规 Hubbert理论相符,并表明什么时候开始达到似天然气产量。图2中的红色曲线是一个对数分布,合。图3是年生产量与累积生产量的比值(y轴)该曲线方程是 M. King Hubbert使用的对数曲线与累积产量(x轴)的关系曲线,可以看到一线的导数。导数曲线方程为P=dQ/dt,其中性图形(红色),从1989年开始与 Hubbert理论曲线达到很好的似合。当此线与x轴相交时,产量P-1+cosH[b(L-t)为零,可以预测常规天然气的最终累积产量为式中P—天然气产量,102ft3;1200×102ft3。如果在美国能够新发现一个大的峰值产量;天然气田,那么这条曲线将会改变,但迄今为止产国外油田工程第26卷第5期(2010.5)量数据跟从 Hubbert曲线已经20年了。从图3可求的7%。正如它的命名,页岩气产自页岩,也需以看出,美国至今产出常规天然气约930×1012要水平井或水力压裂开采。由图4可知,页岩的增ft,还有约230×1012ft待生产。长速率在它的指数阶段。显然, Fort Worth盆地中的 Barnett Shale是页岩气产量最大的地区,2008年产量为1.4×102ft3。在1993年与2008年封名碳间 Barnett产出5.0×102ft3页岩气,剩余储量可能接近26×1012ft3。人们相信,目前32%的生产增长率是不会持久的,尤其在目前的高油价(4美元/10°Btu)情况下。一些研究人员估测可能达到6美元或更高。60080010001200路易斯安娜州西北部和东得克萨斯州的图3美国常规天然气的累积产量增长速率Haynesville Shale是目前天然气市场的亮点。初始产量在15~20MMcd(1 MMcfd=10°ft3)是3非常规天然气正常产量。第一年的降幅达65%~80%。计算的天然气可采量为34×10ft3。每口井钻至11500美国非常规天然气生产份额从1998年总产量15250ft需7.5~9.5百万美元的成本,的28%上升到2007年的46%。图1表明,产量稳Haynesville可能需要6~8美元/10°Btu才可达到步增长,目前已与常规天然气的产量相当。非常规经济开采天然气可以分为三类:致密气、页岩气和煤层气。在美国有20多个页岩生产区,据估测,到非常规天然气基本上能弥补常规天然气的下降,因2020年7个大的生产区的产量可以达到10×1012此国内天然气的总产量一直很稳定,只是近几年有14×1012ft3,这个预测可能太乐观了。了明显的不足。近年来,高天然气价格带来了高钻3.3煤层甲烷机数量的动用,钻井数量增多,产量自然增长。图煤层甲烷(CBM)是指煤层基质中吸收的甲4给出美国非常规天然气的生产产量。烷。在煤夹层中可能存在一些自由气,这是煤开采中的危险因素,但目前它成了受欢迎的天然气资源。图4表明,CBM产量不像其他非常规能源增液气长得那么快。产量还不到峰值点的50%,目前产量是2.0×102ft3/a,占需求的8%。1985年,量只有0.01×1012ft3。大约80%的CBM来自Rocky Mountain地区的 San Juan和 Powder Riv-负岩气er盆地。在过去的10年,CBM产量提高了38%。20042006200a0103.4甲烷水合物图4美国非常规天然气产量甲烷水合物常作为非常规天然气的未来资源被31致密气提及。它们代表着巨大的资源潜力,但一直以来达致密气在非常规天然气中储量最大,总量几乎不到经济开采的目标。无生产数据,也就无法进行为7×102ft3,可满足美国需求的29%致密气是 Hubbert分析。指产自低渗透率岩石的天然气,通常是砂岩。致密对其他非常规能源进行 Hubbert可靠性分析气藏通常需要水平井或水力压裂开采,或两者同时还过早,因为在每个开采实例中,产量都很小,远进行,以达到经济开采。从图4可以看出,致密气达不到中间点或峰值产量。的生产其是有发展前途的,其未来有增长潜力。表1给出非常规气储量的一些早期预测。注Rocky Mountains地区提供了大约45%致密气产意,这是技术可采储量,不是必要的经济可采储量,另外35%来自 Gulf coast。 Rocky Mountains量。随着开发与发现的增加,报告储量有增长的趋在2003年产量超过 Gulf coast势。2007年的一项研究公布页岩的平均储量为2743.2页岩气×102ft2,致密气为118×102ft3,CBM为88页岩气产量约为1.7×102ft,可满足美国需1012ft,非常规气的总量为480×10ft3。杨冰:美国天然气:需求、供给和储量表1非常规气的技术可采量(单位:1012ft23)图7是加拿大的剩余气储量与时间的关系曲先期的储量国家石油委员会美国地质勘查线。注意,官方估测的60×1012ft储量远远低于估算年份已证实未开发Hubbert的110×102ft储量。图8示出加拿大天页岩气35然气生产与消耗的趋势。生产已达到了峰值产量,致密气但消耗仍在增长。加拿大生产萎缩而同时需求增煤层甲烷1983268长,美国从加拿大进口天然气量的增长,甚至是维持,似乎都不太可能。在相当长的一段时期内要改1996年,EIA预测2005年非常规气的产量为2.5×1012ft3,2000年预测2005年非常规气的产变这一状况只有一个因素,那就是加拿大所报道的量为4.9×10ft3;到了2003年末,预测为6.1巨大的页岩气资源。102ft,而2005年的实际产量为8×102ft3。4管道外输天然气管道外输天然气主要来自加拿大,目前净进口报告的约3×102ft/a,可满足美国12%的需求。这一进口量接近加拿大紧缩产量的50%。这里应用Hubbert分析来预测未来进口气的份额。加拿大产量峰值2004年为6.6×102ft3/a,2008年为5.9×1012ft/a(图5)。图6给出了累积生产增长率,表明的最终累积量(即红线与x轴的交点)是280×图7加章大天然气储量1012ft3。从1995年至2008年的13年,数据与Hubbert理论相拟合。2008年末累积产量为170×102ft3,所以目前 Hubbert储量为110×102ft2在过去的13年中,生产数据与直线吻合得很好。矿水习2画代20007010图8加拿大天然气生产与消耗LNG的进美国拥有着大量的LNG进口来源,约75%来图5加章大天然气产量自特立尼达岛,运输距离不长,而且该国的天然气生产一直在增长,所以美国的进口量也会增长。美封名国其他的LNG进口来源国有着丰富的天然气资源,且产量也在增长,所以美国未来的LNG进口量不会因为来源的短缺而受到限制。其他可能的限制条件,如运输装置和再气化终端站,只要肯花费乱时间和经费就可以克服。在过去的20年间,美国LNG的进口价格一家积产量/10°ft直紧跟国内天然气价格。日本,世界最大的LNG进口国,其LNG进口价格稍高一些。日本进口图6加章大累积产量增长速率LNG的量是美国的9倍。国外油田工程第26卷第5期(2010.5)6结论提出, Kenneth S. Deffeyes对其进行了解释与扩展,尤其适用于大范围钻井与生产的大区块,且该尽管美国常规天然气的产量迅速下降,同时需区块的生产已达到了其峰值产量。该评价技术不适求日益增长,但美国非常规天然气的生产增长迅合单井或单个油田的应用,也不适合生产刚刚开始速,足以保持美国天然气总产量的稳定。供需之间的小区块。它在美国与加拿大的天然气储量评价中的任何差异都可以通过从加拿大管输天然气与从特发挥了很好的作用。该评价技术对未来的储藏发现立尼达岛船运LNG来得以解决。加拿大天然气产与技术改进没有做任何假定,也未考虑储量增长因量增长的潜力似乎受限,但加拿大拥有着巨大的未素,但该技术还不能应用于非常规天然气资源的评开采的页岩气资源,而且LNG的进口看起来更有价,因为它们的历史生产数据还不充分。前景。另外,LNG出口国的天然气产量也在不断增长,且储量丰富。资料来源于美国《 World Oil》2009年10月基于历史生产数据的天然气储量评价理论的有收稿日期2009-04-26)效性得到了证明。该理论最先由 M. King Hubbert(上接第23页)和钻头性能,可以达到意想不到的有计划严谨的性能追踪是达到从每个钻头到钻头进尺,最后两个钻头进尺都超过2000ftBHA的性能优化的重要方法;相比计划的总钻井时间56天,所用时间为◇在钻井液系统中使用润滑剂和好的射流对减48.7天。小扭矩、拖拉和井眼问题都非常有效;在10天内用7in生产封隔器和4.5in碳钢管◇减少侧钻部分长度的理论优势是减少整个井柱进行了完井作业。眼轨迹的扭矩,这在 Haradh-AX1井已得到完全5结论的实现;◇很明显, Khuff-A、B和C储层都有充足的◇中半径水平钻井技术已成功应用于 Haradh-厚度和空间,这三个层都可用于侧钻和使用中、短AX1井,造斜率是12.1°/100ft;半径轨迹钻相同压力体系和井眼尺寸的井。◇相比过去在沙特阿美石油公司的 Ghawar油田的9口长半径再入侧钻井,用常规BHA、钻杆资料来源于美国《SPE120393》和导向工具的中半径水平钻井技术节约了34天的收日期2009-03-31操作时间和33%的作业费用;(上接第31页)分析能识别出泥岩层。通常,使用传播电阻率测量位电阻率测井仪。油层含水饱和度变化导致电阻率值来估测方位电阻测量仪对油田电阻率变化的反大约从300(油层顶部)变化到0.5Q(油水界应。从观察到的方位信号强度减去倾斜的强度信号面以下)。需要用超深测井仪从最佳的井眼轨迹就能得到一个距导电层比较准确的距离。结果较好油水界面以上9m)中来确定大规模的电阻率结地解释了井眼之上或井眼附近的导电层。构。浅测量常用于分析近井眼的电阻率变化方位测量能确定导电层的方向,显然,井眼之资料来源于美国《SPE115675》(收稿日期2009-03-05)上的导电层与井眼下面的电层有不同的校正方法。当接触面在井眼之下时,三种电阻率测井仪的综合