中国页岩气技术标准体系建设进展

2018-03-06罗勤陈鹏飞付伟李本亮陈效红常宏岗

石油与天然气化工 2018年1期

罗勤陈鹏飞付伟李本亮陈效红常宏岗

1.中国石油西南油气田公司天然气研究院 2.能源行业页岩气标准化技术委员会秘书处

为满足中国页岩气快速发展对标准化的需要，国家能源局批准成立了能源行业页岩气标准化技术委员会，主要负责研究建立页岩气全产业链技术标准体系，开展页岩气通用及基础标准研制，共同开展页岩气某一专业领域标准制修订等相关标准化工作。页岩气标准体系表是页岩气行业制修订标准的蓝图，体系表是一个开放的体系表，由国家能源局对其进行动态管理，并随着页岩气技术的发展而不断更新和充实，2013年国家能源局下达了页岩气技术标准体系表[1]。

1 中国页岩气技术标准现状

1.1 页岩气技术标准体系各专业规划标准概况

页岩气技术标准体系以需求导向、用户导向、避繁就简、与时俱进、先进适用、统一规范、层次合理、协调配套、国际接轨为原则，建立覆盖页岩气全产业链的技术标准综合体系。规划制订的国家和行业标准共计84项，其中制订GB国家标准31项，NB行业标准53项[2]，具体见图1。

1.2 中国页岩气技术标准的制定现状

围绕能源局2013年下达的页岩气标准体系表，能源行业页岩气标准化技术委员会开展了标准制订及标准研究工作，已累计完成制订页岩气技术标准48项，正在制定2项。

2015年10月、2016年12月国家能源局正式批准发布了NB/T 14001-2015《页岩气藏描述技术规范》等26项能源行业标准。加上其他标准化技术委员会组织制定的有关页岩气的1项国家标准和2项石油天然气行业标准，共29项页岩气标准已经发布实施(见表1)。

2 对页岩气技术标准体系的认识

页岩气属于非常规天然气，2011年12月，国土资源部发布公告，将页岩气作为新的独立矿种予以管理。其勘探开发程序、分析实验方法、储层评价参数、储量计算方法、产能评价方法、开发方案编制都与常规气藏不同。页岩气一般采用水平井组多段压裂，一般一个井组6～8口水平井，一口水平井使用(2～4)×104m3压裂液，目前最高压裂段数达29段。常规气藏一般采用直井、单层压裂开发技术。页岩气开发用水量大，页岩气开发的环境保护方面国家、社会关注度高[3]。同时，页岩气在国际上也是新兴产业，与页岩气产业相关的国际标准和世界知名协会标准刚刚处于发展的起步阶段。因此，应尽快针对页岩气勘探开发中的特色技术独立形成标准和标准体系。

表1 已发布页岩气标准统计表Table1 Theindustrystandardsofshalegas序号标准编号标准名称1NB/T14003．2-2016页岩气压裂液第2部分：降阻剂性能指标及测试方法2NB/T14002．6-2016页岩气储层改造第6部分：水平井分簇射孔作业要求3NB/T14002．5-2016页岩气储层改造第5部分：水平井钻磨桥塞作业要求4NB/T14004．2-2016页岩气固井工程第2部分水泥浆技术要求和评价方法5NB/T14009-2016页岩气钻井液使用推荐作法油基钻井液6NB/T14010-2016页岩气丛式井组水平井安全钻井及井眼质量控制推荐做法7NB/T14012．2-2016页岩气工厂化作业推荐做法第2部分：钻井8NB/T14004．3-2016页岩气固井工程第3部分质量监督及验收要求和方法

续表1序号标准编号标准名称9NB/T14018-2016页岩气水平井井位设计技术要求10NB/T14019-2016页岩气水平井钻井工程设计推荐作法11NB/T14017-2016页岩气录井技术规范12NB/T14014-2016页岩气井试气技术规范13NB/T14015-2016页岩气开发动态分析技术规范14NB/T14016-2016页岩气开发评价资料录取技术要求15NB/T14013-2016页岩气井生产数据试井解释规范16NB/T14011-2016页岩气地震资料处理解释和预测技术规范17NB/T14001-2015页岩气藏描述技术规范18NB/T14002．1-2015页岩气储层改造第1部分：压裂设计规范19NB/T14005-2015页岩气开发概念设计编制规范20NB/T14006-2015页岩气气田集输工程设计规范21NB/T14004．1-2015页岩气固井工程第1部分：技术规范22NB/T14002．4-2015页岩气储层改造第4部分：水平井泵送桥塞⁃射孔联作技术推荐作法23NB/T14008-2015页岩全孔径分布的测定压汞⁃吸附联合法24NB/T14002．3-2015页岩气储层改造第3部分：压裂返排液回收和处理方法25NB/T14003．1-2015页岩气压裂液第1部分：滑溜水性能指标及评价方法26NB/T14007-2015页岩气资源评价技术规范27SY/T6940-2013页岩含气量测定方法28SY/T6994-2014页岩气测井资料处理与解释规范29GB/T33296-2016页岩气技术要求和实验方法

为了标准制订和管理的专业化，页岩标准体系依据页岩气勘探开发的基本流程将标准划分为地质分析、地质评价、钻完井工艺、储层改造、气藏开发、地面建设、安全环保、经济评价8个专业及通用基础标准[4-11],如图2所示。

地质分析专业标准解决在页岩含气性、页岩储层物性、岩石力学性质等方面存在的分析实验能力不完善的问题。地质评价专业标准解决页岩气资源评价、地震资料分析、储量计算和产能预测需求。钻完井专业要建立页岩气水平井钻完井技术标准体系，提高钻完井效率，最大程度地开发利用储层，降低页岩气开发综合成本、提高经济效益。储层改造专业标准针对控制页岩压裂对地层、地下水、地面水的影响，提高页岩压裂作业效率和经济技术可行性。气藏开发专业标准针对页岩气藏开发可行性、地质描述、动态分析，保证页岩气藏开发科学有序。地面建设专业标准针对页岩气开发井场工艺特点、集输管网布局及处理工艺特点，保证页岩气田地面集输工程建设安全、有效。安全环保专业标准针对页岩气开发水资源使用量大，返排液处理困难等，解决页岩气勘探开发对地下水资源体系、地面水资源体系和地层、地表的影响评价，以及噪音污染、地层污染、地面污染、水资源污染和浪费、液固污染物等环保问题。经济评价专业标准解决页岩气开发中的效益评价、经济评价，为页岩气勘探开发的技术经济性提供评价手段。

页岩气标准体系是国家标准体系的重要组成部分之一。在《国家标准化体系建设规划(2016-2020年)》中，重点提出了优化、完善页岩气地质选区及评价技术、深层水平井钻完井技术、深层水平井多段压裂技术、页岩气开发优化技术、页岩气开采环境评价及保护技术等五方面技术标准的要求。通过3年的制订工作，页岩气标准体系建设工作开始起步并快速发展，目前已经开展了页岩气相关标准制订50项，发布29项，页岩气勘探开发系列核心技术标准已基本建立，初步满足了页岩气勘探开发的技术需求。四川长宁-威远国家级页岩气示范区、重庆涪陵国家级页岩气示范区已实现商业开采[12-13]，有力支撑了中国页岩气产业的健康发展。

3 讨论与建议

建立我国能源行业页岩气标准体系是国家新矿种页岩气的发展要求，以国家《页岩气发展规划(2016-2020)》和《页岩气产业政策》为指导。形成我国页岩气调查与评价、资源储量、试验分析与测试、勘探开发、环境保护等多个领域的技术标准和规范。制订页岩气标准的原则是：现行常规油气标准能用于页岩气行业的，直接采用；仅与常规油气技术标准有较小差异性的标准，转至相关标准化技术委员会进行修订，不制订新标准；新制订的页岩气标准与常规油气技术标准有较大差异，是页岩气技术特色的标准。近期，将重点关注页岩气水平井钻完井、储层改造、油基泥浆处理、返排液回注与处理等特色标准，页岩气产业急需标准的制订，加强页岩气开发生产过程监管。

3.1 地质分析专业

地质分析专业已发布了NB/T 14008-2015《页岩全孔径结构的测定压汞-吸附联合法》与SY/T 6940-2013《页岩含气量测定方法》2项标准。NB/T 14008-2015规定了页岩全孔径分布的测定方法，岩样孔隙体积、汞饱和度、部分介孔及微孔孔径分布计算公式。同时，对进汞压力换算为气/水条件下的毛管压力和对应的毛管半径，吸附法孔隙半径换算为气水两相条件下的毛管压力及压汞法与吸附法的衔接进行了解释。该标准只适用于测定页岩中孔隙直径大于2 nm以上的孔径分布，对于孔隙直径小于2 nm的孔径分布还需采用其他方法进行测定。该专业需加强页岩渗透率分析方法、页岩气藏流体物性分析方法等标准的制订，满足专业发展的需要，为利于该专业发展，标准体系优化研究中应考虑将其与地质评价专业进行合并[14-16]。

3.2 地质评价专业

地质评价专业已发布了NB/T 14007-2015《页岩气资源评价技术规范》、SY/T 6994-2014《页岩气测井资料处理与解释规范》、NB/T 14011-2016《页岩气地震资料处理解释和预测技术规范》等4项标准。NB/T 14007-2015规定了页岩气资源评价的流程、页岩气资源评价内容、资源量计算方法。页岩气资源的评价、计算是页岩气开发的核心技术标准，标准中详细地解释了基于产能的类比法—FORSPAN模型法、体积法及含气量类比法3种资源量计算方法，为页岩气资源的科学计算、评价提供了有力的支撑。

体系表中存在《页岩气井史和井号编制要求》等标准的规划，按照国家标准委印发的《推荐性标准集中复审工作方案》及国家能源局推荐性标准集中复审的要求，页岩气井史和井号编制要求属于企业自主行为，不再纳入国家和行业标准制定范围中。因此，在标准体系的优化研究中要对类似标准进行优化[17-18]。同时，页岩气地层能量评价、页岩气非均匀布井等方面的技术标准缺乏规划。

3.3 钻完井专业

钻完井专业已发布了NB/T 14010-2016《页岩气丛式井组水平井安全钻井及井眼质量控制推荐做法》、NB/T 14012.2-2016《页岩气工厂化作业推荐做法第2部分：钻井》、NB/T 14018-2016《页岩气水平井井位设计技术要求》等9项标准。丛式井组水平井是页岩气开发区别于常规气藏关键特征之一，NB/T 14012.2-2016规定了页岩气工厂化钻井工程设计特殊要求、钻机选型与配套、钻前工程技术特殊要求等。标准中对页岩气开发中的单井组和多井组钻井井场布置，钻机的移动，批量化钻井的作业流程进行了详细地规范，保证了页岩气从式钻井的快速、高质量地完成。

尽管该专业相关9项技术标准已经形成，但油基泥浆成本高，油基钻屑处理困难，制约了页岩气开发的低成本与快速发展。水基泥浆将是解决这一瓶颈的关键技术，也是该专业标准化工作重点关注的技术。

3.4 储层改造专业

储层改造专业已发布了NB/T 14002.1-2015《页岩气储层改造第1部分：压裂设计规范》、NB/T 14003.1-2015《页岩气压裂液第1部分：滑溜水性能指标及评价方法》、NB/T 14003.2-2016《页岩气压裂液第2部分：降阻剂性能指标及测试方法》等7项标准。滑溜水要满足大排量施工必须具有较好的降阻性能，同时水中细菌会引起水体变质恶化，在储层中还可能由于自身代谢堵塞储层微细裂缝。硫酸盐还原菌能够将硫酸根还原成二价硫离子，产生的H2S对金属有腐蚀作用，还可产生硫化铁沉淀，造成堵塞；铁细菌能从氧化二价铁中得到能量，形成氢氧化铁沉淀；腐生菌能从有机物中得到能量，代谢产物累积沉淀可造成堵塞。同时，对降阻性能的评价还没形成统一、有效的方法，对滑溜水的质量监督缺乏评价标准。NB/T 14003.1-2015规定了滑溜水的指标和性能评价方法，其中要求滑溜水降阻率>70%，硫酸盐还原菌含量<25 个/mL，铁细菌和腐生菌含量<104个/mL。

储层改造专业核心标准已完成制订，但已制订标准的系统性和配套性不够，体系还需优化完善。如储层改造第1部分、第3部分至第6部分已发布，缺第2部分。页岩气工厂化作业推荐做法第2部分已发布，第1部分缺失。体积压裂是页岩气开发获得突破的关键性技术，也是国家《页岩气发展规划(2016-2020年)》未来页岩气发展的四方面重点任务之一，今后标准制订中要求跟踪技术的更新换代，促进技术的快速发展。

3.5 气藏开发专业

气藏开发专业已发布了NB/T 14001-2015《页岩气藏描述技术规范》、NB/T 14005-2015《页岩气开发概念设计编制规范》、NB/T 14014-2016《页岩气井试气技术规范》等6项标准。其中，NB/T 14001-2015规定了页岩气藏描述内容，包括地层与沉积描述、构造特征描述、保存条件描述、页岩有机地球化学描述、页岩储层描述等描述方法。解释了基于矿物含量的脆性指数、基于岩石力学的脆性指数两种脆性指数计算方法。根据脆性矿物含量，对可压裂性进行评价；一般地，脆性矿物质量分数为40%～55%、黏土矿物质量分数<40%，可压裂性评价为中等；脆性矿物质量分数>55%、黏土矿物质量分数<40%，可压裂性好。依据脆性指数，对可压裂性进行评价。一般地，脆性指数为45%～60%，可压裂性评价为中等；脆性指数>60%，可压裂性好。

气藏开发专业核心技术标准基本完成制订，但页岩气井产量预测技术、试井技术、试采方案编制、页岩气水平井产出剖面测试作业及资料解释等相关技术、方法还未形成标准，需进一步加强技术研究，形成技术标准，确保页岩气藏科学开发。

3.6 地面建设专业

地面建设专业已发布标准NB/T 14006-2015《页岩气气田集输工程设计规范》，适用于页岩气气田地面集输工程设计。该标准对压裂给水及压裂返排液系统作了详细地规定，压裂给水系统水源应采用站场自备水源，并宜优先采用压裂返排液处理后水。压裂返排液处置工艺宜优先考虑回用方案，并提高回用率，以最大程度减少水资源的需求及对环境造成的污染。当采用储池存储压裂返排液时，应采取相应的防渗措施，不对地下水造成污染。根据页岩气开发的特点，橇装化成为页岩气集输装置的新趋势，今后标准制订中要加强橇装化标准的制订，确保地面建设有序推进。同时,地面建设专业标准少，缺乏系统性和技术连贯性。

3.7 安全环保专业

安全环保类标准是页岩气标准体系的重要组成部分，同时国家、社会对页岩气开发环境问题很关注，页岩气开发现场对相关标准的需求也急迫。如在进行页岩气安全风险评价时，安全距离、井口装置技术要求、管汇承压等安全管理评价参照的是常规天然气标准，而这类标准要求高，不适应页岩气安全高效开发。依据《国家危险废弃物名录》，油基岩屑是危险废弃物。GB 4914-2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》规定：油基岩屑处理后含油率小于1%(质量分数，下同)。由于国内还没有油基岩屑处理标准，环保管理部门认为含油率低于1%的含油岩屑未判性前仍应严格按照危险废物进行暂存及处置。尽管安全、环保相关标准须以国家相关法律法规为基础，安全、环保相关标准制订协调的问题多，但在今后的工作中应加快相关标准的进程，满足页岩气开发的需求。

4 结语

页岩气技术标准体系已经开展了50项标准的制订工作，重点解决了页岩气的资源评价、页岩气工厂化作业、页岩气水平井钻完井，页岩气储层改造等页岩气勘探、开发中急需的特色技术标准，有力支撑了页岩气的规模、效益开发。同时,能源行业页岩气标准化技术委员会已启动页岩气技术标准体系优化研究，旨在通过研究，解决现有体系的系统性和配套性差、安全环保类标准进展缓慢等不足，通过自主创新、采用国际标准和国外先进标准等手段，形成更为合理和完善的，具有先进性、有效性和适用性的中国页岩气技术标准体系，弥补短板，为页岩气标准的国际化奠定基础。

[1] 国家能源局. 关于成立能源行业页岩气标准化技术委员会的批复[Z]. 国家能源局, 2013.

[2] 国家能源局. 页岩气标准体系项目表[Z]. 国家能源局, 2013.

[3] 李劲, 孙刚, 李范书. 页岩气开发中的水环境保护问题[J]. 石油与天然气化工, 2014, 43(3): 339-344.

[4] 中国标准化研究院, 太原铁路局. 标准体系表编制原则和要求: GB/T 13016-2009[S]. 北京: 中国标准出版社, 2009.

[5] 中国标准化研究院, 中国电子技术标准化研究所, 清华大学. 综合标准化工作指南: GB/T 12366-2009[S]. 北京: 中国标准出版社, 2009.

[6] 中国标准化研究院, 太原铁路局. 企业标准体系表编制指南: GB/T 13017-2008[S]. 北京: 中国标准出版社, 2008.

[7] 中国标准化协会. 企业标准体系要求: GB/T 15496-2003[S]. 北京: 中国标准出版社, 2003.

[8] 中国标准化协会. 企业标准体系技术标准体系: GB/T 15497-2003[S]. 北京: 中国标准出版社, 2003.

[9] 中国标准化协会. 企业标准体系管理标准和工作标准体系: GB/T 15498-2003[S]. 北京: 中国标准出版社, 2003.

[10] 中华人民共和国国家发展和改革委员会. 页岩气发展规划(2011-2015年)[Z]. 中华人民共和国国家发展和改革委员会, 2012.

[11] 国家能源局. 页岩气产业政策[Z]. 国家能源局, 2013.

[12] 朱冬昌, 付永强, 马杰, 等. 长宁、威远页岩气开发国家示范区油基岩屑处理实践分析[J]. 石油与天然气化工, 2016, 45(2): 62-66.