頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)開(kāi)采技術(shù)

頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)開(kāi)采技術(shù)2011年5月18日目錄一、頁(yè)巖氣藏特點(diǎn)二、頁(yè)巖氣資源分布三、頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)四、安東頁(yè)巖氣服務(wù)能力1.頁(yè)巖氣生成生物成因：一般埋藏淺、地層溫度低、有機(jī)質(zhì)成熟度低（Ro<1%），有機(jī)碳含量（TOC)可以高達(dá)20%，有時(shí)伴隨原生地層水，如美國(guó)的Antrim（Ro=0.5～0.75%）andNewAlbany兩個(gè)氣田；熱解成因：一般埋藏較深、地層溫度較高、有機(jī)質(zhì)成熟度高（Ro=1～1.8%），TOC=2.5～4.5%，美國(guó)大多數(shù)頁(yè)巖氣田都屬于熱解成因。2.頁(yè)巖氣儲(chǔ)層巖性：暗色泥頁(yè)巖與致密粉砂巖的薄互層，層理發(fā)育，含有硅質(zhì)和鈣質(zhì)，其中粘土含量=31～45%，SiO2+鈣質(zhì)>35%(以Barnett為例）

；物性：致密，滲透率一般在0.01～0.00001md。在構(gòu)造活躍地區(qū)或者上覆地層剝蝕地層壓力下降的情況下發(fā)育裂縫，并被鈣質(zhì)或泥質(zhì)充填?？紫抖纫话愕陀?0%。裂縫或孔隙多被自由甲烷氣飽和，頁(yè)巖氣主要以吸附狀態(tài)存在巖石顆粒表面或有機(jī)質(zhì)表面。3.頁(yè)巖氣蓋層自生自儲(chǔ)：頁(yè)巖由于自身致密性，既是常規(guī)氣藏的蓋層，也是頁(yè)巖氣自身的蓋層；上覆蓋層：上覆致密砂巖也是頁(yè)巖氣良好的蓋層。4.頁(yè)巖氣圈閉構(gòu)造平緩，圈閉受后期構(gòu)造的影響很?。粚儆陔[蔽性巖性圈閉。5.頁(yè)巖氣藏評(píng)價(jià)一般屬于常壓或異常高壓地層；含鈣質(zhì)頁(yè)巖啟裂梯度小于0.75Psi/ft(1.7MPa/100m)，如Barnett頁(yè)巖;缺鈣頁(yè)巖地層裂梯度大于0.8Psi/ft(1.8MPa/100m)，能夠引起數(shù)倍的彎曲度;微裂縫發(fā)育是頁(yè)巖氣田高產(chǎn)的前提，鈣質(zhì)充填裂縫的富硅質(zhì)頁(yè)巖是最好的頁(yè)巖氣儲(chǔ)層；富含粘土、缺乏互層狀硅質(zhì)和缺鈣低鈣質(zhì)頁(yè)巖壓裂風(fēng)險(xiǎn)很大。頁(yè)巖上下隔層出現(xiàn)含水層，人工誘導(dǎo)裂縫的長(zhǎng)度受到限制；有機(jī)碳含量不高的頁(yè)巖可以被大厚度、高成熟度和天然裂縫發(fā)育等參數(shù)彌補(bǔ)。頁(yè)巖氣氣藏特征超低滲（100nD，0.0001mD）低孔(<5%)自然裂縫含氣量大（每段為5Bcf～50Bcf）采收率變化大(8-20%)游離狀態(tài)天然氣的含量變化于20%-85%之間需壓裂改造生產(chǎn)遞減率通常小于每年5%（一般2%～3%）；厚度很大（最厚達(dá)450米）；富含有機(jī)物（總有機(jī)碳為1wt%～20wt%）；油藏依賴天然裂縫系統(tǒng)提供孔隙度和滲透率；生產(chǎn)壽命長(zhǎng)(30-50年)(Barnett頁(yè)巖開(kāi)采壽命可達(dá)80～100年)頁(yè)巖氣盆地BarnettFayettevilleHaynesvilleWoodfordAntrimNewAlbanyLewisMontney四川盆地威遠(yuǎn)龍馬溪（海相）南襄盆地泌陽(yáng)凹陷核桃園組（陸相）深度,m1981～2590304～21333200～41141828～3352182～670152～609900～1800400～44001600～42002100～2800有效厚度,m30～1826～6060～9136～6721～3615～3061～9130～5035～7020～７0Ro，%1.0～1.31.2～4.22.2～30.37～4.890.4～0.60.4～1.01.6～1.881.2～1.61.6～2.60.4～1.1TOC，%4.54～9.80.5～4.01～141～201～250.45～3.51.7～3.751.88～9.36>2石英+鈣質(zhì)%35～50

60～8020～4150

50～7040～5535～45總孔隙度，%4～52～88～93～9910～143～5.55-9.51～53～9天然氣含量，m3/噸巖石8.49～9.91.7～6.22.8～9.35.7～8.51.1～2.81.1～2.30.4～1.30.440.5～2.8>2產(chǎn)水量，桶/日N/AN/AN/AN/A5～5005～500

N/AN/A目錄一、頁(yè)巖氣藏特點(diǎn)二、頁(yè)巖氣資源分布三、頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)四、安東頁(yè)巖氣服務(wù)能力員工關(guān)系管理1.全球頁(yè)巖氣資源分布全球頁(yè)巖氣資源量為456.24×1012m3。主要分布在北美、中亞和中國(guó)、拉美、中東和北非、前蘇聯(lián)。2.中國(guó)頁(yè)巖氣儲(chǔ)量

我國(guó)主要盆地和地區(qū)的頁(yè)巖氣儲(chǔ)量約15～30萬(wàn)億立方米，中值23.5萬(wàn)億立方米，與美國(guó)的28.3萬(wàn)億立方米相當(dāng)。而且，我國(guó)古生界頁(yè)巖氣資源量大約是中生界頁(yè)巖氣資源量的2倍，平面上分布以南方和西北地區(qū)為主，也包括鄂爾多斯盆地及周緣地區(qū)。員工關(guān)系管理中國(guó)南方從震旦紀(jì)到中三疊，發(fā)育了面積達(dá)200×104km2的海相地層，并且最大厚度超過(guò)了10km,中—古生界海相地層分布面積達(dá)90×104km2.。四川盆地威遠(yuǎn)地區(qū)的九老洞頁(yè)巖和瀘州地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪頁(yè)巖6.8～8.4×1012m3，相當(dāng)于四川盆地的常規(guī)天然氣資源總量。在華北—東北地區(qū)，頁(yè)巖氣更可能發(fā)生在主力油氣層位的底部或下部，區(qū)域上的古生界、鄂多斯盆地的中—古生界、松遼盆地的中生界、渤海灣盆地埋藏較淺的古近系等。泥頁(yè)巖累計(jì)厚度在50～2000m之間，平均有機(jī)碳含量為1.0%～2.0%，局部平均值可達(dá)4.0%以上，對(duì)應(yīng)有機(jī)質(zhì)成熟度變化較大。在西北部地區(qū),頁(yè)巖氣的分布更多地受現(xiàn)今盆地特點(diǎn)的約束,區(qū)域上分布的中生界(侏羅系及三疊系等)和盆地邊緣埋深較淺的古生界泥頁(yè)巖相對(duì)有利,有機(jī)碳含量平均值普遍較高,成熟度變化范圍較大。青藏地區(qū)的地表環(huán)境雖然較差，但中—古生界泥頁(yè)巖地層厚度大，有機(jī)質(zhì)含量高，有機(jī)質(zhì)熱演化程度適中，也是頁(yè)巖氣發(fā)育的有前景地區(qū)。3.中國(guó)頁(yè)巖氣資源分布頁(yè)巖氣資源分布縱向上時(shí)間跨度大從寒武紀(jì)一直到第三紀(jì)中新世都有頁(yè)巖沉積資源量跟美國(guó)相當(dāng)15～30萬(wàn)億立方米，中值26萬(wàn)億立方米（美國(guó)28萬(wàn)億立方米）古生界頁(yè)巖氣豐富古生界頁(yè)巖氣資源量大約是中生界頁(yè)巖氣資源量的2倍南方海相沉積有利南方海相沉積了4套區(qū)域性黑色頁(yè)巖和8套地區(qū)性黑色頁(yè)巖，集中在寒武系和志留系目錄一、頁(yè)巖氣藏特點(diǎn)二、頁(yè)巖氣資源分布三、頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)四、安東頁(yè)巖氣服務(wù)能力致密性和天然氣的特性要求頁(yè)巖氣開(kāi)采最大程度地暴露頁(yè)巖地層到井眼的接觸面積，需要的主要技術(shù)如下：大位移水平井鉆井技術(shù)；套管固井射孔完井技術(shù)；壓裂投產(chǎn)技術(shù)。1.頁(yè)巖地層水平井鉆井技術(shù)采用底部滑動(dòng)井架鉆叢式井組，每井組3～8口單支水平井，節(jié)約搬家時(shí)間和費(fèi)用，同時(shí)利于壓裂大規(guī)模用水的組織。叢式鉆井技術(shù)1.頁(yè)巖地層水平井鉆井技術(shù)直井段可以使用水基泥漿，節(jié)約成本；水平段使用油基泥漿，保護(hù)頁(yè)巖水平段地層和潤(rùn)滑鉆具。在完鉆通井時(shí)要充分循環(huán)泥漿,循環(huán)排量不低于鉆進(jìn)時(shí)的最大排量,循環(huán)時(shí)間不低于2周,徹底將井底和水平井段沉積的巖屑循環(huán)干凈，有利于固井質(zhì)量的提高。水平段鉆井泥漿要求2.頁(yè)巖水平井射孔技術(shù)全井段里采用集中式限流射孔4-6簇/級(jí)、2～5ft射孔長(zhǎng)度/簇、15～30米間隔/簇、4～6SPF（孔/英尺）的射孔密度、60度相位，段與段間隔400ft左右;每段各簇一趟管柱完成射孔（若采用橋塞分隔，則一趟管柱完成下橋塞+分簇射孔）。3.頁(yè)巖水平井壓裂技術(shù)1）完井方式：裸眼射孔完井；套管固井射孔完井。封隔器+滑套分隔方式，可在裸眼或套管內(nèi)使用，第一級(jí)使用壓差打開(kāi)或瓣閥打開(kāi)，其他封隔器使用投球或瓣閥打開(kāi)，加砂壓裂，裸眼不需要射孔，套管固井需要射孔，目前許多公司（如PackersPlus’StackFRAC、Halliburton’Deltastimfrac、BakerHughes’FRAC-POINTSYSTEM、Weathford、BJ)在致密砂巖和頁(yè)巖地層使用，均比較成功，多數(shù)情況下，一天可以完成逐段壓裂,優(yōu)點(diǎn)就是快速，節(jié)省時(shí)間成本，缺點(diǎn)是封隔器和滑套有失效或者打不開(kāi)的風(fēng)險(xiǎn)，一旦滑套打不開(kāi)，必須射孔解決；3.頁(yè)巖水平井壓裂技術(shù)3.頁(yè)巖水平井壓裂技術(shù)可鉆橋塞分隔方式，適用于套管射孔分隔，效果最有把握，但施工時(shí)間較長(zhǎng)，其中橋塞有兩種，一種是金屬可鉆橋塞，不能鉆碎，可以撈取，但費(fèi)時(shí)間；另一種是非金屬?gòu)?fù)合材料或軟金屬，可鉆成粉末，隨壓裂液返排地面，國(guó)外已經(jīng)是很成熟的技術(shù)。復(fù)合材料或軟金屬合金可鉆橋塞性能要求和施工要求橋塞性能：可鉆復(fù)合材料橋塞是首選，要求水力膨脹坐封、耐壓耐溫（194℃、69Mpa），快速（每個(gè)幾分鐘）可鉆成碎末，返排出地面；下入工具：連續(xù)油管、爬行器、泵送；安裝方法：電動(dòng)或者水力，水力安裝優(yōu)點(diǎn)是快速，電動(dòng)安裝的優(yōu)點(diǎn)比較精確；壓裂措施結(jié)束可用連續(xù)油管帶鉆機(jī)進(jìn)行鉆塞。3.頁(yè)巖水平井壓裂技術(shù)2）分隔技術(shù)評(píng)價(jià)：北美頁(yè)巖氣田開(kāi)發(fā)時(shí)間比較早，應(yīng)用的技術(shù)多種多樣；應(yīng)用最廣泛的頁(yè)巖地層水平井分段壓裂方式有兩種：復(fù)合材料可鉆橋塞和封隔器+滑套，前者分步施工，施工安全系數(shù)高，但施工周期較長(zhǎng)，成本較高；后者一趟管柱，施工周期最短（一天多即可完成多段壓裂），成本較低，但各段的壓裂效果難以監(jiān)測(cè)。

國(guó)外頁(yè)巖氣壓裂已經(jīng)經(jīng)歷了20多年的發(fā)展，逐步形成了以清水壓裂液為主的改造技術(shù)。應(yīng)用技術(shù)成本傳統(tǒng)的交聯(lián)凝膠和支撐劑100%水力壓裂而不用支撐劑25-30%采用20/40目的支撐劑，水作壓裂液30-40%采用40/70目的支撐劑，水作壓裂液40-60%混合壓裂（清水造縫凍膠攜砂）70-80%Anadako公司在Bossier油田共采取五種不同的壓裂工藝。3）壓裂液優(yōu)化：3.頁(yè)巖水平井壓裂技術(shù)脆性指數(shù)>60脆性指數(shù)=40~50脆性指數(shù)=10~30硬脆頁(yè)巖砂泥巖互層泥巖施工規(guī)模大小支撐劑濃度小大壓裂液粘度小大壓裂液配方簡(jiǎn)單復(fù)雜清水壓裂線性或交聯(lián)壓裂混合壓裂ObservationWell2清水壓裂清水壓裂節(jié)理變形節(jié)理內(nèi)壓力升高有效閉合壓力減小節(jié)理張開(kāi)壓力繼續(xù)升高有效閉合應(yīng)力<平行節(jié)理面的剪應(yīng)力節(jié)理剪切滑移剪切面粗糙小顆粒橋接誘導(dǎo)裂縫微裂縫改向形成網(wǎng)狀裂縫增加了泄氣面積清水粘度1mp.s，更容易進(jìn)去滲透率極低的頁(yè)巖節(jié)理，從而凈壓力升高，迫使節(jié)理張開(kāi)，同時(shí)通過(guò)加入支撐劑，迫使裂縫轉(zhuǎn)向，同時(shí)支撐劑起到橋接作用。3.頁(yè)巖水平井壓裂技術(shù)4）支撐劑：類型：不同階段使用不同的支撐劑，開(kāi)始使用一種100目石英砂砂，然后是一種40/70目石英砂，最后是一種40/70樹(shù)佛涂敷砂支撐劑；支撐劑在頁(yè)巖氣壓裂中主要起轉(zhuǎn)向、支撐網(wǎng)狀裂縫，不追求裂縫導(dǎo)流能力，頁(yè)巖氣壓裂通常采用40-70目石英砂（價(jià)格便宜、滿足要求）。

3.頁(yè)巖水平井壓裂技術(shù)5）施工參數(shù)：壓裂參數(shù)設(shè)計(jì)1、高前置量：比例40-50%左右；2、大液量：25-30m3/m；3、大排量:10-28m3/min；4、低砂比:120Kg/m3，后期尾追240Kg/m3；5、低砂量：每級(jí)砂量80-150t；6、鹽酸預(yù)處理：1-2段15%KCl，每段5-8m3；7、充分沖洗：每階段沖洗體積為井筒體積的1.5倍。3.頁(yè)巖水平井壓裂技術(shù)6）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施技術(shù)4.頁(yè)巖水平井壓裂技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及評(píng)價(jià)1）水平段套管：一般采用51/2”

套管

；2）水平段分隔：以可鉆橋塞和滑套+封隔器兩種分段方式為主；3)水平井分段數(shù)在增加，但每段的射孔數(shù)目在下降；4)井距呈下降趨勢(shì)，段距呈下降趨勢(shì)；排量每段長(zhǎng)度5、頁(yè)巖氣水平井產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)906萬(wàn)方/年，平均2.5萬(wàn)方/天不同井的產(chǎn)量差別很大！采收率：8-20%6、在頁(yè)巖氣藏壓裂方面的井例：32MarcellousShaleWELL/LOCATION:WestVirginiaFORMATION:MarcellousShaleHorizontal1of12stages

壓后日產(chǎn)氣量：10萬(wàn)立方米左右。單段注入量：目錄一、頁(yè)巖氣藏特點(diǎn)二、頁(yè)巖氣資源分布三、頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)四、安東頁(yè)巖氣服務(wù)能力鉆井技術(shù)服務(wù)：

頁(yè)巖定向鉆井技術(shù)服務(wù)：MWD、LWD、RRS定向鉆井、側(cè)鉆水平井等；完井技術(shù)服務(wù)：固井工具及工藝等服務(wù)；頁(yè)巖氣藏壓裂投產(chǎn)技術(shù)服務(wù)：設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、工具、液體、支撐劑、連續(xù)油管設(shè)備服務(wù)安東工程技術(shù)總承包服務(wù)：

與多家技術(shù)服務(wù)公司建立了合作關(guān)系，根據(jù)國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣開(kāi)采技術(shù)的需求，可以引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)，并能與公司現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行有效整合，形成整體承包服務(wù)能力。通過(guò)引進(jìn)、消化，結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際，形成了一套針對(duì)頁(yè)巖氣藏壓裂投產(chǎn)技術(shù)。安東的合作伙伴（亞太地區(qū)唯一）ELY公司是一家專業(yè)從事頁(yè)巖氣藏壓裂改造的服務(wù)公司，在頁(yè)巖氣藏清水壓裂改造方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。ELY主要從事完井、增產(chǎn)作業(yè)、油藏等領(lǐng)域的整體設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督。在頁(yè)巖氣壓裂方面，ELY也具有20多年的研究經(jīng)歷以及超過(guò)1000口頁(yè)巖氣井的現(xiàn)場(chǎng)壓裂經(jīng)驗(yàn)。在頁(yè)巖氣壓裂服務(wù)的公司包括ChevronUSAProduction、ShellOilCompany、ShellWesternE&P,Inc、MitchellEnergy等等。ELY頁(yè)巖氣壓裂設(shè)計(jì)理念體積壓裂，形成網(wǎng)狀裂縫低成本壓裂頁(yè)巖氣壓裂設(shè)計(jì)理念主要技術(shù)：清水壓裂。也就是清水壓裂液技術(shù)。主體配方：清水+降阻劑+殺菌劑大液量、大排量：形成網(wǎng)狀裂縫，溝通地層天然微裂縫，

低砂比橋接技術(shù)：低砂比（小于2磅/加侖）支撐劑泵入，橋接、