關于我國發(fā)展巖氣開發(fā)技術的幾點看法

關于我國發(fā)展頁巖氣開發(fā)技術的幾點看法

羅平亞西南石油大學油氣藏地質與開發(fā)工程國家重點實驗室2012.5化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究1第一頁，共六十八頁。一、概述

頁巖氣是油氣資源中新的礦種;它屬于非常規(guī)天然氣中的重要組成部份:非常規(guī)天然氣定義：通常而言，泛指相對于常規(guī)天然氣之外，在非傳統(tǒng)的儲集層、籠型固態(tài)沉積物等非常規(guī)地質條件下存在的天然氣資源。主要包括致密氣、煤層氣、頁巖氣、火成巖氣和天然氣水合物等。（據(jù)SPE）化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究2第二頁，共六十八頁。

非常規(guī)天然氣是指在成藏機理、賦存狀態(tài)、分布規(guī)律或勘探開發(fā)方式等方面有別于常規(guī)天然氣的烴類(或非烴類)資源,主要指頁巖氣、煤層氣、致密砂巖氣和天然氣水合物等。重點討論頁巖氣、煤層氣、致密砂巖氣.具有資源豐度低、低孔、低滲、日產量低“四低”、投產遞減快等特征，但是具有資源量大、單井生產壽命長等特點?；瘜W驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究3第三頁，共六十八頁。

1、全球非常規(guī)天然氣資源大

世界常規(guī)天然氣總資源量為436萬億立方米，2010年產天然氣約3萬億立方米，儲采比保持在60以上；世界非常規(guī)天然氣總資源量921萬億方，是常規(guī)天然氣2倍多（其中，致密氣209.6萬億方、煤層氣256.1萬億方、頁巖氣456萬億方），但產量只占1/7左右；天然氣水合物資源量超過2萬萬億方，是目前化石能源資源總量2倍以上。其中僅頁巖氣456萬億方就大于常規(guī)天然氣總資源量436萬億化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究4第四頁，共六十八頁。致密砂巖氣、煤層氣、頁巖氣和火山巖氣資源量約84.5萬億方，是常規(guī)氣資源量1.5倍。中國非常規(guī)油氣可采資源中國非常規(guī)天然氣資源量大，發(fā)展前景廣闊種類資源量備注非常規(guī)氣(萬億方)致密砂巖氣＞12主要包括鄂爾多斯和四川盆地煤層氣36.8國土資源部新一輪資評，2006年頁巖氣30.72008年火成巖氣＞52010年天然氣水合物＞80主要指南?；瘜W驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究5第五頁，共六十八頁。2、非常規(guī)天然氣歷經百年探索，近年呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢,非常規(guī)天然氣發(fā)展世界矚目1821年，鉆第一口頁巖氣井；1921年，鉆第一口致密氣井；1951年，鉆第一口煤層氣井;20世紀80年代，致密氣實現(xiàn)規(guī)模開發(fā)；20世紀90年代中后期，煤層氣快速發(fā)展；近年來，頁巖氣迅速發(fā)展世界矚目。天然氣水合物勘探加速,各國加強基礎研究.化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究6第六頁，共六十八頁。美國非常規(guī)天然氣發(fā)展歷程為其典型代表18211921第1口頁巖氣井第1口致密氣井第1口煤層氣井致密氣煤層氣頁巖氣非常規(guī)氣產量，億方/年美國非常規(guī)天然氣發(fā)展歷程美國天然氣百年發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及趨勢常規(guī)天然氣煤層氣致密砂巖氣頁巖氣化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究7第七頁，共六十八頁。非常規(guī)天然氣美國全球領先，他的發(fā)展歷程為其典型代表?；瘜W驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究8第八頁，共六十八頁。3、非常規(guī)氣主要特點

類型常規(guī)氣非常規(guī)氣成藏特征多為源外成藏近源或源內成藏，多自生自儲分布特征局部高度富集大面積分布，豐度低賦存方式滲流特征游離態(tài)，微米級空間滲流致密氣以游離態(tài)為主、微米級及以下空間滲流，煤層氣以吸附態(tài)為主、微米級及以下空間滲流，頁巖氣兩種形態(tài)并存、納米級空間滲流；火成巖氣以游離態(tài)為主、毫米級、微米級、納米級空間滲流，水合物為固態(tài)，納米級空間滲流儲層物性物性好，一般具自然產能復雜致密，低壓、(超)低滲、(超)低孔(隙)、低豐度,一般不具自然產能開采特征壓力驅動開采，單井產量高需采用專用的系列配套技術才能有效開采;單井產量很低,遞減快,生產周期長經濟效益成本低，回收期短，效益好成本高，回收期長，效益差化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究9第九頁，共六十八頁。二、頁巖氣有效開發(fā)技術化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究10第十頁，共六十八頁。

1.頁巖氣定義及基本特征

頁巖氣是一種特殊的非常規(guī)天然氣,賦存于泥巖或頁巖中，具有自生自儲、無氣水界面、大面積連續(xù)成藏、低孔、低滲等特征，一般無自然產能或低產，需要大型水力壓裂和水平井技術才能進行經濟開采，單井生產周期長。

基本特征：（一）、基本情況美國四種典型頁巖自生自儲游離氣+吸附氣孔隙度0.5-12%基質滲透率＜0.0001md天然裂縫發(fā)育含氣量＞1m3/t頁巖氣化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究11第十一頁，共六十八頁。

大部分是自生自儲于古生界志留寒武系。

游離相態(tài)存在于裂縫、孔隙及其它儲集空間;吸附狀態(tài)(20～85%)存在于干酪根、粘土顆粒及孔隙表面;極少量以溶解狀態(tài)儲存于干酪根、瀝青質及石油中.按照美國頁巖氣業(yè)界的劃分，當頁巖埋藏深度低于1000m時，稱為淺層頁巖氣藏；埋藏深度在1000m～4000m之間為深層頁巖氣藏；埋藏深度超過4000m，則稱為超深層頁巖氣藏。

化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究12第十二頁，共六十八頁。巖性：暗色頁巖，層理發(fā)育，含有硅質和鈣質，較好的礦物成分是:粘土較少，方解石較多，硅質多（即E值較大），最好的泥頁巖儲層是粘土含量較少的粉砂質泥巖；物性：致密，孔隙度一般低于10%，滲透率一般在0.01-0.00001md。在構造活躍地區(qū)或者上覆地層剝蝕，地層壓力下降的情況下發(fā)育裂縫，并被鈣質或泥質充填。泥頁巖儲集空間：無機孔隙、有機孔隙、微裂縫化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究13第十三頁，共六十八頁。據(jù)IHS（2005年）預測，全球頁巖氣總資源量456萬億方，相當于常規(guī)天然氣1.4倍，主要分布在北美、中亞和中國、中東和北非等地區(qū)2010年美國頁巖氣產量高達1380億方，較2008年增長了80%.頁巖氣的大規(guī)模開發(fā)使美國改變了原引進5000萬噸LNG的計劃，改變天然氣供給格局美國頁巖氣開發(fā)取得成功后，加拿大、澳大利亞、歐洲各國、中國等國家重視頁巖氣資源勘探開發(fā)，開展大量工作,“形成熱潮”2.全球頁巖氣資源豐富，受到世界各國廣泛重視化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究14第十四頁，共六十八頁。

3、美國作為世界上頁巖氣資源勘探開發(fā)最早的國家，已在北美地區(qū)形成成熟的評價方法和勘探開發(fā)技術，實現(xiàn)了頁巖氣的工業(yè)開發(fā),從理論和技術上證實了頁巖氣資源有效開發(fā)的可能性,因此加快頁巖氣資源勘探開發(fā)，已成為世界主要頁巖氣資源大國和地區(qū)的共同而熱切的愿望?；瘜W驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究15第十五頁，共六十八頁。㈡、國外成熟的頁巖氣勘探開發(fā)技術

経過近二、三十年艱苦攻關，美國率先形成頁巖氣的評價方法和勘探開發(fā)系列配套技術，而且日趨成熟，實現(xiàn)了頁巖氣的工業(yè)開發(fā)。頁巖氣資源評價(“甜點”評價)技術；頁巖中長段水平井鉆完井技術；水平井分段壓裂及體積改造技術；鉆完井及壓裂“工廠化作業(yè)”

化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究16第十六頁，共六十八頁。1、頁巖氣資源評價(“甜點”評價)技術

⑴.評價參數(shù):儲層厚度,埋深,溫度,壓力有機碳含量,熱演化程度,總含氣量頁巖物性頁巖力學性質硅質含量%,方解石/白云石%,粘土含量%裂縫發(fā)育程度………化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究17第十七頁，共六十八頁。參數(shù)方深1井安深1井建111井河頁1井元壩9井美國厚度75m90m36m25.6m75>30m埋深1700-1775m2450-2540m610-646m2139.4-2165.0m4035-4110<3000m儲層溫度63℃<90℃99<135℃有機碳含量>2%2.54%0.71%2.56-3.67%2.54～3.69%>2%熱演化程度0.52-1.08%2.62-2.80%1.7%1.4-3.5%總含氣量3.3m3/t0.67m3/t4.8-6.2m3/t>0.4m3/t頁巖力學性質μ=0.21-0.24E=23-31Gpaμ=0.31E=26.3Gpaμ=0.198-0.354E=25.49-33.20Gpaμ=0.30E=25.4-31.3Gpaμ=0.235-0.27E=27-33Gpa頁巖物性K-0.05mdK=227nd；Ф=6.67%K=0.3-0.58nd；Ф=3.8-4.5%K=0.1-0.3nd；Ф=2.4-3.6%K=1nd；Ф=0.1%K>100nd；Ф>4%硅質含量%14.9754.0163.1250>30方解石/白云石%28.8918.331-15.08，平均1.95<20粘土含量%20.1524.4424.1030<25裂縫發(fā)育程度未見部分層段發(fā)育較發(fā)育未見較發(fā)育完全發(fā)育⑵.中石化頁巖氣地球化學參數(shù)與美國同類參數(shù)對比表

從對比情況分析，儲層具有一定的可采性化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究18第十八頁，共六十八頁。⑶.頁巖評價測試系列技術：①.頁巖含氣量測試技術有效確定頁巖儲層中的氣體含量，吸附含氣量②.致密巖石測試技術總孔隙度、充氣孔隙度、充水孔隙度;含水飽和度、含氣飽和度、可動流體飽和度、束縛水飽和度;擴散系數(shù);頁巖基質和巖心滲透率

③.頁巖微觀孔隙表征技術用于解剖巖石內部結構，直接觀察和處理解譯巖石內部及表面的裂隙、裂縫、孔隙、巖石礦物組合等；化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究19第十九頁，共六十八頁。2.頁巖氣開發(fā)技術

頁巖氣開發(fā)技術發(fā)展大致可分五個基本階段(以美國為例)：①、鉆直井，進行泡沫壓裂(大液量、大排量6.4方/分，要加砂；傳統(tǒng)壓裂液)②、鉆直井，大型水力壓裂技術(大液量、大排量6.4方/分，要加砂29％；傳統(tǒng)壓裂液)③、鉆直井，清水壓裂或清水加砂壓裂(加沙2.66--4.8％)可比凝膠壓裂節(jié)約成本50%～60%，從1998年至今一直是垂直井的壓裂方式。④、1997年，最初由凝膠壓裂的井在能量衰竭后，用清水進行二次壓裂，可采儲量增加了60%。二次壓裂技術至2006年仍較為常見。⑤、鉆水平井，水平段長304.8～1066.8m，分段清水和砂進行壓裂。此技術開始于2003年。2006年“同步壓裂”技術產生?；瘜W驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究20第二十頁，共六十八頁。最終形成:

長水平段（304.8～1066.8m）;

分多段;

大液量7500---22000方(一般11000m3最為常見)、大排量8--16方/分，加砂180—450頓(2.20％-2.24％)；非傳統(tǒng)壓裂液—滑溜水…,體積改造壓裂系列配套技術.化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究21第二十一頁，共六十八頁。3.水平井鉆井、完井技術⑴.長段水平井鉆井技術對于低滲、低壓、低豐度儲層要提高單井產量及提高采收率必須采用MRC技術。因此應采用長段水平井以增大儲層泄氣面(體)積(遠不夠)；以水平井為基礎分多段壓裂以達到極大的增大儲層泄氣面(體)積的目的(實現(xiàn)體積改造的“平臺”)?；瘜W驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究22第二十二頁，共六十八頁。

⑵.水平段的長度依頁告類型不同而異，例Barnett頁巖氣開發(fā)水平井水平段長一般在304.8～1066.8m；Haynesville頁巖氣開發(fā)水平段長1219m;Woodford地區(qū)長水平段長接近1500m⑶.水平井技術:①.布井方位必須在頁巖中垂直最大主應力方向(坍塌應力大)②.一般采用MWD和隨鉆自然伽馬進行地質導向鉆井⑷.保證井壁穩(wěn)定(難點:低成本保證頁巖中長段水平井眼井壁穩(wěn)定)：①.在多數(shù)的頁巖氣開發(fā)水平井中使用的是油基泥漿②.雪弗龍公司開發(fā)了硅酸鉀基鉆井液體系③.貝克休斯開發(fā)了專用于頁巖的performax水基鉆井液體系④.當井壁穩(wěn)定不突出的時候，可以使用低固相不分散鉆井液體系化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究23第二十三頁，共六十八頁。⑸.完井方式裸眼完井篩管完井套管完井（目前80%北美頁巖氣井完井方式）“分段多簇”射孔(分段壓裂,體積改造技術需要)技術:①.分段多簇射孔基本特點一次裝彈+電纜傳輸+液體輸送+橋塞脫離+分級引爆②.分段多簇射孔核心技術橋塞以及射孔槍定位技術橋塞與射孔槍分離技術分級引爆技術

化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究24第二十四頁，共六十八頁。4.水平井分段壓裂及體積改造技術

水平井分段壓裂的段數(shù)越多，頁巖氣單井產量越高.隨著分段壓裂技術的不斷成熟，頁巖氣壓裂段數(shù)還在不斷增加,例如:5-1/2〞套管完井，水平段1372～2134m，壓裂10-24段，段間距約為90m，每段使用2067m3滑溜水，175t支撐劑

包括:水平井多段分簇體積改造技術水平井多井同步體積壓裂技術化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究25第二十五頁，共六十八頁。

已成為體積改造中的技術關鍵:轉變理念:壓裂主要是溝通裂縫及擴大泄氣面積，以控制縫長、縫寬、縫高和增加裂縫導流能力為目標…，轉變?yōu)樵谒骄仓車鷥有纬梢欢ā泵芏鹊牧芽p網(wǎng)絡”從而增加單井產量為目的。

水平井分段壓裂，形成一定密度的裂縫網(wǎng)絡

化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究26第二十六頁，共六十八頁。

⑴.頁巖氣水平井體積改造關鍵技術之一：

“分段多簇”射孔(套管完井)常規(guī)水平井分段壓裂：采用單段射孔，單段壓裂模式體積改造：優(yōu)化段間距，采用“分段多簇”射孔，多段一起壓裂模式，利用縫間干擾，促使裂縫轉向，產生復雜縫網(wǎng)化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究27第二十七頁，共六十八頁。⑵.頁巖氣水平井體積改造關鍵技術之二：水平井分段壓裂技術①.快速可鉆式橋塞工具

下入方式:(連續(xù))油管-水力爬行器-水力泵入技術特點節(jié)省鉆時（同時射孔及座封壓裂橋塞）易鉆，易排出（<35min鉆掉，常規(guī)鑄鐵>4h）適用范圍：套管壓裂（3.5″/4.5″/5.5″/7″)②.關鍵技術快速可鉆式橋塞材料橋塞送入及座封技術橋塞與射孔槍分離技術化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究28第二十八頁，共六十八頁。⑶.體積改造關鍵技術之三：大型滑溜水壓裂技術▲大液量、大排量、小粒徑、低砂比水平井分多段壓裂主要技術參數(shù)水平井段長1000-1500m一般分8-15段，每段分4～6簇排量10m3/min以上平均砂比3-5%每段壓裂液量1000-1500m3(10000—22500m3)每段支撐劑量2%---5%滑溜水+線性膠40/70支撐劑為主體化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究29第二十九頁，共六十八頁。⑷.體積改造關鍵技術之四(2口水平井同步壓裂技術)：促使水力裂縫擴展過程中相互作用相互影響，以產生更復雜的縫網(wǎng)，增加改造體積，更好現(xiàn)實體積改造。化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究30第三十頁，共六十八頁。實施方法：同步壓裂——2口井2套車組同時壓裂交叉式壓裂——2口井，1套車組、配合射孔等作業(yè)，交互施工、逐段壓裂應用效果：提高初始產量和最終采收率減少作業(yè)時間、設備動遷次數(shù)，降低施工成本平均產量比單獨壓裂可類比井提高21-55%化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究31第三十一頁，共六十八頁。5.“工廠化”作業(yè):低成本戰(zhàn)略是體積改造實現(xiàn)有效開發(fā)的技術關鍵,美國四大頁巖氣藏（Barnett、Haynesville、Fayetteville、Marcellus）的單井費用構成中，儲層改造和鉆井費用兩者之和占總費用的80%以上，且各占1/2。因此，研究發(fā)展儲層改造和鉆井技術盡可能降低投資是其必要途徑，而.“工廠化”作業(yè)是頁巖氣低成本開發(fā)的一個重大而有效的創(chuàng)新,而且也是實現(xiàn)水平井鉆完井技術和水平井分段壓裂及體積改造技術等關健技術的需要和保證?；瘜W驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究32第三十二頁，共六十八頁。㈢.對我國發(fā)展頁巖氣的幾點看法

1.中國頁巖氣資源豐富、分布廣闊，潛力巨大。加快頁巖氣資源勘探開發(fā)己成為國家能源發(fā)展的重要戰(zhàn)略目標,是支持國民經濟發(fā)展的重大需求，國內三大石油公司積極調整結構和重點，將頁巖氣勘探開發(fā)列為非常規(guī)油氣資源的首位。同時也引起國內相關部門及各地方極大的的關注和興趣。并抱有很大的希望！化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究33第三十三頁，共六十八頁。同時也引起國內相關部門及各地方極大的的關注和興趣。并抱有很大的希望！一時間頁巖氣的開發(fā)問題成了全國的熱點:不少人認為:大規(guī)模開發(fā)頁巖氣緩解我國油氣供應緊張局面,從而改變我國能源結構的大好形勢即將到來!化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究34第三十四頁，共六十八頁。但總的說來，我們現(xiàn)在并不具備對我國頁巖氣進行工業(yè)化開采的技術條件：⑴.我國頁巖地質條件與國外成功開發(fā)的頁巖儲層的地質條件有較大差異，國外有效技術難以直接應用；⑵.我們對國外成熟技術還未完全掌握；⑶.我國自然環(huán)境條件對國外現(xiàn)技術不適應；⑷.國外有效技術本身還存在很多需要改進和發(fā)展的問題?；瘜W驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究35第三十五頁，共六十八頁。

2.當務之急：對頁巖氣的開發(fā)開展和加強基礎和基礎理論及其應用研究，完成：

加強我國頁巖氣地質特征研究，摸清頁巖氣資源家底；加強對于關健技術的攻關研究；盡快建立適合國情的系列配套技術開展好頁巖氣開發(fā)先導試驗（產業(yè)化示范區(qū)）形成適合中國地質條件、環(huán)境條件…的頁巖氣勘探、開發(fā)系到配套技術化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究36第三十六頁，共六十八頁。

超低滲油氣,致密氣,頁巖氣,煤層氣有效開發(fā)技術應保證對其経濟有效開發(fā):

●提高單井產量和采收率達到具有工業(yè)價值(日產量初產>？萬方/天,穩(wěn)產>幾千方/天)；

●降低開發(fā)綜合成本到如此低的單井產量仍有経濟效益。

3.成功開發(fā)頁巖氣的原理與技術途徑：化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究37第三十七頁，共六十八頁。長期以來頁巖氣因其豐度低、氣體在巖體中的運移速度極低，使其單井產量(初產、穩(wěn)產)達不到工業(yè)化生產目標，技術復雜、投入大，毫無經濟效益,現(xiàn)行開發(fā)理論認定不能工業(yè)化開發(fā)的氣藏。它的有效開發(fā)是新的理念(論)，新的思路，新的技術(原有技術的發(fā)展和優(yōu)化集成…)的重大成果?；瘜W驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究38第三十八頁，共六十八頁。⑴.如何提高單井產量達到具有工業(yè)價值①、單井產量和采收率達不到工業(yè)價值的根本原因是氣體在頁巖中運移速度太低，由于頁巖中所含天然氣有游離氣和吸附氣,吸附狀態(tài)存在的甲烷，形成為單井日產量取決于三個過程（解吸、擴散、滲流）中最慢的一步,通常是解吸、擴散最慢,成為其主控因素,故單井日產量必然很低。因此要想獲得較高的單井產量最好還是選擇以游離氣為主(占80%以上)的頁巖為好。化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究39第三十九頁，共六十八頁。②、“增加”頁巖中游離態(tài)氣體的運移速度:頁巖滲透率太低(0.001-0.0001md),在頁巖中，氣體游離態(tài)在其基巖中運移速度遠小于在裂縫中的運移速度，裂縫越寬小得越多，但一般頁巖的裂縫的寬度和密度都太小。故使得氣體在其中的運移速度極低。這樣：單位時間內進入井筒形成日產量的氣體太少，不可能達到工業(yè)化產量，增加氣體運移速度及擴大泄氣面積是增加單井產量的兩條途徑。目前增加氣體在頁巖中的運移速度還無法實現(xiàn)?；瘜W驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究40第四十頁，共六十八頁。

采用水平井等特殊結構井的MRC技術，可以幾十倍、上百倍的增加泄氣面積（例如厚度50m的頁巖，水平段長1000m，則增大20倍），但由于頁巖的滲透率太低(0.001-0.0001md),即使如此還是遠遠不夠。(僅從泄氣面積看與超低滲氣藏相比應增大幾千倍才能獲得工業(yè)性氣流)采用長段水平井分（多）段（10–20段以上）壓裂，則其泄氣面積增加千倍以上成為可能。但這樣只能獲得工業(yè)化的初產,由于頁巖的滲透率太低運移速度太小,其補充速度趕不上需要,無法獲得穩(wěn)定的工業(yè)化產量。(有初產而不能穩(wěn)產)化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究41第四十一頁，共六十八頁。

倘若在水平井筒周圍地層人工形成一個致密的裂縫網(wǎng)絡體系（由較寬的主裂縫，不寬的支干裂縫、窄的支裂縫，更窄的細裂縫、微裂縫、加上頁巖自身存在的細微裂縫構成），此網(wǎng)絡不僅大大增大泄氣面積，而且，由裂縫網(wǎng)絡將整個被改造的巖體“分割成若干小塊”?；瘜W驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究42第四十二頁，共六十八頁。

對于每“一塊頁巖”(包括巖體中心部份的巖塊)其四周各面都在向裂縫泄氣,則整塊頁巖周邊部份壓力成倍下降(與只有一邊泄氣頁巖相比而言),大大加快了頁巖氣藏里的壓力向裂縫傳遞的能力和速度(即頁巖巖塊中心氣體向周邊運移的速度);同時，大大縮短了頁巖基體中的氣體移向裂縫的距離：從而使單位時間內從頁巖基體中運移到裂縫的氣體的量大幅度增加,相當于提高了巖體內氣體的“運移”速度

化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究43第四十三頁，共六十八頁。

而且被改造巖體的中心部位同樣被“分割”成這種巖塊,使儲層“深部”的氣體也參與運移到井筒成為日產量的組成部份。既可能保證足夠的單井產量，又在短期內大大提高了被改造地層的采收率，從而保證其穩(wěn)產，在短期內提高了儲層動用體積。即:利用長水平井為依托進行多段壓裂體積改造,既大幅度增加泄氣面積又“提高”了巖體內氣體的“運移”速度,又動用了被改造儲層的深部的氣體,從而有效提高了產量補充速度,提高了單井產量(穩(wěn)產)達到工業(yè)化要求,同時提高了所改造儲層的采收率。?；瘜W驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究44第四十四頁，共六十八頁。

⑵.體積改造：以水平井分（多）段壓裂在井筒周圍頁巖儲層中形成各級裂縫構成的一個致密裂縫網(wǎng)絡(主裂縫周邊形成稠密且相互連接的裂縫網(wǎng)絡)，從而極大幅度提高儲層泄氣面積及其壓力由內部向裂縫傳遞速度和大大縮短頁巖內部氣體移向裂縫的距離以實現(xiàn)提高單井產量和提高采收率目的壓裂改造技術。化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究45第四十五頁，共六十八頁。儲層傳統(tǒng)壓裂改造與壓裂體積改造的差別46儲層壓裂改造壓裂體積改造以巖石力學理論為基礎，在最小主應力的垂直方向形成對稱的兩條裂縫，以溝通地層深部（含裂縫）與井筒的聯(lián)系，同時擴大泄氣面積，從而增加單井產量和提高采收率。以巖石力學理論為基礎，在水平井筒周圍地層壓裂形成密集的裂縫網(wǎng)絡，以增大泄氣面積，增大內部氣體向裂縫運夠速度同時縮短所動用儲層內部氣體移到裂縫的距離，從而達到所需的單井產量，并提高采收率。避免壓出多縫，保證單縫形成，以控制縫高、縫長（為主）縫寬為主要目標：以在多個方向上形成多條裂縫構成密集裂縫網(wǎng)絡為主。必須加夠壓裂砂；必須排除壓裂干擾壓裂中不必全過程加砂(可采用清水壓裂)；要充分利用干擾充分利用地應力與地層巖石破裂規(guī)律，形成所需的單縫。充分利用地應力與地層巖石破裂規(guī)律，配合各種專有技術形成所需的裂縫網(wǎng)絡?；瘜W驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究46第四十六頁，共六十八頁。推論：①.“甜點”的評價和優(yōu)選必須加上對“該頁巖儲層”可否實現(xiàn)體積改造的評價。②.其技術核心是“體積改造”。③.應主要依托長段水平井進行;長段水平井是實現(xiàn)體積改造必要的基礎。它的設計和形成的井眼以有利于體積改造為目的；化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究47第四十七頁，共六十八頁。⑶.體積改造要求：壓裂形成的裂縫縫面極大，則要求更大的造縫液體量。形成有一定密度的主干裂縫及1.2級支干裂縫（毫米級），它們需要加砂保證裂縫的導流能力：形成與支干裂縫相連的密集裂縫網(wǎng)絡的細裂縫、微裂縫、細微裂縫，它們尺寸為微米級（1－1000μm），不可能，也沒必要，加砂填充裂縫?；瘜W驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究48第四十八頁，共六十八頁。

即毫米級主干裂縫、支干裂縫不太多，是網(wǎng)絡的主干道需要加砂保證導流能力；大量分支細小裂縫不可能也不需要加砂保證有幾十、幾百、幾千mD導流能力,即可不加砂壓裂來形成細小分支裂縫網(wǎng)絡。對于常規(guī)壓裂而言,不加砂壓裂是無效的,但對于滲透率極低的頁巖儲層而言,即使壓裂后壓縫閉合,其透氣能力仍大大的高于壓裂前,并可能達到改造的要求。化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究49第四十九頁，共六十八頁。

這是由于巖石中形成的裂縫具一定表面粗糙度，閉合后仍能保持一定的縫隙，就可以形成對低滲儲層來說已經足夠的導流能力。

壓裂過程中，巖石脫落下來的碎屑(特別是在頁巖地層中))它們可能形成“自撐”式支撐。

剪切力使裂縫壁面產生剪切滑移，在裂縫延伸過程中使已存在的微隙裂開，并使斷層面及其它弱面張開。以上作用說明可以和應該用清水壓裂?；瘜W驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究50第五十頁，共六十八頁。

即體積改造雖然用大量的液體進行壓裂,但加沙沒必要太多(只需用在主、支干裂縫中則低沙比即可),而且不需要全程加砂(只需在形成主、支干裂縫的壓裂中)。而形成大量支、細裂縫應采用不加砂的“清水壓裂”。儲層傷害,特別是固相傷害(如壓裂液殘渣)必須嚴格防止?；瘜W驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究51第五十一頁，共六十八頁。

清水壓裂一般對以下條件的地層有效(對頁巖儲層有效)：

A.低滲透地層；（K<0.05md為主、K=0.05～0.1md可用、K>0.1md并存在天然裂縫）

B.高強度巖石地層；（楊氏模量>3.4×104MPa的油氣藏；在楊氏模量為6.9×103MPa~3.4×104MPa的油氣藏中可以使用。）

C.具有低閉合應力地層：（閉合應力梯度<0.0176MPa/m）D.具有天然裂縫的地層：（天然裂縫的儲層，水力壓裂可以沿天然裂縫網(wǎng)絡延伸，增強裂縫的導流能力，并有利于天然裂縫網(wǎng)絡和井筒之間的連通性。）E.壓力較低的地層：（清水壓裂有助于加速返排，可以避免凝膠損害。）

化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究52第五十二頁，共六十八頁。4．頁巖氣成功開發(fā)必須解決的關健技術(系列)①．“甜點”分析、評價、確定的系列配套技術:（指儲量“豐富”且用現(xiàn)有技術能形成工業(yè)性氣流的“區(qū)塊”）；②.在頁巖中低成本打成井眼規(guī)則的無(低)傷害的長段水平井系列配套技術(在確定的方位:垂直最大水平主應力方向)；③.頁巖儲層低成本、無(低)傷害的體積改造系列配套技術；

目前都未完全過關。國外現(xiàn)有技術也不能解決我們的問題，必須建立起適合中國國情的系列配套技術;化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究53第五十三頁，共六十八頁。⑴．“甜點”分析、評價、確定系列配套技術(有的放矢):（指儲量“豐富”且用現(xiàn)有技術能形成工業(yè)性氣流的“區(qū)塊”）①．(現(xiàn)有)頁巖氣儲量的評價方法、評價標準與評價技術具有氣體存在證據(jù)(？方/t)總有機碳含量>2wt%(？

wt%)熱成熟度（Ro）>1.1%(？

%)厚度>15m(？m)超壓系統(tǒng)(>0.45psi/ft)II型或IIb型有機質（海相沉積有機質）頁巖基質中賦存天然氣化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究54第五十四頁，共六十八頁。厚度>30m埋深<3000m儲層溫度<135℃有機碳含量>2%熱演化程度1.4-3.5%總含氣量>0.4m3/t游離態(tài)％>60-80％氣層壓力>0.45psi/ft頁巖力學性質μ=0.235-0.27E=27-33Gpa頁巖物性K>100nd；Ф>4%硅質含量%>30方解石/白云石%<20粘土含量%<25裂縫發(fā)育程度完全發(fā)育(美國標準)優(yōu)選“甜點”﹗化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究55第五十五頁，共六十八頁。②．增加開采可行性評價：包括對于現(xiàn)有技術開采的可行性評價;必須再發(fā)展某些技術之后才能開采的可行性評價：

首先是(用現(xiàn)有技術)能否形成工業(yè)性氣流(可否有效開發(fā))的“可行性”評價：A．頁巖氣的賦存狀態(tài)及各類型態(tài)氣的比例(最好游離氣>80%);B．頁巖氣的解吸速度,擴散速度,在微裂縫中的滲流速度和三者之間的關系以及它們與形成單井日產量之間的關系；產能評價(能否形成工業(yè)性氣流)化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究56第五十六頁，共六十八頁。C．頁巖進行體積改造(近井筒空間形成密集網(wǎng)絡)適應（可能）性評價：A)．頁巖的可壓(裂)性及裂縫擴展規(guī)律:評價頁巖可壓性及裂縫擴展規(guī)律的因素主要有兩個方面：a).脆性指數(shù):脆性越大，越容易形成網(wǎng)狀裂縫;而脆性越小，則形成網(wǎng)狀裂縫的可能性越小。

●楊氏模量越高，泊松比越小，巖石脆性越大；

●礦物組成硅質、鈣質含量增加，脆性增強；

●油藏埋深變淺，脆性增加。b).應力各向異性:應力各向異性增大，有利于形成網(wǎng)狀裂縫B)．天然裂縫狀態(tài)。天然裂縫越發(fā)育，越容易形成網(wǎng)狀裂縫

通過對頁巖的上述研究，建立起對所研究頁巖能否進行體積改造的可行性以及如何改造的條件和要求的評價方法。化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究57第五十七頁，共六十八頁。:⑵．在頁巖中低成本打成井眼規(guī)則的無(低)傷害的長段水平井系列配套技術(在確定的方位:垂直最大水平主應力方向)①.用油基類泥漿鉆井打成;用水基類泥漿鉆井打成;

用氣體鉆井打成;②.完井:裸眼完井,固井尾管完井分段多簇”射孔完井③.小井眼化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究58第五十八頁，共六十八頁。⑶.低成本的體積改造系列配套技術●.在水平井眼周圍形成致密裂縫網(wǎng)絡(可調控)的體積改造壓裂技術;●.實現(xiàn)低成本的(較)低排量、(較)低用水量的體積改造壓裂技術及壓裂液技術?！?體積改造效果(致密裂縫網(wǎng)絡)檢查、評價技術

當以上系列配套技術真正建立起來，我國頁巖氣工業(yè)化開采就有可能實現(xiàn)化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究59第五十九頁，共六十八頁。①.形成裂縫網(wǎng)絡的壓裂技術：A.巖石力學性質與天然裂縫評價與選擇技術：B.形成網(wǎng)絡的壓裂設計：根據(jù)地應力、埋深、溫度、巖石力學性質（礦物組成、天然裂縫狀態(tài)）形成致密網(wǎng)絡壓裂的設計C.利用彼此干擾形成裂縫網(wǎng)絡：簇狀射孔、多段同時壓裂、同步壓裂……。變排量變壓力……，平行壓裂……。；化學驅和微生物驅提高石油采收率的基礎研究60第六十頁，共六十八頁。

D.壓裂液轉向技術；壓裂過程中的暫堵技術E.水平井(特殊結構井)軌跡設計優(yōu)化技術；即用水平井的方向和分支的水平井的方向來控制壓裂裂縫的生成和走向F、地層