北美非常規(guī)改造技術(shù)

北美非常規(guī)儲層改造技術(shù)發(fā)展2014年5月匯報內(nèi)容一、非常規(guī)儲層特征二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)非常規(guī)與常規(guī)油氣資源比例大約8:2一、非常規(guī)儲層特征全球非常規(guī)石油資源合計4495億噸，與常規(guī)石油資源基本相當(dāng)全球非常規(guī)天然氣資源合計3922萬億方，是常規(guī)天然氣資源的8.3倍一、非常規(guī)儲層特征北美非常規(guī)油氣分布一、非常規(guī)儲層特征致密氣砂巖為主、天然裂縫相對低，巖石硬，張性斷裂為主，自由氣美國聯(lián)邦能源管理委員會（FERC）定義：K≤0.1mD的氣藏為致密氣藏國外部分主要致密氣田儲層參數(shù)非常規(guī)儲層特點一、非常規(guī)儲層特征頁巖氣由粘土物質(zhì)經(jīng)壓實作用、脫水作用、重結(jié)晶作用后形成，具有頁狀或薄片狀層理，巖性復(fù)雜。包含自由氣與吸附氣產(chǎn)層厚度有可能非常大，幾十～幾百米非常致密0.0001～0.000001md

巖石硬，脆性礦物（石英、斜長石）的富集有利于產(chǎn)生微裂縫（天然或誘導(dǎo)裂縫）不是所有的頁巖都具有相同的特性Barnett頁巖，具有脆性特征，遭受破壞時會產(chǎn)生復(fù)雜的縫網(wǎng)WCSB頁巖：具有延展性，會塑性變形北美頁巖數(shù)據(jù)庫的礦物三角圖1區(qū)脆性頁巖富含石英2區(qū)脆性頁巖富含碳酸鹽3，4區(qū)塑性頁巖富含泥質(zhì)壓裂困難一、非常規(guī)儲層特征預(yù)計北美的頁巖氣產(chǎn)量將會以每年7.7%的速度增長，到2015年將達到2002億立方米（據(jù)11年北美能源署）一、非常規(guī)儲層特征煤層氣儲氣方式主要為吸附氣天然割理裂縫發(fā)育，裂縫擴展規(guī)律復(fù)雜巖石軟，楊氏模量低，塑性強，支撐劑嵌入嚴重低溫、低壓、低滲，強吸附，傷害嚴重低產(chǎn)低效，對低成本要求高國外部分煤層氣田儲層參數(shù)一、非常規(guī)儲層特征致密油大面積分布、源儲共生、低豐度儲集空間復(fù)雜儲層孔喉細小，滲流通道狹窄孔隙中流體賦存狀態(tài)復(fù)雜儲層顆粒小，比表面積大孔縫介質(zhì)中的滲流機理不同儲層物性差，應(yīng)力敏感性強納米-微米級孔隙超低滲儲層d：10μm-1μm致密儲層d：1μm-50nm一、非常規(guī)儲層特征美國是目前全球致密油勘探開發(fā)最成功的地區(qū)，２００８年，巴肯致密油實現(xiàn)規(guī)模開發(fā)，被確定為全球十大發(fā)現(xiàn)之一一、非常規(guī)儲層特征水平井體積壓裂成為勘探開發(fā)的主要手段二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)水平井體積壓裂成為勘探開發(fā)的主要手段二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)1981年低于1.0×104m3/d1986年1.7×104m3/d1997年3.54×104m3/d2002年水平井分段壓裂推廣5-10×104m3/d凍膠壓裂滑溜水壓裂2000年，微地震技術(shù)監(jiān)測到“縫網(wǎng)”系統(tǒng)的存在頁巖氣儲層改造技術(shù)發(fā)展歷程二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)大規(guī)?；锼畨毫鸭夹g(shù)特點適應(yīng)裂縫性、脆性和致密地層；可有效提高剪切縫形成的概率，有利于形成網(wǎng)狀縫；使用少量稠化劑降阻，支撐劑用量少，對地層傷害??；Ｂａｒｎｅｔｔ技術(shù)參數(shù)：排量10ｍ3/min以上，每段壓裂液量1000-1500ｍ3，每段支撐劑量100-200t，平均砂液比為3%-5%，100目粉陶＋40/70目支撐劑為主Barnett頁巖分別采用凍膠壓裂與滑溜水重復(fù)壓裂時的微地震監(jiān)測結(jié)果二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)頁巖氣裂縫網(wǎng)絡(luò)比單縫有很大的提高網(wǎng)絡(luò)裂縫中有支撐較好的主裂縫，可以進一步提高產(chǎn)量大規(guī)?；锼畨毫衙绹湫椭旅軞鈫尉a(chǎn)量曲線二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)水平井分段壓裂可鉆式橋塞分段壓裂技術(shù)技術(shù)特點可鉆式橋塞封隔逐段射孔、逐段壓裂、逐段座封壓后連續(xù)油管一次鉆除橋塞并排液關(guān)鍵技術(shù)連續(xù)油管、電纜下入或水力泵入適合于套管完井不受增產(chǎn)改造級數(shù)限制二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)水平井分段壓裂適用井眼尺寸：4″、4?″、5″、5?″等套管完井封隔器耐溫：204.4℃承受工作壓差：70MPa高強度，鉆磨時易破碎設(shè)計小鉆壓下即可完成鉆塞作業(yè)，利于水平井不宜加鉆壓。鉆開時碎屑小，更易返出可鉆式橋塞分段壓裂技術(shù)二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)水平井分段壓裂可鉆式橋塞分段壓裂技術(shù)射孔槍電纜坐封工具和適配器橋塞可溶球二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)水平井分段壓裂可鉆式橋塞分段壓裂技術(shù)0.45-0.77m一簇，每簇5孔，簇間距20-30mWoodford頁巖埋深1820-2300m，厚度48.5～54.5m水平段長760～1200m水平井分5-7段壓裂，每段長100-150m每段分4-6簇射孔，60度相位射孔滑溜水壓裂，每段1587方，單段100目砂4t，30/50目砂90t環(huán)空注入,排量12m3/min5個橋塞在45分鐘內(nèi)鉆掉，一次排出較壓裂前：無產(chǎn)量壓裂后：2.83-5.66萬方/d二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)水平井分段壓裂水平井多級滑套封隔器分段壓裂技術(shù)技術(shù)特點：通過井口投球系統(tǒng)操控滑套，依次逐段進行壓裂施工快捷，節(jié)約完井費用單球座系統(tǒng)可完成24級壓裂；多球座系統(tǒng)可完成20級壓裂；復(fù)合系統(tǒng)可完成29級壓裂。二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)水平井分段壓裂“組合式”(裸眼封隔器＋橋塞)壓裂技術(shù)適用范圍水平段長，裸眼封隔器分段數(shù)受限，排量受限；橋塞分段壓裂液體泵送橋塞難度大。技術(shù)特點裸眼封隔器＋橋塞→水平段前段+水平段后端裸眼封隔器分壓２２段，橋塞分壓８段二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)水平井分段壓裂水平井同步／拉鏈交叉壓裂技術(shù)技術(shù)特點：促使水力裂縫擴展過程中相互作用，產(chǎn)生更復(fù)雜的縫網(wǎng)，增加改造體積（SRV）實施方法：同步壓裂——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(yīng)用效果：提高初始產(chǎn)量和最終采收率減少作業(yè)時間、設(shè)備動遷次數(shù)，降低施工成本二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)Louisiana12-14級壓裂，Texas州15-17級壓裂。從各自生產(chǎn)情況看，壓裂級數(shù)越多，產(chǎn)能傾向于越高。水平井壓裂級數(shù)比對二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)Louisiana州和Texas州頁巖氣井水平段的長度，分別選擇1500m和1650m水平段長度。分析顯示，頁巖氣井產(chǎn)能情況有差異，1500m以上產(chǎn)能與水平段長度線性關(guān)系變差。反映了頁巖氣鉆井過程中水平段長度不是決定產(chǎn)能的唯一因素。水平井水平長度比對二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)水平井分段壓裂水平井同步／拉鏈交叉壓裂技術(shù)二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)水平井分段壓裂水平井同步／拉鏈交叉壓裂技術(shù)二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)水平井分段壓裂水平井同步／拉鏈交叉壓裂技術(shù)加拿大霍恩河盆地（HornRiverBasin）頁巖氣(范例)二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)水罐液體添加劑固定砂罐射孔車吊車酸罐移動砂罐車出口罐儀表車泵車組油罐車混砂車水平井同步／拉鏈交叉壓裂技術(shù)二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)蓄水池井組井組井組井組井組輸水管線輸水泵水平井同步／拉鏈交叉壓裂技術(shù)二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)技術(shù)特點建立以非連續(xù)鋪置的支撐劑墩柱支撐的裂縫通道通過脈沖注入混砂設(shè)備注入壓裂液加入纖維延緩支撐劑的分散和沉降HiWAY壓裂技術(shù)阿根廷LomaLaLata氣田進行了現(xiàn)場應(yīng)用，平均單井產(chǎn)量增加10-15%，穩(wěn)產(chǎn)2年以上二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)技術(shù)特點建立以非連續(xù)鋪置的支撐劑墩柱支撐的裂縫通道通過脈沖注入混砂設(shè)備注入壓裂液加入膠液短期凝結(jié)支撐劑，防止分散和沉降高導(dǎo)流壓裂技術(shù)（哈里伯頓）二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)優(yōu)勢產(chǎn)生有效的裂縫形態(tài)較好攜砂性能無傷害：無水鎖、無聚合物殘留、無粘土膨脹壓后僅有支撐劑留在地層中所有產(chǎn)生的裂縫都能是有效縫LPG無水壓裂技術(shù)水基壓裂液形成裂縫低碳烴壓裂形成的裂縫二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)絡(luò)合鐵交聯(lián)；二烷基磷酸酯凝膠的低碳烴壓裂液LPG無水壓裂技術(shù)加拿大GASFRAC公司LPG壓裂施工二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)裂縫干擾技術(shù)人工方法增加裂縫復(fù)雜性或促使裂縫網(wǎng)絡(luò)形成：暫堵、干擾等方法誘導(dǎo)應(yīng)力場轉(zhuǎn)向二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)應(yīng)力陰影（干擾）理論在單體主震動之后相應(yīng)于靜應(yīng)力的下降，地震波的速率也要下降，傳統(tǒng)上定義為應(yīng)力陰影在Barnett頁巖水平井周圍已觀察和記錄到應(yīng)力陰影的影響，發(fā)現(xiàn)縫距是縫高的1.5倍以內(nèi)應(yīng)力陰影的影響較大，達到1.5倍以上時應(yīng)力陰影的影響較小，達到2.5倍以上消失。（SPE136556，2010年10月）二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)2012年斯倫貝謝公司研發(fā)了UFM模型，強調(diào)對應(yīng)力陰影的模擬。應(yīng)力陰影（干擾）理論微地震監(jiān)測驗證了應(yīng)力陰影的存在二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)80年代以前，主要以單層小規(guī)模壓裂為主單井產(chǎn)量低，一般都小于1×104ｍ3/ｄ；80年代以后，單層大型壓裂技術(shù)Wattenberg氣田，加砂量達90-140ｍ3，最大達到255ｍ3，壓后縫長為400-600ｍ，壓后穩(wěn)產(chǎn)在（2.0-3.5）×104ｍ3/ｄ，最大為5.2×104ｍ３/ｄ；90年代，發(fā)展了多層壓裂、分層排液技術(shù)。大綠河盆地的Jonah氣田，93年以前，采用單層壓裂，后來采用多級壓裂技術(shù)，壓裂3-6層段，但耗時需35ｄ左右，增產(chǎn)效果不顯著；美國的Bossier氣田采用混合壓裂，產(chǎn)量一般是常規(guī)水壓裂的6倍；2000年后，采用了多層壓裂、合層排采技術(shù)改進后的連續(xù)油管逐層分壓，合層排采技術(shù)，縱向改造程度達100％，36ｈ可以完成壓裂11層，合層排液，產(chǎn)量較常規(guī)壓裂增加９０％以上。近期，隨著全球水平井鉆井技術(shù)的成熟，水平井分段壓裂技術(shù)應(yīng)用日漸廣泛。二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)致密砂巖氣改造大型壓裂適應(yīng)儲層氣測滲透率小于0.1mD，砂層厚度一般應(yīng)在20ｍ以上，且平面上分布穩(wěn)定，人工裂縫方位與有利砂體展布方向一致。技術(shù)條件施工時間長，壓裂液應(yīng)具有良好的攜砂流變性及低傷害性能；壓裂液用量大，通常使用連續(xù)混配技術(shù);規(guī)模支撐半縫長大于300m加砂規(guī)模達到100ｍ3Wattenberg氣田儲層：深度2316-2560ｍ，砂層厚度15-30m，滲透率為0.005-0.05mD規(guī)模：加砂90-150m3，最大255m3，縫長400-600m，壓后穩(wěn)產(chǎn)（2.0-3.5）×104

m３/ｄ，最大5.2×104

m3/ｄ二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)直井分層壓裂連續(xù)油管分層壓裂技術(shù)系列連續(xù)油管噴砂射孔＋環(huán)空壓裂填砂分層壓裂步驟①噴砂②壓裂③填砂④上提管柱⑤清洗重置管柱⑥第二段壓裂①②③④⑤⑥連續(xù)油管噴砂射孔+環(huán)空壓裂+填砂分層壓裂步驟美國懷俄明州的Sublette縣大綠河盆地Jonah氣田BJ公司OptiFracSJ、哈里伯頓CobraMax二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)直井分層壓裂連續(xù)油管分層壓裂技術(shù)系列連續(xù)油管噴砂射孔＋環(huán)空壓裂單封封隔器分層壓裂步驟下入連續(xù)油管+水力噴射射孔管串，對第一個目的層進行射孔;

環(huán)空注入壓裂；通過單封隔器封隔下層結(jié)束后將上提井底鉆具組合，對下一層進行射孔、壓裂。BJ公司OptiFracSJplus連續(xù)油管噴砂射孔+單封封隔器示意圖二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)直井分層壓裂連續(xù)油管分層壓裂技術(shù)系列連續(xù)油管噴砂射孔＋環(huán)空壓裂跨隔式封隔器分層壓裂步驟①全部層位射孔，下連續(xù)油管及封隔器壓裂改造第一層②上提到下一個改造層位，座封壓裂第二層③上提到下一個改造層位，座封壓裂第三層①②③斯倫貝謝CoilFRAC、BJ公司OptiFracselect、哈里伯頓CobraFrac跨隔式封隔器分層壓裂二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)套管閥套分層壓裂技術(shù)TAP套管滑套完井分層壓裂技術(shù)特點將多個針對不同產(chǎn)層的閥體與套管入井，并一起被固井的完井工藝，具有施工快速高效、不受壓裂級數(shù)限制。分層壓裂步驟①第一層射孔②第一層壓裂（此時與第二施工層連接的液壓閥打開，推動第二施工層上部的“C環(huán)”縮徑）③投標(biāo)槍入座④起泵打落滑套，施工第二層斯倫貝謝直井分層壓裂TAP套管滑套示意圖二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)直井分層壓裂套管完井可鉆橋塞分層壓裂技術(shù)易鉆、輕便，主要材料是玻璃纖維，陶瓷，含很少量的黃銅，不含黑色金屬（spe114876）；壓后需要連續(xù)油管鉆磨橋塞。適用于多薄層多級壓裂，高溫高壓井壓裂改造，老井重復(fù)改造，小井眼井改造。適合31/2-7寸的井眼。電纜將丟手+射孔槍（或噴砂射孔工具）+橋塞工具串送到施工段位置，然后坐封橋塞-射孔-加砂壓裂，重復(fù)。最后統(tǒng)一鉆橋塞，集中放噴排液，多層合采?？摄@橋塞示意圖在尤因塔、皮申斯、圣胡安、DJ、沃姆薩特、約拿、派恩代爾等盆地二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)前置液階段采用滑溜水，攜砂液階段采用凍膠壓裂液CottonValley的應(yīng)用表明，復(fù)合壓裂井的產(chǎn)氣量是瓜膠液壓裂井的2倍，同時由于低黏液體對控制縫高的作用，水氣比降低了60％混合壓裂技術(shù)二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)煤層氣儲層改造技術(shù)壓裂和洞穴完井是美國煤層氣主體增產(chǎn)技術(shù)，后期有羽狀水平井技術(shù)直井連續(xù)油管+水力噴射分層壓裂技術(shù)連續(xù)油管+跨隔式封隔器連續(xù)油管+水力噴射射孔+環(huán)空加砂（90%以上的應(yīng)用比例）二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)煤層氣儲層改造技術(shù)平均支撐劑濃度6.7ppg(47%左右)平均加砂強度:3.3-4.6m3/m平均排量強度:0.5m3/min/m平均前置液百分比:56%二、非常規(guī)儲層主要改造技術(shù)微地震監(jiān)測技術(shù)信號來源1、天然裂縫的剪切滑移2、遠離壓裂端部的流體濾失到基質(zhì)4、水力壓裂增產(chǎn)引起的巖石剪破裂微地震主要是高頻、有震、且有很小變形的剪切破裂；壓裂初期產(chǎn)生，形成張性裂縫，隨后在高應(yīng)力區(qū)附近產(chǎn)生剪切裂縫

裂縫監(jiān)測技術(shù)北美井下微地震監(jiān)測特點實時解釋監(jiān)測結(jié)果，為壓裂泵注程序的實時調(diào)整提供參考依據(jù)。微地震解釋與儲層特征剖面結(jié)合。將地質(zhì)剖面與微地震數(shù)據(jù)點在同一