页岩气开发开采技术

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1、页 岩 气 开 发 开 采 技 术 一 、 页 岩 气 藏 特 点二 、 页 岩 气 资 源 分 布三 、 页 岩 气 开 发 技 术四 、 安 东 页 岩 气 服 务 能 力 1.页 岩 气 生 成l 生 物 成 因 ： 一 般 埋 藏 浅 、 地 层 温 度 低 、 有 机 质 成 熟度 低 （ Ro35%(以 Barnett为 例 ） ；l 物 性 ： 致 密 ， 渗 透 率 一 般 在 0.01 0.00001md。 在 构 造活 跃 地 区 或 者 上 覆 地 层 剥 蚀 地 层 压 力 下 降 的 情 况 下 发 育 裂缝 ， 并 被 钙 质 或 泥 质 充 填 。 孔 隙 度 一

2、 般 低 于 10%。 裂 缝 或孔 隙 多 被 自 由 甲 烷 气 饱 和 ， 页 岩 气 主 要 以 吸 附 状 态 存 在 岩石 颗 粒 表 面 或 有 机 质 表 面 。 3.页 岩 气 盖 层l 自 生 自 储 ： 页 岩 由 于 自 身 致 密 性 ， 既 是 常 规 气 藏 的盖 层 ， 也 是 页 岩 气 自 身 的 盖 层 ；l 上 覆 盖 层 ： 上 覆 致 密 砂 岩 也 是 页 岩 气 良 好 的 盖 层 。4.页 岩 气 圈 闭l 构 造 平 缓 ， 圈 闭 受 后 期 构 造 的 影 响 很 小 ；l 属 于 隐 蔽 性 岩 性 圈 闭 。 5.页 岩 气 藏 评

3、价l 一 般 属 于 常 压 或 异 常 高 压 地 层 ；l 含 钙 质 页 岩 启 裂 梯 度 小 于 0.75Psi/ft(1.7MPa/100m)， 如 Barnett页 岩 ;缺 钙 页 岩 地 层 裂 梯 度 大 于 0.8Psi/ft(1.8MPa/100m)， 能 够 引起 数 倍 的 弯 曲 度 ;l 微 裂 缝 发 育 是 页 岩 气 田 高 产 的 前 提 ， 钙 质 充 填 裂 缝 的 富 硅 质 页 岩 是最 好 的 页 岩 气 储 层 ； 富 含 粘 土 、 缺 乏 互 层 状 硅 质 和 缺 钙 低 钙 质 页 岩压 裂 风 险 很 大 。l 页 岩 上 下 隔

4、层 出 现 含 水 层 ， 人 工 诱 导 裂 缝 的 长 度 受 到 限 制 ；l 有 机 碳 含 量 不 高 的 页 岩 可 以 被 大 厚 度 、 高 成 熟 度 和 天 然 裂 缝 发 育 等参 数 弥 补 。 l 页 岩 气 气 藏 特 征 超 低 渗 （ 100 nD， 0.0001 mD） 低 孔 (2 石 英 +钙 质 % 35 50 60 80 20 41 50 50 70 40 55 35 45总 孔 隙 度 ，% 4 5 2 8 8 9 3 9 9 10 14 3 5.5 5-9.5 1 5 3 9天 然 气 含 量 ，m3/吨 岩 石 8.49 9.9 1.7 6.2

5、2.8 9.3 5.7 8.5 1.1 2.8 1.1 2.3 0.4 1.3 0.44 0.5 2.8 2产 水 量 ， 桶/日 N/A N/A N/A N/A 5 500 5 500 N/A N/A 一 、 页 岩 气 藏 特 点二 、 页 岩 气 资 源 分 布三 、 页 岩 气 开 发 技 术四 、 安 东 页 岩 气 服 务 能 力 员 工 关 系 管 理1.全 球 页 岩 气 资 源 分 布 全球页岩气资源量为456.241012m3。主要分布在北美、中亚和中国、拉美、中东和北非、前苏联 。 2.中 国 页 岩 气 储 量 我国主要盆地和地区的页岩气储量约1530万亿立方米，中值2

6、3.5万亿立方米，与美国的28.3万亿立方米相当。而且，我国古生界页岩气资源量大约是中生界页岩气资源量的2倍，平面上分布以南方和西北地区为主，也包括鄂尔多斯盆地及周缘地区 。 员 工 关 系 管 理中国南方从震旦纪到中三叠，发育了面积达200104km2的海相地层，并且最大厚度超过了10km,中古生界海相地层分布面积达90104km2.。四川盆地威远地区的九老洞页岩和泸州地区下志留统龙马溪页岩6.88.41012m3，相当于四川盆地的常规天然气资源总量。在华北东北地区，页岩气更可能发生在主力油气层位的底部或下部，区域上的古生界、鄂多斯盆地的中古生界、松辽盆地的中生界、渤海湾盆地埋藏较浅的古近系

7、等 。泥页岩累计厚度在502000m 之间，平均有机碳含量为1.0%2.0%，局部平均值可达4.0%以上，对应有机质成熟度变化较大。在西北部地区,页岩气的分布更多地受现今盆地特点的约束,区域上分布的中生界(侏罗系及三叠系等)和盆地边缘埋深较浅的古生界泥页岩相对有利,有机碳含量平均值普遍较高,成熟度变化范围较大。青藏地区的地表环境虽然较差，但中古生界泥页岩地层厚度大，有机质含量高，有机质热演化程度适中，也是页岩气发育的有前景地区。3.中 国 页 岩 气 资 源 分 布 页 岩 气 资 源 分 布纵 向 上 时 间 跨 度 大 从 寒 武 纪 一 直 到 第 三 纪 中 新 世都 有 页 岩 沉

8、积资 源 量 跟 美 国 相 当 15 30万 亿 立 方 米 ， 中 值 26万亿 立 方 米 （ 美 国 28万 亿 立 方 米 ）古 生 界 页 岩 气 丰 富 古 生 界 页 岩 气 资 源 量 大 约 是 中生 界 页 岩 气 资 源 量 的 2倍 南 方 海 相 沉 积 有 利 南 方 海 相 沉 积 了 4套 区 域 性 黑 色页 岩 和 8套 地 区 性 黑 色 页 岩 ， 集中 在 寒 武 系 和 志 留 系 一 、 页 岩 气 藏 特 点二 、 页 岩 气 资 源 分 布三 、 页 岩 气 开 发 技 术四 、 安 东 页 岩 气 服 务 能 力 致 密 性 和 天 然 气

9、 的 特 性 要 求 页 岩 气 开 采 最 大 程 度 地 暴露 页 岩 地 层 到 井 眼 的 接 触 面 积 ， 需 要 的 主 要 技 术 如 下 ：l 大 位 移 水 平 井 钻 井 技 术 ；l 套 管 固 井 射 孔 完 井 技 术 ；l 压 裂 投 产 技 术 。 1.页岩地层水平井钻井技术 采 用 底 部 滑 动 井 架 钻 丛 式 井组 ， 每 井 组 3 8口 单 支 水 平 井 ，节 约 搬 家 时 间 和 费 用 ， 同 时 利 于压 裂 大 规 模 用 水 的 组 织 。丛式钻井技术 1.页岩地层水平井钻井技术l直 井 段 可 以 使 用 水 基 泥 浆 ， 节 约

10、 成 本 ；l水 平 段 使 用 油 基 泥 浆 ， 保 护 页 岩 水 平 段 地 层和 润 滑 钻 具 。l在 完 钻 通 井 时 要 充 分 循 环 泥 浆 ,循 环 排 量 不 低于 钻 进 时 的 最 大 排 量 ,循 环 时 间 不 低 于 2 周 ,彻底 将 井 底 和 水 平 井 段 沉 积 的 岩 屑 循 环 干 净 ，有 利 于 固 井 质 量 的 提 高 。水平段钻井泥浆要求 2.页岩水平井射孔技术l全 井 段 里 采 用 集 中 式 限 流 射 孔l4-6簇 /级 、 2 5ft 射 孔 长 度 /簇 、 15 30米 间 隔 /簇 、 4 6 SPF（ 孔 /英 尺

11、） 的 射 孔 密 度 、 60度 相 位 ， 段与 段 间 隔 400ft左 右 ;l每 段 各 簇 一 趟 管 柱 完 成 射 孔 （ 若 采 用 桥 塞 分 隔 ， 则 一 趟 管柱 完 成 下 桥 塞 +分 簇 射 孔 ） 。 3.页岩水平井压裂技术1） 完 井 方 式 ：p裸 眼 射 孔 完 井 ；p套 管 固 井 射 孔 完 井 。 封 隔 器 +滑 套 分 隔 方 式 ， 可 在 裸 眼 或 套 管 内 使 用 ， 第 一 级 使 用 压 差 打 开 或 瓣 阀 打 开 ， 其 他 封隔 器 使 用 投 球 或 瓣 阀 打 开 ， 加 砂 压 裂 ， 裸 眼 不 需 要 射 孔

12、， 套 管 固 井 需 要 射 孔 ， 目 前 许 多 公司 （ 如 Packers Plus StackFRAC 、 Halliburton Delta stim frac、 Baker Hughes FRAC-POINT SYSTEM、 Weathford、 BJ)在 致 密 砂 岩 和 页 岩 地 层 使 用 ， 均 比 较 成 功 ，多 数 情 况 下 ， 一 天 可 以 完 成 逐 段 压 裂 ,优 点 就 是 快 速 ， 节 省 时 间 成 本 ， 缺 点 是 封 隔 器 和 滑 套有 失 效 或 者 打 不 开 的 风 险 ， 一 旦 滑 套 打 不 开 ， 必 须 射 孔 解

13、决 ；3.页岩水平井压裂技术 3.页岩水平井压裂技术可 钻 桥 塞 分 隔 方 式 ， 适 用 于 套 管 射 孔 分 隔 ， 效 果 最 有 把 握 ，但 施 工 时 间 较 长 ， 其 中 桥 塞 有 两 种 ， 一 种 是 金 属 可 钻 桥 塞 ，不 能 钻 碎 ， 可 以 捞 取 ， 但 费 时 间 ； 另 一 种 是 非 金 属 复 合 材料 或 软 金 属 ， 可 钻 成 粉 末 ， 随 压 裂 液 返 排 地 面 ， 国 外 已 经是 很 成 熟 的 技 术 。复 合 材 料 或 软 金 属 合 金 可 钻 桥 塞 性 能 要 求 和 施 工 要 求l桥 塞 性 能 ： 可 钻

14、 复 合 材 料 桥 塞 是 首 选 ， 要 求 水 力 膨 胀 坐 封 、耐 压 耐 温 （ 194 、 69Mpa） ， 快 速 （ 每 个 几 分 钟 ） 可 钻 成碎 末 ， 返 排 出 地 面 ；l下 入 工 具 ： 连 续 油 管 、 爬 行 器 、 泵 送 ；l安 装 方 法 ： 电 动 或 者 水 力 ， 水 力 安 装 优 点 是 快 速 ， 电 动 安装 的 优 点 比 较 精 确 ；l压 裂 措 施 结 束 可 用 连 续 油 管 带 钻 机 进 行 钻 塞 。 3.页岩水平井压裂技术2） 分 隔 技 术 评 价 ：p北 美 页 岩 气 田 开 发 时 间 比 较 早 ，

15、 应 用 的 技 术 多 种 多 样 ；p应 用 最 广 泛 的 页 岩 地 层 水 平 井 分 段 压 裂 方 式 有 两 种 ： 复 合 材 料 可 钻 桥塞 和 封 隔 器 +滑 套 ， 前 者 分 步 施 工 ， 施 工 安 全 系 数 高 ， 但 施 工 周 期 较长 ， 成 本 较 高 ； 后 者 一 趟 管 柱 ， 施 工 周 期 最 短 （ 一 天 多 即 可 完 成 多 段压 裂 ） ， 成 本 较 低 ， 但 各 段 的 压 裂 效 果 难 以 监 测 。 应 用 技 术 成 本传 统 的 交 联 凝 胶 和 支 撑剂 100%水 力 压 裂 而 不 用 支 撑 剂 25-

16、30%采 用 20/40目 的 支 撑 剂 ，水 作 压 裂 液 30-40%采 用 40/70目 的 支 撑 剂 ，水 作 压 裂 液 40-60%混 合 压 裂 （ 清 水 造 缝 冻胶 携 砂 ） 70-80%Anadako公 司 在 Bossier油 田 共 采 取 五 种 不 同 的 压 裂 工 艺 。3） 压 裂 液 优 化 ：3.页岩水平井压裂技术 脆 性 指 数 60脆 性 指 数 =4050脆 性 指 数 =1030硬 脆页 岩砂 泥岩互 层泥 岩 施工规模大小 支撑剂浓度小大 压裂液 粘度小大 压 裂液配方简 单复 杂 清 水 压 裂线 性 或 交联 压 裂混 合 压 裂

17、-1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500West-East (ft) South -Nort h (ft) Observation Well 2清水压裂 清 水 压 裂 节 理 变 形 节 理 内 压 力 升 高 有 效 闭 合 压 力 减 小节 理 张 开 压 力 继 续 升 高 有 效 闭 合 应 力 平 行 节 理 面 的 剪 应 力节 理 剪 切 滑 移 剪 切 面 粗 糙 小 颗 粒 桥 接 诱 导 裂 缝微 裂 缝 改 向 形 成 网 状 裂 缝 增 加 了 泄 气

18、面 积u清 水 粘 度 1mp.s， 更 容 易 进 去 渗 透 率 极 低 的 页 岩 节理 ， 从 而 净 压 力 升 高 ， 迫 使 节 理 张 开 ， 同 时 通 过 加 入支 撑 剂 ， 迫 使 裂 缝 转 向 ， 同 时 支 撑 剂 起 到 桥 接 作 用 。 3.页岩水平井压裂技术4） 支 撑 剂 ：l类 型 ： 不 同 阶 段 使 用 不 同 的 支 撑 剂 ， 开 始 使 用 一 种 100目石 英 砂 砂 ， 然 后 是 一 种 40/70目 石 英 砂 ， 最 后 是 一 种 40/70树 佛 涂 敷 砂 支 撑 剂 ；l支 撑 剂 在 页 岩 气 压 裂 中 主 要 起

19、 转 向 、 支 撑 网 状 裂 缝 ， 不 追求 裂 缝 导 流 能 力 ， 页 岩 气 压 裂 通 常 采 用 40-70目 石 英 砂 （ 价格 便 宜 、 满 足 要 求 ） 。 3.页岩水平井压裂技术5） 施 工 参 数 ：n 压 裂 参 数 设 计 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 :120 Kg/m3， 后 期 尾 追 240Kg/m3； 5、 低 砂 量 ： 每 级 砂 量 80-150t； 6、 盐 酸 预 处 理 ： 1-2段 15%KCl，

20、每 段 5-8m 3； 7、 充 分 冲 洗 ： 每 阶 段 冲 洗 体 积 为 井 筒 体 积 的 1.5倍 。 3.页岩水平井压裂技术6） 现 场 实 施 技 术 4.页岩水平井压裂技术发展趋势及评价1） 水 平 段 套 管 ： 一 般 采 用 5 1/2” 套 管 ；2） 水 平 段 分 隔 ： 以 可 钻 桥 塞 和 滑 套 +封 隔 器 两 种 分 段 方 式 为 主 ；3) 水 平 井 分 段 数 在 增 加 ， 但 每 段 的 射 孔 数 目 在 下 降 ；4) 井 距 呈 下 降 趋 势 ， 段 距 呈 下 降 趋 势 ；排 量 每 段 长 度 5、页岩气水平井产量统计906万

21、 方 /年 ， 平 均 2.5万 方 /天 不 同 井 的 产 量 差 别 很 大 ！采 收 率 ： 8-20% 6、在页岩气藏压裂方面的井例：Marcellous ShaleWELL / LOCATION: West Virginia FORMATION: Marcellous Shale Horizontal 1 of 12 stages 压 后 日 产 气 量 ： 10万 立 方 米 左 右 。单段注入量： 一 、 页 岩 气 藏 特 点二 、 页 岩 气 资 源 分 布三 、 页 岩 气 开 发 技 术四 、 安 东 页 岩 气 服 务 能 力 l钻井技术服务： 页岩定向钻井技术服务：

22、MWD、LWD、RRS定向钻井、侧钻水平井等；l完井技术服务： 固井工具及工艺等服务；l页岩气藏压裂投产技术服务：设计、评价、工具、液体、支撑剂、连续油管设备服务安东工程技术总承包服务： 与多家技术服务公司建立了合作关系，根据国内页岩气开采技术的需求，可以引进先进的技术，并能与公司现有的技术进行有效整合，形成整体承包服务能力。 通 过 引 进 、 消 化 ， 结 合 国 内 实 际 ， 形 成 了 一 套 针 对 页 岩 气 藏压 裂 投 产 技 术 。 安 东 的 合 作 伙 伴 （ 亚 太 地 区 唯 一 ） ELY公 司 是 一 家 专 业 从 事 页 岩 气 藏压 裂 改 造 的 服

23、务 公 司 ， 在 页 岩 气 藏 清 水 压 裂 改 造 方 面 具 有 丰 富 的 经 验 。n ELY主 要 从 事 完 井 、 增 产 作 业 、 油 藏 等 领 域 的 整 体 设 计 、 现 场 施 工 作 业 及现 场 监 督 。n在 页 岩 气 压 裂 方 面 ， ELY也 具 有 20多 年 的 研 究 经 历 以 及 超 过 1000口 页 岩 气井 的 现 场 压 裂 经 验 。n在 页 岩 气 压 裂 服 务 的 公 司 包 括 Chevron USA Production 、 Shell Oil Company、 Shell Western E&P, Inc、 Mit

24、chell Energy等 等 。 ELY页 岩 气 压 裂 设 计 理 念 体 积 压 裂 ， 形 成 网 状 裂 缝低 成 本 压 裂页 岩 气 压 裂 设 计 理 念 主 要 技 术 ： 清 水 压 裂 。 也 就 是 清 水 压 裂 液 技 术 。主 体 配 方 ： 清 水 +降 阻 剂 +杀 菌 剂u 页 岩 气 藏 清 水 压 裂 液 投 产 的 设 计 原 则 ： 2009底安东石油成立页岩气开发技术服务项目部，专项负责页岩气开采技术应用； 2010年 3月和5月多次组织专家到美国和加拿大主要页岩气服务公司考察和技术交流；对应用油田进行集中技术交流：2010年5月上旬邀请ELY总

25、裁来华，在石油大学分别对中石油和中石化有关页岩气开采试验的单位领导和专家进行页岩气开采技术的交流； 主 要 业 绩 ：p 与 ELY合 作 ， 协 助 中 石 油 完 成 2口 井 页 岩 评 价 直 井 的 方 案 设 计 和 现 场 施 工， 取 得 了 较 好 的 效 果 。p 与 ELY合 作 ， 中 标 中 石 油 2口 页 岩 气 水 平 井 的 完 井 压 裂 施 工 方 案 设 计 及 现场 技 术 服 务 。p 中 国 第 1口 页 岩 气 水 平 井 分 段 压 裂 方 案 由 安 东 、 ELY、 贝 壳 休 斯 合 作 完 成， 通 过 中 石 油 股 份 公 司 审 核 ， 即 将 开 展 现 场 施 工 。 在 套 管 内 12实 施 分 段 压 裂 ， 形 成 体 积 较 大 的 复 杂 网 状 裂 缝 ， 尽 可 能 提高 压 后 产 量 。（ 1） 技 术 思 路 （ 2)分 段 工 艺 ： 70-150 （ 3） 压 裂 工 艺 ：