頁巖氣開發(fā)開采技術(shù)

頁巖氣開發(fā)開采技術(shù)2011年5月18日目錄一、頁巖氣藏特點二、頁巖氣資源分布三、頁巖氣開發(fā)技術(shù)四、安東頁巖氣服務(wù)能力1.頁巖氣生成生物成因：一般埋藏淺、地層溫度低、有機質(zhì)成熟度低（Ro<1%），有機碳含量（TOC)可以高達20%，有時伴隨原生地層水，如美國的Antrim（Ro=0.5～0.75%）andNewAlbany兩個氣田；熱解成因：一般埋藏較深、地層溫度較高、有機質(zhì)成熟度高（Ro=1～1.8%），TOC=2.5～4.5%，美國大多數(shù)頁巖氣田都屬于熱解成因。2.頁巖氣儲層巖性：暗色泥頁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，頁巖氣主要以吸附狀態(tài)存在巖石顆粒表面或有機質(zhì)表面。3.頁巖氣蓋層自生自儲：頁巖由于自身致密性，既是常規(guī)氣藏的蓋層，也是頁巖氣自身的蓋層；上覆蓋層：上覆致密砂巖也是頁巖氣良好的蓋層。4.頁巖氣圈閉構(gòu)造平緩，圈閉受后期構(gòu)造的影響很小；屬于隱蔽性巖性圈閉。5.頁巖氣藏評價一般屬于常壓或異常高壓地層；含鈣質(zhì)頁巖啟裂梯度小于0.75Psi/ft(1.7MPa/100m)，如Barnett頁巖;缺鈣頁巖地層裂梯度大于0.8Psi/ft(1.8MPa/100m)，能夠引起數(shù)倍的彎曲度;微裂縫發(fā)育是頁巖氣田高產(chǎn)的前提，鈣質(zhì)充填裂縫的富硅質(zhì)頁巖是最好的頁巖氣儲層；富含粘土、缺乏互層狀硅質(zhì)和缺鈣低鈣質(zhì)頁巖壓裂風(fēng)險很大。頁巖上下隔層出現(xiàn)含水層，人工誘導(dǎo)裂縫的長度受到限制；有機碳含量不高的頁巖可以被大厚度、高成熟度和天然裂縫發(fā)育等參數(shù)彌補。頁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450米）；富含有機物（總有機碳為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(30-50年)(Barnett頁巖開采壽命可達80～100年)頁巖氣盆地BarnettFayettevilleHaynesvilleWoodfordAntrimNewAlbanyLewisMontney四川盆地威遠龍馬溪（海相）南襄盆地泌陽凹陷核桃園組（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、頁巖氣藏特點二、頁巖氣資源分布三、頁巖氣開發(fā)技術(shù)四、安東頁巖氣服務(wù)能力員工關(guān)系管理1.全球頁巖氣資源分布全球頁巖氣資源量為456.24×1012m3。主要分布在北美、中亞和中國、拉美、中東和北非、前蘇聯(lián)。2.中國頁巖氣儲量

我國主要盆地和地區(qū)的頁巖氣儲量約15～30萬億立方米，中值23.5萬億立方米，與美國的28.3萬億立方米相當(dāng)。而且，我國古生界頁巖氣資源量大約是中生界頁巖氣資源量的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)系管理中國南方從震旦紀到中三疊，發(fā)育了面積達200×104km2的海相地層，并且最大厚度超過了10km,中—古生界海相地層分布面積達90×104km2.。四川盆地威遠地區(qū)的九老洞頁巖和瀘州地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪頁巖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。泥頁巖累計厚度在50～2000m之間，平均有機碳含量為1.0%～2.0%，局部平均值可達4.0%以上，對應(yīng)有機質(zhì)成熟度變化較大。在西北部地區(qū),頁巖氣的分布更多地受現(xiàn)今盆地特點的約束,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巖相對有利,有機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—古生界泥頁巖地層厚度大，有機質(zhì)含量高，有機質(zhì)熱演化程度適中，也是頁巖氣發(fā)育的有前景地區(qū)。3.中國頁巖氣資源分布頁巖氣資源分布縱向上時間跨度大從寒武紀一直到第三紀中新世都有頁巖沉積資源量跟美國相當(dāng)15～30萬億立方米，中值26萬億立方米（美國28萬億立方米）古生界頁巖氣豐富古生界頁巖氣資源量大約是中生界頁巖氣資源量的2倍南方海相沉積有利南方海相沉積了4套區(qū)域性黑色頁巖和8套地區(qū)性黑色頁巖，集中在寒武系和志留系目錄一、頁巖氣藏特點二、頁巖氣資源分布三、頁巖氣開發(fā)技術(shù)四、安東頁巖氣服務(wù)能力致密性和天然氣的特性要求頁巖氣開采最大程度地暴露頁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.頁巖地層水平井鉆井技術(shù)采用底部滑動井架鉆叢式井組，每井組3～8口單支水平井，節(jié)約搬家時間和費用，同時利于壓裂大規(guī)模用水的組織。叢式鉆井技術(shù)1.頁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，保護頁巖水平段地層和潤滑鉆具。在完鉆通井時要充分循環(huán)泥漿,循環(huán)排量不低于鉆進時的最大排量,循環(huán)時間不低于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、2～5ft射孔長度/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，第一級使用壓差打開或瓣閥打開，其他封隔器使用投球或瓣閥打開，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)點就是快速，節(jié)省時間成本，缺點是封隔器和滑套有失效或者打不開的風(fēng)險，一旦滑套打不開，必須射孔解決；3.頁巖水平井壓裂技術(shù)3.頁巖水平井壓裂技術(shù)可鉆橋塞分隔方式，適用于套管射孔分隔，效果最有把握，但施工時間較長，其中橋塞有兩種，一種是金屬可鉆橋塞，不能鉆碎，可以撈取，但費時間；另一種是非金屬復(fù)合材料或軟金屬，可鉆成粉末，隨壓裂液返排地面，國外已經(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：電動或者水力，水力安裝優(yōu)點是快速，電動安裝的優(yōu)點比較精確；壓裂措施結(jié)束可用連續(xù)油管帶鉆機進行鉆塞。3.頁巖水平井壓裂技術(shù)2）分隔技術(shù)評價：北美頁巖氣田開發(fā)時間比較早，應(yīng)用的技術(shù)多種多樣；應(yīng)用最廣泛的頁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，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。

國外頁巖氣壓裂已經(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，更容易進去滲透率極低的頁巖節(jié)理，從而凈壓力升高，迫使節(jié)理張開，同時通過加入支撐劑，迫使裂縫轉(zhuǎn)向，同時支撐劑起到橋接作用。3.頁巖水平井壓裂技術(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樹佛涂敷砂支撐劑；支撐劑在頁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，頁巖氣壓裂通常采用40-70目石英砂（價格便宜、滿足要求）。

3.頁巖水平井壓裂技術(shù)5）施工參數(shù)：壓裂參數(shù)設(shè)計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.頁巖水平井壓裂技術(shù)6）現(xiàn)場實施技術(shù)4.頁巖水平井壓裂技術(shù)發(fā)展趨勢及評價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，段距呈下降趨勢；排量每段長度5、頁巖氣水平井產(chǎn)量統(tǒng)計906萬方/年，平均2.5萬方/天不同井的產(chǎn)量差別很大！采收率：8-20%6、在頁巖氣藏壓裂方面的井例：32MarcellousShaleWELL/LOCATION:WestVirginiaFORMATION:MarcellousShaleHorizontal1of12stages

壓后日產(chǎn)氣量：10萬立方米左右。單段注入量：目錄一、頁巖氣藏特點二、頁巖氣資源分布三、頁巖氣開發(fā)技術(shù)四、安東頁巖氣服務(wù)能力鉆井技術(shù)服務(wù)：

頁巖定向鉆井技術(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)；頁巖氣藏壓裂投產(chǎn)技術(shù)服務(wù)：設(shè)計、評價、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)國內(nèi)頁巖氣開采技術(shù)的需求，可以引進先進的技術(shù)，并能與公司現(xiàn)有的技術(shù)進行有效整合，形成整體承包服務(wù)能力。通過引進、消化，結(jié)合國內(nèi)實際，形成了一套針對頁巖氣藏壓裂投產(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)從事頁巖氣藏壓裂改造的服務(wù)公司，在頁巖氣藏清水壓裂改造方面具有豐富的經(jīng)驗。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、現(xiàn)場施工作業(yè)及現(xiàn)場監(jiān)督。在頁巖氣壓裂方面，ELY也具有20多年的研究經(jīng)歷以及超過1000口頁巖氣井的現(xiàn)場壓裂經(jīng)驗。在頁巖氣壓裂服務(wù)的公司包括ChevronUSAProduction、ShellOilCompany、ShellWesternE&P,Inc、MitchellEnergy等等。ELY頁巖氣壓裂設(shè)計理念體積壓裂，形成網(wǎng)狀裂縫低成本壓裂頁巖氣壓裂設(shè)計理念主要技術(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、