页岩气藏压裂改造技术现状与发展趋势6

5432 5555 5360 5437 5264 5118 5241 5350 5400
2.1
2.3
2.8
3.2
3.4
3.8
3.9
7.5
9.3
页岩气在整个天然气产量中所占比重也在逐年提高。非常 规气藏尤其是页岩气藏在天然气生产中越来越发挥出它重要 的作用。
2、国外页岩气藏开发现状
美国Barnett页岩气藏开发历史
页岩气在全球分布广泛，资源量约456万 ×108m3，相当于煤层气和致密砂岩气的总和。 大部分产气页岩分布范围广、厚度大，使得页 岩气田开发寿命一般可达30～50年，甚至更长。 页岩气开采难度较大，美国和加拿大是仅有的 两个实现页岩气商业开采的国家。
2009年全球页岩气产量超过800亿立方米。
压裂液 类型
— 滑溜水 — 滑溜水
支撑剂 尺寸
— 30/50 — 30/50
支撑剂 类型
— Sand — Sand
是否 压裂
否 是 否 是
E
F G
18
22 45
85
40 350
6350
6040 5600
是
是 否
0
0 0.038
—
— 滑溜水
—
— 30/50
—
— Sand
否
否 是
根据对测井曲线的岩石力学特性分析，在压裂设计中确定压裂层位，压裂液 类型，支撑剂类型及支撑及尺寸等参数。
（1）岩石力学特性的应用
•压裂液的选择
随着页岩脆性的增加，裂缝形态变得更加复杂，在高脆性 页岩气层中，支撑剂会像楔子那样形成高导流能力的网状裂缝， 而随着地层塑性的增加，形成的裂缝形状则类似于传统的两翼 裂缝。
3、页岩气藏压裂设计研究
（ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ）岩石力学特性的应用
塑性页岩（低弹性模量、高泊松 比）压裂裂缝形状
3、页岩气藏压裂设计研究
（2）岩石组成与化学特性的应用
压裂设计需要对岩心进行相关岩石化学方面实验
测试，这一步的主要目的是取得页岩储层矿物组成、
酸溶解度、页岩气藏流体敏感性、总有机碳及油母岩
类型。如果储层对压裂流体敏感性较强，则需要更进 一步测试，以减少流体与地层的不配伍性而造成的伤 害。
3、页岩气藏压裂设计研究
（2）岩石组成与化学特性分析的应用
Barrnet两口井酸溶解度、毛管吸附时间测试
3、页岩气藏压裂设计研究
（2）岩石组成与化学特性分析的应用
Barrnet页岩毛管吸附时间（CST）解释结果
CST(di)/CST(kcl) ＜1 1-1.5 ＞1 储层水敏性 无 中等 强 措施 无 加入kcl 借助其它实验确定kcl 用量
美国页岩气开发现状
600
页岩气产量（亿立方米）
页岩气产 量大幅度 上升
500 400 300 200 100 0 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08
美国页岩气历年产量
1、页岩气藏特点
油母岩是一切油气生成的源头，在年代和地热 作用下同时具有油母岩、Butimen、Pyrrobutimen就 可以生成页岩气。油母岩、有机碳和吸附气都具 有密切的关系
1、页岩气藏特点
与普通页岩相比，含气页岩具有自然伽马强度高、电阻率大、地层 体积密度和光电效应低等特征
2、国外页岩气藏开发现状
•支撑剂的选择 基于裂缝闭合应 力的支撑剂的选 择
3、页岩气藏压裂设计研究
（1）岩石力学特性的应用
•清水压裂支撑剂输送方式
清水压裂支撑剂的输送并非仅与悬浮时间有关，当早期进入的支撑剂在裂缝底部 沉积后会形成一个砂层面，后期进入裂缝的砂子会沿着这个层面向前输送，因此， 即使粒度、密度较大的砂子也可以在裂缝中传递到较远距离。
实际可能形成压裂裂缝形状
3、页岩气藏压裂设计研究
压裂的复杂性
网状裂缝 网状裂缝
3、页岩气藏压裂设计研究
压裂设计需要考虑的页岩储层特性
岩石力学相关因素
岩石脆性
闭合应力 支撑剂用量与尺寸 裂缝起裂点 裂缝遮挡层
关联性
压裂液的选择
支撑剂的选择 避免砂堵 避免砂堵 压裂液、支撑剂用量
确定的方法
岩石力学模型
2007
2008 2009
7000
9000 13000
钻探1500口井水平井
完成5000口水平井完井，环境保护，水循环利用，重复压裂测试 保产量，低成本运作，提高效率
2、国外页岩气藏开发现状
加拿大页岩气藏开发
早期采用直井开发，产量9-18桶/天 目前大多采用水平井开发，产量400-600桶/天
（1）岩石力学特性的应用
•杨氏模量，泊松比，抗压、抗张强度，闭合应力、脆度
3、页岩气藏压裂设计研究
（1）岩石力学特性的应用
•压裂液的选择
基于页岩岩石力学特性的压裂液的选择：随着页岩脆性的增加及渗透率的 降低，压裂液粘度及砂比逐渐降低，而排量逐渐增大，从而形成适合页岩 储层特性压裂裂缝形状
3、页岩气藏压裂设计研究
3、页岩气藏压裂设计研究
酸溶解度和毛管吸收时间及X光衍射方法的联合应用，对 于Barnett页岩压裂改造提供了很好的指导作用。 对于石英-粘土类岩性地层，这种地层无酸敏、中等水敏， 使用酸液降破压而不会造成储层损害。虽然CST测试表明中 等水敏，但这种作用可以被储层高脆性而形成的网状裂缝 克服。对这种特性的储层一般应用较大规模的清水压裂， 并可以加入小量低浓度支撑剂。对这种储层，还可以应用 弱酸加表面活性剂的压裂液处理，而不会造成储层伤害。 第二类岩性地层显示了一个高的酸溶解度，在高碳酸盐 含量地层，可以使用酸化压裂工艺，但在碳酸盐含量较低 地层酸化，在近井筒附近产生的颗粒可能会堵塞孔眼，污 染地层。
3、页岩气藏压裂设计研究 （2）岩石组成与化学特性分析的应用
即使在Barnett页岩气藏其 矿物组成也是不一样的，图中 显示了四种岩性地层： 石英、粘土无碳酸盐类型-井2 碳酸盐为主含少量石英和粘土井3 石英为主含少量碳酸盐和粘土井4 石英、粘土为主含量变化的碳 酸盐-井5 Barrnet四口井三元矿物组成图
B arnett页岩100万gal清水压裂
产生的压裂体积（SRV）： 裂缝半长Xf=1750ft 区域宽度Fw=785ft 压裂高度h=400ft The SRV=64100万ft3
Xf=44（bbl）1/3 压裂面积=Xf（FW）(π)/2
FW= Xf/2
压裂体积=4/3 （FW/2）h/2(Xf)
3、页岩气藏压裂设计研究
（1）岩石力学特性的应用
通过测井曲线分析的页岩矿物组成，页岩脆性，闭合应力，上下隔 层，泊松比，杨氏模量等岩石力学参数，将Barrnet某页岩气井分为 A-G层，为压裂设计提供参考。
3、页岩气藏压裂设计研究
（1）岩石力学特性的应用
层位 A B C D 脆度 % 15.3 56 18 59 厚度ft 400 82 103 91 闭合应力psi 6134 4650 6261 5150 是否遮挡 层 是 否 是 否 裂缝宽度 in At 100bbl/min 0 0.038 0 0.038 Recommendation
3、页岩气藏压裂设计研究
（3）“体积压裂 “（SRV）的应用
“压裂体积“（SRV）与产量及压力分布关系（Barnett）
SRV与水平井产量的关系
1年、15年后SRV裂缝网络模拟压力分布
2、国外页岩气藏开发现状
美国页岩气开发现状
美国2000-2008年天然气与页岩气产量对比表
年份 页岩气产量（108m3） 天然气产量（108m3） 页岩气产量/天然气产量 （%）
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 112 126 149 174 186 196 204 400 500
2、国外页岩气藏开发现状
页岩气藏开发关键储层8要素（据斯伦贝谢、shelton harding、 ）
页岩气开发与地质选区技术较为特殊、复杂，需考虑有机质含量、 演化程度、埋藏深度、单层厚度、硅质含量和储层物性等参数指标,这 些指标大部分需要从实验中得到，其核心是储层分析和含气性分析。
2、国外页岩气藏开发现状
完成情况
完成 完成
年 份 2010
3
4
国内页岩气藏改造技术现状 页岩气藏压裂改造发展趋势研 究
各项内容完善提高、总结
完成
完成
提出符合中国页岩气藏特点的压裂改造 配套技术，并分析其可行性。
达到各项技术指标及资料归档质量、数 量要求。
5
完成
汇报内容
一、国外页岩气藏压裂改造关键技术进展
页岩气藏特点 页岩气藏开发现状
2、国外页岩气藏开发现状
美国页岩气盆地分布图
2、国外页岩气藏开发现状
Barnett与 Marcellus页岩气产量分别是美国第二大和第十三大气源 美国页岩气预计储量为2000万亿立方尺（56.6万亿立方米） 新钻的页岩气井产量为25百万方英尺（7.08×104m3/day）
2、国外页岩气藏开发现状
年份
1970 1981 1984 1985 1988 1991 1995 1998 1999 2001 2002 2003 2004 2005 2006
累积井数
5 6 17 49 62 76 200 300 450 750 1700 2600 3500 4500 5500
说明
钻探5口井 二氧化碳泡沫压裂 XL 凝胶，3ppg砂比，氮气助排 XL 凝胶，第一口为1500英寸裂缝半长，1mm粒径砂 Denton 公司开发 钻探第一口水平测试井 2 口水平井，降低了水平井压裂液中凝胶含量 第一次应用清水压裂，500000gal液体，200000磅砂 上部页岩重复压裂，并第一次应用测斜仪裂缝检测技术 增加压裂体积1-2MMgal，支撑剂用量500000磅，首次应用微地震检测 200 口井重复压裂 85口水平井，117口大斜度定向井，719口直井 钻探150口水平井，2-4级水平井压裂 新钻600口井水平井，新技术的应用加快了钻井周期 钻探1000口井水平井，探索多级清水压裂所需大量水的循环利用
页岩气藏压裂设计研究
页岩气藏开发完井方式 页岩气藏压裂施工工艺
1、页岩气藏特点
页岩气是以吸附和游离 状态于泥岩和页岩地层 中的天然气聚集体，成 份以甲烷为主。
页岩气是从页岩油母中 产生，页岩的典型渗透 率为0.01-0.000001md， 须压裂改造才能投产 总的产能和潜在有机碳 含量直接相关
脆性页岩（高弹性模量、低泊松 比）压裂裂缝形状
塑性较强的页岩层一般具有低“可压裂能力”（fracability），而脆性页岩 则具有较强的“可压裂能力”，进而较易形成页岩气藏开发需要的网状裂缝， 显著增加“压裂体积”（Stimulated resevoir volume）
3、页岩气藏压裂设计研究
（1）岩石力学特性的应用
2、国外页岩气藏开发现状
美国在Barrnet页岩开发的成 功掀起了全球开发页岩气藏序 幕。其主要储层改造技术为水 力压裂（清水压裂技术）、水 平井开采＋多段压裂技术等， 这些先进的方法不断提高着页
岩气井的产量，但总体而言，
全球页岩气开发处于初始探索 阶段。
3、页岩气藏压裂设计研究
压裂的复杂性
理论上直井、水平井压裂裂缝形状
岩石力学模型 岩石力学模型 岩石力学模型 岩石力学模型
岩石化学相关因素
岩石矿物组成 水敏 能否酸化 支撑剂返排 表面活性剂的使用
关联性
压裂液的选择 水基压裂液盐度 酸蚀程度 气体产量 裂缝导流能力
确定的方法
X光衍射(XRD） 毛管吸收时间测试（CST） 酸溶解度测试（AST） 现场测试 流动测试
3、页岩气藏压裂设计研究
3、页岩气藏压裂设计研究
每一种页岩气藏都有自身的特点，它们并非都是Barnett页岩的“克 隆”，在实际储层改造过程中，应该充分考虑到每一种页岩气藏的岩石 物理与化学特性，从而做到有针对性的压裂施工。
3、页岩气藏压裂设计研究
（3）“体积压裂 “（SRV）的应用
页岩储层极低的渗透率决定了其一般采取缝网压裂技术，这就涉及到“压裂体 积”的概念，它可定义为裂缝网所能沟通区域的整体储层体积。
页岩气藏改造技术现状 及发展趋势研究
汇报人：
（2011年1月）
项目内容
一、国外页岩气藏压裂改造关键技术进展
二、国内页岩气藏开采技术现状分析
三、页岩气藏压裂改造技术发展趋势研究
计划进度与目标
序 号
1 2
工 作 内 容
收集资料、查文献、准备开题 国外页岩气藏改造技术现状
试验规模及应达到的指标
了解国内外技术动态,收集技术资料 全面了解国外页岩气藏压裂技术发展历 程，分析开发技术适用性 整体了解我国页岩气藏开采及压裂技术 现状