页岩气压裂改造发展历程

0.0007 0.0006 0.0005 0.0004 0.0003 0.0002 0.0001 0.0000 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 Total Porosity (% BV)
Matrix Permeability, md
1E-03 1E-04 1E-05 1E-06 1E-07 1E-08 1E-09 1E-10 1E-11 1E-12 1E-13 1E-14 0 5 10 15 20 25
（据Hill和Nelson2000年资料修改）
一、页岩气压裂改造发展历程
6.气体附存状态多样
吸附态：吸干酪根、粘土矿物内表面
溶解态：溶解在有机质内和地层水内
游离态：以游离态存在于裂隙内
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
美国各页岩气赋存状 态统计
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
溶解气含量 溶解气含量 游离气含量 游离气含量 吸附气含量 吸附气含量
阿
阿安 巴A 拉nt 契ri 亚m 斯 O页 Ne hi 岩 密 o页 w执 岩 Al 安 b A 利 annt 特诺 ri m页 沃斯N y页 岩岩 斯 ew B A 富 ar lba 特 ne ny 沃 t 页 t 圣 斯B 页 岩 a 胡 rn 岩 安 ett 页 圣 Le 岩 胡w 安is Le页 wi岩 s页 岩
，产量可达到6.37×104m3/d； • 2005年，试验两井同时压裂技术。 （4）目前：水平井分段压裂和同步压裂（顺序压裂） • • 水平段长1000-1500m,分段8-15段，每段液量1000-1500m3，支撑剂100-200吨 同步压裂（顺序压裂）产量比单独压裂提高20-55%。
一、页岩气压裂改造发展历程
（二）页岩气储层基本特征 2.页岩气岩性: ◇石英:29-38%；◇粘土:30-39%；◇其它:25-30%
Barnett地层矿物分析结果
矿物 方解石 白云石/铁白云石 平均含量 （ %） 16.1 5.6 样品数量 35 35 最低含量 （% ） 0 0 最高含量 （ %） 73 41
（20/40目，≥6m3/min排量）； 1.94×104m3/d；
（2）第2阶段：1997年后，大规模滑溜水压裂
1997年，第一次水压裂（用水6000m3以上，支撑剂100m3以上，成本降低25%） 1998年，大规模采用水压裂和重复压裂，平均每次施工压裂液用量4540m3，为冻胶大
型压裂的2倍，支撑剂量为63.5t，为大型冻胶压裂的10%。滑溜水压裂比大型冻胶压裂效
Crushed Sample (20/35 Mesh) Effective Permeability
Fayetteville Shale Permeability vs. Porosity for Three Fields Exhibit E-3
0.0009 0.0008
Permeability (mD)
35
35
0
7
14
48
0
石英
碳酸 盐岩
黄铁矿
其他
I/S
I/M
C/M
高岭石
绿泥石
干酪根
一、页岩气压裂改造发展历程
3.页岩气储层物性
BASIC ROCK PROPERTIES (GRI Method)
1E-01 1E-02
1156 Samples Barnett Formation, 204 Samples
果好,产量一般增加25%，达到3.54×104m3/d。
一、页岩气压裂改造发展历程
（3）第3阶段：2002年以来，水平井分压技术开始试验 • 2002年，许多公司尝试水平井压裂（水平段长450-1500m），水平井产量一般是垂
直井的3倍多； • 2004年，水平井分段改造和水压裂快速普及，水平井多段水压裂能获得更好的效果
Woodford
40 Fayetteville New Albany
30
20
10
0
石英
碳酸 盐岩
黄铁矿
其他
I/S
I/M
C/M
高岭石
绿泥石
干酪根
一、页岩气压裂改造Байду номын сангаас展历程
8.单井产量低，生产周期长
所有井都需实施压裂改造
40%的井初期裸眼测试无天然气流 55%的井初始无阻流量没有工业价值 5%的井初期具有工业气流 直井改造后，平均日产量8063方 水平井改造后，日产量超过10万方 热成因型产量是其他类型的2～10倍
21-37
0.3-24 0.4-0.6 9 4 70 1.1-2.8 1132-14150
15-30
1-25 0.4-1.0 10-14 5 40-60 1.1-2.3 283-1415
61-91
0.45-3.5 1.6-1.88 3-5.5 1-3.5 60-85 0.4-1.3 2830-5660
气藏深度，m
1950-2550
闭合压力梯度，MPa/m
压力梯度，MPa/100m 杨氏模量,MPa
0.0167
1.12 34000-44000
泊松比
0.2-0.3
一、页岩气压裂改造发展历程
4.裂缝完全发育
Barnett页岩薄片（7668ft)
裂缝——有效储层关键要素
Woodford页岩岩芯断面裂缝网络
40 60 Barnett-Delaware 50 Barnett-Fort Worth Caney Woodford Fayetteville New Albany
菱铁矿
石英 长石 黄铁矿
0.3
34.3 6.6 9.7
35
35 35 35
0
8 3 1
1
30
58 12 46
20
10
磷酸盐
粘土
3.3
24.2
（7087.0 ft处）
页岩在裂缝网络系统不发育情况下，很难成为有效储层
一、页岩气压裂改造发展历程
5.有机质丰度高，厚度大
参数 深度（m）
Barnett
密西西比系 1950-2550
Ohio
泥盆系 600-1500
Antrim
泥盆系 180-720
New Albany
泥盆系 180-1470
Lewis
拉
契
亚
巴
密
执
Oh io 页
圣胡安 阿巴拉契亚 密执安 伊利诺斯 富特沃斯 Ohio页岩 Antrim页岩New Albany页岩 Barnett页岩 Lewis页岩
岩
一、页岩气压裂改造发展历程
7.水敏性不强，适合大型滑溜水压裂
60 Barnett-Delaware 50 Barnett-Fort Worth Caney
一、页岩气压裂改造发展历程
快速发展的主要动因 • 三个因素：资源、需求、 技术（服务） • 丰富的资源是基础 • 市场需求是动力
• 新技术、新工艺是保障
一、页岩气压裂改造发展历程
（二）页岩气储层基本特征
1.埋藏深度：美国页岩气开采深度普遍小于 3000m
1000m 2000m 3000m
5700m
单井水产量(m3/d)
0
0
0.55-1.09
0.8-79.5
0.66-1.64
0.8-79.5
0.77-1.09
0
0.87-5.47
储量丰度（108m3/km2） 3.28-4.37
TOC一般大于 ，Ro 为0.4%～1.9% ，干酪根Ⅰ～Ⅱ型为主 所属盆地 Fort 2% Worth Appalachian Michigan Illinois San Juan
Fayetteville
G
G
S
All Wells Delaware (Ward Co) Delaware (Other Counties) Fort Worth Basin
30
35
40
45
Total (Interconnected) Porosity, percent
孔隙度4.22%～6.51% ，基质渗透率10-3 md以下 Barnett页岩裂隙渗透率7-10md。 储层参数在纵向上和横向上变化范围很大，非均 质性强。
生产周期长
年递减率小于5%，一般为2%～3% 一般的页岩气田开采寿命可达30～50年 据USGS，Barnett页岩气田开采寿命可达
80～100年
一、页岩气压裂改造发展历程
（三）页岩气压裂改造历程
（1）第1阶段：1997年之前，大规模水力压裂技术 • • • • • • • 1981年，Mitchell Energy 公司进行第一口氮气泡沫压裂； 1985年，22口直井进行常规压裂； 1986年，开始以氮气助排的大型压裂技术(MHF)（1900m3瓜胶压裂液，44-680t 支撑剂 1990年，所有Barnett 页岩气井都采用大型压裂技术，典型井产量1.55～ 1992年，第一口水平井压裂。
白垩系 900-1800
有效厚度（m）
TOC（%） Ro（%） 总孔隙度（％） 含气孔隙度（％） 吸附气（%） 含气量（m3/t岩石） 单井产气量(m3/d)
15-61
4.5 1.0-1.9 4-5 2.5 20 8.5-9.9 2830-28300
9-30
0-4.7 0.4-1.3 4.7 2.0 50 1.7-2.8 849-14150