页岩气压裂(哈里伯顿)
水力压裂法
或许所有的美国人都在受益于“水力压裂法”，尽管半数以上的人可能没有听说过这个名词。
在今时今日，美国各级政府、企业对页岩油产业的发展寄予了厚望。
美国页岩油资源极其丰富，在科罗拉多州、犹他州和怀俄明州，被锁在页岩之中的油存量达上万亿桶以上，而正是凭借“水力压裂法”，以前根本不可能企及的大量页岩油正在被开采。
这种技术方法，在测量时首先取一段基岩裸露的钻孔，用封隔器将上下两端密封起来；然后注入液体，加压直到孔壁破裂，随之记录压力随时间的变化，并用印模器或井下电视观测破裂方位。
根据记录的破裂压力、关泵压力和破裂方位，利用相应的公式算出原地应力的大小和方向。
该方法于20世纪50年代就被科学家在理论上进行论证，60年代加以完善，在分析了压裂液渗入的影响后，开始作出大量野外和室内实验工作。
由于水力压裂法操作简便，且无须水力压裂法知道岩石的弹性参量，而得到广泛应用。
由于页岩油在美国的战略资源地位和自身需求，美国已进行很多水力压裂法地应力测量，德国、日本和中国现在也已相继开展此项工作。
资料显示，目前利用此法已能在5000米深处进行测量。
[1]页岩气开发过程中所采用的水力压裂法要加入化学物质，在每次压裂完成后，要对水进行获取和重新利用。
水力压裂法向来存在争议，但是这种页岩气开采技术在争议中却得到迅速发展。
当越来越多水体污染案例同水力压裂法相关联时，美国众议院能源和商业委员会出手了。
2010年7月19日，能源和商业委员会主席亨利·韦克斯曼联手该机构下属的能源和环境小组组长爱德华·马基联名致信给美国10个主要页岩气开发商，要求它们提交水力压裂法应用全程中涉及到的化学物质细节。
8月6日，限期“交卷”。
这个要求出台的背景是，全球天然气需求旺盛，美国引领页岩气开发技术并努力让页岩气开采遍地开花。
/a4_50_59_01300000955595129844599646376_jpg.html?prd=zhengwenye_ left_neirong_tupian美国宾夕法尼亚州一页岩气开采现场取水处当前，美国页岩气开采的热门地点是纽约州和宾夕法尼亚州，这两个地方也是美国马塞卢斯页岩（Marcellus shale）的集中区域。
你所不知道的水力压裂技术（知识量巨大、烧脑、慎入！）
你所不知道的水力压裂技术（知识量巨大、烧脑、慎入！）页岩气革命不仅提高了美国的能源自给水平，还改变了全球能源供需格局，甚至掀起了全球页岩气开发大潮，而其最大的技术因素，正是用于开采页岩气的水力压裂技术的出现。
△轰轰烈烈的美国页岩气革命随着石油工业的发展，低渗透、超低渗透的非常规油气资源逐渐成为各国油气田的增产主体。
如果将开采常规油气藏比作挤海绵里的水，那么低渗、超低渗透油气藏则像是已经甩干的毛巾，很难再从中挤出水来。
那么石油工程师们又是如何从这些储层中将油气资源“挤”出来的呢？△全球页岩气储量分布答案还是压裂技术！<压裂基础知识 >一、什么是压裂？压裂就是利用水力作用在油气层中形成人工裂缝，提高油气层中流体流动能力的一种储层改造技术。
△油层中的裂隙，可以增加油气渗流通道，大幅提高产量二、压裂的原理利用地面高压泵组，通过井筒向地层注入大排量、高粘液体，在井底憋起高压，当该压力超过地层承受能力时，便会在井底附近的地层形成裂缝。
继续注入携带支撑剂的液体，裂缝逐渐向前延伸，支撑剂起到支撑裂缝作用，形成了具有一定尺寸的高导流能力的填砂裂缝，使油气轻松地通过裂缝流入井中，达到增产增注效果。
△含支撑剂△压裂基本流程三、压裂液与支撑剂1.压裂液压裂液是压裂施工的工作液，是一种具有一定黏度的流体，起到传递能量、形成和延伸裂缝、携带支撑剂的作用。
△压裂液常用的压裂液有：水基、油基、乳化、泡沫、酸基等类型。
其中，应用最广泛的为水基压裂液。
△水基压裂液：由水与天然或合成的聚合物配制而成压裂液包括前置液、携砂液和顶替液三种。
前置液：用于造缝，在温度较高的地层里，还起到降温作用；携砂液：携带支撑剂进入裂缝，将支撑剂填在裂缝内预定位置；顶替液：用来顶替井筒内的携砂液，将携砂液送到预定位置，预防砂卡。
2.支撑剂支撑剂是指能够进入被压开的裂缝并使其不再重新闭合的固体材料。
△支撑剂要求：强度大、颗粒均匀、圆度好、杂质少、来源广、成本低常用的支撑剂有：石英砂、核桃壳、人造陶粒、人造塑料球、人造玻璃球等；其中石英砂和人造陶粒应用最广泛。
国外页岩气水力压裂技术及工具一览
国外页岩气水力压裂技术及工具一览页岩储层具有超低孔低渗特性，钻完井后需要压裂改造后才得到经济产量。
国外油田服务公司最新工具达到了很高水平，水平井裸眼封隔器投球滑套分段压裂技术用高强度低密度球级差达到1/16in，封隔器耐压差达到70MPa，TAM公司自膨胀封隔器最高可达302 °C ；泵送桥塞射孔分段压裂技术所用桥塞可分为：堵塞式、单流阀式和投球式复合桥塞，桥塞耐压差达103.4MPa，耐温232 °C ；哈里伯顿CobraMax H连续油管喷射工具系统，目前最多达到44段。
这些为国内页岩气水力压裂完井方式与压裂工具的选用打下基础。
从应用工具角度看，分段压裂工艺方面主要包括：水平井裸眼封隔器投球滑套分段压裂技术，泵送桥塞分段压裂技术，水力喷射分段压裂技术。
从压裂工具方面分析，目前页岩气压裂技术有可膨胀封隔器/裸眼封隔器+滑套多级压裂，泵送桥塞射孔压裂联作多级压裂，水力喷射压裂等。
在美国的页岩气开发技术中，可膨胀封隔器/裸眼封隔器+滑套多级压裂，泵送桥塞射孔压裂联作多级压裂技术比较成熟，使用比较广泛，可适用于较长的水平段；水力喷射压裂可实现准确定位喷射，无需机械封隔，节省作业时间，非常适合用于裸眼井、筛管井以及套管中井。
1、水平井裸眼封隔器投球滑套多级压裂系统封隔器投球滑套多级压裂技术一般采用可膨胀封隔器或者裸眼封隔器分段封隔。
根据页岩气储层开发的需要，使用封隔器将水平井段分隔成若干段，水力压裂施工时水平段最趾端滑套为压力开启式滑套，其它滑套通过投球打开，从水平段趾端第二级开始逐级投球，进行有针对性的压裂施工。
水平裸眼井多级压裂目前已经是北美页岩气压裂开采主要技术手段，并越来越受到作业者的欢迎。
水平井多级压裂技术关键在于封隔器（压裂封隔器和可膨胀封隔器）和滑套可靠性和安全性能，尤其是管外封压裂管柱的可膨胀封隔器和开启滑套的高强度低密度球材料决定技术的成功与否。
目前国外油田服务公司都有自己成熟的工具，高强度低密度球级差达到1/16in，封隔器耐压差达到70MPa，TAM公司耐高温自膨胀封隔器最高可达30 °C 。
哈里伯顿页岩气开发技术简介
4
5 6 7
0.263
0.263 0.265 0.268
哈萨克斯坦现场应用，7个0.25“喷嘴，一趟管柱10段压裂，油管最大砂比 1080kg/m3, 加砂471t。3-7号喷嘴承担了90%的加砂量，发明人预计此套 喷嘴还可以加砂450-500t。
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5.60 5.85 基管 外径 69 204
滑套
7.875 8.750
封隔器
7.40 8.20 基管 外径 69 204
2.99
69 177
3.83
69 177
4.67
69 177
耐温(℃)
过流能力
(bbl/min)
分段能力
18-88(14m3/min) 7 4.75
18-100 11 5.875-6.30
7
适用于直井、斜井和水平井多级分段压裂、酸化、酸压作业； 现有桥塞适用套管尺寸为：27/8″至 133/8″； 耐温能力：121℃/204℃，耐压能力：35MPa/70MPa； 作业简单、快速、安全，国外现场应用(页岩气)十分普遍， 哈里伯顿已有超过10,000个速钻桥塞在2008口水平井中应用。
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26
CobraFrac在水平井中的应用
最大压裂层段深度：7,480ft(2280.5m)
最大单井分压段数：24 段
当天最多单井压裂作业段数：12段
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B 200 180
C 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
微地震检测：页岩气开发明星技术
但 由于所需仪器价格 昂贵且精度不
高 、监测结果不明显而未能 引起人 们 的足够重视 和推广 。近 １年来 ， ０ 地球物理学的进展 ，特别是数字化
地 震 监 测 技 术 的应 用 ， 为小 范 围 内
开采坑道的破 坏，只有那些能够引 起矿区附近的地区都受到破坏的地 震事件才叫做冲击地压或煤爆、岩 爆 。对地下开采诱发 的地震活动性
术特 点、技术关键、应用方法 、技
术 实用性及其发展方 向，必将对我 国页岩油气藏勘探开发起到重 要的 推进作用。
地震监测研 究。一些技术服务公司
在该领域取得重大进展，在优化开发
微 地震检 测技术及 应用 方法
作为２ １年世 界十大石油科学 ００ 技术进展之一 的微地震检测技 术， 最早于２ 世纪８ 年代提出，９ 年代 Ｏ Ｏ Ｏ
息最 丰富的监测手段 。随着对 微地 震震源机制 、反演及可视化的深入 研 究，微地震技术将不断扩大应用 范围，发展前景将更加广阔。
类 ：第一类是矿井 地震检测系统 ， 用于监测矿震 ，特 点是监测大震级
破裂事件，定位精度５０ ０米左右，主
微地震检测技术 的基本应用方
法是：通过在井 中或地面布置检波
随着我国页岩油气开发技术的不 断突破 ，未来５ Ｏ ～１年必将形成一定 的油气开发规模 。微地震压裂检测 技术作为一项重要的非常规油气藏
勘 探 新 技 术 ，全 面 了解 和 掌握 其 技
用包括储层压裂监测 、油藏动态监 测等，可缩短和 降低储层监测的周
期与 费用 。
数 ，最后通过这些参数对 生产活动
压裂检测技术 ，首次在油气勘探领 域实现商业化应用 。微地震检测技
术在油气藏勘探开发方面的主要应
国外页岩气压裂返排液处理新技术综述
水力压裂 中压裂液耗水量巨大ｆ每 Ｉ＝Ｉ水平井需 ７ ６００ ～１９ ０００ｍ 可 外排 ，又 可 回用 于 配制 压 裂 液 。
清水 ），此外 ，滑溜 水压裂液 中还含有 多种化 学添加 剂 ，包括 防垢 ３．３臭 氧 催化 氧化 技 术
剂 、降阻剂 、杀菌剂 、表 面活性剂和粘土稳定剂等。压裂作业后 ，体
传 统 的 臭 氧 氧 化 技 术 在 应 用 上 有 一 定 的 局 限 性 ，臭 氧对 污 染
积 占 注入 压 裂 液 ６０％ ～８０％的 返 排 液 逐 渐 返 排 至 地 表 ］。返 排 液 物的去除是选择性的 。新型的臭氧催化氧化技术引入催化作用 ， 具有高化学需氧量 （ＣＯＤ）、高悬 浮物（ＴＳＳ）、高矿化度 （ＴＤＳ）、难生 该技术产生的羟基 自由基 （ＯＨ·）具有最高 的氧化 电位（２．８０Ｖ），能
公 司 开发 出 的 返 排 液 处 理 技 术 处 于 全 球 领 先 地 位 ，且 有 多 家公 司 动灵活 、使用方便 等特点 。
开 发 出了 可 移 动 或模 块 化 的处 理 设 备 ，具 有 移 动 灵 活 、占地 面 积
小和处理高效等特点 。
４结 语
３返排 液处 理新 技术
中产生 电化学和 电凝 聚 、点气 浮 的协 同作 用 ，主要去 除返排液 中 参 考 文 献
的 ＴＳＳ和重金属离子 。其工作原理如下 ：首先 电絮凝装置通 电后 ， 【１］付茜 ，彭其勇 ．页岩气 压裂返排 液对环境 的影 响及思考 ｌＪ１．油气
反应器 中作为 阳极 的铝板或铁板经电解后失电子 ，发 生氧化反应 田环 境 保 护 ，２０１５，０３：６０—６３＋７４．
物降解 和成分复杂等特点 。页岩气返排液产生量 巨大 ，如不采取 够没有选择性地氧化有机物 。活性炭 、超 ｌ声波等可 与臭氧组 成臭
页岩气压裂(哈里伯顿)
7400
1.85 76.11
7400
1.79 68.08
7500
2.03 74.28 2.21 81.81
7600
7500
7700
-6 0 0 -5 0 0 -4 0 0 -3 0 0 -2 0 0 -1 0 0 0 100 200 300 400 500
7600
Distance Along Fracture (ft)
页岩气
自生自储且具备传统空隙度储层 页岩气吸附在有机质上 高天然Gamma 射线 (80-140 units) 粘土含量一般低于20-30% 主要是石英和碳酸盐 细砂粒，小空隙，高TOC? 产气机理? 是否满足达西定律? 从油源岩扩散?
如何定义页岩气储层?
煤层气
~100 % 吸附
高 TOC
致密气
~100 % 游离
200 Antrim Shale 160 G a s C o n ten t (s cf/to n ) New Albany Shale Caney Shale 120
80
40
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
TOC (Wt. %)
Core Testing - XRD
Gas Content - TOC
Results Sidetrack was avoided Optimized wellbore placement doubled gas production
Connecting to the reservoir 综合 利用GEMTM 和 ShaleLOG Seamless integration of mineralogy 找到最佳的压裂点 fracture stimulation Optimize hydraulic
H05983-哈利伯顿-页岩气水力压裂技术服务实例
HAL31744
Job plot of a typical CobraMax® service treatment. e increase in treating pressure and proppant concentration at the right end of the plot indicates an induced screenout resulting in high proppant concentration in the near-wellbore area.
HAL31745
HAL19083
e patented CobraMax® H fracturing service includes Hydra-JetSM service through coiled tubing for perforating and uses a proppant pack as the final stage of each fracture treatment. e technique achieves maximum conductivity in the near-wellbore region to overcome flow convergence issues common in horizontal wells.
浅析页岩气压裂返排液处理技术
浅析页岩气压裂返排液处理技术作者：马翔宇来源：《中国科技博览》2017年第16期[摘要]目前，压裂技术已成为页岩气稳产增产的一项核心技术，但在压裂作业过程中所产生的返排液已成为当前油层水体污染主要来源之一，因此，如何妥善解决页岩气压裂返排液已成为当下一项重要的工作。
本文对页岩气压裂返排液的组成进行了分析，阐述了页岩气压裂返排液的危害，综述了国内外页岩气压裂返排液现有的处理方法，为促进油田压裂返排液处理再利用研究提供一定的思路。
[关键词]页岩气；压裂液；返排技术；再利用中图分类号：TE357 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0368-01页岩气一种重要的非常规能源，现今在世界范围内正处于开发的热潮中，较常规天然气相比，由于页岩地层渗透率很低，开发难度很大。
因此水力压裂是开发页岩气的主要手段，但压裂施工后返排液尚未形成达到环保要求的处理体系。
因此深入研究页岩气压裂返排液处理方法，对于绿色开发与降本增效具有重要意义。
1 页岩气压裂返排液1.1 返排液组成目前，国内外主流页岩气压裂技术主要利用滑溜水压裂液进行体积改造。
滑溜水压裂液体系是针对页岩气储层改造而发展起来的一种压裂液体系。
主要由清水及减阻剂、助排剂和杀菌剂、活性剂、缓冲剂、粘土稳定剂等十几种类别的添加剂所组成。
经过压裂作业后，这些添加剂会部分进入返排液体。
此外，返排压裂液中还含有原油及地层岩屑和支撑剂颗粒、各种有机或无机化合污染物等。
1.2 返排液危害页岩气压裂返排液为大部分为深色溶液，其中还有大量的硫酸盐还原菌代谢产物，其具有刺激性臭味。
如返排液不经处理返排至地面或回注地层，将会对环境造成极大伤害。
此外，返排液与添加剂作用可能会产生有毒气体，如果直接接触的话还有可能会造成腐蚀性烧伤[1]。
2 国内外页岩气压裂返排液处理技术2.1 国外处理技术现状近年来，国外研究开发出一些页岩气压裂返排液处理的新技术，这些新技术能有效处理返排液中原油、悬浮物以及难降解有机物的物质，处理后的返排液均能达到重复利用要求和排放标准。
哈里伯顿-压裂酸化-Carbonate Acidizing - Chinese- 中文
ngs from Hollow Core Tests Tests来自空芯测试的铸
F, 5% HCl, 10 mL/min
Rock Acid火山岩酸化体系 火山岩酸化体系
non-HCl acid system 无盐酸酸化体系 effective stimulation above 300 300°F 在300°F以上增 产有效 reduced corrosion rates 降低腐蚀速率 extended reaction times延长反应时间 延长反应时间 built-in iron control 可控金属腐蚀 excellent fluid-loss control loss control优秀的流体漏失控制性能
racture Acidizing
and
压裂酸 与 碳酸盐20/2 碳酸盐20/2
Presentation Agenda演示程 Agenda演示程
onate Acidizing碳酸盐酸化处理
- What is Carbonate 20/20 什么是碳酸盐20/20 什么是碳酸盐 - Carbonate 20/20 Acid System and Description 碳酸盐 碳酸盐20/20酸体系 酸体系 *Carbonate Completion Acid 碳酸盐岩完井酸化体系 * Carbonate Stimulation Acid 碳酸盐岩增产酸化体系 * Fines Recovery Acid 碎屑回收酸化体系 * Carbonate Emulsion Acid 碳酸盐乳化酸体系
哈里伯顿压裂井下工具介绍
▌ 井底混配 高排量 实时控制井底砂浓度 实时监测储层响应 裂缝远端转向 ▌ 层间封隔
设置砂塞 动态封隔 (伯努力效应)
▌ 控制砂堵风险
更激进的泵注程序 高砂浓度 大粒径支撑剂 高导流能力 快速提高砂浓度，降低液量，缩 短时间
8
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CobraMax HJA中国区有现货
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CobraMax DM（连续油管缝内转向压裂）
CobraMax DM 压裂技术结合选层，定点注砂和水力压裂为一体，实现 分段压裂和缝内导向的目的。该工艺在油管内泵注高浓度携砂液，环空 泵注不携砂压裂液，这样不但避免冲蚀套管，还使井下砂浓度灵活可 控，完成泵置砂塞和缝内导向的目的。
双通道，低风险 水力喷砂射孔 完成先进的压裂工艺 不需要过顶替 精确裂缝定位 精确支撑剂泵送 降低地面水马力需求 降低作业占地面积
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TSTM Hydra-Jetting Tool --TS新工具
RapidFracTM System (单段多入口压裂滑套)
Pinpoint Stimulation (连续油管辅助式压裂)
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提纲
▌ 分段压裂工艺概述 ▌ 连续油管辅助式压裂 ▌ 特殊连续油管井下工具 ▌ 讨论
一趟钻——美国页岩油气水平井钻井持续降本增效的有效途径-李德波
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
EOG资源公司水平井 平均钻井周期（天）
11
前 言
公司案例 EOG资源公司
EOG资源公司水平井平均钻完井成本（百万美元）
12
前 言
公司案例 美国西南能源公司 美国西南能源公司也主要从事美国页岩油气的开发，从2010年至2016 年，公司在东北Appalachia页岩气产区的水平井的平均水平段长度从 1097.9米增加到1872.1米，钻井周期却从25.6天缩减至9天，主要原 因也是因为推广应用一趟钻。
13
前 言
降低页岩油气水平井钻完井成本的途径主要包括： ● 管理创新；
● 技术创新；
● 商业模式阜新。
技术创新方面，综合起来讲就是推广应用一趟钻。
14
汇报 内 容
一、什么是一趟钻
二、一趟钻的关键技术
三、美国一趟钻的应用现状与前景 四、国内一趟钻现状
五、启示与建议
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一、什么是一趟钻
一趟钻没有严格的定义。钻头一次下井打完一个开次的所有进尺 （从套管鞋到套管鞋），这无疑是一趟钻。钻头一次下井打完某个 井段，比如水平段，即使水平段不是从套管鞋到套管鞋，这也是非 常了不起的事情，在国内也叫一趟钻。
一趟钻——美国页岩油气水平井 钻井持续降本增效的有效途径
杨金华
中国石油集团经济技术研究院 2017年10月
前 言
低油价下，美国页岩油气开发依然热火朝天
哈里伯顿页岩气水力压裂技术-滑套完井
Delta Stim 增产滑套可通过投球或连续油管/普通油管 下入机械/液压开关工具进行开关。
投球操作程序：通过投入一系列尺寸球实现无干扰完井 措施。对于 4-1/2 英寸的套管或 5-1/2 英寸的套管， 可以一次性安装多达10个增产滑套。
Delta Stim®完井技术服务
用于水平井完井的新选择，实现最小化或无干扰的精确定位压裂
服务工具
HAL21998
® ® Delta Stim 完井技术采用Delta Stim增产滑套和Swellpacker 封隔系统。完井设定为投球打开方式。
Delta Stim® 完井技术为操作人员提供一个多层水平井 完井的新选择，可以达到最小化或无干扰的精确定位压 裂。该服务集合两大可靠工具于一身，即Delta Stim® 增产滑套和Swellpacker®封隔系统，使得操作人员可在 单井眼多产层选择性地开采，并可在日后封隔一个或多 个产层。Delta Stim完井装置可随VersaFlex®尾管悬挂器 系统一起下入，安装简单可靠。
3. 随着工作管柱下入到位，需要在膨胀式封隔器 (Swellpacker)系统周围的环空中加入液烃（如柴 油）,从而引起膨胀。
4. 用带有坐落头的泡沫塞顶替液态碳氢化合 物。当泡沫塞到达并密封浮箍时， 完井管串中即形成压力密封。
5. 试压完井管串或尾管及浮箍
6. 此时，如果要下入尾管，则尾管悬挂器必 须座封。
2. 下入管串及工具到位，使滑套位于措施层
3. 工具下到位后，将液态碳氢化合物
（如柴油）替入环空，使膨胀式封隔器浸在其 中，促使胶筒膨胀。
页岩气开采(压裂技术)对环境健康阻碍
页岩气开采（压裂技术）对环境、健康的阻碍Shale gas exploitation (Fracking）and its environmental and health impact周睿译普红雁程浩毅校本译文由云南省健康与进展研究会提供来源：《世界页岩气资源：美国之外14个区域的初步评估》，美国能源信息署，2020年，页岩气开采也涉及到许多其他的环境和健康问题。
欧盟2021年8月的一项研究说明，压裂法开采页岩气存在着较高的风险，它有可能引发一系列环境问题，例如污染地下水、地表水和空气，引发水资源平安问题，占用土地资源，阻碍生物多样性，产生噪声污染及交通问题。
（1）用水页岩气开采需要大量的水，可能会（致使）对钻井所在地域造成供水压力。
每一次压裂操作大约利用1500万升水，而钻井可被压裂多达10次。
依照咱们的计算，单唯一口井所利用的水能够供大约10000欧洲人利用一年。
在水资源供给本已存在压力或是由于气候转变可能存在压力的地域，水量需求水平尤其重要。
在欧洲，德国和波兰拥有有丰硕的页岩气储量，但其人都可再生水资源位列欧盟国家最末。
在英国，目前进行的页岩气开采的地域，其供水情形已经被以为处于“超负荷”水平。
2021年美国大部份地域遭遇夏日干旱的侵袭，页岩气开采表现出这种缺水的阻碍，德克萨斯和堪萨斯的某些地域被迫停止了页岩气的开采，而在宾夕法尼亚州，页岩气的开采那么被禁止利用河水。
在其他地址，页岩气运营商试图通过拉拢农场主或向土地所有者支付大量金钱来取得水资源的利用权。
尽管通常以为压裂法比煤和核能用水更少，但却不太可能简单地替代上述两种能源。
事实上，若是将多种装置的积存效应考虑在内时，压裂法反而可能会需要更多的水。
（2）水污染“你永久无法操纵。
断裂老是会进入阻力最小的途径。
”CUAdrilla行政总裁马克.米勒说。
压裂的进程中会利用大量有毒化学物质，岩石渗透率决定了水和化学物质的用量。
据业内人士介绍，通常注入液中包括%的水和的化学物质。
哈里伯顿——SPA-1
一、川中地区井基本情况井别/井型：开发井/斜井地层温度：73℃（估计）完井方法：127.0mm套管射孔完成岩性：灰白色细砂岩采气井口：KQ35/65 (1＃、4＃总闸为KQ70/65)人工井底：2510m 施工层位：须二须二上段：2358.0~2362.0 m2371.0~2379.0 m须二中段：2393.0～2400.0 m2411.8~2414.0 m须二下段：2440.0~2443.0 m2457.4~2464.6 m射厚：上：12m 中：9.2m 下：10.2孔隙度：上：7.9~8.5 % 中：2.5~5% 下：5～8％含水饱和度：40～80％地层压力：28.6MPa2358.0~2362.0m 2371.0 ~ 2379.0m 2393.0 ~ 2400.0m 2411.0 ~ 2414.0m 2443.0 ~ 2440.0m 2457.4 ~ 2464.6m二、哈里伯顿针对性的定点压裂工艺技术RR4 EV底部分隔器BlastJoint 配长短节1.0 to 8.0 mSelective Cup上部密封Ported Sub压裂短节Safety ShearSub安全剪切短节先行射孔，通过连续油管+跨越式封隔CobraFrac.mpg4. 最大排量4方/分钟5. 最高地层温度120ºC6. 最高砂比1920公斤/方(110%)CobraMax.mpg2.6 实例1、CobraMax V 实例Battery packandcircuit boardsectionCoil and magnetsectionSolenoidvalve &mechanicalsectionFlowports3三、哈里伯顿针对性的压裂液体系大幅度提高返排率，降低污染CobraJet Frac.mpg。
页岩气钻井和储层改造技术综述
页岩气钻井和储层改造技术综述X郭 凯1,秦大伟1,张洪亮2,曾德培3(1.西南石油大学,四川成都 610500; 2.中国石油新疆油田风城作业区,新疆克拉玛依 834000;3.塔里木油田公司塔西南勘探开发公司炼化销售部,新疆喀什 844804) 摘 要:页岩气藏的开采已经成为世界能源开采的热点问题。
由于页岩气藏具有低孔、低渗、压力系统复杂多变、天然裂缝发育等特点,因此决定了其独特的钻采方式。
文章重点介绍了页岩气藏开发过程中的水平井钻井技术和储层改造的水力压裂技术,为国内页岩气藏的开采提供技术参考。
关键词:页岩气;钻井;水平井;储层改造 中图分类号:T E 142 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)04—0093—02 页岩气是指以吸附或游离态存在于泥页岩、高碳泥岩、及部分粉砂岩夹层中的天然气聚集。
页岩层既是生气层也是储气层,具有典型的“自生自储”特点。
页岩气藏地层压力复杂多变、天然裂缝发育、基岩渗透率极低、最终采收率低于常规气藏,这些不同于常规油气藏的特点决定其开采所采用的技术与常规气藏开采技术有所区别。
1 页岩气钻井技术页岩气是存在于页岩裂缝中的天然气,为了提高其采收率,必然要尽可能多的利用其自身储层裂缝的导流能力,使井筒穿越更多的裂缝,只有这样才会获得较高的产量,裂缝的敞开的越多,其产能越大,因此页岩气藏中的钻井工程是围绕着裂缝系统展开的。
资料统计世界范围内页岩层主要发育垂直裂缝,因此水平井技术成为页岩气开发的关键技术,其形式主要包括单支水平井、多分支水平井和羽状水平井。
虽然水平井的成本是垂直井的1.5—2.5倍,但水平井的日产气量及最终产气量是直井的3—4倍。
页岩气藏中应用水平井技术不仅仅是为了钻遇更多的裂缝,还能获得更大的储层泄油面积,显著改善储层流体在井筒周围的渗流状态,同时水平井技术减少了地面设施,延伸了开采范围,避免了地面不利条件的干扰。
水平井井位和水平井眼方位的选择是由地层的有机质与硅质富集程度、裂缝发育方向和裂缝的密集程度决定的。
新概念成套页岩气压裂项目 “小井场大作业”的简介
新概念成套页岩气压裂项目“小井场大作业”的简介“小井场大作业”是由烟台杰瑞石油服务集团股份有限公司(以下简称杰瑞集团）提出的，全套的综合压裂施工的设备解决方案。
“小井场大作业”是针对中国局促有限的作业施工环境，同时“满足适应各种压裂施工方案，满足全面的施工流程化要求，提高全集成控制能力”这三方面的一个与和关系的最终解决方案。
一．“小井场大作业”的背景：近几年，中国压裂作业的施工理念现状：①压裂返排液异地处理：压裂返排废液主要是指压裂施工作业完成后返排至地面的废液，其具有高CODcr值、高稳定性、高粘度等特点。
若返排废液不经处理而直接排放，将会带来严重的环境污染，影响油气田开发的正常生产。
压裂作业一直采用异地处理，短期来看符合环保的理念，长远去考虑，它存在压裂液异地运输的成本高，及大规模压裂作业的大量反排液处理难度大。
所以说，集中处理适合于城市，并不适合中国井场现状。
②大型工厂的配液站：现在的配液都倾向于作业现场预混配或是工厂化的前期混配模式混配。
从物料的精细化配液的作业来说，预混配和前期混配应该是不错的选择，但难于适应施工计划的调整；提升了运输和存储成本；需要留出多余的混配余量导致了浪费和环境污染。
与现阶段大规模的压裂施工作业比较来说，工厂化的大型压裂液预混配存在一种资源浪费。
③大规模的集群作业：大规模的集群作业是比较贴近现代化压裂的施工理念，虽然说大规模的集群作业在北美已经成功开展了很多年，但是中国的开发环境与美国不同，所以大规模集群作业并不适合中国有限井场的设备布局和油气开发。
二．压裂增产作业的发展历程：1947年的时候，在美国雨果镇地区的一口气井上进行了第一次压裂实验作业；1950年的时候，由哈里伯顿公司进行了第一次的商业化作业，此后拉开了将近一个甲子的页岩气压裂作业的发展历程；60年代的时候，成套压裂设备及远程控制开始出现，开始有了各种压裂设备的分工，混砂车、压裂车及远程控制操作台开始出现；70年代，出现了一个大型的压裂作业及设备，压裂作业开始向集群化施工作业方向发展；80年代的时候，作业规模继续提升，新设备也不断出现，开始进入到压裂施工作业中，一些细化的功能、快装管汇装置也是在80年代开始出现；90年代的时候，随着计算机技术的发展，计算机开始进入到压裂设备领域。
页岩气井水力压裂技术及环境问题探讨_钱伯章
天然气与石油NATURAL GAS AND OIL2013年2月0前言高油价时代，页岩气作为一种新的绿色能源，正在被世界各国所追捧。
美国页岩气开发始于1821年，是世界上页岩气勘探开发最早的国家。
近几年，页岩气大规模商业性开发改变了美国能源格局［1-2］。
它的快速发展，一靠竞争的市场机制，二靠竞争所带来的技术创新。
页岩气最主要的开采方式是水力压裂技术，水力压裂技术需要大量的水资源，容易带来严重的环境污染和生态破坏问题。
相反，也有一些环保主义者肯定了页岩气开发的正面影响，因为页岩气相比石油和煤炭更为低碳。
对此，不同学者有不同意见，然而个人认为水力压裂开发页岩气技术的关键在于寻找环保与开发的黄金结点，在环保忧虑之下，采取一些具体的补救措施，使页岩气开发技术更为成熟环保，此项研究具有重要的现实意义。
1页岩气压裂增产技术在页岩气开发方面，美国主要采用了水平井和水力压裂技术，后者还包括清水压裂技术、多段压裂技术、同步压裂技术、重复压裂技术等，同时，还可结合先进的储层预测评估技术、裂缝监测技术以及随钻测量技术等进行应用分析［3］。
1.1清水压裂技术目前美国页岩气开发最主要的增产措施是清水压裂技术，即将添加了减阻剂的清水作为压裂液。
这种压裂液主要成分是水、少量的减阻剂、黏土稳定剂和表面活性剂。
主要使用这种低成本压裂液，那是因为水是一种低黏度流体，更容易产生一些复杂的裂缝网络，而且很少需要清理，是一种清洁压裂技术，可提供更长的裂缝，并将压裂支撑剂运到远处裂缝网络，在Barnett等低渗透油气藏储层改造中可取得很好的压裂效果。
1.2重复压裂技术重复压裂技术用于在不同方向上诱导产生新的一些裂缝，从而增加裂缝网络，以便提高生产能力。
如果初次压裂已经没有效果，或现有的支撑剂已经损坏，那么对该井进行二次压裂将重建储层线性流，最终采收率估页岩气井水力压裂技术及环境问题探讨钱伯章１李武广２１．上海擎督信息科技公司金秋能源石化工作室，上海２００１２７；２．中国石油大学（北京）石油工程学院，北京１０２２４９摘要：水力压裂法开采天然气时，用高压将混有化学物质和沙子的水注入到地下页岩层，在高压下用水压裂岩石，同时用沙或其他物质支撑裂口，使页岩破碎释放出气体。
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页岩气
自生自储且具备传统空隙度储层 页岩气吸附在有机质上 高天然Gamma 射线 (80-140 units) 粘土含量一般低于20-30% 主要是石英和碳酸盐 细砂粒，小空隙，高TOC? 产气机理? 是否满足达西定律? 从油源岩扩散?
如何定义页岩气储层?
煤层气
~100 % 吸附
高 TOC
致密气
~100 % 游离
Pr op Co n
冻胶 压裂充填液
ce ntr ati o
n
韧性
Job Volume
整体考虑: 从钻井就开始考虑压裂
σoverburden
σmax
σmin
SPE 86992
水平井还是直井?
This paper was prepared for presentation at the Tight Gas Production Panel of IAPG - 3er Congreso de Producción "Más Reservas, un trabajo de todos" held in Mendosa, Argentina, September 19-22, 2006.
页岩气增产 (压裂) 工艺
斯图尔特.李 高级技术顾问（压裂，固井）
哈里伯顿（中国）增产作业部
什么是非常规储层?
致密和超致密砂岩气
长期持续沉积而成. 低渗 < 0.1 md 河道沉积砂和小扁豆状砂组成 非均值和不连续的储层特点
煤层气
自生自储 低天然Gamma 射线 (<75 API units) 吸附气 湿气 或干气? 需要脱水或脱压 非常规
Tracer of the Frac Treatment Showing A Good Correlation Between the Micro Seismic Events and the Brittleness Calculation
6700
6700
6800
6800
2.31 68.67
6900
327/44 /10 76/20 110/19.2 1500/262
6.5~8.5 3~6 .6~2.2 .5~2 4~8 3~4
9000 9000 11000
60-221
52/41.6 717/251
1~7 10~13 6~11
50-161
23/11.4
页岩气藏开发流程
可压性? 有产量? 稳定性？
Brinell 硬度测试
Shale Comparisons
支撑剂嵌入试验
Shale
岩化作用
Static exposure of ceramic proppant at 275°F for 140 hours in 2% KCl with 10,000 psi closure stress between Ohio Sandstone wafers.
by picking the “right” 选择最佳的压裂段数stages
优化工艺
© 2010 Halliburton. All Rights Reserved. For internal use only
37
页岩储层 – 复杂的网状裂缝
“Textbook” Fracture
min
Fracture Initiates Perpendicular to the Least Principle Rock Stresses
Carbonate
Energy Information Administration, Office of Oil and Gas, Reserves and Production Division, Novembe比较
Play TOC (%) Ro (%) H (ft) P* PSI/ft Area (sq. Mi) Gas Contents (Scf/ton) Estimate GIP/ Recoverable (TCF) Depth (1000ft)
Brinell Hardness
气藏曲线
总有机质碳含量 Vs 含气量
200 Antrim Shale 160 Gas Content (scf/ton) New Albany Shale Caney Shale 120
80
40
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
TOC (W t. %)
我们都喜欢成功的案例 Barnett Shale Activity 1981 - 2008
为什么要打水平井?
钻水平井的方向?
Shales: SRV ~ Drainage Area
Fr
ac
Az im
Transverse= LARGE SRV
ut h
Longitudinal=SMALL SRV
储层的输送能力
LaserStrat® Service
Challenge During horizontal drilling a fault of undefined displacement was encountered
Solution Chemostratigraphy data indicated drilling upward would position the wellbore in the porosity zone
Barnett Lewis Antrim New Albany Marcellus Caney Fayetteville Haynesville Woodford
3~5 1~2.5 1~20 1~25 3~10 1.2-9 4~9 0.5-4 3~10
0.9-1.4 1.6~1.9 0.4~0.6 0.4~1 0.8-1.4 0.8-2.0 1~4 0.94-2.6 0.7-1.5
200 Antrim Shale 160 G a s C o n ten t (s cf/to n ) New Albany Shale Caney Shale 120
80
40
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
TOC (Wt. %)
Core Testing - XRD
Gas Content - TOC
常规裂缝
页岩裂缝
Barnett 垂直井 - 微地震波裂缝监测平面图
1500 1000 500 0 -500 -1000 -1500 -2000 -2500 -3000 -1000
South-North (ft)
Observation Well
2001 Barnett 页岩垂直井 (SPE 77441& 90051)
Results Sidetrack was avoided Optimized wellbore placement doubled gas production
Connecting to the reservoir 综合 利用GEMTM 和 ShaleLOG Seamless integration of mineralogy 找到最佳的压裂点 fracture stimulation Optimize hydraulic
-500
Typical Non-Core Area Stage Result
-1000 -1000
Barnett Shale
-500 0 500 1000 1500 2000 2500
West-East (ft)
Northing (ft)
-1000
-1500
400 ft
-2000 -500 0
Barnett Shale
ShaleLOG ®
SPE 123586
Volumemetric
Shale Reservoir Type
Brittleness/ Frac Barrier ID Gas Content/TOC
Reservoir Parameters
Brittle Shale Ductile Shale
微地震波绘图和测井脆度计算有很好的拟合Micro Seismic
• 多方向的网状结 构 • 和天然裂缝交错 • 一英尺长 • 1,200 ft 宽 • 无溢流的邻井
-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000
West-East (ft)
Confidential
复杂的网状缝
裂缝复杂性
3000
SPE 95568 (Devon)
2500
•复杂缝 & 网状缝的形成
综合考虑，整体计划
裂缝监测
100 km
应力监测图例
熟悉地层
• • • • ShaleEvalSM – 前期试验科学，认识储层优化压裂液体 系 Shalelog® Analysis – 选择最佳层位，优化增产设计 GEMTM Tool, LWD, And Laserstrat® – 起裂点,裂缝 延伸控制 DFITSM – 闭合压力,渗透率,和漏失
• 厚度 • 应力 • 天然裂缝 • 空隙压力
South-North (ft)
Network Fracture
Observation Well 1
Perforations
1800 ft
2000
– 储层
1500
1000
500
0
Observation Well 2
-500
– 处理
• 黏度 • 排量 • 施工规模 • 支撑剂选择?
• 超低的渗透率 (NanoDarcies, 孔喉在 3-12 埃 范围内) • 扭曲的裂缝通道 – 复杂的裂缝几何形态 • 天然裂缝发育 • 矿物成分多样 • 生产过程中泥质微粒的运移造成近井筒堵塞 • 自生自储 • 天然裂缝造成净压力高 • 间隔，堆积交错层 • 对液体污染及毛细管力敏感 • 高泄气压力会造成地层出砂，不稳定