页岩气钻完井技术

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中国页岩气资源分布图
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二、页岩气钻完井技术
页岩气是主体上以吸附或游离状态 存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂 质岩类夹层中的天然气。大部分是自 生自储于古生界志留寒武系。
✓游离相态存在于裂缝、孔隙及 其它储集空间 ✓吸 附 状 态 (20 ~ 85%) 存 在 于 干 酪根、粘土颗粒及孔隙表面 ✓极少量以溶解状态储存于干酪 根、沥青质及石油中
水平井钻完井技术
水平井布井方 位必须垂直最 大主应力方向
Woodford某区块页岩ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ水平井的布井示意图 26
页岩气水平井部署
威远(5口)
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二、页岩气钻完井技术
水平段的长度
从Barnett页岩气开发来看,水平井水平段长一般在304.8~1066.8m (1000~3500ft) 在Haynesville页岩气开发过程中,水平段长已经延伸到了1219m (4000ft),采用10段压裂 Woodford地区长水平段开发页岩气方面具有较大技术优势,公开资料 称新田公司2006至2009年所钻井的平均水平段长接近5000ft(1500m)
主体技术: + 水平井套管完井 +分段多簇射孔 +快速可钻式桥塞 +滑溜水多段压裂
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页岩气水平井体积改造关键技术
页岩气水平井体积改造关键技术之一:分段多簇射孔技术
连接
分段多簇射孔基本特点
一次装弹+电缆传输+液体输送+桥塞脱离+分级引爆
分段多簇射孔核心技术
桥塞以及射孔枪定位技术 桥塞与射孔枪分离技术 分级引爆技术
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二、页岩气钻完井技术
美国不同页岩气区域用水量大致相同,一般11000m3最为常见; 回收处理再利用技术——低成本。
不同区域页岩气储层每口井钻井及压裂预计用水量对比表
页岩气储层 钻井所需水量(m3) 压裂所需水量(m3) 总水量(m3)
Barnett Fayetteville Haynesville Marcellus
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二、页岩气钻完井技术
水平井轨迹控制方法与要求
一般采用MWD 和随钻自然伽马 进行地质导向常 规马达。
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二、页岩气钻完井技术
水平井钻井液技术
在多数的页岩气开发水平井中使用的是油基泥浆 雪弗龙公司开发了硅酸钾基钻井液体系 贝克休斯开发了专用于页岩的performax水基钻井液体系 当井壁稳定不突出的时候,可以使用低固相不分散钻井液
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二、页岩气钻完井技术
3、钻直井,用大约3407方和1893方清水分别对上部和下部Barnett页岩 进行压裂,20/40目砂总用量为90700kg。压裂速度约为50~70bbl/min。 不需使用粘土稳定剂和表面活性剂,且在大部分地区,可完全不用泵增 压。这种简单的水力压裂或加砂压裂可比凝胶压裂节约成本50%~60%, 从1998年至今一直是垂直井的压裂方式
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配套的设备及现场施工技术确保了体积改造的顺利实施
地面配液技术——液罐现场配液技术
受地形、水源、设备等限制无法进行在线混配时只能采用液罐现场配液技术 液量大,需要配备大量的配液罐 需要充足的时间来进行备水、配液
60个 5个
53个
12个
5个
52个
累计使用水罐187个
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昭104井 压裂施工
2000型压裂车 仪表车 700型压裂车 液氮泵车+槽车 砂罐(30m3)
页岩气(shale gas)是从页岩层(or泥 岩层)中开采出来的天然气。
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二、页岩气钻完井技术
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前期气藏工程研究是页岩气大幅度提高单井产量的基础
储层岩性具有显著的脆性特征,是实现体积改造的物质基础
Barnett页岩含石英矿物37.38%,碳酸盐矿物 19.13%,粘土矿物41.13%;其中粘土矿物成 分不含蒙脱石,以伊/蒙混层为主。 (SPE106070)
二、页岩气钻完井技术
1、钻井深度
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二、页岩气钻完井技术
2、井型
2002年以前,直井是美国页岩气开发主要的钻井方式,随着2002年 Devon能源公司7口Barnett页岩气试验水平井取得了巨大成功,业界开始 大力推广水平钻井,水平井已然成为页岩气开发的主要钻井方式。
2002年后,Barnett页岩气水平井完井数迅速增加,2003~2007年 Barnett页岩水平井累计达4 960口,占Barnett页岩气生产井总数的50%以 上,2007年完钻2 219口水平井,占该年页岩气完井数的94 % 。 2009年, Barnett页岩气井数量13740口,水平井完井超过了95%
千立方米
254.7 226.4 198.1 169.8 141.5 113.2 84.9 56.6 28.3
0
初产 104 m3/d 第一年递减率 %
采收率 建井成本 104$
未考虑初期返排的产量递减曲线
Barnett 7 70
0.74 280
Marcellus 12 75 0.75 350
Haynesville 28 81 0.82 700
(4)关键技术 快速可钻式桥塞材料 桥塞送入及座封技术 桥塞与射孔枪分离技术
SPE 112377
耐温 177°C 耐压差 70MPa
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页岩气水平井体积改造关键技术
体积改造关键技术之三:大型滑溜水压裂技术
▲大液量、大排量、大砂量、小粒径、低砂比
主要技术参数
水平井段长1000-1500m 一般分8-15段,每段分4~6簇 排量10m3/min以上 平均砂比3-5% 每段压裂液量1000-1500m3 每段支撑剂量100-200吨 滑溜水+线性胶 40/70支撑剂为主
美国作为世界上页岩气资源勘探开发最早的国家,在政策、价格和开发技术 进步等因素推动下,已在北美地区形成成熟的评价方法和勘探开发技术,值 得我国页岩气研究和勘探开发工作者学习借鉴。
我国与美国在页岩气地质条件上具有许多相似之处,页岩气富集地质条件优 越,具有与美国大致相同的页岩气资源前景和开发潜力。目前我国页岩气资 源调查与勘探开发还处于探索起步阶段,至今尚未对其潜力进行全面估算, 页岩气资源有利目标区有待进一步落实,勘探开发还处于“空白”状态。
4、1997年,随着水力压裂的盛行, 最初由凝胶压裂的井在能量衰竭后, 用清水进行二次压裂,可采储量增 加了60%。二次压裂技术至2006年 仍较为常见
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二、页岩气钻完井技术
5、钻水平井,水平段长1000~3500ft(304.8~1066.8m),用2000000~ 6000000gal(7570180~22712400L)清水和400000~1000000lb(181400~ 453600kg)砂进行压裂。压裂速度50~100bbl/min。此技术开始于2003年。 2006年, “同步压裂”技术产生,即作业者相隔500~1000ft(152~305m) 钻两口平行的水平井,然后对两口井同时进行压裂
1、钻井深度
按照美国页岩气业界的划分,当页岩埋藏深度低于1000m时,称为 浅层页岩气藏;埋藏深度在1000m~4000m之间为深层页岩气藏;埋藏 深度超过4000m,则称为超深层页岩气藏。
Barnett页岩 Haynesville页岩 Marcellus页岩 Eagle Ford页岩
(石油&天然气) (天然气) (石油&天然气) (石油&天然气)
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二、页岩气钻完井技术
页岩气开发特点
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低成本战略是体积改造实现有效开发的技术关键
美国四大页岩气藏(Barnett、Haynesville、Fayetteville、Marcellus)的单 井费用构成中,储层改造和钻井费用两者之和占总费用的80%以上,且各占1/2。 不同区域建井成本显著不同,但低成本是体积改造实现有效开发的关键
Fayetteville 5.3 68 0.62 300
稳定产量 14000m3/d左右

页岩气生产寿命长达30-50年,Barnett页岩可达80年以上 13
二、页岩气钻完井技术
页岩气开发特点
由于孔隙度和渗透率较低天然气的生产率和采收率也较低,因此页岩气的 最终采收率依赖于有效的压裂措施,压裂技术和开采工艺均直接影响着页岩 气井的经济效益。
体系
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页岩气水平井体积改造主体技术已经形成
完井方式 裸眼完井 筛管完井 套管完井(目前80%北美页岩气井完井方式)
“分段多簇”射孔技术 电缆传输、一次装弹、分簇引爆 相位角:60°/180°
压裂改造技术 水平井多段分簇改造技术 水平井多井同步压裂技术
技术作用 最大限度提高储层动用率 降低储层有效动用下限
页岩气钻完井工程发展趋势 页岩气钻完井技术
2011. 8
页岩气钻完井工程发展趋势
当前,我国正处于工业化快速推进阶段,对能源需求量越来越大,同时减少 碳排放的压力也与日俱增。这些都为非常规天然气快速发展提供了机会。
页岩气,是一种重要的非常规天然气资源。页岩气在非常规天然气中异军突 起,已成为全球油气资源勘探开发的新亮点,并逐步向一场全方位的变革演 进。由此引发的石油上游业的一场革命,必将重塑世界油气资源勘探开发新 格局。加快页岩气资源勘探开发,已成为世界主要页岩气资源大国和地区的 共同选择。
1514.2 227.1* 3785.4 302.8*
8706.4 10977.7 10220.6 14384.6
10220.6 11583.4 14006.0 14687.4
资料来源:(ALL Consulting from discussions with various operators),2008
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二、页岩气钻完井技术
页岩气开发特点
以美国Barnett页岩开发为例,可分五个基本阶段: 1、钻直井,对下部Barnett页岩进行泡沫压裂(567800~1135600L), 氮气辅助,20/40目砂量136000~226800kg。压裂速度约为40bbl/min。 1981-1985年间使用该技术 2、钻直井,使用交联凝胶对下部Barnett页岩进行压裂,将用量增加至 1514100~2271200L,用砂量增加至453600~680300kg。直至1995年,一 直使用氮气辅助、降滤失剂、表面活性剂和粘土稳定剂。1995年后,减 去了氮气和降失水剂。这种大型水力压裂技术在1985—1997年间使用
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目录
前言 一 国内外页岩气开发状况 二 页岩气钻完井技术 三 启示和建议
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一、 国内外页岩气开发状况
中国页岩气资源量约为30.7万亿方(类比法),总面积达300万KM2,资源丰富、 分布广阔,潜力巨大,勘探开发刚刚起步 南方海相21万亿占70%,四川古生界12万亿,需尽快探明 示范工程威201、宁201井 昭104直井压裂初见成效,为开发提供了宝贵经验
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二、页岩气钻完井技术
水平井钻井技术实现储层接触最大化,增加可动用储量,增加单井产量; 尤其是水平井多段压裂技术的突破,推动水平井技术再上新台阶。
直井 水平井
直井压裂
水平井压裂
3000米
20倍直井 270倍直井 1013倍直井 13.5倍水平井 50倍水平井
1000-2000米
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二、页岩气钻完井技术
北美不同区域页岩地层矿物组分(%)
北美页岩数据库的矿物三角图表明
1区 脆性页岩 富含石英 2区 脆性页岩 富含碳酸盐
易形成 缝网
3、4区 塑性页岩 富含泥质 压裂困难
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二、页岩气钻完井技术
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二、页岩气钻完井技术
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二、页岩气钻完井技术
页岩气开发特点
虽然有吸附与游离相天然气的同时存在,但页岩气的开发并不需要 排水降压
垂深(ft)
厚度(ft)
井底温度 (°F) 水平井成本 (百万美元)
5400-9500 100-500 150
2.5-4.5
10500-13500 60-350 280-380
6-10
4500-8000 50-300 100-140
3-4
5000-12000 100-250 150-350
5-7
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排量16m3/min,单孔流量:0.27m3/min
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页岩气水平井体积改造关键技术
体积改造关键技术之二:快速可钻式桥塞工具
(1)下入方式 (连续)油管-水力爬行器-水力泵入
(2)技术特点 节省钻时(同时射孔及座封压裂桥塞) 易钻,易排出(<35min钻掉,常规铸铁>4h)
(3)适用范围:套管压裂 (3.5″/4.5″/5.5″/7″)

主要施工设备
14 台 混砂车 2 台 管汇车 1 台 连续油管车 1 套 压裂液罐(45m3) 6 只 压裂液池
场地:90×50m
2台 2台 1套 12只 3200m3
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昭104井 试验了新的配液、供液模式,实施平稳良好
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
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二、页岩气钻完井技术
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