北美页岩气压裂技术
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Carbonate & Silica Filled Fracture碳酸 盐和硅质充填的裂缝
0.2 mm 0.1 mm 0.1 mm
Ultraviolet Light紫外光
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
7 北美页岩气评价技术
随钻成像技术帮助钻井过程中实时调整
需要注意的是,随钻测试的过
程中,有的裂缝是钻头切割岩石而
粘土含量%
20-40
25-33
40-60
8-34
20-35
储层压力 psi 储层压力梯度 psi/ft 出水量(桶/天)
3000-4000
8000-10000
1600-5000
3100-5800
400
0.42-0.46 N/A 60-160 9.25 1.25 N/A 80-160
0.7-0.92 N/A 40-560 20.3 7.11
Qiongzhusi
Qiongzhusi
二、北美页岩气储层与开发特征
Longmaxi
Longmaxi
四川盆地可压程度大多位于可压性一般的3区域和 1-4区域之间,粘土含量相对较低,杨氏模量相对 较高。
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
7 北美页岩气评价技术
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
7 北美页岩气评价技术 北美页岩气岩芯评价 试验常用的准备流程。
Antrim页岩 占地31080km2,深度 180-670米,呈带状页岩纯厚2035m。上覆页岩,下伏灰岩,占全 美页岩气产量4% 。 Marcellus1200到2590米深度之间, 1800 3350米 层 均 岩 伏为 70%的方解 均厚度75米,含有大概 下灰岩。地层厚度60到90米,全美
深度m
1000 500 0
厚度m
50 0
100
源自文库
150
300
200
250
350
5000 1981 2926 2287 3048 4115 3353 1829
4500
4000 914 1829
3500
3000
2500
2000
1500
Barnett
Barnett
Feynesville
Feynesville
形成的人工裂缝,而非天然裂缝。
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
7 北美页岩气评价技术
杨氏模量/泊松比
杨 氏 模 量
泊松比
脆性
页岩脆-塑性特征
岩芯失气法测试含气量
岩芯热解和等温吸附测试吸附气
镜体反射率测试Ro
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
3 北美页岩气评价技术
岩心定向力学测试(非均质性的测量)
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
录井技术 页岩气的录井与常规储藏的录井基本上没有差异,录取的资料及方法趋于普遍化和常规化。 美国页岩气富集评价通常采用七度标准:
①
② ③
页岩中的有机质丰度——有机质含量达到一定指标TOC一般>2%,最好在2.53.0%以上;
有机质演化程度——有机质热成熟度在生气窗范围之内Ro>1.1%,美国1.1%-3.5%; 有机质页岩孔隙度——具备一定的储集空间φ≤10.0%,美国φ含气 1.0%-5.0%; 富有机质页岩厚度——富有机质页岩厚度达一定规模,区域上连续稳定分布,有效 厚度>15m,TOC低的页岩厚度>30m以上; 富有机质页岩埋深度——页岩具有较好的含气性,仍要求有一定的保存条件,盆地 中心区或构造斜坡区为有利区; 页岩的强度——脆性矿物、微裂缝发育,石英、方解石、长石等>30%-40%; 构造的弱改造程度,单斜、背斜、向斜均可形成页岩气藏,尤其是负向构造区。
岩芯标定与测井数据相互修正
从宏观到微观。逐步修正和验证储层特征参数,获得越 来越精确的储层资料,
212个页岩岩芯数据经过无量纲化处理后 的Sg、K、TOC、ϕ等多因素回归图板
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
8 北美页岩气藏描述技术
水平向:40× 80ft 垂直向:~2ft
北美NU-Look和Beicip公司的三维储层地质模型推荐的网格厚度、宽度和长度
400
四川页岩气埋深相对较深,厚度中等
2600
Montney
Montney
Qiongzhusi
Qiongzhusi
1600
Longmaxi
Longmaxi
含气量m3/t
孔隙度%
10
12
0
10 12 0 2 4 6 8
Barnett
Barnett
2
4
6
8
Feynesville
Feynesville
Haynesville
据美国能源信息署公布的数 据,北美页岩气在干气产量中 所占比例将逐年增加。
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
2 美国主要页岩气区
纯厚30-180m,TOC4.5%,上下灰 岩。产量占美国总页岩50-60% ,
水平段长度通常1000-2000米,压 裂级数为4-15级
Fayetteville页岩气藏占地23310平 方公里,产层深度304-2130米,厚 度6-60米。第二大页岩气生产气藏, 占美国页岩气产量的17%。
流能力是控制井性质的最重要的参数,在北美最新的 Eaglefort页岩气,几乎不发育天然裂缝,采用胶联剂 结合线性胶压裂的井占50%左右。
中国石油
三、北美页岩气压裂技术与观点
2 北美页岩气压裂的主要趋势
水平 井 水平 井
直井
直井
井组
井组
•1~3段压裂 •单簇
•1~3段压裂 •单簇
•3段以上压裂 •单簇,重复压裂
•3段以上压裂 •多簇
•3段以上压裂 •多簇
•3段以上拉链 •3段以上同步 •多簇
泡沫压裂
•清水压裂
•清水压裂.
•清水压裂 •复合压裂.
•清水压裂 •复合压裂 •体积渗流
•清水压裂 •复合压裂 •应力叠加
交联冻胶压裂
( 1981~1997年)
•(1997~现今)
•1999~现今
•2002~现今.
•2006~现今.
60-90 0.5-4.0 8-9 100-330 28-33
1220-2590
15-60 3-12 10 60-100 18-24
1830-3350
35-65 1-14 3-9 200-300 55-87
180-670
20-35 1-20 9 40-100 50-60
152-610
15-30 1-25 10-14 40-80
RO > 1.4—Dry gas
国内外页岩气TOC含量对比
国内外页岩气Ro含量对比
Marcellus Marcellus
Montney Montney
Qiongzhusi
Qiongzhusi
Longmaxi Longmaxi
6 四川龙马溪-筇竹寺页岩气储层参数与北美8个页岩气区的对比
有机碳含量大部分介于2.5%~3.5%之间,热成熟度 最高达到5.8%。
305 183 732
Haynesville
Haynesville
Woodford
Woodford
Antrim
Antrim
顶界 底界
国内外页岩气有效厚度对比
二、北美页岩气储层与开发特征
国内外页岩气埋深对比
4400 4600 4200
Lewis
Lewis
475
2591
Marcellus
Marcellus
地层测井对比成图 地震资料解释与反 演
构造分析及描述
模型评价
储层预测 及描述
属性分析及描述
储层评价
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
5 每个页岩气区甚至同一个页岩气区的不同井都具有较独立的储层特征和压裂思路
过去的20年,北 美页岩气发展经 验告诉我们,页 岩气储层是一个 广泛且笼统的概 念。各个投入开 发的页岩气区块 都是独特的,难 以照搬相邻区块 的页岩气特征参 数进行指导和分 析。
3 理想的页岩气所具备的储层特征
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
5 北美页岩气一般开发流程(以Marcellus为例)
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
页岩气藏需要地质与工程的紧密结合,提高技术驱动效率 北美页岩气开发广泛使用盆地分析、测井、地震、钻井、储层参数 等建立页岩气储层地质模型,为水平井井眼轨迹设计、储产量预测、优化 井网等提供基础,提高钻井成功率,优化开发方案,提高页岩气开发效益 。
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
9 北美页岩气钻井技术
水平井钻进
美国页岩气水平段钻进一般采用PDC 钻头, 尽量提高钻头寿命,延长单趟
钻井进尺,有的水平井水平段用一只PDC 钻头一趟钻完成, 快速钻井是减少井 下复杂情况(特别是垮塌)的最好方式。 井眼控制 美国页岩气钻井针对不同的地质情况,有以下两种不同的钻具组合用于控制 井眼轨迹: ① 对于位移不大、储层均质性较好、难度一般的水平井钻井,在常规钻井液条件 下,稳定器钻具组合和弯外壳螺杆钻具与MWD 组合,可以实现斜井段与水平段 的轨迹控制,用随钻伽马一条曲线即可实现地质导向钻井。 ② 对于位移较大、难度较高的水平井,使用旋转导向钻井技术钻进,可以钻出更 加光滑、更长的水平段。
④
⑤ ⑥ ⑦
中国石油
汇报提纲
一、北美页岩气储层与开发特征
二、北美页岩气压裂技术与观点
三、北美页岩气对我国页岩气改造的启示
中国石油
三、北美页岩气压裂技术与观点
1 北美页岩气压裂理念 对于天然裂缝发育的页岩储层而言。最大限度
寻求被压开储层的体积是压裂的主要目的。 对于天然裂缝不发育的页岩储层,主裂缝的导
•2007~现今.
中国石油
三、北美页岩气压裂技术与观点
3 北美页岩气压裂的主要工艺技术 ① 速钻桥塞分段 ② “快速压裂系统”分段
③ 选择性套管滑套分段
④ 连续油管带底封分段
北美页岩气开发井有超过 85%采用水平井和速钻桥塞方式 以及速钻桥塞、重复开关套管、 “快速压裂系统”的组合方式分 段改造,增产效果显著。 通常分段8-15段,每段液 量1000-1500m3,支撑剂100200吨 。
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
9 北美页岩气钻井技术
水平井方位选择
当前美国页岩气开发中主要应用的是 单支水平井。水平段方位要垂直于最 大主应力方向,井筒穿过尽可能多的 裂缝带。由于页岩气藏厚度相对我国 大,储层岩性稳定,一般采用中低曲
率半径水平井设计。
页岩气水平井设计轨道方位和地应力间的关系
0.4-0.7 N/A 40-160 42.5 7.42
0.48-0.55 N/A 640 0.65 0.32
0.33-0.38 5-500 40-160 2.15 0.57 5-500 80
井间距(英亩)
原始气含(万亿 m3) 可采储量(万亿 m3)
1.47
1.18
4.53
0.54
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
Haynesville
中国石油
Woodford
Woodford
Antrim
Antrim
国内外页岩气含量对比
Lewis
Lewis
国内外页岩气孔隙度含量对比
Marcellus
Marcellus
Montney
Montney
6 四川龙马溪-筇竹寺页岩气储层参数与北美8个页岩气区的对比
孔隙度低于国外平均水平,含气量居中。
Ro%
10 15 20 25 0 5
0
Barnett Barnett Feynesville Feynesville Haynesville Haynesville Woodford Woodford Antrim Antrim Lewis Lewis
TOC%
1
2
3
4
5
6
中国石油
RO< 1.4— Wet gas
占美国8%的页岩气产量。
中国石油
2 美国主要页岩气区
页岩气区块 估计的盆地面积(平方公里 ) Barnett 12950 Fayetteville 23310 Haynesville 23310 Marcellus 246049 Woodford 28490 Antrim 31080 New Albany 112664
中国石油
北美页岩气压裂技术
中国石油
汇报提纲
一、北美页岩气储层与开发特征
二、北美页岩气压裂技术与观点
三、北美页岩气对我国页岩气改造的启示
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
预计北美的页岩气产量将会 以每年7.7%的速度增长,到 2015年将达到2002亿立方 米(据11年北美能源署)。
1 页岩气开发的地位
北 美 主 要 页 岩 区 块 基 本 情 况 表
埋藏深度 (米) 净厚度(米) TOC(%) 总孔隙度(%) 气体含量(scf/ton) 石英含量%
1980-2590
30-180 4.5 4-5 300-350 40-45
304-2130
6-60 5.0-9.8 2-8 60-220
3200-4115
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
7 北美页岩气评价技术
天然裂缝
裂 缝 数 量 裂 缝 长 度 (m m) 裂 缝 长 度 (m m)
运动开度(mm)
岩芯中的裂缝数量
运动开度(mm)
裂缝密度越大,裂缝开度越小,越 需要水力压裂使之成为有效裂缝。
北美页岩气通过岩芯标定和FMI成像 对比发现,超过60%的页岩气井天然 裂缝走向与断层方向具有一致性
0.2 mm 0.1 mm 0.1 mm
Ultraviolet Light紫外光
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二、北美页岩气储层与开发特征
7 北美页岩气评价技术
随钻成像技术帮助钻井过程中实时调整
需要注意的是,随钻测试的过
程中,有的裂缝是钻头切割岩石而
粘土含量%
20-40
25-33
40-60
8-34
20-35
储层压力 psi 储层压力梯度 psi/ft 出水量(桶/天)
3000-4000
8000-10000
1600-5000
3100-5800
400
0.42-0.46 N/A 60-160 9.25 1.25 N/A 80-160
0.7-0.92 N/A 40-560 20.3 7.11
Qiongzhusi
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二、北美页岩气储层与开发特征
Longmaxi
Longmaxi
四川盆地可压程度大多位于可压性一般的3区域和 1-4区域之间,粘土含量相对较低,杨氏模量相对 较高。
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二、北美页岩气储层与开发特征
7 北美页岩气评价技术
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
7 北美页岩气评价技术 北美页岩气岩芯评价 试验常用的准备流程。
Antrim页岩 占地31080km2,深度 180-670米,呈带状页岩纯厚2035m。上覆页岩,下伏灰岩,占全 美页岩气产量4% 。 Marcellus1200到2590米深度之间, 1800 3350米 层 均 岩 伏为 70%的方解 均厚度75米,含有大概 下灰岩。地层厚度60到90米,全美
深度m
1000 500 0
厚度m
50 0
100
源自文库
150
300
200
250
350
5000 1981 2926 2287 3048 4115 3353 1829
4500
4000 914 1829
3500
3000
2500
2000
1500
Barnett
Barnett
Feynesville
Feynesville
形成的人工裂缝,而非天然裂缝。
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
7 北美页岩气评价技术
杨氏模量/泊松比
杨 氏 模 量
泊松比
脆性
页岩脆-塑性特征
岩芯失气法测试含气量
岩芯热解和等温吸附测试吸附气
镜体反射率测试Ro
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二、北美页岩气储层与开发特征
3 北美页岩气评价技术
岩心定向力学测试(非均质性的测量)
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
录井技术 页岩气的录井与常规储藏的录井基本上没有差异,录取的资料及方法趋于普遍化和常规化。 美国页岩气富集评价通常采用七度标准:
①
② ③
页岩中的有机质丰度——有机质含量达到一定指标TOC一般>2%,最好在2.53.0%以上;
有机质演化程度——有机质热成熟度在生气窗范围之内Ro>1.1%,美国1.1%-3.5%; 有机质页岩孔隙度——具备一定的储集空间φ≤10.0%,美国φ含气 1.0%-5.0%; 富有机质页岩厚度——富有机质页岩厚度达一定规模,区域上连续稳定分布,有效 厚度>15m,TOC低的页岩厚度>30m以上; 富有机质页岩埋深度——页岩具有较好的含气性,仍要求有一定的保存条件,盆地 中心区或构造斜坡区为有利区; 页岩的强度——脆性矿物、微裂缝发育,石英、方解石、长石等>30%-40%; 构造的弱改造程度,单斜、背斜、向斜均可形成页岩气藏,尤其是负向构造区。
岩芯标定与测井数据相互修正
从宏观到微观。逐步修正和验证储层特征参数,获得越 来越精确的储层资料,
212个页岩岩芯数据经过无量纲化处理后 的Sg、K、TOC、ϕ等多因素回归图板
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
8 北美页岩气藏描述技术
水平向:40× 80ft 垂直向:~2ft
北美NU-Look和Beicip公司的三维储层地质模型推荐的网格厚度、宽度和长度
400
四川页岩气埋深相对较深,厚度中等
2600
Montney
Montney
Qiongzhusi
Qiongzhusi
1600
Longmaxi
Longmaxi
含气量m3/t
孔隙度%
10
12
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10 12 0 2 4 6 8
Barnett
Barnett
2
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6
8
Feynesville
Feynesville
Haynesville
据美国能源信息署公布的数 据,北美页岩气在干气产量中 所占比例将逐年增加。
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
2 美国主要页岩气区
纯厚30-180m,TOC4.5%,上下灰 岩。产量占美国总页岩50-60% ,
水平段长度通常1000-2000米,压 裂级数为4-15级
Fayetteville页岩气藏占地23310平 方公里,产层深度304-2130米,厚 度6-60米。第二大页岩气生产气藏, 占美国页岩气产量的17%。
流能力是控制井性质的最重要的参数,在北美最新的 Eaglefort页岩气,几乎不发育天然裂缝,采用胶联剂 结合线性胶压裂的井占50%左右。
中国石油
三、北美页岩气压裂技术与观点
2 北美页岩气压裂的主要趋势
水平 井 水平 井
直井
直井
井组
井组
•1~3段压裂 •单簇
•1~3段压裂 •单簇
•3段以上压裂 •单簇,重复压裂
•3段以上压裂 •多簇
•3段以上压裂 •多簇
•3段以上拉链 •3段以上同步 •多簇
泡沫压裂
•清水压裂
•清水压裂.
•清水压裂 •复合压裂.
•清水压裂 •复合压裂 •体积渗流
•清水压裂 •复合压裂 •应力叠加
交联冻胶压裂
( 1981~1997年)
•(1997~现今)
•1999~现今
•2002~现今.
•2006~现今.
60-90 0.5-4.0 8-9 100-330 28-33
1220-2590
15-60 3-12 10 60-100 18-24
1830-3350
35-65 1-14 3-9 200-300 55-87
180-670
20-35 1-20 9 40-100 50-60
152-610
15-30 1-25 10-14 40-80
RO > 1.4—Dry gas
国内外页岩气TOC含量对比
国内外页岩气Ro含量对比
Marcellus Marcellus
Montney Montney
Qiongzhusi
Qiongzhusi
Longmaxi Longmaxi
6 四川龙马溪-筇竹寺页岩气储层参数与北美8个页岩气区的对比
有机碳含量大部分介于2.5%~3.5%之间,热成熟度 最高达到5.8%。
305 183 732
Haynesville
Haynesville
Woodford
Woodford
Antrim
Antrim
顶界 底界
国内外页岩气有效厚度对比
二、北美页岩气储层与开发特征
国内外页岩气埋深对比
4400 4600 4200
Lewis
Lewis
475
2591
Marcellus
Marcellus
地层测井对比成图 地震资料解释与反 演
构造分析及描述
模型评价
储层预测 及描述
属性分析及描述
储层评价
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
5 每个页岩气区甚至同一个页岩气区的不同井都具有较独立的储层特征和压裂思路
过去的20年,北 美页岩气发展经 验告诉我们,页 岩气储层是一个 广泛且笼统的概 念。各个投入开 发的页岩气区块 都是独特的,难 以照搬相邻区块 的页岩气特征参 数进行指导和分 析。
3 理想的页岩气所具备的储层特征
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
5 北美页岩气一般开发流程(以Marcellus为例)
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
页岩气藏需要地质与工程的紧密结合,提高技术驱动效率 北美页岩气开发广泛使用盆地分析、测井、地震、钻井、储层参数 等建立页岩气储层地质模型,为水平井井眼轨迹设计、储产量预测、优化 井网等提供基础,提高钻井成功率,优化开发方案,提高页岩气开发效益 。
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
9 北美页岩气钻井技术
水平井钻进
美国页岩气水平段钻进一般采用PDC 钻头, 尽量提高钻头寿命,延长单趟
钻井进尺,有的水平井水平段用一只PDC 钻头一趟钻完成, 快速钻井是减少井 下复杂情况(特别是垮塌)的最好方式。 井眼控制 美国页岩气钻井针对不同的地质情况,有以下两种不同的钻具组合用于控制 井眼轨迹: ① 对于位移不大、储层均质性较好、难度一般的水平井钻井,在常规钻井液条件 下,稳定器钻具组合和弯外壳螺杆钻具与MWD 组合,可以实现斜井段与水平段 的轨迹控制,用随钻伽马一条曲线即可实现地质导向钻井。 ② 对于位移较大、难度较高的水平井,使用旋转导向钻井技术钻进,可以钻出更 加光滑、更长的水平段。
④
⑤ ⑥ ⑦
中国石油
汇报提纲
一、北美页岩气储层与开发特征
二、北美页岩气压裂技术与观点
三、北美页岩气对我国页岩气改造的启示
中国石油
三、北美页岩气压裂技术与观点
1 北美页岩气压裂理念 对于天然裂缝发育的页岩储层而言。最大限度
寻求被压开储层的体积是压裂的主要目的。 对于天然裂缝不发育的页岩储层,主裂缝的导
•2007~现今.
中国石油
三、北美页岩气压裂技术与观点
3 北美页岩气压裂的主要工艺技术 ① 速钻桥塞分段 ② “快速压裂系统”分段
③ 选择性套管滑套分段
④ 连续油管带底封分段
北美页岩气开发井有超过 85%采用水平井和速钻桥塞方式 以及速钻桥塞、重复开关套管、 “快速压裂系统”的组合方式分 段改造,增产效果显著。 通常分段8-15段,每段液 量1000-1500m3,支撑剂100200吨 。
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
9 北美页岩气钻井技术
水平井方位选择
当前美国页岩气开发中主要应用的是 单支水平井。水平段方位要垂直于最 大主应力方向,井筒穿过尽可能多的 裂缝带。由于页岩气藏厚度相对我国 大,储层岩性稳定,一般采用中低曲
率半径水平井设计。
页岩气水平井设计轨道方位和地应力间的关系
0.4-0.7 N/A 40-160 42.5 7.42
0.48-0.55 N/A 640 0.65 0.32
0.33-0.38 5-500 40-160 2.15 0.57 5-500 80
井间距(英亩)
原始气含(万亿 m3) 可采储量(万亿 m3)
1.47
1.18
4.53
0.54
中国石油
二、北美页岩气储层与开发特征
Haynesville
中国石油
Woodford
Woodford
Antrim
Antrim
国内外页岩气含量对比
Lewis
Lewis
国内外页岩气孔隙度含量对比
Marcellus
Marcellus
Montney
Montney
6 四川龙马溪-筇竹寺页岩气储层参数与北美8个页岩气区的对比
孔隙度低于国外平均水平,含气量居中。
Ro%
10 15 20 25 0 5
0
Barnett Barnett Feynesville Feynesville Haynesville Haynesville Woodford Woodford Antrim Antrim Lewis Lewis
TOC%
1
2
3
4
5
6
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RO< 1.4— Wet gas
占美国8%的页岩气产量。
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2 美国主要页岩气区
页岩气区块 估计的盆地面积(平方公里 ) Barnett 12950 Fayetteville 23310 Haynesville 23310 Marcellus 246049 Woodford 28490 Antrim 31080 New Albany 112664
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北美页岩气压裂技术
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汇报提纲
一、北美页岩气储层与开发特征
二、北美页岩气压裂技术与观点
三、北美页岩气对我国页岩气改造的启示
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二、北美页岩气储层与开发特征
预计北美的页岩气产量将会 以每年7.7%的速度增长,到 2015年将达到2002亿立方 米(据11年北美能源署)。
1 页岩气开发的地位
北 美 主 要 页 岩 区 块 基 本 情 况 表
埋藏深度 (米) 净厚度(米) TOC(%) 总孔隙度(%) 气体含量(scf/ton) 石英含量%
1980-2590
30-180 4.5 4-5 300-350 40-45
304-2130
6-60 5.0-9.8 2-8 60-220
3200-4115
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二、北美页岩气储层与开发特征
7 北美页岩气评价技术
天然裂缝
裂 缝 数 量 裂 缝 长 度 (m m) 裂 缝 长 度 (m m)
运动开度(mm)
岩芯中的裂缝数量
运动开度(mm)
裂缝密度越大,裂缝开度越小,越 需要水力压裂使之成为有效裂缝。
北美页岩气通过岩芯标定和FMI成像 对比发现,超过60%的页岩气井天然 裂缝走向与断层方向具有一致性