国外页岩气勘探开发技术

提纲
一、 前 言
二、 页岩气勘探开发技术
三、
中石化页岩气勘探开 发技术现状
1.页岩气藏特点 2.选区评价技术 3.物探技术 4.水平井钻井技术 5.水平井压裂技术 6.“井工厂”理念
二、页岩气勘探开发技术
1.页岩气藏的特点
1）页岩气资源丰富
美国48 个州广泛分布了含巨量天然气的高有机质页岩。德克萨斯州 初步开采的Barnett 页岩提供了本土48 个州天然气生产总量的6%。分析 估计到2019 年底多数的储量增长（50%到60%）将来自非常规的页岩气。
几天后井开始间歇自喷，投产初期节流器加以控制，防止支撑剂返 排至地面，排液速度控制在5－20方/小时。初期压裂液返排率一般<1/3。
二、页岩气勘探开发技术
5.页岩气水平井压裂技术
3 ）页岩气水平井压裂配套技术 (4) 同步压裂技术(simo-fracturing)
是近几年在Barnett页岩气开发中成功应用的 最新压裂技术。
二、页岩气勘探开发技术
5.页岩气水平井压裂技术
3）页岩气水平井压裂配套技术
(5)页岩水平井压裂监测技术
监测的目的：
仪 器
①掌握人工裂缝的实际几何
长 约
学特征(高度、长度和方位）；
60 m
②实时监测压裂过程，对压
裂方案进行优化；Hale Waihona Puke Baidu
③优化新井钻井井位。
实施：VSI仪器放在观测井中 （直井）, 间距<600米,持续监测 地层破裂时产生的微地震,实时的 传输和处理, 可三维显示裂缝位置。
二、页岩气勘探开发技术
水平井分段多级压裂—现场施工实景
2套压裂设备同时施工
用4根10”水管线连续供水，单井供水规模达 3万方，单段压裂供水大于1千方/小时。
1个酸罐，单层酸液16方
连续加砂装置，单井砂量1千方以上
二、页岩气勘探开发技术
水平井分段多级压裂—现场施工实景
压裂管汇
1050型压裂井口
压后返排的分离装置
2）页岩气藏物性差，需改造
页岩气储层物性差，低孔低渗， 孔隙度约为4%-6%,基质渗透率小 于0.001×10-3μm2。
页岩储层发育较多天然微裂缝， 岩石具有一定的脆性，在改造过 程中易形成网状裂缝系统。
petro-king
第7页
2019-1-28
二、页岩气勘探开发技术
1.页岩气藏的特点
3）开发方式对产能影响大
国外页岩气勘探开发工程技术
提纲
一、 前 言 二、 页岩气勘探开发技术 三、 中石化页岩气勘探开发现状
一、前 言
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。页岩气资源 已引起油气界广泛而密切的关注，受到党中央、国务院的高度重视。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，更新理念、破解难题、 创新模式，大力推进页岩气资源战略调查和勘探开发，已成为我国油气资源 领域重要而迫切的战略任务。
由于后期加砂压
裂，因此对套管及套 管头承压能力要求较
高，固井质量要好，
水泥返高到地面；水 平段是套管固井完井。
二、页岩气勘探开发技术
4.页岩气水平井钻井
4)钻井液体系
防止粘土膨胀； 提高井眼稳定性； 预防钻井液漏失； 提高钻速。 直井段（三开前）对钻井液体系无特殊要求，主要采 用水基泥浆，水平段钻井液主要采用油基泥浆。
二、页岩气勘探开发技术
5.页岩气水平井压裂技术
1）页岩压裂工艺优化的内容
井筒适应性分析 射孔井段选择 地应力场分析 压裂液优化 支撑剂选择 施工规模优化
5-1/2”套管大排量压裂，降摩阻 测井数据分析及经验总结； 闭合压力，施工方案优化； 淡水、砂，0.5%以下添加剂； 高强度、密度小，沉降速度小 ； 目前是经验总结的结果；
投送射孔抢及桥塞的施工排量大于6m3/min。
电缆 射孔枪
套管
投送筒
可钻桥塞
压裂关键技术之一，工具是贝克 公司生产，需要技术引进。现在我们 江汉油田正在技术攻关。
二、页岩气勘探开发技术
5.页岩气水平井压裂技术
3 ）页岩气水平井压裂配套技术 (3) 压后返排
全部分段射孔和压裂后，用连续油管带钻头一次快速钻碎所有桥塞， 返排至地面；
1) 有效页岩的厚度 2) 页岩的有机质丰度 3) 页岩的热演化程度 4) 页岩的矿物组成
5) 页岩的含气量 6) 页岩的孔隙度 7) 页岩的渗透性 8) 构造格局
9) 沉积、构造演化史 10) 页岩横向连续性 11) 3D 地震资料情况 12) 地层压力特征 13) 压裂用水 14) 输气管网 15) 井场情况与地貌环境 16) 污水处理与环保
二、页岩气勘探开发技术
2.选区评价技术
2）页岩气储层评价
测井和岩心分析是页岩气储层评价的两种主要手段。
测井：数据主要包括ECS、GR、成像测井、声波测井等；
从CHEVRON（雪佛龙）、HARDING-SHELTON（哈丁-歇尔顿)、BP等公 司的资料看，页岩气的测井技术与常规测井无异，但对于页岩参数的确 定，在勘探阶段需要通过岩心资料的分析标定、ECS测井获得。
技术理论:同时对配对井(offset wells)进行压 裂, 使压力液及支撑剂在高压下从1口井向另1口井 运移距离最短的方法,来形成网络裂缝，增加裂缝 密度及表面积, 提高页岩气井的产量。
同步压裂最初是两口互相接近且深度大致相 同水平井间的同时压裂,目前已发展到3口、甚至4 口井间同时压裂。3、4口井压裂时先压两侧的井， 再压中间两口井。
生产周期比较长
早期以游离气为主，产量较高，递减快（第一年产量降到65%） 后期以吸附气产出为主，产量相对较低，年递减率2%～3%，单井日产2-3万方 预测页岩气田开采寿命可达30～50年 保持合理的生产制度
二、页岩气勘探开发技术
2.选区评价技术
1）页岩气有利目标区优选技术
北美地区页岩气评价包含16个参数，内容全面。
二、页岩气勘探开发技术
5.页岩气水平井压裂技术 2）页岩气水平井单井分段多级压裂工艺流程
分段多级压裂：压裂的规模化、裂缝的网络化、作业的 工厂化，实现效益最大化。
二、页岩气勘探开发技术
5.页岩气水平井压裂技术
3 ）页岩气水平井压裂配套技术
(1)射孔优化
一般页岩水平段长1300m，每个压裂段100-130m，每段射３－４ 簇，每簇射孔长度2-3尺，孔密8-16孔/米，60°相位角。
心的层序和沉积细致描述，研究页岩的沉积特征，编制不同层系页岩沉 积相平、剖面图。
Arkoma 盆地的伍德福德页岩的系统岩心分析表明，页岩气分布在碎 屑岩和碳酸盐岩构成的旋回沉积的富含有机质页岩段中，该段TOC、Ro指 标与页岩气产出有极为密切的关系。
国内对页岩的岩心分析与国外比还存在较大的差距，特别是试验设 备与试验方法方面。
为进一步加快中石化非常规储层（含非常规油气储层及低渗致密储层） 的勘探开发进程，提高水平井钻完井及分段压裂技术水平，指导水平井钻完 井及分段压裂的实施，中石化成立了非常规储层水平井钻完井及分段压裂技 术攻关实施工作领导小组，统筹领导和协调中石化非常规储层水平井钻完井 及分段压裂技术工作。
一、前 言
四个新的页岩气（Haynesville，Fayetteville，Marcellus 和 Woodford）可采气体总量可能超过15万亿。
对比研究，中国南方广大地区海相地层中发育的优质烃源岩是国内 页岩气勘探的重要目标，专家初步估计页岩气资源量大约30万亿方。
二、页岩气勘探开发技术
1.页岩气藏的特点
二、页岩气勘探开发技术
3.地震资料的应用
美国几个页岩气田都位于常规油气勘探程度较高 的地区，常规油气勘探地震资料用来解释页岩层段的断 层和顶底板。
二、页岩气勘探开发技术
4.页岩气水平井钻井
1)水平段井眼位置及方向的设计主要依据地应力资料
最大应力方向
水平井眼取向
水平井眼位置选择在低应力区、
高孔隙度区、脆性矿物富集区和富干 酪根区，为后期压裂提供有利条件。
二、页岩气勘探开发技术
5.页岩气水平井压裂技术
1）页岩压裂工艺优化
压裂规模优化
主要是根据产量与经济 效益总结中得出规律的。
裂缝半长400m。水平 井分段每段长100－130m 左右。
因此，虽然各井压裂有不同的压裂规模，但主要情况差不多：水平井
水平段长1300m，10段压，每段加砂100方左右，用水约2000方。
—推进页岩气勘探开发技术创新。 完善和创新页岩气地质、地球物理、地球化学、钻探完井和压裂等技术方法，形 成多学科、多手段的综合勘探技术方法体系，确保勘探目标的落实和顺利完成。针对 页岩气特点，引进、吸收、提高、创新页岩气储层评价技术、射孔优化技术、水平井 技术和压裂技术，逐步形成一批适合我国页岩气地质特点的自主创新关键技术。 —构筑支撑页岩气勘探开发的技术体系。 确定我国页岩气勘探开发技术攻关方向和重点，瞄准国际先进或领先水平，强化 科技攻关，建立页岩气关键技术、核心技术、重大先导、推广技术、引进技术等分层 次的技术研发、应用保障体系。积聚力量，攻克难关，逐步由技术引进向自主创新转 变，推进原始创新，力争跨越关键技术和核心技术门槛，提高页岩气勘探开发技术水 平和竞争力。
二、页岩气勘探开发技术
1.页岩气藏的特点
4）产量递减先快后慢，生产周期长
Million Cubic Feet
kentucky东部泥盆系页岩气产量递减曲线， xx井26年累计产量1333×104m3
60
30
0
1950
1960
1970
1980
1990
一般无自然产能，所有井都要实施压裂 改造。据美国资料统计： 40%的井初期裸眼测试时无天然气 55%井初始无阻流量没有工业产能 直井压裂平均产量达0.8万方/d左右 水平井压裂平均产量可达10万方/d 以上，最高达30万方/d
水平井眼方向沿最小水平应力
方向钻进，后期压裂裂缝与井眼方
向垂直，压裂改造效果好。
二、页岩气勘探开发技术
4.页岩气水平井钻井
2)丛式钻井
可采用底部滑 动井架钻丛式井组。 每井组3～8口单支水 平井，水平井段间距 300-400m左右。
二、页岩气勘探开发技术
4.页岩气水平井钻井 3)井身结构 —主要是三级结构
二、页岩气勘探开发技术
2.选区评价技术
3）富含脆性矿物的优质烃源岩均是有利的勘探开发目标
BP公司工作的Arkoma 盆地伍德福德页岩气藏,页岩厚度大于 50米、TOC大于2%、Ro1.3—1.8%、钙质含量大于20%，由于富含钙 质脆性矿物，通过压裂取得了很好的勘探开发效果。
由此认识到除硅质含量越高，页岩脆性越大，有利于后期的压 裂改造形成裂缝外，只要富含脆性矿物的优质烃源岩均是有利的勘 探开发目标。
通过对已知页岩气藏总有机碳含量、成熟度、含气性等地球化学参 数与测井资料标定建立气藏评价方法的研究，在新井或新层评价时可通 过测井模型确定各项参数。
二、页岩气勘探开发技术
2.选区评价技术
2）页岩气储层评价
岩心分析：确定孔隙度、储层渗透率、泥岩的组分、流体及储
层的敏感性，并分析测试TOC和吸附等温曲线。 Bp通过参数井的系统取心，在“相控页岩分布”的思路指导下，对岩
水平井是目前主要的页岩气藏生产形式。水平井的产量是垂直 井的3-4倍多，成本仅是直井的1.5-2 倍。目前85%的开发井为水平井 ＋多段压裂。
平均产量, MCFD 水平井/直井产量比
4000 3000 2000 1000
00
200
400
600
水平井平均产量
直井平均产量
800 比率
1000
4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 1200 天数
每段一次完成射孔及加塞。
趋势：水平井分段数在增加，但每段的射孔数目在下降；
二、页岩气勘探开发技术
5.页岩气水平井压裂技术
3 ）页岩气水平井压裂配套技术 (2) 易钻桥塞(FastDrill Plug)
第一阶段TCP射孔，套管压裂，座封压裂桥塞和射 孔一趟电缆完成，进行多级点火,可多段射孔。
该技术3.5”, 4.5”, 5.5”, 7” 套管完井水泥固井 的水平井，压后可快速钻塞 （十分钟便可钻掉一个）， 该桥塞材质轻，易排出，节约现场施工时间。
二、页岩气勘探开发技术
2.选区评价技术
4)Ro是热成因页岩气成藏的主控因素。Ro介于1.1%～3%的范围 是热成因型页岩气藏的有利分布区。
在北美俄克拉荷马东南的阿科马盆地Ro达到4.89% ， Woodford页岩中也发现了页岩气藏，改变了以往对页岩Ro上限小 于3%的观点, 但Ro过高会导致页岩气藏中的二氧化碳含量增高。