北美页岩气压裂技术

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1页岩气开发的地位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）。二、北美页岩气储层与开发特征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。纯厚30-180m，TOC4.5%，上下灰岩。产量占美国总页岩50-60%，度6-60米。第二大页岩气生产气藏，占美国页岩气产量的17%。水平段长度通常1000-2000米，压裂级数为4-15级Antrim页岩占地31080km2，深度180-670米，呈带状页岩纯厚20-35m。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，岩伏为18003350米层均均厚度75米，含有大概下灰岩。地层厚度60到90米，全美占美国8%的页岩气产量。70%的方解中国石油二、北美页岩气储层与开发特征2美国主要页岩气区Fayetteville页岩气藏占地23310平方公里，产层深度304-2130米，厚北美主要页岩区块基本情况表页岩气区块估计的盆地面积（平方公里）Barnett12950Fayetteville23310Haynesville23310Marcellus246049Woodford28490Antrim31080NewAlbany112664埋藏深度（米）净厚度（米）TOC(%)总孔隙度（%）气体含量（scf/ton）石英含量%粘土含量%储层压力psi储层压力梯度psi/ft出水量（桶/天）井间距（英亩）原始气含（万亿m3）可采储量（万亿m3）1980-259030-1804.54-5300-35040-4520-403000-40000.42-0.46N/A60-1609.251.25304-21306-605.0-9.82-860-220N/A80-1601.471.183200-411560-900.5-4.08-9100-33028-3325-338000-100000.7-0.92N/A40-56020.37.111220-259015-603-121060-10018-2440-601600-50000.4-0.7N/A40-16042.57.421830-335035-651-143-9200-30055-878-343100-58000.48-0.55N/A6400.650.32180-67020-351-20940-10050-6020-354000.33-0.385-50040-1602.150.57152-61015-301-2510-1440-805-500804.530.54中国石油2美国主要页岩气区中国石油3理想的页岩气所具备的储层特征二、北美页岩气储层与开发特征中国石油二、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）地震资料解释与反演构造分析及描述储层预测及描述属性分析及描述。地层测井对比成图模型评价储层评价中国石油二、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。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Ro%BarnettBarnettFeynesvilleTOC%FeynesvilleHaynesvilleHaynesvilleWoodfordWoodfordAntrimAntrimLewisLewisMarcellusMarcellusMontneyMontneyQiongzhusiQiongzhusiLongmaxiLongmaxi深度m厚度mBarnettBarnettFeynesvilleFeynesvilleHaynesvilleHaynesvilleWoodfordWoodfordAntrimAntrimLewisLewisMarcellusMarcellusMontneyMontneyQiongzhusiQiongzhusiLongmaxiLongmaxi四川页岩气埋深相对较深，厚度中等国内外页岩气埋深对比305914475400198129262287304841151829335318373218292591440026004600160042000500100015002000250030003500400045005000顶界底界国内外页岩气有效厚度对比500250200350国内外页岩气TOC含量对比5015010100201525300国内外页岩气Ro含量对比3210456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%。中国石油二、北美页岩气储层与开发特征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RO1.4—WetgasRO1.4—Drygas含气量m3/t孔隙度%BarnettBarnettFeynesvilleFeynesvilleHaynesvilleHaynesvilleWoodfordWoodfordAntrimAntrimLewisLewisMarcellusMarcellusMontneyMontneyQiongzhusiQiongzhusiLongmaxiLongmaxi国内外页岩气孔隙度含量对比国内外页岩气含量对比12108642012孔隙度低于国外平均水平，含气量居中。1086420四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个页岩气区的对比中国石油7北美页岩气评价技术二、北美页岩气储层与开发特征中国石油试验常用的准备流程。7北美页岩气评价技术北美页岩气岩芯评价二、北美页岩气储层与开发特征运动开度（mm）运动开度（mm）岩芯中的裂缝数量裂缝数量裂缝长度(mm)裂缝长度(mm)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0.2mmCarbonate&SilicaFilledFracture碳酸盐和硅质充填的裂缝0.1mm0.1mmUltravioletLight紫外光中国石油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形成的人工裂缝，而非天然裂缝。7北美页岩气评价技术二、北美页岩气储层与开发特征中国石油二、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－塑性特征岩芯热解和等温吸附测试吸附气岩芯失气法测试含气量镜体反射率测试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）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，岩芯标定与测井数据相互修正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水平向：40×80ft垂直向：~2ft8北美页岩气藏描述技术北美NU-Look和Beicip公司的三维储层地质模型推荐的网格厚度、宽度和长度二、北美页岩气储层与开发特征中国石油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二、北美页岩气储层与开发特征9北美页岩气钻井技术中国石油二、北美页岩气储层与开发特征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。9北美页岩气钻井技术①②③④⑤⑥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2.5-3.0%以上；有机质演化程度——有机质热成熟度在生气窗范围之内Ro1.1%，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%；⑦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。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：中国石油汇报提纲二、北美页岩气压裂技术与观点一、北美页岩气储层与开发特征三、北美页岩气对我国页岩气改造的启示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1北美页岩气压裂理念直井•1~3段压裂•单簇泡沫压裂交联冻胶压裂水平井•3段以上压裂•单簇，重复压裂•清水压裂.水平井•3段以上压裂•多簇•清水压裂•复合压裂.井组•3段以上压裂•多簇•清水压裂•复合压裂•体积渗流井组•3段以上拉链•3段以上同步•多簇•清水压裂•复合压裂•应力叠加•（1997~现今）•1999~现今•2002~现今.•2006~现今.•2007~现今.（1981～1997年）直井•1~3段压裂•单簇•清水压裂中国石油三、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中国石油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100-200吨。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中国石油工艺原理:用连续油管或电缆将丢手+射孔枪（或喷砂射孔工具）+桥塞工具串送到水平井施工段位置，然后坐封桥塞-射孔-加砂压裂，如此重复，可以实现对水平井无限多段的增产改造，施工完成后，下连续油管钻开所有桥塞，放喷排液。工艺特点：(1)适合于套管完井(2)不受增产改造级数限制3北美页岩气压裂的主要工艺技术三、北美页岩气压裂技术与观点中国石油1、适用井眼尺寸：4″、4½″、5″、5½″等套管完井2、封隔器耐温：204.4℃3、承受工作压差：70MPa速钻桥塞工具优点1、专利设计卡瓦，高强度，钻磨时易破碎设计2、小钻压下即可完