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国外页岩气勘探开发工程技术中石化石油工程管理部：何育荣2011.5.一、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提纲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。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—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。一、前言一、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”理念提纲美国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2011年底多数的储量增长（50%到60%）将来自非常规的页岩气。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。1.页岩气藏的特点1）页岩气资源丰富二、页岩气勘探开发技术页岩气储层物性差，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。2010-1-28第7页）页岩气藏物性差，需改造1.页岩气藏的特点二、页岩气勘探开发技术010002000300040000200400600800100012000.01.02.03.04.0天数平均产量,MCFD0.0水平井/直井产量比水平井平均产量直井平均产量比率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。3）开发方式对产能影响大1.页岩气藏的特点二、页岩气勘探开发技术0306019501960197019801990MillionCubicFeetkentucky东部泥盆系页岩气产量递减曲线，xx井26年累计产量1333×104m34）产量递减先快后慢，生产周期长1.页岩气藏的特点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二、页岩气勘探开发技术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)构造格局北美地区页岩气评价包含16个参数，内容全面。1）页岩气有利目标区优选技术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2.选区评价技术二、页岩气勘探开发技术测井和岩心分析是页岩气储层评价的两种主要手段。2.选区评价技术2）页岩气储层评价测井：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。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。二、页岩气勘探开发技术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。3）富含脆性矿物的优质烃源岩均是有利的勘探开发目标2.选区评价技术二、页岩气勘探开发技术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。2.选区评价技术二、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水平井眼取向最大应力方向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。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。4.页岩气水平井钻井二、页岩气勘探开发技术—主要是三级结构由于后期加砂压裂，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。3)井身结构4.页岩气水平井钻井二、页岩气勘探开发技术直井段（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。防止粘土膨胀；提高井眼稳定性；预防钻井液漏失；提高钻速。4)钻井液体系4.页岩气水平井钻井二、页岩气勘探开发技术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测井数据分析及经验总结；5-1/2”套管大排量压裂，降摩阻闭合压力，施工方案优化；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；5.页岩气水平井压裂技术二、页岩气勘探开发技术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。压裂规模优化因此，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。5.页岩气水平井压裂技术1）页岩压裂工艺优化二、页岩气勘探开发技术2）页岩气水平井单井分段多级压裂工艺流程5.页岩气水平井压裂技术分段多级压裂：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。每段一次完成射孔及加塞。(1)射孔优化趋势：水平井分段数在增加，但每段的射孔数目在下降；3）页岩气水平井压裂配套技术5.页岩气水平井压裂技术二、页岩气勘探开发技术第一阶段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。投送射孔抢及桥塞的施工排量大于6m3/min。(2)易钻桥塞(FastDrillPlug)3）页岩气水平井压裂配套技术5.页岩气水平井压裂技术电缆射孔枪投送筒可钻桥塞套管压裂关键技术之一，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(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；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。3）页岩气水平井压裂配套技术5.页岩气水平井压裂技术二、页岩气勘探开发技术是近几年在Barnett页岩气开发中成功应用的最新压裂技术。技术理论:同时对配对井(offsetwells)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。(4)同步压裂技术(simo-fracturing)3）页岩气水平井压裂配套技术5.页岩气水平井压裂技术二、页岩气勘探开发技术(5)页岩水平井压裂监测技术监测的目的：①掌握人工裂缝的实际几何学特征(高度、长度和方位）；②实时监测压裂过程，对压裂方案进行优化；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。仪器长约60m3）页岩气水平井压裂配套技术5.页岩气水平井压裂技术二、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—现场施工实景可钻桥塞1050型压裂井口压裂管汇压后返排的分离装置二、页岩气勘探开发技术6.“井工厂”的理念在非常规油气资源勘探开发中的意义22口井的采气井厂非常规气的勘探开发效益需要综合批量化的工作部署。二、页岩气勘探开发技术利用最小的丛式井井场使钻井开发井网覆盖区域最大化。为后期的批量化的钻井作业、压裂施工奠定基础。使地面工程及生产管理也得到简化。(路少、基础设施简单，天然气自发电，管理集中)1)钻井部署二、页岩气勘探开发技术6.“井工厂”的理念