页岩气开发开采技术

页岩气开发开采技术2011年5月18日目录一、页岩气藏特点二、页岩气资源分布三、页岩气开发技术四、安东页岩气服务能力1.页岩气生成生物成因：一般埋藏浅、地层温度低、有机质成熟度低（Ro1%），有机碳含量（TOC)可以高达20%，有时伴随原生地层水，如美国的Antrim（Ro=0.5～0.75%）andNewAlbany两个气田；热解成因：一般埋藏较深、地层温度较高、有机质成熟度高（Ro=1～1.8%），TOC=2.5～4.5%，美国大多数页岩气田都属于热解成因。2.页岩气储层岩性：暗色泥页岩与致密粉砂岩的薄互层，层理发育，含有硅质和钙质，其中粘土含量=31～45%，SiO2+钙质35%(以Barnett为例）；物性：致密，渗透率一般在0.01～0.00001md。在构造活跃地区或者上覆地层剥蚀地层压力下降的情况下发育裂缝，并被钙质或泥质充填。孔隙度一般低于10%。裂缝或孔隙多被自由甲烷气饱和，页岩气主要以吸附状态存在岩石颗粒表面或有机质表面。3.页岩气盖层自生自储：页岩由于自身致密性，既是常规气藏的盖层，也是页岩气自身的盖层；上覆盖层：上覆致密砂岩也是页岩气良好的盖层。4.页岩气圈闭构造平缓，圈闭受后期构造的影响很小；属于隐蔽性岩性圈闭。5.页岩气藏评价一般属于常压或异常高压地层；含钙质页岩启裂梯度小于0.75Psi/ft(1.7MPa/100m)，如Barnett页岩;缺钙页岩地层裂梯度大于0.8Psi/ft(1.8MPa/100m)，能够引起数倍的弯曲度;微裂缝发育是页岩气田高产的前提，钙质充填裂缝的富硅质页岩是最好的页岩气储层；富含粘土、缺乏互层状硅质和缺钙低钙质页岩压裂风险很大。页岩上下隔层出现含水层，人工诱导裂缝的长度受到限制；有机碳含量不高的页岩可以被大厚度、高成熟度和天然裂缝发育等参数弥补。页岩气气藏特征超低渗（100nD，0.0001mD）低孔(5%)自然裂缝含气量大（每段为5Bcf～50Bcf）采收率变化大(8-20%)游离状态天然气的含量变化于20%-85%之间需压裂改造生产递减率通常小于每年5%（一般2%～3%）；厚度很大（最厚达450米）；富含有机物（总有机碳为1wt%～20wt%）；油藏依赖天然裂缝系统提供孔隙度和渗透率；生产寿命长(30-50年)(Barnett页岩开采寿命可达80～100年)页岩气盆地BarnettFayettevilleHaynesvilleWoodfordAntrimNewAlbanyLewisMontney四川盆地威远龙马溪（海相）南襄盆地泌阳凹陷核桃园组（陆相）深度,m1981～2590304～21333200～41141828～3352182～670152～609900～1800400～44001600～42002100～2800有效厚度,m30～1826～6060～9136～6721～3615～3061～9130～5035～7020～７0Ro，%1.0～1.31.2～4.22.2～30.37～4.890.4～0.60.4～1.01.6～1.881.2～1.61.6～2.60.4～1.1TOC，%4.54～9.80.5～4.01～141～201～250.45～3.51.7～3.751.88～9.362石英+钙质%35～5060～8020～415050～7040～5535～45总孔隙度，%4～52～88～93～9910～143～5.55-9.51～53～9天然气含量，m3/吨岩石8.49～9.91.7～6.22.8～9.35.7～8.51.1～2.81.1～2.30.4～1.30.440.5～2.82产水量，桶/日N/AN/AN/AN/A5～5005～500N/AN/A目录一、页岩气藏特点二、页岩气资源分布三、页岩气开发技术四、安东页岩气服务能力员工关系管理地区或国家页岩气资源量（1012m3）北美108.79拉丁美洲59.95西欧14.44中欧和东欧1.10前苏联17.75中东和北非72.15非洲沙哈拉地区7.76中亚和中国99.90太平洋（经济合作和发展组织）65.50亚太其他地区8.89南亚0全世界456.241.全球页岩气资源分布全球页岩气资源量为456.24×1012m3。主要分布在北美、中亚和中国、拉美、中东和北非、前苏联。2.中国页岩气储量我国主要盆地和地区的页岩气储量约15～30万亿立方米，中值23.5万亿立方米，与美国的28.3万亿立方米相当。而且，我国古生界页岩气资源量大约是中生界页岩气资源量的2倍，平面上分布以南方和西北地区为主，也包括鄂尔多斯盆地及周缘地区。员工关系管理中国南方从震旦纪到中三叠，发育了面积达200×104km2的海相地层，并且最大厚度超过了10km,中—古生界海相地层分布面积达90×104km2.。四川盆地威远地区的九老洞页岩和泸州地区下志留统龙马溪页岩6.8～8.4×1012m3，相当于四川盆地的常规天然气资源总量。在华北—东北地区，页岩气更可能发生在主力油气层位的底部或下部，区域上的古生界、鄂多斯盆地的中—古生界、松辽盆地的中生界、渤海湾盆地埋藏较浅的古近系等。泥页岩累计厚度在50～2000m之间，平均有机碳含量为1.0%～2.0%，局部平均值可达4.0%以上，对应有机质成熟度变化较大。在西北部地区,页岩气的分布更多地受现今盆地特点的约束,区域上分布的中生界(侏罗系及三叠系等)和盆地边缘埋深较浅的古生界泥页岩相对有利,有机碳含量平均值普遍较高,成熟度变化范围较大。青藏地区的地表环境虽然较差，但中—古生界泥页岩地层厚度大，有机质含量高，有机质热演化程度适中，也是页岩气发育的有前景地区。3.中国页岩气资源分布页岩气资源分布纵向上时间跨度大从寒武纪一直到第三纪中新世都有页岩沉积资源量跟美国相当15～30万亿立方米，中值26万亿立方米（美国28万亿立方米）古生界页岩气丰富古生界页岩气资源量大约是中生界页岩气资源量的2倍南方海相沉积有利南方海相沉积了4套区域性黑色页岩和8套地区性黑色页岩，集中在寒武系和志留系目录一、页岩气藏特点二、页岩气资源分布三、页岩气开发技术四、安东页岩气服务能力致密性和天然气的特性要求页岩气开采最大程度地暴露页岩地层到井眼的接触面积，需要的主要技术如下：大位移水平井钻井技术；套管固井射孔完井技术；压裂投产技术。1.页岩地层水平井钻井技术采用底部滑动井架钻丛式井组，每井组3～8口单支水平井，节约搬家时间和费用，同时利于压裂大规模用水的组织。丛式钻井技术1.页岩地层水平井钻井技术直井段可以使用水基泥浆，节约成本；水平段使用油基泥浆，保护页岩水平段地层和润滑钻具。在完钻通井时要充分循环泥浆,循环排量不低于钻进时的最大排量,循环时间不低于2周,彻底将井底和水平井段沉积的岩屑循环干净，有利于固井质量的提高。水平段钻井泥浆要求2.页岩水平井射孔技术全井段里采用集中式限流射孔4-6簇/级、2～5ft射孔长度/簇、15～30米间隔/簇、4～6SPF（孔/英尺）的射孔密度、60度相位，段与段间隔400ft左右;每段各簇一趟管柱完成射孔（若采用桥塞分隔，则一趟管柱完成下桥塞+分簇射孔）。3.页岩水平井压裂技术1）完井方式：裸眼射孔完井；套管固井射孔完井。封隔器+滑套分隔方式，可在裸眼或套管内使用，第一级使用压差打开或瓣阀打开，其他封隔器使用投球或瓣阀打开，加砂压裂，裸眼不需要射孔，套管固井需要射孔，目前许多公司（如PackersPlus’StackFRAC、Halliburton’Deltastimfrac、BakerHughes’FRAC-POINTSYSTEM、Weathford、BJ)在致密砂岩和页岩地层使用，均比较成功，多数情况下，一天可以完成逐段压裂,优点就是快速，节省时间成本，缺点是封隔器和滑套有失效或者打不开的风险，一旦滑套打不开，必须射孔解决；3.页岩水平井压裂技术3.页岩水平井压裂技术可钻桥塞分隔方式，适用于套管射孔分隔，效果最有把握，但施工时间较长，其中桥塞有两种，一种是金属可钻桥塞，不能钻碎，可以捞取，但费时间；另一种是非金属复合材料或软金属，可钻成粉末，随压裂液返排地面，国外已经是很成熟的技术。复合材料或软金属合金可钻桥塞性能要求和施工要求桥塞性能：可钻复合材料桥塞是首选，要求水力膨胀坐封、耐压耐温（194℃、69Mpa），快速（每个几分钟）可钻成碎末，返排出地面；下入工具：连续油管、爬行器、泵送；安装方法：电动或者水力，水力安装优点是快速，电动安装的优点比较精确；压裂措施结束可用连续油管带钻机进行钻塞。3.页岩水平井压裂技术2）分隔技术评价：北美页岩气田开发时间比较早，应用的技术多种多样；应用最广泛的页岩地层水平井分段压裂方式有两种：复合材料可钻桥塞和封隔器+滑套，前者分步施工，施工安全系数高，但施工周期较长，成本较高；后者一趟管柱，施工周期最短（一天多即可完成多段压裂），成本较低，但各段的压裂效果难以监测。国外页岩气压裂已经经历了20多年的发展，逐步形成了以清水压裂液为主的改造技术。应用技术成本传统的交联凝胶和支撑剂100%水力压裂而不用支撑剂25-30%采用20/40目的支撑剂，水作压裂液30-40%采用40/70目的支撑剂，水作压裂液40-60%混合压裂（清水造缝冻胶携砂）70-80%Anadako公司在Bossier油田共采取五种不同的压裂工艺。3）压裂液优化：3.页岩水平井压裂技术脆性指数60脆性指数=40~50脆性指数=10~30硬脆页岩砂泥岩互层泥岩施工规模大小支撑剂浓度小大压裂液粘度小大压裂液配方简单复杂清水压裂线性或交联压裂混合压裂-1000-500050010001500200025003000-1000-50005001000150020002500West-East(ft)South-North(ft)ObservationWell2•清水压裂清水压裂节理变形节理内压力升高有效闭合压力减小节理张开压力继续升高有效闭合应力平行节理面的剪应力节理剪切滑移剪切面粗糙小颗粒桥接诱导裂缝微裂缝改向形成网状裂缝增加了泄气面积清水粘度1mp.s，更容易进去渗透率极低的页岩节理，从而净压力升高，迫使节理张开，同时通过加入支撑剂，迫使裂缝转向，同时支撑剂起到桥接作用。3.页岩水平井压裂技术4）支撑剂：类型：不同阶段使用不同的支撑剂，开始使用一种100目石英砂砂，然后是一种40/70目石英砂，最后是一种40/70树佛涂敷砂支撑剂；支撑剂在页岩气压裂中主要起转向、支撑网状裂缝，不追求裂缝导流能力，页岩气压裂通常采用40-70目石英砂（价格便宜、满足要求）。3.页岩水平井压裂技术5）施工参数：压裂参数设计1、高前置量：比例40-50%左右；2、大液量：25-30m3/m；3、大排量:10-28m3/min；4、低砂比:120Kg/m3，后期尾追240Kg/m3；5、低砂量：每级砂量80-150t；6、盐酸预处理：1-2段15%KCl，每段5-8m3；7、充分冲洗：每阶段冲洗体积为井筒体积的1.5倍。3.页岩水平井压裂技术6）现场实施技术4.页岩水平井压裂技术发展趋势及评价1）水平段套管：一般采用51/2”套管；2）水平段分隔：以可钻桥塞和滑套+封隔器两种分段方式为主；3)水平井分段数在增加，但每段的射孔数目在下降；4)井距呈下降趋势，段距呈下降趋势；BarnettShaleCompletionRoadmap01020304050607080901999200020012002200320042005200620072008yearAvg.BPM0100200300400500600700spanft.BPMTreatmentspan排量每段长度5、页岩气水平井产量统计0.00%2.00%4.00%6.00%8.00%10.00%12.00%50000250000450000650000850000105000012500001450000165000012monthgasMCF%of