网络压裂工艺技术-陈作

SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING页岩气“缝网”压裂技术主讲：陈作石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING●1991年毕业于西南石油学院油藏工程专业。●1991-2010年：中石油廊坊分院压裂酸化技术服务中心，副总工程师，学科带头人。●2010.07-：中石化石油工程技术研究院储层改造所，主任工程师。简介石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING“缝网”压裂(NetworkFracture)体积压裂（StimulatedReservoirVolume)？复杂裂缝压裂(ComplexFracture)引言石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING引言石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING引言石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING引言石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING提纲一、页岩气压裂改造发展历程二、页岩气“缝网”压裂技术三、思考与建议石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING一、页岩气压裂改造发展历程(一)页岩气发展概况1.资源量巨大：全球页岩气资源量预测相当于煤层气和致密砂岩气的总和地区煤层气1012m3页岩气1012m3致密砂岩气1012m3合计1012m3北美85.4108.738.8232.9拉丁美洲1.159.936.697.6西欧4.414.410.028.8中欧和东欧3.31.12.26.7前苏联112.017.725.5155.2中东和北非0.072.123.395.4撒哈拉以南非洲1.17.822.231.0中亚和中国34.499.810.0144.2太平洋地区(经合组织)13.365.520.098.7其它亚太地区0.08.915.524.4南亚1.1—5.56.7全球256.1456.0209.6921.4（据Rogner，1997；Kawata和Fujita，2001）石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING2.美国页岩气发展推动世界页岩气开发技术进步•第一口商业页岩气井–Fredonia,NY,1821•水力压裂技术应用于页岩气,1950s-60s•BarnettShale发现，1982•AppalachianBasin第一口页岩气水平井,1980s•Barnettshale第一口成功的水平井,1992•Barnettshale推广使用水平井,2000年以后•Barnett水平井技术推广到AppalachianBasin(Ohio&MarcellusShales),2006一、页岩气压裂改造发展历程石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING•每年新钻水平越来越多，直井越来越少一、页岩气压裂改造发展历程石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING●五大页岩气盆地产量占95%美国页岩气产量Illinois盆地：1858年NewAlbany页岩Michigan盆地：1942年Antrim页岩Appalachian盆地：1821年Ohio页岩FortWorth盆地：1981年Barnett页岩SanJuan盆地：1951年Lewis页岩一、页岩气压裂改造发展历程石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING●页岩气年产量与2009-2015年预测2800亿方830亿方507亿方一、页岩气压裂改造发展历程石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING快速发展的主要动因•三个因素：资源、需求、技术（服务）•丰富的资源是基础•市场需求是动力•新技术、新工艺是保障一、页岩气压裂改造发展历程石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING（二）页岩气储层基本特征1.埋藏深度：美国页岩气开采深度普遍小于3000m1000m2000m3000m5700m一、页岩气压裂改造发展历程石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING矿物平均含量（%）样品数量最低含量（%）最高含量（%）方解石16.135073白云石/铁白云石5.635041菱铁矿0.33501石英34.335858长石6.635312黄铁矿9.735146磷酸盐3.335014粘土24.235748Barnett地层矿物分析结果0102030405060Barnett-DelawareBarnett-FortWorthCaneyWoodfordFayettevilleNewAlbany石英碳酸盐岩黄铁矿其他高岭石绿泥石干酪根I/SC/MI/M2.页岩气岩性:◇石英:29-38%；◇粘土:30-39%；◇其它:25-30%一、页岩气压裂改造发展历程（二）页岩气储层基本特征石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING孔隙度4.22%～6.51%，基质渗透率10-3md以下Barnett页岩裂隙渗透率7-10md。储层参数在纵向上和横向上变化范围很大，非均质性强。FayettevilleShalePermeabilityvs.PorosityforThreeFieldsExhibitE-30.00000.00010.00020.00030.00040.00050.00060.00070.00080.00090.02.04.06.08.010.0TotalPorosity(%BV)Permeability(mD)GriffinMountainGravelHillScotlandFayettevilleBASICROCKPROPERTIES(GRIMethod)1E-141E-131E-121E-111E-101E-091E-081E-071E-061E-051E-041E-031E-021E-01051015202530354045Total(Interconnected)Porosity,percentMatrixPermeability,mdAllWellsDelaware(WardCo)Delaware(OtherCounties)FortWorthBasin1156SamplesCrushedSample(20/35Mesh)EffectivePermeabilityBarnettFormation,204Samples气藏深度，m1950-2550闭合压力梯度，MPa/m0.0167压力梯度，MPa/100m1.12杨氏模量,MPa34000-44000泊松比0.2-0.3一、页岩气压裂改造发展历程3.页岩气储层物性石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERINGWoodford页岩岩芯断面裂缝网络（7087.0ft处）页岩在裂缝网络系统不发育情况下，很难成为有效储层4.裂缝完全发育Barnett页岩薄片（7668ft)一、页岩气压裂改造发展历程裂缝——有效储层关键要素石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING参数Barnett密西西比系Ohio泥盆系Antrim泥盆系NewAlbany泥盆系Lewis白垩系深度（m）1950-2550600-1500180-720180-1470900-1800有效厚度（m）15-619-3021-3715-3061-91TOC（%）4.50-4.70.3-241-250.45-3.5Ro（%）1.0-1.90.4-1.30.4-0.60.4-1.01.6-1.88总孔隙度（％）4-54.7910-143-5.5含气孔隙度（％）2.52.0451-3.5吸附气（%）20507040-6060-85含气量（m3/t岩石）8.5-9.91.7-2.81.1-2.81.1-2.30.4-1.3单井产气量(m3/d)2830-28300849-141501132-14150283-14152830-5660单井水产量(m3/d)000.8-79.50.8-79.50储量丰度（108m3/km2）3.28-4.370.55-1.090.66-1.640.77-1.090.87-5.47所属盆地FortWorthAppalachianMichiganIllinoisSanJuan（据Hill和Nelson2000年资料修改）TOC一般大于2%，Ro为0.4%～1.9%，干酪根Ⅰ～Ⅱ型为主5.有机质丰度高，厚度大一、页岩气压裂改造发展历程石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING吸附态：吸干酪根、粘土矿物内表面溶解态：溶解在有机质内和地层水内游离态：以游离态存在于裂隙内美国各页岩气赋存状态统计0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%阿巴拉契亚Ohio页岩密执安Antrim页岩伊利诺斯NewAlbany页岩富特沃斯Barnett页岩圣胡安Lewis页岩溶解气含量游离气含量吸附气含量0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%阿巴拉契亚Ohio页岩密执安Antrim页岩伊利诺斯NewAlbany页岩富特沃斯Barnett页岩圣胡安Lewis页岩溶解气含量游离气含量吸附气含量阿巴拉契亚Ohio页岩密执安Antrim页岩伊利诺斯NewAlbany页岩富特沃斯Barnett页岩圣胡安Lewis页岩一、页岩气压裂改造发展历程6.气体附存状态多样石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING0102030405060Barnett-DelawareBarnett-FortWorthCaneyWoodfordFayettevilleNewAlbany石英碳酸盐岩黄铁矿其他高岭石绿泥石干酪根I/SC/MI/M7.水敏性不强，适合大型滑溜水压裂一、页岩气压裂改造发展历程石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING8.单井产量低，生产周期长所有井都需实施压裂改造40%的井初期裸眼测试无天然气流55%的井初始无阻流量没有工业价值5%的井初期具有工业气流直井改造后，平均日产量8063方水平井改造后，日产量超过10万方热成因型产量是其他类型的2～10倍生产周期长年递减率小于5%，一般为2%～3%一般的页岩气田开采寿命可达30～50年据USGS，Barnett页岩气田开采寿命可达80～100年一、页岩气压裂改造发展历程石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING（1）第1阶段：1997年之前，大规模水力压裂技术•1981年，MitchellEnergy公司进行第一口氮气泡沫压裂；•1985年，22口直井进行常规压裂；•1986年，开始以氮气助排的大型压裂技术(MHF)（1900m3瓜胶压裂液，44-680t支撑剂（20/40目，≥