1、頁 巖 氣 開 采 技 術(shù)天津石油職業(yè)技術(shù)學(xué)院石油工程系鉆井技術(shù)教研室郟志剛巖氣開采技術(shù)第1頁課 程 目 錄第一章 頁巖氣開采概述第二章 頁巖氣鉆井技術(shù)第三章 頁巖氣完井與射孔作業(yè)第四章 頁巖氣分段壓裂技術(shù)第五章 頁巖氣連續(xù)油管技術(shù)第六章 頁巖氣試氣工藝第七章 頁巖氣井生產(chǎn)管理技術(shù)巖氣開采技術(shù)第2頁第一章 頁巖氣開采概述一、頁巖氣概念1.頁巖油氣：主要以吸附和游離方式賦存于富有機(jī)質(zhì)泥頁巖及其夾層中石油與天然氣。2. 頁巖氣：產(chǎn)自極低孔滲、富有機(jī)質(zhì)頁巖儲集系統(tǒng)中天然氣，或自生自儲、以游離氣和吸附氣為主賦存，富集于頁巖儲集系統(tǒng)微-納米級孔縫或礦物顆粒表面天然氣。?巖氣開采技術(shù)第3頁第一節(jié) 頁巖氣及

2、其特點(diǎn)二、頁巖氣特點(diǎn)1.儲集空間以裂縫為主，以游離氣、吸附氣和水溶氣形式賦存，低滲；2.屬于源生氣，在源巖層內(nèi)就近聚集，為經(jīng)典原地成藏模式，與常規(guī)天然氣藏不一樣，頁巖氣“生、儲、蓋”自成一體；巖氣開采技術(shù)第4頁拋光前 拋光后二、頁巖氣特點(diǎn)3.較常規(guī)天然氣相比，含有單井產(chǎn)量低、開采壽命長、生產(chǎn)周期長、產(chǎn)量穩(wěn)定特點(diǎn)。4.分布在盆地內(nèi)厚度較大、分布廣頁巖烴源巖地層中，連續(xù)性分布。巖氣開采技術(shù)第5頁三、頁巖氣賦存頁巖類別頁巖氣主要賦存在黑色富有機(jī)質(zhì)泥頁巖中巖氣開采技術(shù)第6頁四、頁巖氣與常規(guī)油氣關(guān)聯(lián)性1、頁巖油氣主要分布于成熟含油氣區(qū)；2、積累常規(guī)油氣地質(zhì)資料、樣品可用于確定有利區(qū)；3、已經(jīng)有管網(wǎng)設(shè)施能

3、夠利用；4、已形成地球物理、壓裂技術(shù)等能夠應(yīng)用。巖氣開采技術(shù)第7頁第二節(jié) 國內(nèi)外頁巖氣勘探開發(fā)覺實(shí)狀況概 論中國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)不合理，煤炭消費(fèi)居高不下，天然氣消費(fèi)比較偏低，天然氣含有很大發(fā)展空間。巖氣開采技術(shù)第8頁一、頁巖氣發(fā)覺及革命前期18，William A.Hart 在美國紐約弗里多尼亞鉆了第一口產(chǎn)自頁巖商業(yè)天然氣井(27 英尺深），被認(rèn)為是頁巖氣首次發(fā)覺。19，在阿巴拉契亞盆地泥盆系Ohio頁巖中，發(fā)覺了世界第一個頁巖氣田Big Sandy。受地質(zhì)認(rèn)識和技術(shù)伎倆限制，人們對這類資源并沒有重視，沒有認(rèn)識到它巨大潛力，沒有想到它能夠被大規(guī)模地開采利用。巖氣開采技術(shù)第9頁二、頁巖氣革命開始與發(fā)

4、展19811998, Mitchell能源企業(yè)堅持在Fort Worth盆地探索試驗(yàn)，綜合開發(fā)了水力壓裂和水平井技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)了Barnett頁巖氣規(guī)模商業(yè)開發(fā)，開創(chuàng)頁巖氣開發(fā)新局面。頁巖氣之父George Mitchell 于取得終生成就獎，以表彰他在頁巖氣開發(fā)方面做出出色貢獻(xiàn)。巖氣開采技術(shù)第10頁三、全球非常規(guī)天然氣資源開發(fā)覺實(shí)狀況全球頁巖氣資源儲量約456萬億立方米，相當(dāng)于煤層氣和致密氣總和，主要分布在北美、中亞和中國、中東和北非以及拉美等地域。巖氣開采技術(shù)第11頁三、全球非常規(guī)天然氣資源開發(fā)覺實(shí)狀況以后，水平井鉆井技術(shù)及分段壓裂、同時壓裂、重復(fù)壓裂技術(shù)等快速發(fā)展及大規(guī)模應(yīng)用，帶來了美國

5、頁巖氣快速發(fā)展。Barnett頁巖氣年產(chǎn)量由1999年22億方快速增加到年560億方，10年間增加了25倍。20美國年產(chǎn)超三千億方。頁巖氣水平井分段壓裂模式美國頁巖氣年產(chǎn)量改變巖氣開采技術(shù)第12頁13四、我國石化頁巖油氣勘探開發(fā)覺實(shí)狀況自-年，中國石化頁巖氣勘探主要開展了選區(qū)評價、重點(diǎn)區(qū)塊評價、產(chǎn)能評價、產(chǎn)能建設(shè)四方面工作,實(shí)現(xiàn)了頁巖氣從勘探突破到商業(yè)發(fā)覺到規(guī)模開發(fā)跨越式發(fā)展。巖氣開采技術(shù)第13頁14四、我國石化頁巖油氣勘探開發(fā)覺實(shí)狀況巖氣開采技術(shù)第14頁，宣頁1、河頁1井找到頁巖，見氣顯示；，黃頁1、湘頁1井找到頁巖，獲低產(chǎn)氣流；.7, 彭頁HF-1井找到優(yōu)質(zhì)頁巖，產(chǎn)工業(yè)氣流；.12,焦頁1

6、HF井找到優(yōu)質(zhì)頁巖，獲高產(chǎn)氣流。，勘探分企業(yè)針對焦石壩區(qū)塊志留系龍馬溪組布署鉆探了焦頁1HF井，11月28日放噴測試獲20.3萬方/天工業(yè)氣流，取得了頁巖氣勘探突破，開啟了焦石壩區(qū)塊頁巖氣開發(fā)工作。 12月，涪陵頁巖氣田正式移交江漢油田分企業(yè)開發(fā)。15四、我國石化頁巖油氣勘探開發(fā)覺實(shí)狀況巖氣開采技術(shù)第15頁四、我國石化頁巖油氣勘探開發(fā)覺實(shí)狀況1月9日，焦頁1HF井投入試采，日產(chǎn)量6萬方，成為國內(nèi)第一口投入商業(yè)開發(fā)頁巖氣井，標(biāo)志涪陵頁巖氣田正式進(jìn)入商業(yè)試采。1月，開啟試驗(yàn)井組開發(fā)工作；并開展焦石壩區(qū)塊一期產(chǎn)建區(qū)整體評價。11月28日，一期產(chǎn)建方案經(jīng)過總部審查。年1月，開啟一期產(chǎn)建工作。2012月

7、，圓滿建成涪陵頁巖氣田一期50億方產(chǎn)能。焦頁1HF井放噴點(diǎn)火照片巖氣開采技術(shù)第16頁截至底，氣田累計開鉆338口，完井306口，完成試氣274口，投產(chǎn)246口；建成頁巖氣年產(chǎn)能力70億方，預(yù)計年產(chǎn)頁巖氣可達(dá)一百億方。并建成60億方/年集輸工程、65億方/年脫水裝置、51000方/天供水系統(tǒng)、53座地面集氣站、110kV變電站。四、我國石化頁巖油氣勘探開發(fā)覺實(shí)狀況新建平臺：13座開鉆：30口完井：24口完成試氣：14口投產(chǎn)：13口新建產(chǎn)能：5億方產(chǎn)氣：1.42億方銷售：1.34億方實(shí)現(xiàn)當(dāng)年開發(fā)，當(dāng)年投產(chǎn)，當(dāng)年見效。新建平臺：52座開鉆：148口完井：112口完成試氣：75口投產(chǎn)：76口新建產(chǎn)能：

8、20億方產(chǎn)氣：10.81億方銷售：10.38億方占當(dāng)年全國頁巖氣總產(chǎn)量83%。新建平臺：10座開鉆：112口完井：120口完成試氣：109口投產(chǎn)：91口新建產(chǎn)能：25億方產(chǎn)氣：31.67億方銷售：30.41億方圓滿完成一期50億方產(chǎn)能建設(shè)任務(wù)。新建平臺：27座開鉆：50口完井：50口完成試氣：78口投產(chǎn)：66口新建產(chǎn)能：20億方產(chǎn)氣：50.37億方銷售：48.36億方二期產(chǎn)建建成產(chǎn)能20億方。巖氣開采技術(shù)第17頁課 程 目 錄第一章 頁巖氣開采概述第二章 頁巖氣鉆井技術(shù)第三章 頁巖氣完井與射孔作業(yè)第四章 頁巖氣分段壓裂技術(shù)第五章 頁巖氣連續(xù)油管技術(shù)第六章 頁巖氣試氣工藝第七章 頁巖氣井生產(chǎn)管理

9、技術(shù)巖氣開采技術(shù)第18頁19第二章 頁巖氣鉆井技術(shù)巖氣開采技術(shù)第19頁Devon能源企業(yè)在沃斯堡盆地進(jìn)行了7口頁巖氣試驗(yàn)水平井試采，取得了巨大成功。水平井最終評價開采儲量是直井3倍以上，成本只相當(dāng)于直井1.5倍，初始產(chǎn)量與最終總產(chǎn)量也有很大關(guān)系，由此，業(yè)界開始大力推廣水平鉆井 。國外頁巖氣鉆井分析常規(guī)直井鉆井模式與水平鉆井模式對比巖氣開采技術(shù)第20頁EOG企業(yè)頁巖氣藏開發(fā)以叢式井組為主，每井組普通3-6口水平井，段長普通為1000-1500m，兩水平井之間井距為150m；井眼軌跡設(shè)計為“勺型”井眼，以實(shí)現(xiàn)盡可能水平段長度和儲層接觸面積，水平段微微上翹，便于排水。國外頁巖氣鉆井分析常規(guī)直井鉆井模

10、式與水平鉆井模式對比巖氣開采技術(shù)第21頁當(dāng)前，直井主要目標(biāo)是用于勘探（探井、試驗(yàn)井），取得地層巖心資料，了解油氣藏特征，以取得鉆井、壓裂和投產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。水平井主要用于生產(chǎn)，增大儲層泄流面積，得到更高天然氣產(chǎn)量。國外頁巖氣鉆井分析巖氣開采技術(shù)第22頁-年底為川慶頁巖氣鉆井第一階段，共完鉆12口（其中直井9口，水平井5口），主要采取常規(guī)鉆井技術(shù)進(jìn)行頁巖氣鉆井，鉆井過程中普遍表現(xiàn)出鉆速慢、事故復(fù)雜多、鉆井周期長特點(diǎn)。我國（四川）頁巖氣鉆井川慶頁巖氣第一階段鉆井指標(biāo)巖氣開采技術(shù)第23頁1.山地復(fù)雜條件井場選址困難，建設(shè)費(fèi)用大，環(huán)境保護(hù)要求高長寧、威遠(yuǎn)、涪陵等頁巖氣示范區(qū)地處山區(qū)，地面溝壑縱橫，海拔4001

11、500m，人口密集，平臺井場建設(shè)難度大，費(fèi)用高。一、我國（四川）頁巖氣鉆井主要難點(diǎn)國外頁巖氣井場地表環(huán)境 我國頁巖氣井場地表環(huán)境巖氣開采技術(shù)第24頁2.多層段鉆井易漏、易垮我國四川、重慶在青藏高原和四川盆地過渡帶，部分地域?qū)儆诳ㄋ固氐孛?。地質(zhì)結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜。屬于地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)地域，災(zāi)害類型多以地震、滑坡、崩塌、泥石流為主。一、我國（四川）頁巖氣鉆井主要難點(diǎn) 地表易坍塌層 地表溶洞巖氣開采技術(shù)第25頁3.地層老，可鉆性差，前期鉆井機(jī)械鉆速低，單只進(jìn)尺少4.產(chǎn)層埋藏深度深，縱向剖面上壓力系統(tǒng)復(fù)雜，鉆探難度高一、我國（四川）頁巖氣鉆井主要難點(diǎn)巖氣開采技術(shù)第26頁1.頁巖氣鉆井主要井身結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)包含：1

12、）鉆頭程序及深度；2）套管程序及深度；3）水泥返深；4）射孔井段及深度；5）完井管柱規(guī)格及深度。二、頁巖氣鉆井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計序號開鉆次序鉆頭程序套管程序水泥返高外徑mm井深m外徑mm壁厚mm下深m1導(dǎo)管2一開3二開4三開巖氣開采技術(shù)第27頁2.頁巖氣鉆井主要井身結(jié)構(gòu)設(shè)計圖：二、頁巖氣鉆井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計巖氣開采技術(shù)第28頁二、頁巖氣鉆井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計不一樣類型完井管柱類型圖不一樣規(guī)格完井管柱柱狀圖3.頁巖氣鉆井主要完井管柱狀態(tài)類型：巖氣開采技術(shù)第29頁三、頁巖氣鉆井巖氣開采技術(shù)第30頁四、頁巖氣地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)發(fā)揮地質(zhì)錄井作用，采取MWD+伽瑪隨鉆儀器跟蹤儲層，調(diào)整井眼軌跡，可實(shí)現(xiàn)一次性入靶，儲層鉆遇

13、率可達(dá)93%以上。巖氣開采技術(shù)第31頁1.PWD+伽馬隨鉆監(jiān)測PWD隨鉆測壓是MWD隨鉆測量技術(shù)一個部分，通常由MWD+PWD組合，測量井眼軌跡數(shù)據(jù)和井底環(huán)空壓力，經(jīng)過泥漿脈沖信號傳輸?shù)降孛妫儆傻孛娼獯a系統(tǒng)解碼后取得對應(yīng)數(shù)據(jù)，進(jìn)而由軟件生成實(shí)時曲線圖。巖氣開采技術(shù)第32頁2.PWD隨鉆測壓優(yōu)勢1.準(zhǔn)確監(jiān)測井底環(huán)空壓力；2.為控壓鉆井與控壓完井提供可靠依據(jù)與保障；3.動態(tài)測試地層壓力窗口；巖氣開采技術(shù)第33頁2.PWD隨鉆測壓優(yōu)勢4.有效控制井底環(huán)空壓力，降低溢流和漏失，降低井控風(fēng)險；5.有利于實(shí)現(xiàn)安全、快速鉆進(jìn)；6.可串接伽瑪探管（MWD+PWD+Gamma），監(jiān)測井底環(huán)空壓力同時，進(jìn)行隨鉆

14、伽馬測量，為地質(zhì)分層提供依據(jù)。巖氣開采技術(shù)第34頁五、頁巖氣鉆井固井情況1、針對水平井面臨固井困難，采取以下技術(shù)辦法確保固井質(zhì)量；2、優(yōu)化漿柱結(jié)構(gòu)（前沖洗液+水基鉆井液+后沖洗液），提升井壁親水性；3、水平段套管安裝滾珠扶正器，降低摩阻。3口水平井139.7mm套管固井質(zhì)量巖氣開采技術(shù)第35頁六、鉆機(jī)快速移動裝置1、長寧H2平臺：機(jī)械鉆機(jī)，配置滑軌式移動裝置，井間純移動時間2小時（移動前倒部分鉆具）2、長寧H3平臺：電動鉆機(jī)，配置步進(jìn)式移動裝置，井間純移動時間1.5小時（移動前需倒全部鉆具）滑軌式液壓移動裝置 步進(jìn)式液壓移動裝置巖氣開采技術(shù)第36頁課 程 目 錄第一章 頁巖氣開采概述第二章 頁

15、巖氣鉆井技術(shù)第三章 頁巖氣完井與射孔作業(yè)第四章 頁巖氣分段壓裂技術(shù)第五章 頁巖氣連續(xù)油管技術(shù)第六章 頁巖氣試氣工藝第七章 頁巖氣井生產(chǎn)管理技術(shù)巖氣開采技術(shù)第37頁第三章 頁巖氣完井與射孔作業(yè)巖氣開采技術(shù)第38頁一、頁巖氣完井類型 1.裸眼射孔完井； 2.套管（尾管）固井射孔完井； 3.組合式橋塞完井； 4.機(jī)械式組合完井。第一節(jié) 頁巖氣完井概述裸眼封隔器分段改造巖氣開采技術(shù)第39頁二、頁巖氣完井技術(shù)巖氣開采技術(shù)第40頁二、頁巖氣完井技術(shù)巖氣開采技術(shù)第41頁射孔是用磁性定位器或放磁組合下井儀所測曲線進(jìn)行深度校正后，利用油氣井專用聚能射孔彈爆炸時產(chǎn)生高溫、高壓射流，依次射穿槍體、套管、水泥環(huán)及污染

16、帶，從而形成由目標(biāo)層通向井筒油氣通道。射孔是完井工藝主要組成部分，射孔質(zhì)量好壞對油氣井完井方式、產(chǎn)能、壽命和開發(fā)生產(chǎn)成本等都有重大影響。第二節(jié) 油氣井射孔概述巖氣開采技術(shù)第42頁一 油氣井射孔概述-1套管射孔完井是當(dāng)前國內(nèi)外使用最廣泛完井方法。該種完井方式優(yōu)點(diǎn)是可選擇性地射開不一樣壓力、不一樣物性油層，以防止油層間干擾，還可避開夾層水、底水和氣頂，避開夾層坍塌，具備實(shí)施分層注、采和選擇性壓裂或酸化等分層作業(yè)。采取適當(dāng)射孔器和射孔工藝，就能夠使射孔對產(chǎn)層傷害最小，完善系數(shù)高，從而取得理想產(chǎn)能。巖氣開采技術(shù)第43頁一 油氣井射孔概述-2按耐熱性能分類：普通按射孔彈主炸藥48小時耐熱性能劃分，分為三

17、種類型：1）常溫炸藥黑索金RDX：耐溫小于121/48h。2）高溫炸藥奧克托金HMX：耐溫介于121163/48h。3）超高溫炸藥六硝基芪HNS、皮威克斯PYX：耐溫大于163/48h。巖氣開采技術(shù)第44頁一 油氣井射孔概述-3射孔彈聚能射孔彈是依據(jù)聚能效應(yīng)原理設(shè)計。聚能射孔彈是射孔器主體部件，由傳爆藥、主炸藥、藥型罩和殼體四部分組成，當(dāng)射孔彈被引爆后，裝藥爆轟，壓垮藥型罩，形成高溫高壓高速聚能射流，射流沖擊目標(biāo)物，在目標(biāo)物內(nèi)形成孔道，到達(dá)射孔目標(biāo)。裝藥量、藥型罩配方及藥型罩幾何形狀尺寸決定了聚能射孔彈穿透深度。射孔彈結(jié)構(gòu)示意圖巖氣開采技術(shù)第45頁一 油氣井射孔概述-4導(dǎo)爆索導(dǎo)爆索能以每秒60

18、00m以上速度傳爆并能引爆與它接觸炸藥、射孔彈、切割彈、傳爆管等。假如密集盤繞，其爆炸威力很大，可用于爆炸松扣或段管作業(yè)。分類：1）按耐溫性能可分為常溫(120)和高溫(170)導(dǎo)爆索。2）按承受壓力性能可分為承壓導(dǎo)爆索和不承壓爆索，承壓導(dǎo)爆索用于無槍身射孔和爆炸松扣；不承壓導(dǎo)爆索用于有槍身射孔。巖氣開采技術(shù)第46頁一 油氣井射孔概述-5雷管用來引爆導(dǎo)爆索關(guān)鍵部件，按起爆條件分為電雷管和撞擊雷管兩大類。電磁雷管屬于電雷管一個，因在其內(nèi)部裝有一個選頻器件，只有在外界供給特定頻率及功率條件下才能引爆，能夠防靜電和射頻。主要用于江漢本土電纜射孔作業(yè)。巖氣開采技術(shù)第47頁一 油氣井射孔概述-6使用雷管

19、安全事項1、雷管應(yīng)放于干燥通風(fēng)及有防雷、防火設(shè)施庫房內(nèi)。2、雷管不能與射孔彈、導(dǎo)爆索一起運(yùn)輸及同庫存放。3、檢驗(yàn)雷管電阻必須用雷管測試儀，禁止使用萬用表。4、使用中要輕拿、輕放，禁止摔打、擠壓。5、領(lǐng)取出庫要用專用安全保險箱，領(lǐng)發(fā)手續(xù)要齊全。6、使用后剩下雷管，要及時送回庫房，不得私自私存。巖氣開采技術(shù)第48頁一 油氣井射孔概述-7射孔槍管射孔槍分為有槍身射孔槍和無槍身射孔槍。1、無槍身射孔器彈架結(jié)構(gòu)和分類無槍身射孔器彈架結(jié)構(gòu)比較簡單，型式也比較多，國外在這方面有許多專利，從結(jié)構(gòu)型式分為鋼絲彈架式、板式、鏈接式、桿式和張開式等。巖氣開采技術(shù)第49頁一 油氣井射孔概述-82、有槍身射孔器射孔槍通常由槍頭、槍身、槍尾