1、,頁巖氣勘探開發(fā)工程技術(shù),1,提 綱,2,我國(guó)與美國(guó)在頁巖氣地質(zhì)條件上具有許多相似之處，頁巖氣富集地質(zhì)條件優(yōu)越，具有與美國(guó)大致相同的頁巖氣資源前景和開發(fā)潛力。頁巖氣資源已引起油氣界廣泛而密切的關(guān)注，受到黨中央、國(guó)務(wù)院的高度重視。目前我國(guó)頁巖氣資源調(diào)查與勘探開發(fā)還處于探索起步階段，更新理念、破解難題、創(chuàng)新模式，大力推進(jìn)頁巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查和勘探開發(fā)，已成為我國(guó)油氣資源領(lǐng)域重要而迫切的戰(zhàn)略任務(wù)。 為進(jìn)一步加快中石化非常規(guī)儲(chǔ)層（含非常規(guī)油氣儲(chǔ)層及低滲致密儲(chǔ)層）的勘探開發(fā)進(jìn)程，提高水平井鉆完井及分段壓裂技術(shù)水平，指導(dǎo)水平井鉆完井及分段壓裂的實(shí)施，中石化成立了非常規(guī)儲(chǔ)層水平井鉆完井及分段壓裂技術(shù)攻關(guān)實(shí)施工

2、作領(lǐng)導(dǎo)小組，統(tǒng)籌領(lǐng)導(dǎo)和協(xié)調(diào)中石化非常規(guī)儲(chǔ)層水平井鉆完井及分段壓裂技術(shù)工作。,一、前 言,3,推進(jìn)頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)創(chuàng)新。 完善和創(chuàng)新頁巖氣地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)、鉆探完井和壓裂等技術(shù)方法，形成多學(xué)科、多手段的綜合勘探技術(shù)方法體系，確?？碧侥繕?biāo)的落實(shí)和順利完成。針對(duì)頁巖氣特點(diǎn)，引進(jìn)、吸收、提高、創(chuàng)新頁巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)技術(shù)、射孔優(yōu)化技術(shù)、水平井技術(shù)和壓裂技術(shù)，逐步形成一批適合我國(guó)頁巖氣地質(zhì)特點(diǎn)的自主創(chuàng)新關(guān)鍵技術(shù)。 構(gòu)筑支撐頁巖氣勘探開發(fā)的技術(shù)體系。 確定我國(guó)頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)攻關(guān)方向和重點(diǎn)，瞄準(zhǔn)國(guó)際先進(jìn)或領(lǐng)先水平，強(qiáng)化科技攻關(guān)，建立頁巖氣關(guān)鍵技術(shù)、核心技術(shù)、重大先導(dǎo)、推廣技術(shù)、引進(jìn)技術(shù)等分層次的技術(shù)

3、研發(fā)、應(yīng)用保障體系。積聚力量，攻克難關(guān)，逐步由技術(shù)引進(jìn)向自主創(chuàng)新轉(zhuǎn)變，推進(jìn)原始創(chuàng)新，力爭(zhēng)跨越關(guān)鍵技術(shù)和核心技術(shù)門檻，提高頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)水平和競(jìng)爭(zhēng)力。,一、前 言,4,1.頁巖氣藏特點(diǎn) 2.選區(qū)評(píng)價(jià)技術(shù) 3.物探技術(shù) 4.水平井鉆井技術(shù) 5.水平井壓裂技術(shù) 6.“井工廠”理念,提 綱,5,美國(guó)48 個(gè)州廣泛分布了含巨量天然氣的高有機(jī)質(zhì)頁巖。德克薩斯州初步開采的Barnett 頁巖提供了本土48 個(gè)州天然氣生產(chǎn)總量的6%。分析估計(jì)到2011 年底多數(shù)的儲(chǔ)量增長(zhǎng)（50%到60%）將來自非常規(guī)的頁巖氣。 四個(gè)新的頁巖氣（Haynesville，F(xiàn)ayetteville，Marcellus 和Woo

4、dford）可采氣體總量可能超過15萬億。 對(duì)比研究，中國(guó)南方廣大地區(qū)海相地層中發(fā)育的優(yōu)質(zhì)烴源巖是國(guó)內(nèi)頁巖氣勘探的重要目標(biāo)，專家初步估計(jì)頁巖氣資源量大約30萬億方。,1.頁巖氣藏的特點(diǎn),1）頁巖氣資源豐富,二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),6,頁巖氣儲(chǔ)層物性差，低孔低滲，孔隙度約為4%-6%,基質(zhì)滲透率小于0.00110-3m2。 頁巖儲(chǔ)層發(fā)育較多天然微裂縫，巖石具有一定的脆性，在改造過程中易形成網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)。,2010-1-28,第7頁,www.petro-,2）頁巖氣藏物性差，需改造,1.頁巖氣藏的特點(diǎn),二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),7,水平井是目前主要的頁巖氣藏生產(chǎn)形式。水平井的產(chǎn)量是垂直井的3-4倍多

5、，成本僅是直井的1.5-2 倍。目前85%的開發(fā)井為水平井多段壓裂。,3）開發(fā)方式對(duì)產(chǎn)能影響大,1.頁巖氣藏的特點(diǎn),二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),8,kentucky東部泥盆系頁巖氣產(chǎn)量遞減曲線，xx井26年累計(jì)產(chǎn)量1333104m3,4）產(chǎn)量遞減先快后慢，生產(chǎn)周期長(zhǎng),1.頁巖氣藏的特點(diǎn),生產(chǎn)周期比較長(zhǎng) 早期以游離氣為主，產(chǎn)量較高，遞減快（第一年產(chǎn)量降到65%） 后期以吸附氣產(chǎn)出為主，產(chǎn)量相對(duì)較低，年遞減率2%3%，單井日產(chǎn)2-3萬方 預(yù)測(cè)頁巖氣田開采壽命可達(dá)3050年 保持合理的生產(chǎn)制度,一般無自然產(chǎn)能，所有井都要實(shí)施壓裂改造。據(jù)美國(guó)資料統(tǒng)計(jì)： 40%的井初期裸眼測(cè)試時(shí)無天然氣 55%井初始無阻流

6、量沒有工業(yè)產(chǎn)能 直井壓裂平均產(chǎn)量達(dá)0.8萬方/d左右 水平井壓裂平均產(chǎn)量可達(dá)10萬方/d以上，最高達(dá)30萬方/d,二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),9,1) 有效頁巖的厚度 2) 頁巖的有機(jī)質(zhì)豐度 3) 頁巖的熱演化程度 4) 頁巖的礦物組成 5) 頁巖的含氣量 6) 頁巖的孔隙度 7) 頁巖的滲透性 8) 構(gòu)造格局,北美地區(qū)頁巖氣評(píng)價(jià)包含16個(gè)參數(shù)，內(nèi)容全面。,1）頁巖氣有利目標(biāo)區(qū)優(yōu)選技術(shù),9) 沉積、構(gòu)造演化史 10) 頁巖橫向連續(xù)性 11) 3D 地震資料情況 12) 地層壓力特征 13) 壓裂用水 14) 輸氣管網(wǎng) 15) 井場(chǎng)情況與地貌環(huán)境 16) 污水處理與環(huán)保,2.選區(qū)評(píng)價(jià)技術(shù),二、頁巖氣

7、勘探開發(fā)技術(shù),10,測(cè)井和巖心分析是頁巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的兩種主要手段。,2.選區(qū)評(píng)價(jià)技術(shù),2）頁巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià),測(cè)井：數(shù)據(jù)主要包括ECS、GR、成像測(cè)井、聲波測(cè)井等； 從CHEVRON（雪佛龍）、HARDING-SHELTON（哈丁-歇爾頓)、BP等公司的資料看，頁巖氣的測(cè)井技術(shù)與常規(guī)測(cè)井無異，但對(duì)于頁巖參數(shù)的確定，在勘探階段需要通過巖心資料的分析標(biāo)定、ECS測(cè)井獲得。 通過對(duì)已知頁巖氣藏總有機(jī)碳含量、成熟度、含氣性等地球化學(xué)參數(shù)與測(cè)井資料標(biāo)定建立氣藏評(píng)價(jià)方法的研究，在新井或新層評(píng)價(jià)時(shí)可通過測(cè)井模型確定各項(xiàng)參數(shù)。,二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),11,2.選區(qū)評(píng)價(jià)技術(shù),2）頁巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià),巖心分析：確定孔隙

8、度、儲(chǔ)層滲透率、泥巖的組分、流體及儲(chǔ)層的敏感性，并分析測(cè)試TOC和吸附等溫曲線。 Bp通過參數(shù)井的系統(tǒng)取心，在“相控頁巖分布”的思路指導(dǎo)下，對(duì)巖心的層序和沉積細(xì)致描述，研究頁巖的沉積特征，編制不同層系頁巖沉積相平、剖面圖。 Arkoma 盆地的伍德福德頁巖的系統(tǒng)巖心分析表明，頁巖氣分布在碎屑巖和碳酸鹽巖構(gòu)成的旋回沉積的富含有機(jī)質(zhì)頁巖段中，該段TOC、Ro指標(biāo)與頁巖氣產(chǎn)出有極為密切的關(guān)系。 國(guó)內(nèi)對(duì)頁巖的巖心分析與國(guó)外比還存在較大的差距，特別是試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)方法方面。,二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),12,BP公司工作的Arkoma 盆地伍德福德頁巖氣藏,頁巖厚度大于50米、TOC大于2%、Ro1.31.

9、8%、鈣質(zhì)含量大于20%，由于富含鈣質(zhì)脆性礦物，通過壓裂取得了很好的勘探開發(fā)效果。 由此認(rèn)識(shí)到除硅質(zhì)含量越高，頁巖脆性越大，有利于后期的壓裂改造形成裂縫外，只要富含脆性礦物的優(yōu)質(zhì)烴源巖均是有利的勘探開發(fā)目標(biāo)。,3）富含脆性礦物的優(yōu)質(zhì)烴源巖均是有利的勘探開發(fā)目標(biāo),2.選區(qū)評(píng)價(jià)技術(shù),二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),13,4)Ro是熱成因頁巖氣成藏的主控因素。Ro介于1.1%3%的范圍是熱成因型頁巖氣藏的有利分布區(qū)。 在北美俄克拉荷馬東南的阿科馬盆地Ro達(dá)到4.89% ，Woodford頁巖中也發(fā)現(xiàn)了頁巖氣藏，改變了以往對(duì)頁巖Ro上限小于3%的觀點(diǎn), 但Ro過高會(huì)導(dǎo)致頁巖氣藏中的二氧化碳含量增高。,2.選區(qū)

10、評(píng)價(jià)技術(shù),二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),14,3.地震資料的應(yīng)用,美國(guó)幾個(gè)頁巖氣田都位于常規(guī)油氣勘探程度較高的地區(qū)，常規(guī)油氣勘探地震資料用來解釋頁巖層段的斷層和頂?shù)装濉?二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),15,4.頁巖氣水平井鉆井,1)水平段井眼位置及方向的設(shè)計(jì)主要依據(jù)地應(yīng)力資料,水平井眼方向沿最小水平應(yīng)力方向鉆進(jìn)，后期壓裂裂縫與井眼方向垂直，壓裂改造效果好。,水平井眼位置選擇在低應(yīng)力區(qū)、高孔隙度區(qū)、脆性礦物富集區(qū)和富干酪根區(qū)，為后期壓裂提供有利條件。,二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),16,2)叢式鉆井,可采用底部滑動(dòng)井架鉆叢式井組。每井組38口單支水平井，水平井段間距300-400m左右。,4.頁巖氣水平井鉆井,二

11、、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),17,主要是三級(jí)結(jié)構(gòu),由于后期加砂壓裂，因此對(duì)套管及套管頭承壓能力要求較高，固井質(zhì)量要好，水泥返高到地面；水平段是套管固井完井。,3)井身結(jié)構(gòu),4.頁巖氣水平井鉆井,二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),18,直井段（三開前）對(duì)鉆井液體系無特殊要求，主要采用水基泥漿，水平段鉆井液主要采用油基泥漿。,防止粘土膨脹； 提高井眼穩(wěn)定性； 預(yù)防鉆井液漏失； 提高鉆速。,4)鉆井液體系,4.頁巖氣水平井鉆井,二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),19,1）頁巖壓裂工藝優(yōu)化的內(nèi)容,5.頁巖氣水平井壓裂技術(shù),二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),20,主要是根據(jù)產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益總結(jié)中得出規(guī)律的。 裂縫半長(zhǎng)400m。水平井分段每段

12、長(zhǎng)100130m左右。,壓裂規(guī)模優(yōu)化,因此，雖然各井壓裂有不同的壓裂規(guī)模，但主要情況差不多：水平井水平段長(zhǎng)1300m，10段壓，每段加砂100方左右，用水約2000方。,5.頁巖氣水平井壓裂技術(shù),1）頁巖壓裂工藝優(yōu)化,二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),21,2）頁巖氣水平井單井分段多級(jí)壓裂工藝流程,5.頁巖氣水平井壓裂技術(shù),分段多級(jí)壓裂：壓裂的規(guī)?；?、裂縫的網(wǎng)絡(luò)化、作業(yè)的工廠化，實(shí)現(xiàn)效益最大化。,二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),22,一般頁巖水平段長(zhǎng)1300m，每個(gè)壓裂段100-130m，每段射簇，每簇射孔長(zhǎng)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)射孔優(yōu)化,趨勢(shì)：水平井分段

13、數(shù)在增加，但每段的射孔數(shù)目在下降；,3 ）頁巖氣水平井壓裂配套技術(shù),5.頁巖氣水平井壓裂技術(shù),二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),23,第一階段TCP射孔，套管壓裂，座封壓裂橋塞和射孔一趟電纜完成，進(jìn)行多級(jí)點(diǎn)火,可多段射孔。 該技術(shù)3.5”, 4.5”, 5.5”, 7” 套管完井水泥固井的水平井，壓后可快速鉆塞 （十分鐘便可鉆掉一個(gè)），該橋塞材質(zhì)輕，易排出，節(jié)約現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間。 投送射孔搶及橋塞的施工排量大于6m3/min。,(2) 易鉆橋塞(FastDrill Plug),3 ）頁巖氣水平井壓裂配套技術(shù),5.頁巖氣水平井壓裂技術(shù),電纜,射孔槍,投送筒,可鉆橋塞,套管,壓裂關(guān)鍵技術(shù)之一，工具是貝克公司生產(chǎn)

14、，需要技術(shù)引進(jìn)。現(xiàn)在我們江漢油田正在技術(shù)攻關(guān)。,二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),24,(3) 壓后返排,全部分段射孔和壓裂后，用連續(xù)油管帶鉆頭一次快速鉆碎所有橋塞，返排至地面； 幾天后井開始間歇自噴，投產(chǎn)初期節(jié)流器加以控制，防止支撐劑返排至地面，排液速度控制在520方/小時(shí)。初期壓裂液返排率一般1/3。,3 ）頁巖氣水平井壓裂配套技術(shù),5.頁巖氣水平井壓裂技術(shù),二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),25,是近幾年在Barnett頁巖氣開發(fā)中成功應(yīng)用的最新壓裂技術(shù)。 技術(shù)理論:同時(shí)對(duì)配對(duì)井(offset wells)進(jìn)行壓裂, 使壓力液及支撐劑在高壓下從1口井向另1口井運(yùn)移距離最短的方法,來形成網(wǎng)絡(luò)裂縫，增加裂縫密度

15、及表面積, 提高頁巖氣井的產(chǎn)量。同步壓裂最初是兩口互相接近且深度大致相同水平井間的同時(shí)壓裂,目前已發(fā)展到3口、甚至4口井間同時(shí)壓裂。3、4口井壓裂時(shí)先壓兩側(cè)的井，再壓中間兩口井。,(4) 同步壓裂技術(shù)(simo-fracturing),3 ）頁巖氣水平井壓裂配套技術(shù),5.頁巖氣水平井壓裂技術(shù),二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),26,(5)頁巖水平井壓裂監(jiān)測(cè)技術(shù),監(jiān)測(cè)的目的： 掌握人工裂縫的實(shí)際幾何學(xué)特征(高度、長(zhǎng)度和方位）； 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓裂過程，對(duì)壓裂方案進(jìn)行優(yōu)化； 優(yōu)化新井鉆井井位。,實(shí)施：VSI儀器放在觀測(cè)井中（直井）, 間距600米,持續(xù)監(jiān)測(cè)地層破裂時(shí)產(chǎn)生的微地震,實(shí)時(shí)的傳輸和處理, 可三維顯示裂縫

16、位置。,儀器長(zhǎng)約60m,3）頁巖氣水平井壓裂配套技術(shù),5.頁巖氣水平井壓裂技術(shù),二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),27,水平井分段多級(jí)壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)景,2套壓裂設(shè)備同時(shí)施工,用4根10”水管線連續(xù)供水，單井供水規(guī)模達(dá)3萬方，單段壓裂供水大于1千方/小時(shí)。,1個(gè)酸罐，單層酸液16方,連續(xù)加砂裝置，單井砂量1千方以上,二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),28,水平井分段多級(jí)壓裂現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)景,可鉆橋塞,二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),29,6.“井工廠”的理念在非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)中的意義,22口井的采氣井廠,非常規(guī)氣的勘探開發(fā)效益需要綜合批量化的工作部署。,二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),30,利用最小的叢式井井場(chǎng)使鉆井開發(fā)井網(wǎng)覆蓋

17、區(qū)域最大化。 為后期的批量化的鉆井作業(yè)、壓裂施工奠定基礎(chǔ)。 使地面工程及生產(chǎn)管理也得到簡(jiǎn)化。(路少、基礎(chǔ)設(shè)施簡(jiǎn)單，天然氣自發(fā)電，管理集中),1)鉆井部署,二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),6.“井工廠”的理念,31,2)鉆井工程,(1)實(shí)現(xiàn)設(shè)備利用的最大化。 多口井依次一開，依次固井，依次二開，再依次固完井。鉆井、固井、測(cè)井設(shè)備無停待。井深1500m左右的致密砂巖氣井叢式井單井平均鉆井周期僅2.9天，垂深2500m左右、水平段長(zhǎng)1300m的頁巖氣叢式水平井平均鉆井周期僅27天。 (2)泥漿重復(fù)利用，減少泥漿的交替。多口井一開泥漿體系相同，重復(fù)利用；二開泥漿體系相同，重復(fù)利用。尤其是三開油基泥漿的重復(fù)利用

18、特別重要。,列間距2.5m,行間距3m,二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),6.“井工廠”的理念,32,3)壓裂工程,壓裂工廠化流程能夠在一個(gè)叢式井平臺(tái)上壓裂22口井，極大提高效率。,致密砂巖氣層“壓裂工廠”作業(yè),二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù),6.“井工廠”的理念,33,提 綱,34,三、中石化頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀,2009年中石化正式啟動(dòng)了頁巖氣選區(qū)評(píng)價(jià)工作，隨后進(jìn)行了以下幾口頁巖氣井的壓裂改造及試氣先導(dǎo)試驗(yàn)，分別是: (1)華東分公司的方深1井 (2)江漢油田的建111井 (3)河南油田的安深1井 (4)華東分公司的黃頁1井 2010年中石化為了加快頁巖氣開發(fā)，先后立項(xiàng)了部分頁巖氣開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)重大先導(dǎo)、先導(dǎo)試

19、驗(yàn)項(xiàng)目，分別是： (1)頁巖氣鉆完井及大型水力壓裂 (2)大液量滑溜水加砂壓裂 (3)復(fù)合材料橋塞技術(shù) (4)水平井水力推送電纜射孔技術(shù) (5)水平井電纜橋塞與射孔聯(lián)作技術(shù) (6)水平井連續(xù)油管射孔和鉆塞技術(shù),35,從該井的情況看，方深1井鉆遇頁巖厚度達(dá)到99m，總有機(jī)碳豐度達(dá)到2以上，最高可以達(dá)到9.94，滲透率為0.05md,與美國(guó)頁巖氣開發(fā)最低指標(biāo)相比，盡管有些數(shù)據(jù)還需確認(rèn)，但這幾項(xiàng)指標(biāo)具有明顯優(yōu)勢(shì)，可見該段頁巖具有較好的產(chǎn)氣潛能。,（1）方深1井壓裂施工概況,三、中石化頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀,36,（1）方深1井壓裂施工概況,方深1井經(jīng)15%HCl酸預(yù)處理降低破裂壓力、測(cè)試壓裂與凈壓力擬合分析儲(chǔ)層參數(shù)后，主滑溜水壓裂施工（泵注液體2121.6方，