1、頁 巖 氣 開 采 技 術(shù),天津石油職業(yè)技術(shù)學院石油工程系 鉆井技術(shù)教研室郟志剛,1,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 頁巖氣井的生產(chǎn)管理技術(shù),2,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質(zhì)泥頁巖及其夾層中的石油與天然氣。 2. 頁巖氣： 產(chǎn)自極低孔滲、富有機質(zhì)頁巖儲集系統(tǒng)中的天然氣，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)的微-納米級孔縫或礦物顆粒表面的天然氣。,?,?,?,3,第一

2、節(jié) 頁巖氣及其特點,二、頁巖氣特點 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)的就近聚集，為典型原地成藏模式，與常規(guī)天然氣藏不同，頁巖氣“生、儲、蓋”自成一體；,4,拋光前 拋光后,二、頁巖氣特點,3.較常規(guī)天然氣相比，具有單井產(chǎn)量低、開采壽命長、生產(chǎn)周期長、產(chǎn)量穩(wěn)定的特點。 4.分布在盆地內(nèi)厚度較大、分布廣的頁巖烴源巖地層中，連續(xù)性分布。,5,三、頁巖氣賦存頁巖類別,頁巖氣主要賦存在黑色富有機質(zhì)泥頁巖中,6,四、頁巖氣與常規(guī)油氣的關(guān)聯(lián)性,1、頁巖油氣主要分布于成熟的含油氣區(qū)； 2、積累的常規(guī)油氣地質(zhì)資料、樣品可用于確定有利區(qū)； 3、已有的管網(wǎng)

3、設(shè)施可以利用； 4、已形成的地球物理、壓裂技術(shù)等可以應用。,7,第二節(jié) 國內(nèi)外頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀,概 論 中國能源消費結(jié)構(gòu)不合理，煤炭消費居高不下，天然氣消費比較偏低，天然氣具有很大的發(fā)展空間。,8,一、頁巖氣的發(fā)現(xiàn)及革命前期,1821年，William A.Hart 在美國紐約的弗里多尼亞鉆了第一口產(chǎn)自頁巖的商業(yè)天然氣井(27 英尺深），被認為是頁巖氣的首次發(fā)現(xiàn)。 1914年，在阿巴拉契亞盆地泥盆系Ohio頁巖中，發(fā)現(xiàn)了世界第一個頁巖氣田Big Sandy。 受地質(zhì)認識和技術(shù)手段的限制，人們對這類資源并沒有重視，沒有認識到它的巨大潛力，沒有想到它可以被大規(guī)模地開采利用。,9,二、頁巖氣革命開

4、始與發(fā)展,19811998, Mitchell能源公司堅持在Fort Worth盆地探索試驗，綜合開發(fā)了水力壓裂和水平井技術(shù)，最終實現(xiàn)了Barnett頁巖氣的規(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2011年獲得終身成就獎，以表彰他在頁巖氣開發(fā)方面做出杰出貢獻。,10,三、全球非常規(guī)天然氣資源開發(fā)現(xiàn)狀,全球頁巖氣資源儲量約456萬億立方米，相當于煤層氣和致密氣的總和，主要分布在北美、中亞和中國、中東和北非以及拉美等地區(qū)。,11,三、全球非常規(guī)天然氣資源開發(fā)現(xiàn)狀,2000年以后，水平井鉆井技術(shù)及分段壓裂、同步壓裂、重復壓裂技術(shù)等快速發(fā)展及大規(guī)模應用，帶來

5、了美國頁巖氣的快速發(fā)展。Barnett頁巖氣年產(chǎn)量由1999年的22億方快速增加到2009年560億方，10年間增長了25倍。2016年美國年產(chǎn)超三千億方。,頁巖氣水平井分段壓裂模式,美國15年頁巖氣年產(chǎn)量變化,12,13,四、我國石化頁巖油氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀,自2006年-2016年，中國石化頁巖氣勘探主要開展了選區(qū)評價、重點區(qū)塊評價、產(chǎn)能評價、產(chǎn)能建設(shè)四方面工作,實現(xiàn)了頁巖氣從勘探突破到商業(yè)發(fā)現(xiàn)到規(guī)模開發(fā)跨越式發(fā)展。,13,14,四、我國石化頁巖油氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀,14,2010，宣頁1、河頁1井找到頁巖，見氣顯示； 2011，黃頁1、湘頁1井找到頁巖，獲低產(chǎn)氣流； 2012.7, 彭頁HF-1

6、井找到優(yōu)質(zhì)頁巖，產(chǎn)工業(yè)氣流； 2012.12,焦頁1HF井找到優(yōu)質(zhì)頁巖，獲高產(chǎn)氣流。 2012年，勘探分公司針對焦石壩區(qū)塊志留系龍馬溪組部署鉆探了焦頁1HF井，11月28日放噴測試獲20.3萬方/天的工業(yè)氣流，取得了頁巖氣勘探的突破，啟動了焦石壩區(qū)塊的頁巖氣的開發(fā)工作。 2012年12月，涪陵頁巖氣田正式移交江漢油田分公司開發(fā)。,15,四、我國石化頁巖油氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀,15,四、我國石化頁巖油氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀,2013年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)的頁巖氣井，標志涪陵頁巖氣田正式進入商業(yè)試采。 2013年1月，啟動試驗井組開發(fā)工作；并開展焦石壩區(qū)塊一期

7、產(chǎn)建區(qū)整體評價。 2013年11月28日，一期產(chǎn)建方案通過總部審查。 2014年1月，啟動一期產(chǎn)建工作。 2015年12月，圓滿建成涪陵頁巖氣田一期50億方產(chǎn)能。,焦頁1HF井放噴點火照片,16,截至2016年底，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，預計17年年產(chǎn)頁巖氣可達一百億方。并建成60億方/年的集輸工程、65億方/年的脫水裝置、51000方/天的供水系統(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)現(xiàn)狀,2013年 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

8、億方 產(chǎn)氣：1.42億方 銷售：1.34億方 實現(xiàn)當年開發(fā)，當年投產(chǎn)，當年見效。,2014年 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：20億方 產(chǎn)氣：10.81億方 銷售：10.38億方 占當年全國頁巖氣總產(chǎn)量的83%。,2015年 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)。,2016年 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

9、 銷售：48.36億方 二期產(chǎn)建建成產(chǎn)能20億方。,17,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 頁巖氣井的生產(chǎn)管理技術(shù),18,19,第二章 頁巖氣鉆井技術(shù),19,2002年Devon能源公司在沃斯堡盆地進行了7口頁巖氣試驗水平井的試采，取得了巨大成功。水平井最終評價的開采儲量是直井的3倍以上，成本只相當于直井的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,20,E

10、OG公司頁巖氣藏開發(fā)以叢式井組為主，每井組一般3-6口水平井，段長一般為1000-1500m，兩水平井之間井距為150m；井眼軌跡設(shè)計為“勺型”井眼，以實現(xiàn)盡可能的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)直井鉆井模式與水平鉆井模式對比,21,當前，直井的主要目的是用于勘探（探井、實驗井），取得地層巖心資料，了解油氣藏特性，以獲得鉆井、壓裂和投產(chǎn)經(jīng)驗。水平井主要用于生產(chǎn)，增大儲層的泄流面積，得到更高的天然氣產(chǎn)量。,國外頁巖氣鉆井分析,22,2009年-2011年底為川慶頁巖氣鉆井的第一階段，共完鉆12口（其中直井9口，水平井5口），主要采用常規(guī)鉆井技術(shù)進行頁

11、巖氣鉆井，鉆井過程中普遍表現(xiàn)出鉆速慢、事故復雜多、鉆井周期長的特點。,我國（四川）頁巖氣鉆井,川慶頁巖氣第一階段鉆井指標,23,1.山地復雜條件井場選址困難，建設(shè)費用大，環(huán)保要求高 長寧、威遠、涪陵等頁巖氣示范區(qū)地處山區(qū)，地面溝壑縱橫，海拔4001500m，人口密集，平臺井場建設(shè)難度大，費用高。,一、我國（四川）頁巖氣鉆井主要難點,國外頁巖氣井場地表環(huán)境 我國頁巖氣井場地表環(huán)境,24,2.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，部分地區(qū)屬于卡斯特地貌。地質(zhì)構(gòu)造異常復雜。屬于地質(zhì)災害高發(fā)地區(qū)，災害類型多以地震、滑坡、崩塌、泥石流為主。,一、我國（四川）頁巖氣鉆井主要難點,

12、地表易坍塌層 地表溶洞,25,3.地層老，可鉆性差，前期鉆井機械鉆速低，單只進尺少 4.產(chǎn)層埋藏深度深，縱向剖面上壓力系統(tǒng)復雜，鉆探難度高,一、我國（四川）頁巖氣鉆井主要難點,26,1.頁巖氣鉆井主要井身結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)包括： 1）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,27,2.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,28,二、頁巖氣鉆井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計,不同類型完井管柱類型圖,不同規(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：,29,三、頁巖氣鉆井,30,四、頁巖氣地質(zhì)導向鉆井

13、技術(shù),發(fā)揮地質(zhì)錄井作用，采用MWD+伽瑪隨鉆儀器跟蹤儲層，調(diào)整井眼軌跡，可實現(xiàn)一次性入靶，儲層鉆遇率可達93%以上。,31,1.PWD+伽馬隨鉆監(jiān)測,PWD隨鉆測壓是MWD隨鉆測量技術(shù)的一個部分，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，通過泥漿脈沖信號傳輸?shù)降孛?，再由地面解碼系統(tǒng)解碼后獲得相應的數(shù)據(jù)，進而由軟件生成實時曲線圖。,32,2.PWD隨鉆測壓優(yōu)勢,1.精確監(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；,33,2.PWD隨鉆測壓優(yōu)勢,4.有效控制井底環(huán)空壓力，減少溢流和漏失，降低井控風險； 5.有利于實現(xiàn)安全、快速鉆進；

14、6.可串接伽瑪探管（MWD+PWD+Gamma），監(jiān)測井底環(huán)空壓力的同時，進行隨鉆伽馬測量，為地質(zhì)分層提供依據(jù)。,34,五、頁巖氣鉆井固井情況,1、針對水平井面臨的固井困難，采用以下技術(shù)措施保證固井質(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），提高井壁親水性； 3、水平段套管安裝滾珠扶正器，減少摩阻。,3口水平井139.7mm套管固井質(zhì)量,35,六、鉆機快速移動裝置,1、長寧H2平臺：機械鉆機，配備滑軌式移動裝置，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，配備步進式移動裝置，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 步進式液壓

15、移動裝置,36,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 頁巖氣井的生產(chǎn)管理技術(shù),37,第三章 頁巖氣完井與射孔作業(yè),38,一、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,39,二、頁巖氣完井技術(shù),40,二、頁巖氣完井技術(shù),41,射孔是用磁性定位器或放磁組合下井儀所測曲線進行深度校正后，利用油氣井專用的聚能射孔彈爆炸時產(chǎn)生的高溫、高壓射流，依次射

16、穿槍體、套管、水泥環(huán)及污染帶，從而形成由目的層通向井筒的油氣通道。射孔是完井工藝的重要組成部分，射孔質(zhì)量的好壞對油氣井的完井方式、產(chǎn)能、壽命和開發(fā)生產(chǎn)成本等都有重大的影響。,第二節(jié) 油氣井射孔概述,42,一 油氣井射孔概述-1,套管射孔完井是目前國內(nèi)外使用最廣泛的完井方法。該種完井方式的優(yōu)點是可選擇性地射開不同壓力、不同物性的油層，以避免油層間干擾，還可避開夾層水、底水和氣頂，避開夾層的坍塌，具備實施分層注、采和選擇性壓裂或酸化等分層作業(yè)。采用合適的射孔器和射孔工藝，就可以使射孔對產(chǎn)層的傷害最小，完善系數(shù)高，從而獲得理想的產(chǎn)能。,43,一 油氣井射孔概述-2,按耐熱性能分類：一般按射孔彈主炸藥

17、的48小時耐熱性能劃分，分為三種類型： 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。,44,一 油氣井射孔概述-3,射孔彈聚能射孔彈是根據(jù)聚能效應原理設(shè)計的。聚能射孔彈是射孔器的主體部件，由傳爆藥、主炸藥、藥型罩和殼體四部分構(gòu)成，當射孔彈被引爆后，裝藥爆轟，壓垮藥型罩，形成高溫高壓高速聚能射流，射流沖擊目的物，在目的物內(nèi)形成孔道，達到射孔目的。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的穿透深度。,射孔彈結(jié)構(gòu)示意圖,45,一 油氣井射孔概述-4,

18、導爆索導爆索能以每秒6000m以上的速度傳爆并能引爆與它接觸的炸藥、射孔彈、切割彈、傳爆管等。如果密集盤繞，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)導爆索。 2）按承受壓力的性能可分為承壓導爆索和不承壓爆索，承壓導爆索用于無槍身射孔和爆炸松扣；不承壓導爆索用于有槍身射孔。,46,一 油氣井射孔概述-5,雷管用來引爆導爆索的關(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的一種，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，可以防靜電和射頻。主要用于江漢本土電纜射孔作業(yè)。,47,一 油氣井射

19、孔概述-6,使用雷管安全事項 1、雷管應放于干燥通風及有防雷、防火設(shè)施的庫房內(nèi)。 2、雷管不能與射孔彈、導爆索一起運輸及同庫存放。 3、檢查雷管電阻必須用雷管測試儀，嚴禁使用萬用表。 4、使用中要輕拿、輕放，嚴禁摔打、擠壓。 5、領(lǐng)取出庫要用專用的安全保險箱，領(lǐng)發(fā)手續(xù)要齊全。 6、使用后的剩余雷管，要及時送回庫房，不得擅自私存。,48,一 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、無槍身射孔器彈架的結(jié)構(gòu)和分類 無槍身射孔器彈架的結(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)的型式分為鋼絲彈架式、板式、鏈接式、桿式和張開式等。,49,一 油氣井射孔概述-8,2、有槍身射孔器的射孔槍通常由槍頭、槍身、槍尾形成了一個完全密閉