页岩气开发技术的几点看法(罗平亚院士)20120530

1、1 关于我国发展关于我国发展开发技术开发技术的几点看法的几点看法一、概述一、概述非常规天然气非常规天然气 非常规天然气定义：通常而言，泛指相对于常规天非常规天然气定义：通常而言，泛指相对于常规天然气之外，在非传统的储集层、笼型固态沉积物等非常然气之外，在非传统的储集层、笼型固态沉积物等非常规地质条件下存在的天然气资源。规地质条件下存在的天然气资源。主要包括致密气、煤主要包括致密气、煤层气、页岩气、火成岩气和天然气水合物等。层气、页岩气、火成岩气和天然气水合物等。（据（据SPE）3 非常规天然气是指在成藏机理、赋存状态、分布非常规天然气是指在成藏机理、赋存状态、分布规律或勘探开发方式等方面有别于

2、常规天然气的烃规律或勘探开发方式等方面有别于常规天然气的烃类类(或非烃类或非烃类)资源资源,主要指主要指页岩气、煤层气、致密砂页岩气、煤层气、致密砂岩气岩气和天然气水合物和天然气水合物等。等。 重点讨论重点讨论页岩气、煤层气、致密砂岩气页岩气、煤层气、致密砂岩气. 具有资具有资源丰度低、低孔、低渗、日产量低源丰度低、低孔、低渗、日产量低“四低四低”、投产、投产递减快等特征，但是具有资源量大、单井生产寿命递减快等特征，但是具有资源量大、单井生产寿命长等特点。长等特点。 41、全球非常规天然气资源大、全球非常规天然气资源大 世界常规天然气总资源量为世界常规天然气总资源量为436万亿立方米，万亿立方

3、米，2010年年产天然气约产天然气约3万亿万亿立方米立方米，储采比保持在，储采比保持在60以上以上； 世界非常规天然气总资源量世界非常规天然气总资源量921万亿方，是常规天然气万亿方，是常规天然气2倍多（其中，倍多（其中，致密气致密气209.6万亿方、煤层气万亿方、煤层气256.1万亿方、页岩气万亿方、页岩气456万亿方），但产量万亿方），但产量只占只占1/7左右；左右； 天然气水合物资源量超过天然气水合物资源量超过2万万万万亿方，是目前化石能源资源总量亿方，是目前化石能源资源总量2倍以倍以上。上。 其中仅页岩气其中仅页岩气456万亿方就大于万亿方就大于常规天然气总资源量常规天然气总资源量43

4、6万亿万亿5l致密砂岩气、煤层气、页岩气和火山岩气资源量约84.5万亿方，是常规气资源量1.5倍。中国非常规油气可采资源中国中国非常规天然气资源量大，发展前景广阔非常规天然气资源量大，发展前景广阔种类资源量备注非常规气(万亿方)致密砂岩气12主要包括鄂尔多斯和四川盆地煤层气36.8国土资源部新一轮资评，2006年页岩气30.72008年火成岩气 52010年天然气水合物80主要指南海62、非常规天然气历经百年探索，近年呈现快速发展态势、非常规天然气历经百年探索，近年呈现快速发展态势,非常非常规天然气发展世界瞩目规天然气发展世界瞩目l18211821年，钻第一口页岩气井；年，钻第一口页岩气井；l

5、19211921年，钻第一口致密气井；年，钻第一口致密气井；l19511951年，钻第一口煤层气井年，钻第一口煤层气井; ;l2020世纪世纪8080年代，致密气实现规模开发；年代，致密气实现规模开发；l2020世纪世纪9090年代中后期，煤层气快速发展；年代中后期，煤层气快速发展；l近年来，页岩气近年来，页岩气迅速发展迅速发展世界瞩目世界瞩目。l天然气水合物勘探加速天然气水合物勘探加速, ,各国加强基础研究各国加强基础研究. .7 美国非常规天然气发展历程为其典型代表美国非常规天然气发展历程为其典型代表1821182119211921第第1 1口口页岩气井页岩气井第第1 1口口致密气井致密气

6、井第第1 1口口煤层气井煤层气井致密气致密气煤层气煤层气页岩气页岩气非常规气产量，亿方非常规气产量，亿方/ /年年美国非常规天然气发展历程美国非常规天然气发展历程0 02 20 00 00 04 40 00 00 06 60 00 00 08 80 00 00 01 19 93 30 01 19 94 40 01 19 95 50 01 19 96 60 01 19 97 70 01 19 98 80 01 19 99 90 02 20 00 00 02 20 01 10 02 20 02 20 02 20 03 30 0美国天然气百年发展的历史、现状及趋势美国天然气百年发展的历史、现状及趋势

7、常规天然气常规天然气煤层气煤层气致密砂岩气致密砂岩气页岩气页岩气8非常规天然气美国全球领先，他的发展历程为其典型代表。非常规天然气美国全球领先，他的发展历程为其典型代表。93、非常规气主要特点类类 型型常规气常规气非常规气非常规气成藏特征成藏特征多为源外成藏多为源外成藏近源或源内成藏，多自生自储近源或源内成藏，多自生自储分布特征分布特征局部高度富集局部高度富集大面积分布，丰度低大面积分布，丰度低赋存方式赋存方式渗流特征渗流特征游离态，微米级空间渗游离态，微米级空间渗流流l致密气以游离态为主、微米级及以下空间渗流，致密气以游离态为主、微米级及以下空间渗流，l煤层气以吸附态为主、微米级及以下空间渗

8、流，煤层气以吸附态为主、微米级及以下空间渗流，l页岩气两种形态并存、纳米级空间渗流；页岩气两种形态并存、纳米级空间渗流；l火成岩气以游离态为主、毫米级、微米级、纳米火成岩气以游离态为主、毫米级、微米级、纳米级空间渗流，级空间渗流，l水合物为固态，纳米级空间渗流水合物为固态，纳米级空间渗流储层物性储层物性物性好，一般具自然产物性好，一般具自然产能能复杂致密，低压、复杂致密，低压、 ( (超超) )低渗、低渗、 ( (超超) )低孔低孔( (隙隙) )、低、低丰度丰度, ,一般不具自然产能一般不具自然产能开采特征开采特征压力驱动开采，单井产压力驱动开采，单井产量高量高需采用专用的系列配套技术才能有

9、效开采需采用专用的系列配套技术才能有效开采; ; 单井产单井产量很低量很低, ,递减快递减快, ,生产周期长生产周期长经济效益经济效益成本低，回收期短，效成本低，回收期短，效益好益好成本高，回收期长，效益差成本高，回收期长，效益差10二、页岩气有效开发技术二、页岩气有效开发技术11 1.页岩气定义及基本特征页岩气定义及基本特征 页岩气是一种特殊的非常规天然气页岩气是一种特殊的非常规天然气,赋存于泥岩或页岩中，具有自生赋存于泥岩或页岩中，具有自生自储、无气水界面、大面积连续成藏、低孔、低渗等特征，一般无自然自储、无气水界面、大面积连续成藏、低孔、低渗等特征，一般无自然产能或低产，需要大型水力压裂

10、和水平井技术才能进行经济开采，单井产能或低产，需要大型水力压裂和水平井技术才能进行经济开采，单井生产周期长。生产周期长。 基本特征：基本特征：（一）、基本情况（一）、基本情况美国四种典型页岩美国四种典型页岩自生自储自生自储游离气游离气+ +吸附气吸附气孔隙度孔隙度0.5-12%0.5-12%基质渗透率基质渗透率0.0001md0.0001md天然裂缝发育天然裂缝发育含气量含气量1m1m3 3/t/t页页岩岩气气12 大部分是自生自储于古生界志留寒武系。大部分是自生自储于古生界志留寒武系。 游离相态存在于裂缝、孔隙及其它储集空间游离相态存在于裂缝、孔隙及其它储集空间;吸附状态吸附状态(2085%

11、)存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面;极少量极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中. 按照美国页岩气业界的划分，当页岩埋藏深度低于按照美国页岩气业界的划分，当页岩埋藏深度低于1000m时，称为浅层页岩气藏；埋藏深度在时，称为浅层页岩气藏；埋藏深度在1000m4000m之间为深层页岩气藏；埋藏深度超过之间为深层页岩气藏；埋藏深度超过4000m，则称，则称为超深层页岩气藏。为超深层页岩气藏。13岩性岩性：暗色页岩，层理发育，含有硅质和钙质，较好的矿：暗色页岩，层理发育，含有硅质和钙质，较好的矿物成分是物成分是: :粘土粘土较

12、少，方解石较多，硅质多（即较少，方解石较多，硅质多（即E E值值较大），较大），最好的泥页岩储层是粘土含量较少的最好的泥页岩储层是粘土含量较少的粉砂质泥岩粉砂质泥岩；物性物性：致密，孔隙度一般低于：致密，孔隙度一般低于10%10%，渗透率一般在，渗透率一般在0.01-0.01-0.00001md0.00001md。在构造活跃地区或者上覆地层剥蚀，地层压力下。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降的情况下发育裂缝发育裂缝，并被钙质或泥质充填。，并被钙质或泥质充填。泥页岩储集空间：泥页岩储集空间：无机孔隙、有机孔隙、微裂缝无机孔隙、有机孔隙、微裂缝14u据IHS（2005年）预测，

13、全球页岩气总资源量 456万亿方 ，相当于常规天然气1.4倍，主要分布在北美、中亚和中国、中东和北非等地区u2010年美国页岩气产量高达1380亿方，较2008年增长了80%.页岩气的大规模开发使美国改变了原引进5000万吨LNG的计划，改变天然气供给格局 u美国页岩气开发取得成功后，加拿大、澳大利亚、欧洲各国、中国等国家重视页岩气资源勘探开发，开展大量工作,“形成热潮”2.2.全球页岩气资源丰富，受到世界各国广泛重视全球页岩气资源丰富，受到世界各国广泛重视15 3、美国作为世界上页岩气资源勘探开发最早的国家，已在北美地区形成成熟的评价方法和勘探开发技术，实现了页岩气的工业开发,从理论和技术上

14、证实了页岩气资源有效开发的可能性,因此加快页岩气资源勘探开发，已成为世界主要页岩气资源大国和地区的共同而热切的愿望。16、国外成熟的页岩气勘探开发技术 経过近二、三十年経过近二、三十年艰苦攻关，艰苦攻关，美国率先美国率先形成页岩气的评价方形成页岩气的评价方法和法和勘勘探开发探开发系列配系列配套技术套技术，而且日趋成，而且日趋成熟，实现了页岩气的熟，实现了页岩气的工业开发。工业开发。页岩气资源评价(技术171 1、页岩气资源评价、页岩气资源评价(技术技术 .评价评价参数参数:储层厚度储层厚度,埋深埋深, 温度温度,压力压力有机碳含量有机碳含量,热演化程度热演化程度,总含气量总含气量页岩物性页岩物

15、性页岩力学性质页岩力学性质硅质含量硅质含量%,方解石方解石/白云石白云石%,粘土含量粘土含量%裂缝发育程度裂缝发育程度18参数参数方深方深1井井安深安深1井井建建111井井河页河页1井井元坝元坝9井井美国美国厚度厚度75m90m36m25.6m7530m埋深埋深1700-1775m2450-2540m610-646m2139.4-2165.0m4035-41103000m储层温度储层温度6390992%2.54%0.71%2.56-3.67%2.543.69%2%热演化程度热演化程度0.52-1.08%2.62-2.80%1.7%1.4-3.5%总含气量总含气量3.3m/t0.67m/t4.8

16、-6.2 m/t0.4m/t页岩力学性质页岩力学性质=0.21-0.24 E=23-31Gpa=0.31 E=26.3Gpa=0.198-0.354 E=25.49-33.20Gpa=0.30 E=25.4-31.3Gpa=0.235-0.27 E=27-33Gpa页岩物性页岩物性K-0.05md K=227nd；=6.67% K=0.3-0.58nd；=3.8-4.5% K=0.1-0.3nd；=2.4-3.6%K=1nd；=0.1%K100nd；4%硅质含量硅质含量%14.9754.0163.125030方解石方解石/白云石白云石%28.8918.331-15.08，平均，平均1.9520

17、粘土含量粘土含量%20.1524.4424.103025裂缝发育程度裂缝发育程度未见未见部分层段发育部分层段发育较发育较发育未见未见较发育较发育完全发育完全发育.中石化页岩气地球化学参数与美国同类参数对比中石化页岩气地球化学参数与美国同类参数对比表表 从对比情况分析，储层具有一定的从对比情况分析，储层具有一定的可采性可采性19.页岩评价测试系列技术：页岩评价测试系列技术：.页岩含气量测试技术页岩含气量测试技术 有效确定页岩储层中的气体含量，有效确定页岩储层中的气体含量，吸附含气量吸附含气量. 致密岩石测试技术致密岩石测试技术 总孔隙度、充气孔隙度、充水孔隙度总孔隙度、充气孔隙度、充水孔隙度;含

18、水饱和度、含气饱和度、可动含水饱和度、含气饱和度、可动流体饱和度、束缚水饱和度流体饱和度、束缚水饱和度; 扩散系数扩散系数;页岩基质和岩心渗透率页岩基质和岩心渗透率 . .页岩微观孔隙表征技术页岩微观孔隙表征技术 用于解剖岩石内部结构，直接观察和处理解译岩石内部及表面的裂隙、用于解剖岩石内部结构，直接观察和处理解译岩石内部及表面的裂隙、裂缝、孔隙、岩石矿物组合等；裂缝、孔隙、岩石矿物组合等；202.2.页岩气开发技术页岩气开发技术 页岩气开发技术发展大致可分五个基本阶段页岩气开发技术发展大致可分五个基本阶段(以美国为例以美国为例)：、钻直井，进行泡沫压裂、钻直井，进行泡沫压裂 (大液量、大排量

19、大液量、大排量6.4方方/分，要加砂；传统压裂分，要加砂；传统压裂液液)、钻直井，大型水力压裂技术、钻直井，大型水力压裂技术 (大液量、大排量大液量、大排量6.4方方/分，要加砂分，要加砂29；传统压裂液传统压裂液)、钻直井，清水压裂或清水加砂压裂、钻直井，清水压裂或清水加砂压裂(加沙加沙2.66-4.8)可比凝胶压裂节约可比凝胶压裂节约成本成本50%60%，从，从1998年至今一直是垂直井的压裂方式。年至今一直是垂直井的压裂方式。、1997年，最初由凝胶压裂的井在能量衰竭后，用清水进行二次压裂，可年，最初由凝胶压裂的井在能量衰竭后，用清水进行二次压裂，可采储量增加了采储量增加了60%。二次压

20、裂技术至。二次压裂技术至2006年仍较为常见。年仍较为常见。、钻水平井，水平段长、钻水平井，水平段长304.81066.8m，分段清水和砂进行压裂。，分段清水和砂进行压裂。此技术此技术开始于开始于2003年。年。2006年年 “同步压裂同步压裂”技术产生。技术产生。21最终形成最终形成: : 长水平段长水平段（304.8304.81066.8m1066.8m）; ; 分多段分多段; ; 大液量大液量7500-220007500-22000方方( (一般一般11000m311000m3最为常见最为常见) ) 、大排大排量量8-168-16方方/ /分，分，加砂加砂180180450450顿顿(2

21、.20(2.20-2.24-2.24) )； 非传统压裂液非传统压裂液滑溜水滑溜水, ,体积改造压裂体积改造压裂系列配套技术系列配套技术. .223.水平井钻井、完井技术水平井钻井、完井技术 .长段水平井钻井技术长段水平井钻井技术 对于低渗、低压、低丰度储层要提高单井产量及提高采收率必须采用对于低渗、低压、低丰度储层要提高单井产量及提高采收率必须采用MRC技技术。因此应采用长段水平井以增大储层泄气面术。因此应采用长段水平井以增大储层泄气面(体体)积积(远不够远不够)；以水平井为基础；以水平井为基础分分多多段压裂以达到极大的增大储层泄气面段压裂以达到极大的增大储层泄气面(体体)积的目的积的目的(

22、实现体积改造的实现体积改造的“平台平台”)。23 .水平段的长度依页告类型不同而异，例水平段的长度依页告类型不同而异，例Barnett页岩气开发水平井水平段页岩气开发水平井水平段长一般在长一般在304.81066.8m；Haynesville页岩气开发水平段长页岩气开发水平段长1219m;Woodford地地区长水平段长接近区长水平段长接近1500m .水平井技术水平井技术: .布井方位必须在页岩中垂直最大主应力方向布井方位必须在页岩中垂直最大主应力方向(坍塌应力大坍塌应力大) .一般采用一般采用MWD和随钻自然伽马进行地质导向钻井和随钻自然伽马进行地质导向钻井 .保证井壁稳定保证井壁稳定(难

23、点难点:低成本保证页岩中长段水平井眼井壁稳定低成本保证页岩中长段水平井眼井壁稳定)： .在多数的页岩气开发水平井中使用的是油基泥浆在多数的页岩气开发水平井中使用的是油基泥浆 .雪弗龙公司开发了硅酸钾基钻井液体系雪弗龙公司开发了硅酸钾基钻井液体系 .贝克休斯开发了专用于页岩的贝克休斯开发了专用于页岩的performax水基钻井液体系水基钻井液体系 .当井壁稳定不突出的时候，可以使用低固相不分散钻井液体系当井壁稳定不突出的时候，可以使用低固相不分散钻井液体系24.完井方式完井方式裸眼完井裸眼完井筛管完井筛管完井套管完井（套管完井（目前目前80%北美页岩气井完井方式）北美页岩气井完井方式） “分段多

24、簇分段多簇”射孔射孔(分段压裂分段压裂,)技术技术: .分段多簇射孔基本特点分段多簇射孔基本特点 一次装弹一次装弹+电缆传输电缆传输+液体输送液体输送+桥塞脱离桥塞脱离+分级引爆分级引爆 .分段多簇射孔核心技术分段多簇射孔核心技术 桥塞以及射孔枪定位技术桥塞以及射孔枪定位技术 桥塞与射孔枪分离技术桥塞与射孔枪分离技术 分级引爆技术分级引爆技术25 水平井分段压裂的段数越多，页岩气单井产量越高. 随着分段压裂技术的不断成熟，页岩气压裂段数还在不断增加,例如:5-1/2套管完井，水平段13722134m，压裂10-24段，段间距约为90m，每段使用2067m3滑溜水，175t支撑剂 包括包括:水平

25、井多段分簇水平井多段分簇改造技术改造技术 水平井多井同步水平井多井同步压裂技术压裂技术26 已成为体积改造中的技术关键已成为体积改造中的技术关键: : 转变理念转变理念: :压裂主要是沟通裂缝及扩大泄气面积，以控制压裂主要是沟通裂缝及扩大泄气面积，以控制缝长、缝宽、缝高和增加裂缝导流能力为目标缝长、缝宽、缝高和增加裂缝导流能力为目标，转变为在，转变为在水平井筒周围储层形成一定水平井筒周围储层形成一定”密度的裂缝网络密度的裂缝网络” 从而增加从而增加单井产量为目的。单井产量为目的。 水平井分段压裂，水平井分段压裂，形成一定密度的裂缝网络形成一定密度的裂缝网络 27 . 页岩气水平井体积改造关键技

26、术之一：页岩气水平井体积改造关键技术之一： “分段多簇分段多簇”射孔射孔 ( (套管完井套管完井) ) 常规水平井分段压裂：采用单段射孔，单段压裂模式常规水平井分段压裂：采用单段射孔，单段压裂模式 体积改造：优化段间距，采用体积改造：优化段间距，采用“分段多簇分段多簇”射孔，射孔，多段一起压裂模式，多段一起压裂模式，利用缝间干扰，促使裂缝转向，利用缝间干扰，促使裂缝转向，产生复杂缝网产生复杂缝网28. 页岩气水平井体积改造关键技术之二：页岩气水平井体积改造关键技术之二： . 快速可钻式桥塞工具快速可钻式桥塞工具 下入方式下入方式: (连续连续)油管油管-水力爬行器水力爬行器-水力泵入水力泵入

27、技术特点技术特点 节省钻时（同时射孔及座封压裂桥塞）节省钻时（同时射孔及座封压裂桥塞） 易钻，易排出（易钻，易排出（4h） 适用范围：套管压裂（适用范围：套管压裂（3.5/4.5/5.5/7) .关键技术关键技术 快速可钻式桥塞材料快速可钻式桥塞材料 桥塞送入及座封技术桥塞送入及座封技术 桥塞与射孔枪分离技术桥塞与射孔枪分离技术29.体积改造关键技术之三：大型滑溜水压裂技术体积改造关键技术之三：大型滑溜水压裂技术大液量、大排量、小粒径、低砂比大液量、大排量、小粒径、低砂比 水平井分多段压裂主要技术参数水平井分多段压裂主要技术参数水平井段长水平井段长1000-1500m一般分一般分8-15段，每

28、段分段，每段分46簇簇排量排量10m3/min以上以上平均砂比平均砂比3-5%每段压裂液量每段压裂液量1000-1500m3(1000022500m3)每段支撑剂量每段支撑剂量2%-5%滑溜水滑溜水+线性胶线性胶 40/70支撑剂为主体支撑剂为主体30.体积改造关键技术之四体积改造关键技术之四(2口水平井同步压裂技术口水平井同步压裂技术)： 促使水力裂缝扩展过程中相互作用相互影响，以产生更复促使水力裂缝扩展过程中相互作用相互影响，以产生更复杂的缝网，增加改造体积，更好现实体积改造。杂的缝网，增加改造体积，更好现实体积改造。31实施方法：实施方法：同步压裂同步压裂2口井口井2套车组同时压裂套车组

29、同时压裂交叉式压裂交叉式压裂2口井，口井，1套车组、配合射孔等作业，套车组、配合射孔等作业， 交互施工、逐段压裂交互施工、逐段压裂应用效果：应用效果：提高初始产量和最终采收率提高初始产量和最终采收率减少作业时间、设备动迁次数，降低施工成本减少作业时间、设备动迁次数，降低施工成本平均产量比单独压裂可类比井提高平均产量比单独压裂可类比井提高21-55%325.“工厂化工厂化”作业作业: 低成本战略是体积改造实现有效开发的技术关键低成本战略是体积改造实现有效开发的技术关键,美国四美国四大页岩气藏大页岩气藏（Barnett、Haynesville、Fayetteville、Marcellus）的单的单

30、井费用构成中，井费用构成中，储层改造和钻井费用两者之和占总费用的储层改造和钻井费用两者之和占总费用的80%以上，且各占以上，且各占1/2。因此，研究发展储层改造和钻井技术因此，研究发展储层改造和钻井技术尽可能降低投资是其必要途径，而尽可能降低投资是其必要途径，而.“工厂化工厂化”作业是页岩气作业是页岩气低成本开发的一个重大而有效的创新低成本开发的一个重大而有效的创新,而且也是实现水平井钻而且也是实现水平井钻完井技术和完井技术和关健技术的需关健技术的需要和保证。要和保证。33.对我国发展页岩气的几点看法对我国发展页岩气的几点看法 1.1.中国页岩气资源丰富、分布广阔，潜力巨大。加快中国页岩气资源

31、丰富、分布广阔，潜力巨大。加快页岩气资源勘探开发己成为国家能源发展的重要战略目标页岩气资源勘探开发己成为国家能源发展的重要战略目标, ,是支持国民经济发展的重大需求，国内三大石油公司积极是支持国民经济发展的重大需求，国内三大石油公司积极调整结构和重点，将页岩气勘探开发列为非常规油气资源调整结构和重点，将页岩气勘探开发列为非常规油气资源的首位。的首位。 同时也引起国内相关部门及各地方极大的的关注和兴同时也引起国内相关部门及各地方极大的的关注和兴趣。并抱有很大的希望！趣。并抱有很大的希望！34 同时也引起国内相关部门及各地方极大的的关同时也引起国内相关部门及各地方极大的的关注和兴趣。并抱有很大的希

32、望！注和兴趣。并抱有很大的希望！ 一时间页岩气的开发问题成了全国的热点一时间页岩气的开发问题成了全国的热点: : 不少人认为不少人认为: :大规模开发页岩气缓解我国油气供大规模开发页岩气缓解我国油气供应紧张局面应紧张局面, ,从而改变我国能源结构的大好形势即将从而改变我国能源结构的大好形势即将到来到来! !35 但总的说来，但总的说来，我们现在并不具备对我国页岩气进行工业我们现在并不具备对我国页岩气进行工业化开采的技术条件：化开采的技术条件： .我国页岩地质条件与国外成功开发的页岩储层的地质我国页岩地质条件与国外成功开发的页岩储层的地质条件有较大差异，国外有效技术难以直接应用；条件有较大差异，

33、国外有效技术难以直接应用； .我们对国外成熟技术还未完全掌握；我们对国外成熟技术还未完全掌握； .我国自然环境条件对国外现技术不适应；我国自然环境条件对国外现技术不适应； .国外有效技术本身还存在很多需要改进和发展的问题。国外有效技术本身还存在很多需要改进和发展的问题。36 2.当务之急：对页岩气的开发开展和加强基础和基础理对页岩气的开发开展和加强基础和基础理论及其应用研究，完成论及其应用研究，完成： 加强我国页岩气地质特征研究，摸清页岩气资源家底；加强我国页岩气地质特征研究，摸清页岩气资源家底； 加强对于关健技术的攻关研究；尽快建立适合国情的系加强对于关健技术的攻关研究；尽快建立适合国情的系

34、列配套技术列配套技术 开展好页岩气开发先导试验（产业化示范区）开展好页岩气开发先导试验（产业化示范区） 形成适合中国地质条件、环境条件形成适合中国地质条件、环境条件的页岩气勘探、开的页岩气勘探、开发系到配套技术发系到配套技术37 超低渗油气超低渗油气,致密气致密气,页岩气页岩气,煤层气有效开发煤层气有效开发技术应保证对技术应保证对其其有效开发有效开发:3.成功开发页岩气的原理与技术途径：成功开发页岩气的原理与技术途径：38 长期以来页岩气因其丰度低、气体在岩体中的运移速度长期以来页岩气因其丰度低、气体在岩体中的运移速度极低，使其单井产量极低，使其单井产量(初产、稳产初产、稳产)达不到工业化生产

35、目标，达不到工业化生产目标，技术复杂、投入大，毫无经济效益技术复杂、投入大，毫无经济效益,现行开发理论认定不能工现行开发理论认定不能工业化开发的气藏。业化开发的气藏。 它的有效开发是新的理念它的有效开发是新的理念(论论)，新的思路，新的技术，新的思路，新的技术(原原有技术的发展和优化集成有技术的发展和优化集成)的重大成果。的重大成果。39.如何如何 吸附状态存在的甲烷，形成为单井日产量取决于吸附状态存在的甲烷，形成为单井日产量取决于三个过程三个过程 （解吸、扩散、渗流）中最慢的一步（解吸、扩散、渗流）中最慢的一步, 通常是解吸、通常是解吸、扩散最慢扩散最慢,成为其主控因素成为其主控因素,故单井

36、日产量必然很低故单井日产量必然很低 。因此要因此要想获得较高的想获得较高的40页岩中游离态气体的运移速度页岩中游离态气体的运移速度在页岩中，气体游离态在页岩中，气体游离态在其基岩中运移速度远小于在裂缝中的运移速度，裂缝越宽在其基岩中运移速度远小于在裂缝中的运移速度，裂缝越宽小得越多，但一般页岩的裂缝的宽度和密度都太小。故使得小得越多，但一般页岩的裂缝的宽度和密度都太小。故使得气体在其中的运移速度极低。气体在其中的运移速度极低。 这样：单位时间内进入井筒形成日产量的气体太少，不这样：单位时间内进入井筒形成日产量的气体太少，不可能达到工业化产量，可能达到工业化产量，增加气体运移速度及扩大泄气面积是

37、增加气体运移速度及扩大泄气面积是增加单井产量的两条途径。增加单井产量的两条途径。目前增加气体在页岩中的运移速目前增加气体在页岩中的运移速度还无法实现。度还无法实现。41 采用水平井等特殊结构井的采用水平井等特殊结构井的MRC技术，可以几十倍、技术，可以几十倍、上百倍的增加泄气面积（例如厚度上百倍的增加泄气面积（例如厚度50m的页岩，水平段长的页岩，水平段长1000m，则增大，则增大20倍），但由于页岩的渗透率太低倍），但由于页岩的渗透率太低 即使如此还是远远不够。即使如此还是远远不够。(仅从泄气面积看与超低仅从泄气面积看与超低渗气藏相比应增大几千倍才能获得工业性气流渗气藏相比应增大几千倍才能获

38、得工业性气流) 采用长段水平井分（多）段（采用长段水平井分（多）段（1020段以上）压裂，则段以上）压裂，则其泄气面积增加千倍以上成为可能。但这样只能获得工业化其泄气面积增加千倍以上成为可能。但这样只能获得工业化的初产的初产,由于页岩的渗透率太低运移速度太小由于页岩的渗透率太低运移速度太小,其补充速度赶其补充速度赶不上需要不上需要,无法获得稳定的工业化产量。无法获得稳定的工业化产量。(有初产而不能稳产有初产而不能稳产)42 倘若在水平井筒周围地层人工形成一个致密的裂缝网络倘若在水平井筒周围地层人工形成一个致密的裂缝网络体系（由较宽的主裂缝，不宽的支干裂缝、窄的支裂缝，更体系（由较宽的主裂缝，不

39、宽的支干裂缝、窄的支裂缝，更窄的细裂缝、微裂缝、加上页岩自身存在的细微裂缝构成），窄的细裂缝、微裂缝、加上页岩自身存在的细微裂缝构成），此网络不仅此网络不仅大大增大泄气面积大大增大泄气面积，而且，由裂缝网络将整个，而且，由裂缝网络将整个被被改造的岩体改造的岩体“分割成若干小块分割成若干小块”。43 对于每对于每“一块页岩一块页岩”( (包括岩体中心部份的岩块包括岩体中心部份的岩块) )其四周其四周各面都在向裂缝泄气各面都在向裂缝泄气, ,则整块页岩周边部份压力成倍下降则整块页岩周边部份压力成倍下降( (与只有一边泄气页岩相比而言与只有一边泄气页岩相比而言),),大大加快了页岩气藏里的大大加快了

40、页岩气藏里的压力向裂缝传递的能力和速度压力向裂缝传递的能力和速度( (即页岩岩块中心气体向周边即页岩岩块中心气体向周边运移的速度运移的速度);); 同时，大大缩短了页岩基体中的气体移向裂缝的距离：同时，大大缩短了页岩基体中的气体移向裂缝的距离：从而从而使单位时间内从页岩基体中运移到裂缝的气体的量大使单位时间内从页岩基体中运移到裂缝的气体的量大幅度增加幅度增加, ,相当于提高了岩体内气体的相当于提高了岩体内气体的“运移运移”速度速度 44 而且被改造岩体的中心部位同样被而且被改造岩体的中心部位同样被“分割分割”成这种岩块成这种岩块, ,使储层使储层“深部深部”的气体也参与运移到井筒成为日产量的组

41、成的气体也参与运移到井筒成为日产量的组成部份。既可能保证足够的单井产量，又在短期内大大提高了部份。既可能保证足够的单井产量，又在短期内大大提高了被改造地层的采收率，从而保证其稳产，被改造地层的采收率，从而保证其稳产，在短期内提高了储在短期内提高了储层动用体积层动用体积。 即即: :利用长水平井为依托进行多段压裂体积改造利用长水平井为依托进行多段压裂体积改造, ,既大幅既大幅度增加泄气面积又度增加泄气面积又“提高提高”了岩体内气体的了岩体内气体的“运移运移”速度速度, ,又动用了被改造储层的深部的气体又动用了被改造储层的深部的气体, ,从而有效提高了产量补从而有效提高了产量补充速度充速度, ,提

42、高了单井产量提高了单井产量( (稳产稳产) )达到工业化要求达到工业化要求, ,同时提高了同时提高了所改造储层的采收率。所改造储层的采收率。45 . .体积改造：体积改造： 以水平井分（多）段压裂在井筒周围页岩储以水平井分（多）段压裂在井筒周围页岩储层中形成各级裂缝构成的一个致密裂缝网络层中形成各级裂缝构成的一个致密裂缝网络( (主裂缝主裂缝周边形成稠密且相互连接的裂缝网络周边形成稠密且相互连接的裂缝网络) ) ，从而极大，从而极大幅度提高储层泄气面积及其压力由内部向裂缝传递幅度提高储层泄气面积及其压力由内部向裂缝传递速度和大大缩短页岩内部气体移向裂缝的距离以实速度和大大缩短页岩内部气体移向裂

43、缝的距离以实现提高单井产量和提高采收率目的压裂改造技术。现提高单井产量和提高采收率目的压裂改造技术。46储层传统压裂改造与压裂体积改造的差别储层传统压裂改造与压裂体积改造的差别46储层压裂改造储层压裂改造压裂体积改造压裂体积改造以岩石力学理论为基础，在最小主应力以岩石力学理论为基础，在最小主应力的垂直方向的垂直方向形成对称的两条裂缝形成对称的两条裂缝，以沟，以沟通地层深部（含裂缝）与井筒的通地层深部（含裂缝）与井筒的联系联系，同时扩大同时扩大泄气面积泄气面积，从而，从而增加单井产量增加单井产量和提高采收率。和提高采收率。以岩石力学以岩石力学 理论为基础，在水平井筒周理论为基础，在水平井筒周围地

44、层压裂形成围地层压裂形成密集的裂缝网络密集的裂缝网络，以增大，以增大泄气面积，增大内部气体向裂缝运够速度泄气面积，增大内部气体向裂缝运够速度同时缩短所动用储层内部气体移到裂缝的同时缩短所动用储层内部气体移到裂缝的距离，距离，从而达到所需的单井产量，从而达到所需的单井产量，并提高并提高采收率。采收率。避免压出多缝，保证单缝形成，以控制避免压出多缝，保证单缝形成，以控制缝高、缝长（为主）缝宽为主要目标：缝高、缝长（为主）缝宽为主要目标：以在多个方向上形成多条裂缝构成密集裂以在多个方向上形成多条裂缝构成密集裂缝网络为主。缝网络为主。必须加够压裂砂；必须加够压裂砂；必须排除压裂干扰必须排除压裂干扰压裂

45、中不必全过程加砂压裂中不必全过程加砂( (可采用清水压裂可采用清水压裂) )；要充分利用干扰要充分利用干扰充分利用地应力与地层岩石破裂规律，充分利用地应力与地层岩石破裂规律，形成所需的单缝。形成所需的单缝。充分利用地应力与地层岩石破裂规律，充分利用地应力与地层岩石破裂规律，配配合各种专有技术合各种专有技术形成所需的裂缝网络。形成所需的裂缝网络。47推论：.“甜点甜点”的评价和优选必须加上对的评价和优选必须加上对“该页岩储层该页岩储层”可否实现可否实现体积改造的评价。体积改造的评价。.其技术核心是其技术核心是“体积改造体积改造”。. 应主要依托长段水平井进行应主要依托长段水平井进行; 长段水平井

46、是实现体积改造必要的基础。它的设计和形长段水平井是实现体积改造必要的基础。它的设计和形成的井眼以有利于体积改造为目的；成的井眼以有利于体积改造为目的；48.体积改造要求：体积改造要求： 压裂形成的裂缝缝面极大，则要求更大的造缝液体量。压裂形成的裂缝缝面极大，则要求更大的造缝液体量。 形成有一定密度的主干裂缝及形成有一定密度的主干裂缝及1.2级支干裂缝（毫米级），级支干裂缝（毫米级），它们需要加砂保证裂缝的导流能力：它们需要加砂保证裂缝的导流能力： 形成与支干裂缝相连的密集裂缝网络的细裂缝、微裂缝、形成与支干裂缝相连的密集裂缝网络的细裂缝、微裂缝、细微裂缝，它们尺寸为微米级（细微裂缝，它们尺寸为

47、微米级（11000m），不可能，也），不可能，也没必要，加砂填充裂缝。没必要，加砂填充裂缝。49 即毫米级主干裂缝、支干裂缝不太多，是网络的主干道即毫米级主干裂缝、支干裂缝不太多，是网络的主干道需要加砂保证导流能力；大量分支细小裂缝不可能也不需要需要加砂保证导流能力；大量分支细小裂缝不可能也不需要加砂保证有几十、几百、几千加砂保证有几十、几百、几千mDmD导流能力导流能力, ,即可不加砂压裂即可不加砂压裂来形成细小分支裂缝网络。来形成细小分支裂缝网络。 对于常规压裂而言对于常规压裂而言, ,不加砂压裂是无效的不加砂压裂是无效的, ,但对于渗透率但对于渗透率极低的页岩储层而言极低的页岩储层而言,

48、 ,即使压裂后压缝闭合即使压裂后压缝闭合, ,其透气能力仍大其透气能力仍大大的高于压裂前大的高于压裂前, ,并可能达到改造的要求。并可能达到改造的要求。50 这是这是由于岩石中形成的裂缝具一定表面粗糙度，闭合后仍由于岩石中形成的裂缝具一定表面粗糙度，闭合后仍能保持一定的缝隙，就可以形成对低渗储层来说已经足够的能保持一定的缝隙，就可以形成对低渗储层来说已经足够的导流能力。导流能力。 压裂过程中，岩石脱落下来的碎屑压裂过程中，岩石脱落下来的碎屑( (特别是在页岩地层特别是在页岩地层中中)它们可能形成它们可能形成“自撑自撑”式支撑。式支撑。 剪切力使裂缝壁面产生剪切滑移，在裂缝延伸过程中使剪切力使裂

49、缝壁面产生剪切滑移，在裂缝延伸过程中使已存在的微隙裂开，并使断层面及其它弱面张开。已存在的微隙裂开，并使断层面及其它弱面张开。 以上作用说明可以和应该用清水压裂。以上作用说明可以和应该用清水压裂。51 即体积改造虽然用大量的液体进行压裂即体积改造虽然用大量的液体进行压裂, ,但加沙但加沙没必要太多没必要太多( (只需用在主、支干裂缝中则低沙比即只需用在主、支干裂缝中则低沙比即可可),),而且不需要全程加砂而且不需要全程加砂( (只需在形成主、支干裂只需在形成主、支干裂缝的压裂中缝的压裂中) )。 而形成大量支、细裂缝应采用不加砂的而形成大量支、细裂缝应采用不加砂的“清水清水压裂压裂”。储层伤害

50、。储层伤害, ,特别是固相伤害特别是固相伤害( (如压裂液残渣如压裂液残渣) )必须严格防止。必须严格防止。52 清水压裂一般清水压裂一般对对以下条件的地层以下条件的地层有效有效( (对页岩储层有效对页岩储层有效) )： A.A.低渗透地层；（低渗透地层；（K0.05mdK0.1mdK0.1md并并存在天然裂缝）存在天然裂缝） B.B.高强度岩石地层；（杨氏模量高强度岩石地层；（杨氏模量3.43.4104MPa104MPa的油气藏；在杨氏模的油气藏；在杨氏模量为量为6.96.9103MPa3.4103MPa3.4104MPa104MPa的油气藏中可以使用。）的油气藏中可以使用。） C.C.具有

51、低闭合应力地层：（闭合应力梯度具有低闭合应力地层：（闭合应力梯度0.0176MPa/m 2 wt% ( 2 wt% (？ wt%wt% ) ) 热成熟度（热成熟度（RoRo） 1.1% ( 1.1% (？ % % ) ) 厚度厚度 15 m( 15 m(？m) ) 超压系统超压系统 (0.45 psi/ft)(0.45 psi/ft) II II型或型或IIbIIb型有机质（海相沉积有机质）型有机质（海相沉积有机质） 页岩基质中赋存天然气页岩基质中赋存天然气55厚度厚度30m埋深埋深3000m储层温度储层温度2%热演化程度热演化程度1.4-3.5%总含气量总含气量0.4m/t游离态游离态 60

52、-80气层压力气层压力 0.45 psi/ft0.45 psi/ft页岩力学性质页岩力学性质=0.235-0.27 E=27-33Gpa页岩物性页岩物性K100nd；4%硅质含量硅质含量%30方解石方解石/白云石白云石%20粘土含量粘土含量%80%); B页岩气的解吸速度页岩气的解吸速度,扩散速度扩散速度,在微裂缝中的渗流速度和三者在微裂缝中的渗流速度和三者之间的关系以及它们与形成单井日产量之间的关系；产能评之间的关系以及它们与形成单井日产量之间的关系；产能评价价(能否形成工业性气流能否形成工业性气流)57C页岩进行体积改造页岩进行体积改造( (近井筒空间形成密集网络近井筒空间形成密集网络)

53、)适应（可能）性评价：适应（可能）性评价： A)A)页岩的可压页岩的可压( (裂裂) )性及裂缝扩展规律性及裂缝扩展规律: : 评价页岩可压性及裂缝扩展规律的因素主要有两个方面：评价页岩可压性及裂缝扩展规律的因素主要有两个方面： a).a).脆性指数脆性指数: :脆性越大，越容易形成网状裂缝脆性越大，越容易形成网状裂缝; ;而脆性越小，则形成网状裂缝的而脆性越小，则形成网状裂缝的可能性越小。可能性越小。 杨氏模量越高，泊松比越小，岩石脆性越大；杨氏模量越高，泊松比越小，岩石脆性越大； 矿物组成硅质、钙质含量增加，脆性增强；矿物组成硅质、钙质含量增加，脆性增强； 油藏埋深变浅，脆性增加。油藏埋深

54、变浅，脆性增加。 b).b).应力各向异性应力各向异性: :应力各向异性增大，有利于形成网状裂缝应力各向异性增大，有利于形成网状裂缝 B)B)天然裂缝状态。天然裂缝越发育，越容易形成网状裂缝天然裂缝状态。天然裂缝越发育，越容易形成网状裂缝 通过对页岩的上述研究，建立起对所研究页岩能否进行体积改造的可行性以及如何改通过对页岩的上述研究，建立起对所研究页岩能否进行体积改造的可行性以及如何改造的条件和要求的评价方法。造的条件和要求的评价方法。58: 在页岩中低成本打成井眼规则的无在页岩中低成本打成井眼规则的无(低低)伤害的长段水平井伤害的长段水平井系列配套技术系列配套技术(在确定的方位在确定的方位:

55、垂直最大水平主应力方向垂直最大水平主应力方向) .用油基类泥浆钻井打成用油基类泥浆钻井打成; 用水基类泥浆钻井打成用水基类泥浆钻井打成; 用气体钻井打成用气体钻井打成;.完井完井:裸眼完井裸眼完井,固井尾管完井分段多簇固井尾管完井分段多簇”射孔完井射孔完井.小井眼小井眼59 .低成本的体积改造系列配套技术低成本的体积改造系列配套技术.在水平井眼周围形成致密裂缝网络在水平井眼周围形成致密裂缝网络(可调控可调控)的体积改造压裂的体积改造压裂技术技术; .实现低成本的实现低成本的(较较)低排量、低排量、(较较)低用水量的体积改造压裂技低用水量的体积改造压裂技术及压裂液技术。术及压裂液技术。.体积改造

56、效果体积改造效果(致密裂缝网络致密裂缝网络)检查、评价技术检查、评价技术 当以上系列配套技术真正建立起来，我国页岩气工业化开当以上系列配套技术真正建立起来，我国页岩气工业化开采就有可能实现采就有可能实现60. .形成裂缝网络的压裂技术：形成裂缝网络的压裂技术：A. A. 岩石力学性质与天然裂缝评价与选择技术：岩石力学性质与天然裂缝评价与选择技术：B. B. 形成网络的压裂设计：根据地应力、埋深、温度、形成网络的压裂设计：根据地应力、埋深、温度、岩石力学性质（矿物组成、天然裂缝状态）形成致岩石力学性质（矿物组成、天然裂缝状态）形成致密网络压裂的设计密网络压裂的设计C. C. 利用彼此干扰形成裂缝网络：簇状射孔、多段同时利用彼此干扰形成裂缝网络：簇状射孔、多段同时压裂、同步压裂压裂、同步压裂。变排量变压力。变排量变压力，平行压，平行压裂裂。；61 D. D. 压裂液转向技术；压裂液转向技术；压裂过程中的暂堵技术压裂