北美页岩油气开发关键技术(NXPowerLite)

1、北美页岩气开发关键技术北美页岩气开发关键技术2012中国克拉玛依国际非常规油气论坛中国克拉玛依国际非常规油气论坛2012年年 9月月12-13日日吕晓光吕晓光C&C Reservoirs页岩油/气主要分布于14个区带l页岩气页岩气藏有效开发的四项关键技术藏有效开发的四项关键技术l气藏表征识别气藏表征识别“甜点区甜点区”l长水平段水平井长水平段水平井l分段清水压裂分段清水压裂l微地震监测微地震监测l同井场钻井同井场钻井l有效压裂液水资源管理有效压裂液水资源管理气藏表征识别气藏表征识别“甜点区甜点区”l 综合应用地震、地质、地球化学和岩石物理多学科方法综合应用地震、地质、地球化学和岩石物理

2、多学科方法l 更强调地球化学和地质力学的应用更强调地球化学和地质力学的应用l 要图件：构造图、地层剖面图、厚度等值图、含气量等值图、要图件：构造图、地层剖面图、厚度等值图、含气量等值图、TOCTOC等等值图、热成熟度（值图、热成熟度（ Ro)Ro)等值图、孔隙度等值图等值图、孔隙度等值图地震地震/ /微地震微地震地质地质地球化学地球化学地质力学地质力学岩石物理岩石物理构造特征构造特征 资料汇总资料汇总岩芯测试、评价岩芯测试、评价杨氏模量、泊松比、硬度杨氏模量、泊松比、硬度指标指标地层对比地层对比目标页岩发育：埋深、侧目标页岩发育：埋深、侧向变化、水层、岩溶、隔向变化、水层、岩溶、隔层层 页岩气

3、层段垂向、侧向分页岩气层段垂向、侧向分布变化及埋深布变化及埋深 孔隙度、裂缝发育及展布孔隙度、裂缝发育及展布 页岩气含气层段泊松比、页岩气含气层段泊松比、杨氏模量、地应力特征杨氏模量、地应力特征构造图编制构造图编制 地震解释地震解释 设计试验井和监测井，设计试验井和监测井，指导钻井并获取资料指导钻井并获取资料 获取裸眼测井信息获取裸眼测井信息 取芯、沉积环境、沉积取芯、沉积环境、沉积相相 建立地质模型建立地质模型含烃潜力分析：含烃潜力分析：TOCTOC、RoRo、自由气和吸附气含量、自由气和吸附气含量、干酪根类型干酪根类型 页岩油页岩油/ /气层识别气层识别 储层流体识别储层流体识别 岩性和流

4、体定义岩性和流体定义 岩石性质表征岩石性质表征 页岩油页岩油/ /气层识别气层识别 压裂液优化压裂液优化 确定岩石脆性指标确定岩石脆性指标 确定支撑剂确定支撑剂 确定渗透率、孔隙度确定渗透率、孔隙度 压裂液的配伍性，渗透率可压裂液的配伍性，渗透率可恢复性测试恢复性测试页岩测井评价页岩测井评价 岩芯校正应用声波测井确岩芯校正应用声波测井确定力学性质定力学性质 可压裂性计算并经岩芯校可压裂性计算并经岩芯校验验 页岩油页岩油/ /气层识别气层识别 补偿自然伽马能谱、元素补偿自然伽马能谱、元素捕获能谱测井识别岩性，捕获能谱测井识别岩性，岩芯分析、岩芯分析、XRD XRD 校验校验 地质储量计算地质储量

5、计算 类比分析储量估算类比分析储量估算 TOCTOC、含气量计算，岩芯、含气量计算，岩芯测试校验测试校验 页岩气表征流程页岩气表征流程 （据（据ChongChong等等20102010修改）修改）l有效厚度：有效厚度：30m30ml适中的孔隙度适中的孔隙度：6-12%l足够的热成熟度（足够的热成熟度（RoRo）：）：1.4%Ro3%1.4%Ro3m3m3 3/t/tl脆性矿物含量（石英、长石、碳酸盐）：脆性矿物含量（石英、长石、碳酸盐）：50%50%l断层、喀斯特地层不发育断层、喀斯特地层不发育l天然裂缝发育适中天然裂缝发育适中已开发页岩气藏的油藏管理经验，甜点区已开发页岩气藏的油藏管理经验，

6、甜点区：气藏表征识别气藏表征识别“甜点区甜点区”页岩气藏气藏表征应用页岩气藏气藏表征应用l为为开发方案提供依据开发方案提供依据l识别钻井有利区识别钻井有利区l确定地质灾害因素降确定地质灾害因素降低钻井、完井风险低钻井、完井风险l优化增产措施优化增产措施气藏表征识别气藏表征识别“甜点区甜点区”McDaniel, 2010如果按等分水平段压裂，压裂段1，2无效，压裂段9导致水层突进1-21-2压裂段压裂段9 9压裂段压裂段气藏表征识别气藏表征识别“甜点区甜点区”应用应用3-D3-D地震识别断层和喀斯特地层地震识别断层和喀斯特地层气藏表征识别气藏表征识别“甜点区甜点区”l页岩气页岩气藏有效开发的四项

7、关键技术藏有效开发的四项关键技术l气藏表征识别气藏表征识别“甜点区甜点区”l长水平段水平井长水平段水平井l分段清水压裂分段清水压裂l微地震监测微地震监测l同井场钻井同井场钻井l有效压裂液水资源管理有效压裂液水资源管理长水平段水平井长水平段水平井n Barnett 2003Barnett 2003年大规模年大规模应用水平井，页岩气产应用水平井，页岩气产量大幅度上升量大幅度上升n 20102010年水平井年水平井97579757口，口，为总井数的为总井数的66%66%，日产，日产气量达到气量达到1.41.410108 8 m m3 3C&C Reservoirs, 2011l初期日产初期日

8、产4-204-2010104 4 m m3 3，是直井的，是直井的3-83-8倍倍l单井可采储量单井可采储量 0.2-1.50.2-1.510108 8 m m3 3, ,是直井的是直井的4-144-14倍倍长水平段水平井长水平段水平井页岩气页岩气气藏气藏巴耐特巴耐特(Barnett)(Barnett)费耶特维耳费耶特维耳(Fayetteville)(Fayetteville)亨耐斯维尔亨耐斯维尔 （HaynesvilleHaynesville）(Marcellus)(Marcellus)芜德福地芜德福地(Woodford)(Woodford)Eager FordEager Ford盆地盆地/

9、 /州州Fort Fort Worth/Worth/德克德克萨斯萨斯Arkoma/Arkoma/阿肯色阿肯色North Louisiana North Louisiana Salt/Salt/德克萨斯德克萨斯- -路易斯安娜路易斯安娜Appalacachian/Appalacachian/俄亥俄俄亥俄Arkoma/Arkoma/俄克俄克拉荷马拉荷马Maverick/Maverick/德克德克萨斯萨斯水平段长度水平段长度/ m/ m1200 1200 初期：初期：762762目前：目前：12191219900-1220900-1220900900760-1220760-1220最长最长30483

10、0481220-15301220-1530水平井压裂方式水平井压裂方式分段清水分段清水初期：交联凝胶初期：交联凝胶目前：分段清水目前：分段清水分阶段清水分阶段清水分阶段清水分阶段清水分阶段清水分阶段清水分阶段清水分阶段清水压裂段数压裂段数初期：初期：4-64-6目前：目前：8-128-1212128-128-126-126-125-95-910-2410-24水平井初产量水平井初产量/ / 10104 4m m3 34.3-204.3-201.4-141.4-14平均平均8.58.514-7014-7011.6-19.811.6-19.87.7-23.57.7-23.514.214.2水平井水

11、平井/ /直井产量直井产量比比5-75-73.7-53.7-58 83-43-45.55.5- -水平井单井可采储水平井单井可采储量量/ 10/ 104 4m m3 33400-206713400-206711700-84951700-849512740-2407012740-240701246012460849084901557015570长水平段水平井长水平段水平井l页岩气页岩气藏有效开发的四项关键技术藏有效开发的四项关键技术l气藏表征识别气藏表征识别“甜点区甜点区”l长水平段水平井长水平段水平井l分段清水压裂分段清水压裂l微地震监测微地震监测l同井场钻井同井场钻井l有效压裂液水资源管理有

12、效压裂液水资源管理分段清水压裂分段清水压裂l压裂段数初期一般压裂段数初期一般4-6段段l目前达到目前达到10-12段段l最大达到最大达到24段段l每段压裂的长度由每段压裂的长度由2002年的年的900-1200m 到目到目前的前的80-120m清水压裂 （Slick Water Fracturing)利用含有减阻剂、黏土稳定剂和必要的表面活性剂的水为压裂液，以这种利用含有减阻剂、黏土稳定剂和必要的表面活性剂的水为压裂液，以这种压裂液作为前置液来提供支撑剂输送压裂液作为前置液来提供支撑剂输送l 少量砂支撑剂的应用费用节省了少量砂支撑剂的应用费用节省了35%35%l 避免了凝胶压裂液产生的储层伤害

13、避免了凝胶压裂液产生的储层伤害l 降低压裂液粘度，更多压裂液进入微裂缝，扩大扩散通道降低压裂液粘度，更多压裂液进入微裂缝，扩大扩散通道l 有利于体积改造，通过分段多簇射孔形成次生裂缝和裂缝网络有利于体积改造，通过分段多簇射孔形成次生裂缝和裂缝网络l 产气量更高产气量更高并增加可采储量并增加可采储量分段清水压裂分段清水压裂清水压裂清水压裂 （同井重复压裂）（同井重复压裂）凝胶压裂凝胶压裂月天然气产量月天然气产量/ /百万立方英尺百万立方英尺 天天（CIPOLLA，2009）先采用聚合物凝胶压裂，后期用清水重复压裂投产初期泡沫压裂：累产217 MMCF后凝胶重复压裂:累产23 MMCF18年后清水

14、压裂: 累产 1032 MMCFBARANETT 页岩 (George E, 2010)清水压裂 （Slick Water Fracturing)分段清水压裂分段清水压裂l页岩气页岩气藏有效开发的四项关键技术藏有效开发的四项关键技术l气藏表征识别气藏表征识别“甜点区甜点区”l长水平段水平井长水平段水平井l分段清水压裂分段清水压裂l微地震监测微地震监测l同井场钻井同井场钻井l有效压裂液水资源管理有效压裂液水资源管理微地震监测技术在气藏管理中的应用微地震监测技术在气藏管理中的应用l 最大主应力方位l 与裂缝连通的储层体积l 裂缝网络的规模等实时提供l 估算波及体积l 优化水平井方位l 评价分段压裂

15、效果l 预测分段压裂产量贡献率l 优化射孔及压裂段、避免地质灾害层l 指导再完井增产措施微地震监测技术在气藏管理中的应用微地震监测技术在气藏管理中的应用根据微地震事件确定最大主应力方向，新井水平井通常平行或以大角度交于最大主应力，以获得最佳的分段压裂效果水平井平行于最大水平主应力方向水平井平行于最小水平主应力方向优化水平井方位微地震监测技术在气藏管理中的应用微地震监测技术在气藏管理中的应用预测分段压裂产量贡献率改造的储层体积（Inamdar 等，2010）6个月产气量个月产气量/ 百万立方百万立方英尺(Mayerhofer, 2006)（Chong 等，2010）优化射孔及压裂段、避免地质灾害

16、层微地震监测技术在气藏管理中的应用微地震监测技术在气藏管理中的应用Banett 页岩水平井地质灾害层第一段压裂微地震监测平面视图第一段压裂微地震监测平面视图地质灾害层地质灾害层第一段压裂微地震监测三维视图第一段压裂微地震监测三维视图地质灾害层第二段压裂微地震监测平面视图第二段压裂微地震监测平面视图地质灾害层第一段压裂微地震监测三维视图第一段压裂微地震监测三维视图地质灾害层微地震监测技术在气藏管理中的应用微地震监测技术在气藏管理中的应用监测再完井增产措施Banett 页岩平行最小水平主应力水平井，初始投产单段压裂及微地震监测结果投产4.5年后分两段重复压裂两段重复压裂水平段微地震事件数重复压裂段

17、1重复压裂段2两段重复压裂后的产量变化 （WATER等，2009）标准化产量标准化产量生产天数生产天数标准化累计产量标准化累计产量l页岩气页岩气藏有效开发的四项关键技术藏有效开发的四项关键技术l气藏表征识别气藏表征识别“甜点区甜点区”l长水平段水平井长水平段水平井l分段清水压裂分段清水压裂l微地震监测微地震监测l同井场钻井同井场钻井l有效压裂液水资源管理有效压裂液水资源管理同井场钻井及有效的压裂液水资源管理同井场钻井及有效的压裂液水资源管理页岩气开发井位分布于不同的私人土地上或恶劣条件下的原始森林页岩气开发井位分布于不同的私人土地上或恶劣条件下的原始森林同井场钻井及有效的压裂液水资源管理同井场

18、钻井及有效的压裂液水资源管理同井场多井水平井钻井l同一井场通常钻同一井场通常钻6-86-8口水平井口水平井l减少总的井场数量减少总的井场数量l易于连接交通路线、传输管线和生产设易于连接交通路线、传输管线和生产设施施l提高整体经济效益提高整体经济效益l减少对生物栖息、公众和环境的影响减少对生物栖息、公众和环境的影响同井场钻井及有效的压裂液水资源管理同井场钻井及有效的压裂液水资源管理(Horn River 页岩气开发概念模型， Pflug, 2009)l双层水平井开发双层水平井开发l上层段页岩厚度上层段页岩厚度320ft320ftl中间中间60ft60ft碳酸岩盐碳酸岩盐l下层段：下层段：150 ft150 ftl2828口水平井口水平井/ /井场井场l地质储量：地质储量：400 400 BCF(112BCF(11210108 8mm3 3)/)/井场井场l驱替面积：驱替面积：77 kmkm2 2l可采储量：可采储量：150150 BCF(42BCF(4210108 8mm3 3)/)/井场井场l单井可采储量：单井可采储量：5.4 5.4 BCFBCFl采收率：