国外页岩气勘探开发技术

一、前言二、页岩气勘探开发技术三、中石化页岩气勘探开发现状提纲一、前言一、前言一、前言二、页岩气勘探开发技术三、中石化页岩气勘探开发技术现状提纲美国48个州广泛分布了含巨量天然气的高有机质页岩。德克萨斯州初步开采的Barnett页岩提供了外乡48个州天然气生产总量的6%。分析估计到2021年底多数的储量增长〔50%到60%〕将来自非常规的页岩气。四个新的页岩气〔Haynesville，Fayetteville，Marcellus和Woodford〕可采气体总量可能超过15万亿。比照研究，中国南方广阔地区海相地层中发育的优质烃源岩是国内页岩气勘探的重要目标，专家初步估计页岩气资源量大约30万亿方。1.页岩气藏的特点1〕页岩气资源丰富页岩气储层物性差，低孔低渗，孔隙度约为4%-6%,基质渗透率小于0.001×10-3μm2。页岩储层发育较多天然微裂缝，岩石具有一定的脆性，在改造过程中易形成网状裂缝系统。2021-1-28第7页2〕页岩气藏物性差，需改造1.页岩气藏的特点010002000300040000200400600800100012000.01.02.03.04.0天数平均产量,MCFD0.0水平井/直井产量比水平井平均产量直井平均产量比率水平井是目前主要的页岩气藏生产形式。水平井的产量是垂直井的3-4倍多，本钱仅是直井的1.5-2倍。目前85%的开发井为水平井＋多段压裂。3〕开发方式对产能影响大1.页岩气藏的特点kentucky东部泥盆系页岩气产量递减曲线，xx井26年累计产量1333×104m34〕产量递减先快后慢，生产周期长1.页岩气藏的特点生产周期比较长早期以游离气为主，产量较高，递减快〔第一年产量降到65%〕后期以吸附气产出为主，产量相对较低，年递减率2%～3%，单井日产2-3万方预测页岩气田开采寿命可达30～50年保持合理的生产制度一般无自然产能，所有井都要实施压裂改造。据美国资料统计：40%的井初期裸眼测试时无天然气55%井初始无阻流量没有工业产能直井压裂平均产量达0.8万方/d左右水平井压裂平均产量可达10万方/d以上，最高达30万方/d

1)有效页岩的厚度

2)页岩的有机质丰度

3)页岩的热演化程度

4)页岩的矿物组成

5)页岩的含气量

6)页岩的孔隙度

7)页岩的渗透性

8)构造格局北美地区页岩气评价包含16个参数，内容全面。

9)沉积、构造演化史

10)页岩横向连续性

11)3D地震资料情况

12)地层压力特征

13)压裂用水

14)输气管网

15)井场情况与地貌环境

16)污水处理与环保

测井和岩心分析是页岩气储层评价的两种主要手段。2〕页岩气储层评价2〕页岩气储层评价岩心分析：确定孔隙度、储层渗透率、泥岩的组分、流体及储层的敏感性，并分析测试TOC和吸附等温曲线。Bp通过参数井的系统取心，在“相控页岩分布〞的思路指导下，对岩心的层序和沉积细致描述，研究页岩的沉积特征，编制不同层系页岩沉积相平、剖面图。Arkoma盆地的伍德福德页岩的系统岩心分析说明，页岩气分布在碎屑岩和碳酸盐岩构成的旋回沉积的富含有机质页岩段中，该段TOC、Ro指标与页岩气产出有极为密切的关系。国内对页岩的岩心分析与国外比还存在较大的差距，特别是试验设备与试验方法方面。

BP公司工作的Arkoma盆地伍德福德页岩气藏,页岩厚度大于50米、TOC大于2%、Ro1.3—1.8%、钙质含量大于20%，由于富含钙质脆性矿物，通过压裂取得了很好的勘探开发效果。由此认识到除硅质含量越高，页岩脆性越大，有利于后期的压裂改造形成裂缝外，只要富含脆性矿物的优质烃源岩均是有利的勘探开发目标。3〕富含脆性矿物的优质烃源岩均是有利的勘探开发目标4)Ro是热成因页岩气成藏的主控因素。Ro介于1.1%～3%的范围是热成因型页岩气藏的有利分布区。在北美俄克拉荷马东南的阿科马盆地Ro到达4.89%，Woodford页岩中也发现了页岩气藏，改变了以往对页岩Ro上限小于3%的观点,但Ro过高会导致页岩气藏中的二氧化碳含量增高。3.地震资料的应用

美国几个页岩气田都位于常规油气勘探程度较高的地区，常规油气勘探地震资料用来解释页岩层段的断层和顶底板。4.页岩气水平井钻井1)水平段井眼位置及方向的设计主要依据地应力资料水平井眼取向

最大应力方向水平井眼方向沿最小水平应力方向钻进，后期压裂裂缝与井眼方向垂直，压裂改造效果好。

水平井眼位置选择在低应力区、高孔隙度区、脆性矿物富集区和富干酪根区，为后期压裂提供有利条件。2)丛式钻井

可采用底部滑动井架钻丛式井组。每井组3～8口单支水平井，水平井段间距300-400m左右。4.页岩气水平井钻井—主要是三级结构由于后期加砂压裂，因此对套管及套管头承压能力要求较高，固井质量要好，水泥返高到地面；水平段是套管固井完井。3)井身结构4.页岩气水平井钻井直井段〔三开前〕对钻井液体系无特殊要求，主要采用水基泥浆，水平段钻井液主要采用油基泥浆。防止粘土膨胀；提高井眼稳定性；预防钻井液漏失；提高钻速。4)钻井液体系4.页岩气水平井钻井1〕页岩压裂工艺优化的内容

井筒适应性分析

射孔井段选择

地应力场分析

压裂液优化

支撑剂选择

施工规模优化测井数据分析及经验总结；5-1/2”套管大排量压裂，降摩阻闭合压力，施工方案优化；闭合压力，施工方案优化；淡水、砂，0.5%以下添加剂；高强度、密度小，沉降速度小

；目前是经验总结的结果；主要是根据产量与经济效益总结中得出规律的。裂缝半长400m。水平井分段每段长100－130m左右。压裂规模优化因此，虽然各井压裂有不同的压裂规模，但主要情况差不多：水平井水平段长1300m，10段压，每段加砂100方左右，用水约2000方。1〕页岩压裂工艺优化2〕页岩气水平井单井分段多级压裂工艺流程

分段多级压裂：压裂的规模化、裂缝的网络化、作业的工厂化，实现效益最大化。

一般页岩水平段长1300m，每个压裂段100-130m，每段射３－４簇，每簇射孔长度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)射孔优化趋势：水平井分段数在增加，但每段的射孔数目在下降；

(2)易钻桥塞(FastDrillPlug)电缆射孔枪投送筒可钻桥塞套管(3)压后返排全局部段射孔和压裂后，用连续油管带钻头一次快速钻碎所有桥塞，返排至地面；几天后井开始间歇自喷，投产初期节流器加以控制，防止支撑剂返排至地面，排液速度控制在5－20方/小时。初期压裂液返排率一般<1/3。监测的目的：①掌握人工裂缝的实际几何学特征(高度、长度和方位〕；②实时监测压裂过程，对压裂方案进行优化；③优化新井钻井井位。实施：VSI仪器放在观测井中〔直井〕,间距<600米,持续监测地层破裂时产生的微地震,实时的传输和处理,可三维显示裂缝位置。仪器长约60m水平井分段多级压裂—现场施工实景2套压裂设备同时施工用4根10〞水管线连续供水，单井供水规模达3万方，单段压裂供水大于1千方/小时。连续加砂装置，单井砂量1千方以上水平井分段多级压裂—现场施工实景可钻桥塞

1050型压裂井口压裂管汇压后返排的分离装置6.“井工厂〞的理念在非常规油气资源勘探开发中的意义22口井的采气井厂非常规气的勘探开发效益需要综合批量化的工作部署。利用最小的丛式井井场使钻井开发井网覆盖区域最大化。为后期的批量化的钻井作业、压裂施工奠定根底。使地面工程及生产管理也得到简化。(路少、根底设施简单，天然气自发电，管理集中)1)钻井部署6.“井工厂〞的理念2)钻井工程

(1)实现设备利用的最大化。多口井依次一开，依次固井，依次二开，再依次固完井。钻井、固井、测井设备无停待。井深1500m左右的致密砂岩气井丛式井单井平均钻井周期仅2.9天，垂深2500m左右、水平段长1300m的页岩气丛式水平井平均钻井周期仅27天。

(2)泥浆重复利用，减少泥浆的交替。多口井一开泥浆体系相同，重复利用；二开泥浆体系相同，重复利用。尤其是三开油基泥浆的重复利用特别重要。列间距2.5m行间距3m6.“井工厂〞的理念3)压裂工程

压裂工厂化流程能够在一个丛式井平台上压裂22口井，极大提高效率。致密砂岩气层“压裂工厂〞作业6.“井工厂〞的理念一、前言二、页岩气勘探开发技术三、中石化页岩气勘探开发现状提纲三、中石化页岩气勘探开发现状

从该井的情况看，方深1井钻遇页岩厚度到达99m，总有机碳丰度到达2％以上，最高可以到达9.94％，渗透率为0.05md,与美国页岩气开发最低指标相比，尽管有些数据还需确认，但这几项指标具有明显优势，可见该段页岩具有较好的产气潜能。（1）方深1井压裂施工概况三、中石化页岩气勘探开发现状（1）方深1井压裂施工概况方深1井经15%HCl酸预处理降低破裂压力、测试压裂与净压力拟合分析储层参数后，主滑溜水压裂施工〔泵注液体2121.6方，30/60目砂270吨〕，施工顺利。三、中石化页岩气勘探开发现状（2）建111井压裂施工概况注入压裂液总量（m3）2083最高砂比10%顶替液量（m3）7.7施工排量（m3/min）9.0粉陶15摩阻损失（MPa）2石英砂（m3/t）50/80泵注压力（MPa）24

江汉油田建111东岳庙页岩气井经清水压裂后试气，获得工业气流，目前日产气3000m