國外頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)

一、前言二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)三、中石化頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀提綱一、前言一、前言一、前言二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)三、中石化頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)現(xiàn)狀提綱美國48個州廣泛分布了含巨量天然氣的高有機質(zhì)頁巖。德克薩斯州初步開采的Barnett頁巖提供了外鄉(xiāng)48個州天然氣生產(chǎn)總量的6%。分析估計到2021年底多數(shù)的儲量增長〔50%到60%〕將來自非常規(guī)的頁巖氣。四個新的頁巖氣〔Haynesville，F(xiàn)ayetteville，Marcellus和Woodford〕可采氣體總量可能超過15萬億。比照研究，中國南方廣闊地區(qū)海相地層中發(fā)育的優(yōu)質(zhì)烴源巖是國內(nèi)頁巖氣勘探的重要目標，專家初步估計頁巖氣資源量大約30萬億方。1.頁巖氣藏的特點1〕頁巖氣資源豐富頁巖氣儲層物性差，低孔低滲，孔隙度約為4%-6%,基質(zhì)滲透率小于0.001×10-3μm2。頁巖儲層發(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)。2021-1-28第7頁2〕頁巖氣藏物性差，需改造1.頁巖氣藏的特點010002000300040000200400600800100012000.01.02.03.04.0天數(shù)平均產(chǎn)量,MCFD0.0水平井/直井產(chǎn)量比水平井平均產(chǎn)量直井平均產(chǎn)量比率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，本錢僅是直井的1.5-2倍。目前85%的開發(fā)井為水平井＋多段壓裂。3〕開發(fā)方式對產(chǎn)能影響大1.頁巖氣藏的特點kentucky東部泥盆系頁巖氣產(chǎn)量遞減曲線，xx井26年累計產(chǎn)量1333×104m34〕產(chǎn)量遞減先快后慢，生產(chǎn)周期長1.頁巖氣藏的特點生產(chǎn)周期比較長早期以游離氣為主，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)量相對較低，年遞減率2%～3%，單井日產(chǎn)2-3萬方預測頁巖氣田開采壽命可達30～50年保持合理的生產(chǎn)制度一般無自然產(chǎn)能，所有井都要實施壓裂改造。據(jù)美國資料統(tǒng)計：40%的井初期裸眼測試時無天然氣55%井初始無阻流量沒有工業(yè)產(chǎn)能直井壓裂平均產(chǎn)量達0.8萬方/d左右水平井壓裂平均產(chǎn)量可達10萬方/d以上，最高達30萬方/d

1)有效頁巖的厚度

2)頁巖的有機質(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)頁巖氣評價包含16個參數(shù)，內(nèi)容全面。

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)井場情況與地貌環(huán)境

16)污水處理與環(huán)保

測井和巖心分析是頁巖氣儲層評價的兩種主要手段。2〕頁巖氣儲層評價2〕頁巖氣儲層評價巖心分析：確定孔隙度、儲層滲透率、泥巖的組分、流體及儲層的敏感性，并分析測試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〞的思路指導下，對巖心的層序和沉積細致描述，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)巖心分析說明，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質(zhì)頁巖段中，該段TOC、Ro指標與頁巖氣產(chǎn)出有極為密切的關(guān)系。國內(nèi)對頁巖的巖心分析與國外比還存在較大的差距，特別是試驗設(shè)備與試驗方法方面。

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%、Ro1.3—1.8%、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。由此認識到除硅質(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。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到達4.89%，Woodford頁巖中也發(fā)現(xiàn)了頁巖氣藏，改變了以往對頁巖Ro上限小于3%的觀點,但Ro過高會導致頁巖氣藏中的二氧化碳含量增高。3.地震資料的應(yīng)用

美國幾個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?.頁巖氣水平井鉆井1)水平段井眼位置及方向的設(shè)計主要依據(jù)地應(yīng)力資料水平井眼取向

最大應(yīng)力方向水平井眼方向沿最小水平應(yīng)力方向鉆進，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。2)叢式鉆井

可采用底部滑動井架鉆叢式井組。每井組3～8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—主要是三級結(jié)構(gòu)由于后期加砂壓裂，因此對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.頁巖氣水平井鉆井直井段〔三開前〕對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1〕頁巖壓裂工藝優(yōu)化的內(nèi)容

井筒適應(yīng)性分析

射孔井段選擇

地應(yīng)力場分析

壓裂液優(yōu)化

支撐劑選擇

施工規(guī)模優(yōu)化測井數(shù)據(jù)分析及經(jīng)驗總結(jié)；5-1/2”套管大排量壓裂，降摩阻閉合壓力，施工方案優(yōu)化；閉合壓力，施工方案優(yōu)化；淡水、砂，0.5%以下添加劑；高強度、密度小，沉降速度小

；目前是經(jīng)驗總結(jié)的結(jié)果；主要是根據(jù)產(chǎn)量與經(jīng)濟效益總結(jié)中得出規(guī)律的。裂縫半長400m。水平井分段每段長100－130m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1300m，10段壓，每段加砂100方左右，用水約2000方。1〕頁巖壓裂工藝優(yōu)化2〕頁巖氣水平井單井分段多級壓裂工藝流程

分段多級壓裂：壓裂的規(guī)?；⒘芽p的網(wǎng)絡(luò)化、作業(yè)的工廠化，實現(xiàn)效益最大化。

一般頁巖水平段長1300m，每個壓裂段100-130m，每段射３－４簇，每簇射孔長度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：水平井分段數(shù)在增加，但每段的射孔數(shù)目在下降；

(2)易鉆橋塞(FastDrillPlug)電纜射孔槍投送筒可鉆橋塞套管(3)壓后返排全局部段射孔和壓裂后，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5－20方/小時。初期壓裂液返排率一般<1/3。監(jiān)測的目的：①掌握人工裂縫的實際幾何學特征(高度、長度和方位〕；②實時監(jiān)測壓裂過程，對壓裂方案進行優(yōu)化；③優(yōu)化新井鉆井井位。實施：VSI儀器放在觀測井中〔直井〕,間距<600米,持續(xù)監(jiān)測地層破裂時產(chǎn)生的微地震,實時的傳輸和處理,可三維顯示裂縫位置。儀器長約60m水平井分段多級壓裂—現(xiàn)場施工實景2套壓裂設(shè)備同時施工用4根10〞水管線連續(xù)供水，單井供水規(guī)模達3萬方，單段壓裂供水大于1千方/小時。連續(xù)加砂裝置，單井砂量1千方以上水平井分段多級壓裂—現(xiàn)場施工實景可鉆橋塞

1050型壓裂井口壓裂管匯壓后返排的分離裝置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。利用最小的叢式井井場使鉆井開發(fā)井網(wǎng)覆蓋區(qū)域最大化。為后期的批量化的鉆井作業(yè)、壓裂施工奠定根底。使地面工程及生產(chǎn)管理也得到簡化。(路少、根底設(shè)施簡單，天然氣自發(fā)電，管理集中)1)鉆井部署6.“井工廠〞的理念2)鉆井工程

(1)實現(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1300m的頁巖氣叢式水平井平均鉆井周期僅27天。

(2)泥漿重復利用，減少泥漿的交替。多口井一開泥漿體系相同，重復利用；二開泥漿體系相同，重復利用。尤其是三開油基泥漿的重復利用特別重要。列間距2.5m行間距3m6.“井工廠〞的理念3)壓裂工程

壓裂工廠化流程能夠在一個叢式井平臺上壓裂22口井，極大提高效率。致密砂巖氣層“壓裂工廠〞作業(yè)6.“井工廠〞的理念一、前言二、頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)三、中石化頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀提綱三、中石化頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀

從該井的情況看，方深1井鉆遇頁巖厚度到達99m，總有機碳豐度到達2％以上，最高可以到達9.94％，滲透率為0.05md,與美國頁巖氣開發(fā)最低指標相比，盡管有些數(shù)據(jù)還需確認，但這幾項指標具有明顯優(yōu)勢，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（1）方深1井壓裂施工概況方深1井經(jīng)15%HCl酸預處理降低破裂壓力、測試壓裂與凈壓力擬合分析儲層參數(shù)后，主滑溜水壓裂施工〔泵注液體2121.6方，30/60目砂270噸〕，施工順利。三、中石化頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀（2）建111井壓裂施工概況注入壓裂液總量（m3）2083最高砂比10%頂替液量（m3）7.7施工排量（m3/min）9.0粉陶15摩阻損失（MPa）2石英砂（m3/t）50/80泵注壓力（MPa）24

江漢油田建111東岳廟頁巖氣井經(jīng)清水壓裂后試氣，獲得工業(yè)氣流，目前日產(chǎn)氣3000m