页岩气藏开发与压裂技术现状及认识课件

页页岩气藏开发发与压压裂 技术现术现 状及认识认识 一、页岩气勘探开发的意义 二、页岩气藏特征与开发现 状 三、页岩气藏开发关键技术 四、页岩气藏压裂案例分析 五、我国页岩油气藏开发建议 汇报 内容 美国24万亿方 非常规天然气 页岩气资源潜力远大于常规天然气 资料来源 ：张大伟：2011中石化非常规油气勘探开发学术报告 一、页岩气勘探开发的意义 1、页岩气开发是全球能源领域的一场革命 （1）页岩气资源潜力巨大 常规天然气(冰山一角) 美国能源信息署2011年预测： 全球可采资源量187万亿方， 256 常规气煤层气致密气页岩气水合物 456 中国与中亚 100 210 北美 110 全球天然气资源构成 资料来源 ：Roger 1997，IFP 2006，USGS 2007 471 一、页岩气勘探开发的意义 1、页岩气开发是全球能源领域的一场革命 （1）页岩气资源潜力巨大 3000 页岩气资源潜力 单位：万亿立方米 资料来源 ：EAI，2011；ARI，2010 一、页岩气勘探开发的意义 （1）页岩气资源潜力巨大 1、页岩气开发是全球能源领域的一场革命 一、页岩气勘探开发的意义 资料来源 ：EAI，2011；ARI，2010 （2）全球掀起页岩气开发浪潮 1、页岩气开发是全球能源领域的一场革命 在过去的10多年中，美国非常规天然气的产量增加了65%，2010年页岩气 产量1378108m3，占天然气总产量的23%。 美国页岩气产量及增长趋势 一、页岩气勘探开发的意义 1378 资料来源 ：张大伟：2011中石化非常规油气勘探开发学术报告 1、页岩气开发是全球能源领域的一场革命 （3）改变全球能源供应格局 美 国 井口气价（元（￥）/方） 19942002.12010.1 美、俄天然气产量增长趋势图 数据来源：BP世界能源统计 2010 1998 2002 2006 数据来源：EIA能源预测 2010 2004.1 2006.1 2008.1 美国天然气井口气价变化 5000 4500 1990 6500 6000 天然气年产量（亿方） 俄罗罗斯 1.0 0.5 2009 2000.1 2.0 5500 1.5 3.0 2.5 资料来源 ：BP，2010；EIA, 2011；CSUG，2010 一、页岩气勘探开发的意义 1、页岩气开发是全球能源领域的一场革命 （3）改变全球能源供应格局 资料来源 ：Amos Salvador，AAPG地质研究.54，2005 一、页岩气勘探开发的意义 （4）应对 全球对清洁能源的需求 1、页岩气开发是全球能源领域的一场革命 资料来源 ：邹才能，2010 CH4 CH4CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 CH4 0.38 nm 甲烷分子直径 一、页岩气勘探开发的意义 2、页岩气开发改变了对油气藏的认识 （1）改变了油气形成与富集模式 资料来源 ：董大忠：2011中石化非常规油气勘探开发学术报告 从天然人造气藏 从高部位低部位 从局部圈闭大面积 从源外源内 （2）改变了油气勘探开发的视野 一、页岩气勘探开发的意义 2、页岩气开发改变了对油气藏的认识 微 体 化 达西流非达西流 石 细 菌 DNA 不同岩石孔隙大小分布图 资料来源 ：AAPG，Philip H. Nelson，2009 一、页岩气勘探开发的意义 2、页岩气开发改变了对油气藏的认识 （3）改变了勘探开发理念，超越了经典理论 储层环 境毫米-微米级孔隙光学显微镜 纳米级孔隙中子散射-计算化 学 成藏环境 浮力作用下流体分异，经历一 次和二次运移 颗粒表面吸附，无一次和二次 运移 开发环境 达西流动非达西流动和扩散 常 规 砂 岩 页 岩 相差 100倍 10 m 资料来源 ：董大忠：2011中石化非常规油气勘探开发学术报告 一、页岩气勘探开发的意义 2、页岩气开发改变了对油气藏的认识 (3)改变了勘探开发理念，超越了经典理论 （4）改变了资源状况，增加了资源总量 资料来源 ：董大忠：2011中石化非常规油气勘探开发学术报告 一、页岩气勘探开发的意义 2、页岩气开发改变了对油气藏的认识 资料来源 ：邹才能，2011 一、页岩气勘探开发的意义 （4）改变了资源状况，增加了资源总量 2、页岩气开发改变了对油气藏的认识 国内天然气消费增速强劲，近年来多次出现“气荒”现象。按照业内专 家看法，中国天然气净进口量所占比重将从2010年的20%，扩大到2015年至 2020年的30%至40%; 近几年年均增长速度17.54% 中国天然气消费量增长曲线 （1）适应我国能源需求 一、页岩气勘探开发的意义 3、页岩气勘探开发对我国的意义 资料来源 ：安东石油，2011青岛非常规会议 中国的化石能源占总量的92.86%，而世界为87.89%； 一、页岩气勘探开发的意义 3、页岩气勘探开发对我国的意义 （2）改变我国能源结构 中国、欧盟和世界的能源结构对比 中国化石能源的主体是煤，占70.62%，而世界为29.36%； 中国天然气的比例特别低，为3.66%，而世界为23.76%； 天然气二氧化碳排放量比煤少43%，比石油少28%。中国的单位能源二氧 化碳 排放高于世界平均值。 资料来源 ：安东石油，2011青岛非常规会议 一、页岩气勘探开发的意义 二、页岩气藏特征与开发现 状 三、页岩气藏开发关键技术 四、页岩气藏压裂案例分析 五、我国页岩油气藏开发建议 汇报 内容 溶蚀孔干酪根生烃后次生孔 资料来源 ：安东石油，2011青岛非常规会议 二、国内外泥页岩储层 特征与开发现 状 1、页岩气成藏特点 （1）页岩气储层 特点 岩性：暗色泥页岩与致密粉砂岩的薄互层，层理发育，含有硅质和钙质，较好 的矿物成分是粘土较少，方解石较多，硅质多(即E值较大) ，最好的泥页岩储层是 粘土含量较少的粉砂质泥岩； 物性：致密，渗透率一般在0.010.00001md。在极造活跃地区或者上覆地层剥 蚀地层压力下降的情况下发育裂缝，并被钙质或泥质充填。孔隙度一般低于10%。 生物成因：一般埋藏浅、地层温度低、有机质成熟度低（一般Ro100热热、裂解 松辽辽沙河子组组白垩系0.7-1.51.5-3.9100-350裂解 羌塘盆地夏里组组中侏罗统罗统0.3-6.21.4400-600裂解、生物再 作用 吐哈水西沟群中下侏罗罗1.3-200.4-1.150-600生物、热热解 准噶尔西山窑组组中侏罗罗0.2-6.40.6-2.5350-400热热、裂解 四川须须家河上三叠统统1.0-4.51.0-2.2150-1000热热、裂解 鄂尔多斯延长组长组三叠系0.6-5.80.7-1.150-120热热解 鄂尔多斯山西组组石炭-二叠系2.0-3.01.360-200热热解 南方龙龙潭组组上二叠统统0.4-22.00.8-3.020-2000裂解、生物再 作用 南方龙马龙马 溪组组下志留统统0.5-3.02.0-3.030-100热热解、生物再 作用 南方筇竹寺组组下寒武1.0-4.03.0-6.020-700热热解、生物再 作用 中美代表性盆地储层储层特征对对比 （3）国内外气藏特征对比 2、国内外页岩气藏储层特征 一、国内外泥页岩储层 特征与开发现 状 评价指标美国页岩气富集评价标准中石化制定页岩气富集评价标准 有机质丰度2%1.0% 有机质成熟度1.1%-3.5%1.0-3.0 有机质页岩孔隙度10.0%10.0% 富有机质页岩厚度15m50m 富有机质页岩埋深度盆地中心区或构造斜坡区3003000m 脆性矿物石英、方解石、长石等30%- 40% 30%以内的粘土矿物、15%-25%的粉砂 质 (石英颗粒)和4%-30%的有机质 国内外页页岩储层评储层评 价标标准对对比 （3）国内外气藏特征对比 2、国内外页岩气藏储层特征 一、国内外泥页岩储层 特征与开发现 状 国家美国中国 盆地阿巴拉契亚密西根伊利诺斯上扬子 页岩名称 OhioAntrimNewAlbany 筇竹寺五峰-龙马 溪 时代泥盆系泥盆系泥盆系下寒武统上奥陶-下志留统 气体成因热解生物热解与生物气热解与生物气热解与生物气 深度 610610-1524 183183- 730 183183-149420002000-400015001500-4000 厚度 9191-610493131-1403535-2008080-180 TOC/%0.50.5-230.30.3-241-252.741-4.24.233 Ro/%0.40.4-40.40.4-0.60.40.4-0.8 2 1.831.83-3.8 33 含气量/m/t 1.71.7-2.83 1.131.13- 2.83 1.131.13-2.641.371.51 总孔隙度/%2-112-105-150.70.7-120.80.8-15.2 渗透率/md 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 上扬扬子与美国东东部页页岩气地质质指标对标对比 通过与美国东部盆地对比，我国上扬子区筇竹寺与五峰-龙马溪组具有 页岩气藏有利地质条件。 （3）国内外气藏特征对比 2、国内外页岩气藏储层特征 一、国内外泥页岩储层 特征与开发现 状 对比项目Barnett组页 岩龙马 溪组页 岩九老洞组页 岩 埋藏深度，m1981-25902000-30003000-4000 页岩厚度，m46-3050-200200-340 高伽玛厚度，m15-6130-50120-200 孔隙度，%4-52.4-32（均15）2.4-32（均15） 基质渗透率超低超低超低 TOC含量，%1-4.502.44.13-4 热成熟度Ro，%1.0-1.4%1.8-3.1%3% 裂缝发 育情况裂缝发 育裂缝发 育裂缝发 育 岩石 矿物 成分30-39%粘土 29-38%石英 25-30%其它矿物 20-30石英 10-25%碳酸盐 30-38%石英 性质 性质较 脆、硬，压 裂易产生裂缝 性质较 脆、硬，压裂 易产生裂缝 性质较 脆、硬，压裂 易产生裂缝 蜀南页页岩气藏与 与Barnett组页组页岩气藏对对比 通过与Barnett页岩气藏对比，四川威远气田志留系的龙马溪组及老九 洞组具有页岩气藏有利地质条件。 （3）国内外气藏特征对比 2、国内外页岩气藏储层特征 一、国内外泥页岩储层 特征与开发现 状 美国页页岩气盆地分布图图 蒙特尼露头 利亚德盆地 多伊格露头 戈登戴尔露头 西加拿大页页岩气盆地分布图图 一、国内外泥页岩储层 特征与开发现 状 3、国内外页岩气藏开发现状 （1）国外页岩气藏开发现状 目前，美国是页岩气开发最成功的国家，加拿大页岩气开发也取得了 一定的成效，其他国家和地区还处于起步阶段。 科尔多瓦湾 霍恩河盆地 美国主要页岩气储层开发阶段及开发历程 Barnett页岩气藏是美国开发最为成功的页岩储层，其开发历程是美国 页岩气工业的缩影。 3、国内外页岩气藏开发现状 （1）国外页岩气藏开发现状 美国典型页岩气藏开发过程 一、国内外泥页岩储层 特征与开发现 状 美国页岩气资源潜力盆地50多个，其中40多个已被不同程度地勘探。目前投入规 模开发的页岩主要有 Barnett、Marcellus、Fayetteville、Haynesville、Woodford、 Lewis、 Antrim、New Albany八套。 年份年产量 83 （10m ） 开发井 数 （口） 重要事件及开发效果 19850.3121982年第一口发现井完钻，采用N2泡沫压裂改造储集层。 1986年Mitchell能源公司试验大型水力压裂技术(MHF)，1990年广泛实施，同 时终止N2辅助压裂的方式。 1985-1989年平均单井最终可采储量(EUR)为9.8(0.35bcf) 19900.866 19955.6242 1992年Mitchell能源公司在盆地核心区钻第一口水平井。 1997年试验携砂量少的水力压裂(LSF)，随后推广。 199911.2517 1998年Devon能源公司在Barnett组页岩下伏地层Viola组尖灭点外侧钻探2口 水 平井。 19851999年平均单井最终可采储量(EUR)为2.4(0.86bcf)。 200021.8698Devon能源公司2000年开始打加密井，并在盆地核心区和外围Viola组尖灭点外 侧试钻 垂直井和水平井，清水压裂技术成熟，全面应用。 1985-2002年平均单井最终可采储量(EUR)为3.4(1.23bcf)。 200136.71171 200256.61771 2003842340Devon、EOG、Hallwood等能源公司在FortWorth盆地核心区和外围开始大量 钻探水平井，其中Devon公司所辖核心区域2005年累计产量达到2.8(1tcf)，可 采 系数由2002年的9%10%上升为2004年的10%12%，2006年为16%。 2004106.43500 2005138.64200 3、国内外页岩气藏开发现状 美国典型页岩气藏开发过程 （1）国外页岩气藏开发现状 一、国内外泥页岩储层 特征与开发现 状 总井数 2000 0 8000 6000 4000 12000 10000 197519801985199019952000200520102015 开发时间 氮气和二氧化碳 泡沫压裂 开始压裂开发 交联压 裂液压裂 低稠化剂浓 度 压裂 大型滑溜水压裂 水平井分段压裂 丛式水平井 同步压裂 常规压规压裂裂缝缝滑溜水压压裂裂缝缝水平井分段压压裂裂缝缝同步压压裂裂缝缝 一、国内外泥页岩储层 特征与开发现 状 3、国内外页岩气藏开发现状 （1）国外页岩气藏开发现状 美国典型页岩气藏压裂历程 Barnett页岩压裂开发历 程 14000 我国页岩气可采资源量约为32万亿立方米。主要分布在四川、鄂尔多斯、 渤海湾、松辽、中下扬子地区、吐哈、塔里木和准格尔等盆地。 中国页岩气富集分区 在四川、鄂尔多斯、 中下扬子地区页岩地 质条件最好； 准格尔、松辽、吐哈 等盆地页岩气基本地 质条件较好； 柴达木、辽河等盆地 页岩地质条件较差。 （2）国内页岩气藏开发现状 3、国内外页岩气藏开发现状 一、国内外泥页岩储层 特征与开发现 状 2000- 2005 2005- 2008 2008- 2009 2000- 2009 跟踪调研阶段 调研国外页 岩储层 勘探开发状 况。 目标优选阶 段 钻探长芯 1资料井及威远气 田页岩段系统取芯 井，并与挪威石油、 埃克森美孚联合研 究 先导试验阶 段 2009 年部署中国第一口 页岩气评价井威 201井获井口测试 日产能1.08万方的 工业气流。 资源评价阶段 通过对比 国内外类似页岩储层 地质特征，并与国外 公司联合评价，如与 美国新田公司联合评 价威远气田。 技术储备阶 段 通过十年 的技术储备对页 岩 气开发有了初步的 认识 及技术储备 。 一、国内外泥页岩储层 特征与开发现 状 3、国内外页岩气藏开发现状 （2）国内页岩气藏开发现状 井号油田时间层位埋深压裂工艺总液量砂量效果 黄页1华东2010.4.30 下寒武统 九门冲组 2488m 降阻水大型压 裂，光套管压裂 3 1246m 3 100目粉陶1m 30-60目陶粒 3 32m 日产气 3 176m 方深1华东2010.5.7 下寒武统 牛蹄塘组 降阻水大型压 裂，光套管压裂 3 2121m 270t 安深1河南2011.1.23 古近系核 桃组 2450- 2540m 3 2280m 3 75.21m 日产油 3 4.68m 元坝9南方2010.9.17 自流井组 东岳庙段 4035- 4110 人工缝网压裂 3 2046m 40m3 日产气 3 1.15万m 泾河4华北2010.5.5长7 1448.5- 1462.5 3 398.5m 3 28.8m 角68-1H川庆2010.06 3 4969m 376.4t 威201西南2010.7.31 下古生界 九老洞组 3 1810m 26.55t 3 1.08万m 宁201西南2010.11.19 3 1920m 目前，国内页岩气藏还处于勘探评价阶段，对页岩气压裂开发的工艺技 术研究还处于单井（先导性）试验阶 段，基本照搬国外经验。 3、国内外页岩气藏开发现状 （2）国内页岩气藏开发现状 一、国内外泥页岩储层 特征与开发现 状 一、页岩气勘探开发的意义 二、页岩气藏特征与开发现 状 三、页岩气藏开发关键技术 四、页岩气藏压裂案例分析 五、我国页岩油气藏开发建议 汇报 内容 RQ:储层质 量 CQ:可开采质量 HG:好的目标 TOC和成熟度 孔隙压力 脆性矿物 低地应力差 可压裂性 低的岩石流体敏感性 低的压后损伤 大范围的均质连续 岩体 优选 目标（“甜点”）=RQ*CQ 三、页岩气藏开发关键技术 1、页岩气选区评价 选区评价关键地质参数 孔隙度 基质渗透率 盆地阿巴拉契亚富特沃斯圣胡安密执安伊利诺斯阿科玛 页岩名称OhioMarcellusBarnettLewisAntrimNewAlbanyFayetteville 盆地类型前陆盆地前陆盆地前陆盆地前陆盆地内克拉通内克拉通前陆盆地 层位泥盆系泥盆系石炭系白垩系泥盆系泥盆系石炭系 埋藏深度(m)61015241291-25911981259191418291837301831494910-2135 TOC(%)0.54.73122.07.00.452.51.0201254.09.8 毛厚度(m)9130561901525794931122 净厚度(m)93115611561619121371530660 干酪根类型-型-型-型-型-型-型型为主 Ro(%)0.41.31.53.01.12.21.61.880.40.60.41.01.24.2 含气孔隙度(%)/ 总孔隙度(%) 2/4.7/102.5/(45)(135)/(35.5) (13.5)/(35.5) 4/95/(1014)25.5/38 含气量(m/t)1.72.81.72.88.5-9.910.41.31.12.81.12.31.876.87 吸附气含量(%)5020608570406050-70 石英含量(%)507035502041 单井日产量(m)8501415928322831728325663113314159283141671000 采收率(%)102081551520601020 储量丰度(10m/km0.551.091.733.284.380.885.470.661.640.771.096.347.10 1、页岩气选区评价 （1）含气泥页岩厚度 美国气藏页岩厚度一般大于100ft（30m）北部生产区页岩厚度达150ft（46m）以上。 三、页岩气藏开发关键技术 在含气页岩厚度和有机质丰度确定的情况下，含气页岩的面积决定着页 岩气的资源规模，由于页岩气单井产量较低（28328317m3/D），要实现页 岩气的经济开发，资源规模大小极为关键。美国大规模商业开发的五大含气 页岩系统页岩气资源量56670792亿方，因此，500亿方的页岩气资源量作为 区块资源量的下限，取泥页岩毛厚度50m，平均含气量2m3/t，泥页岩平均密 度2.5t/m3，得出含气页岩面积200km2。区块的含气泥页岩面积应大于200km2 为宜。当然，随着含气页岩厚度的增加，其面积的下限可以相应降低。 TOC0.5%的泥质烃 源岩分布范围 1、页岩气选区评价 （2）含气泥页岩面积 三、页岩气藏开发关键技术 (3) 有机质丰度 1、页岩气选区评价 演化生烃中，随着 有机碳消耗，孔隙 增加 三、页岩气藏开发关键技术 热演化阶段 油型气 干酪根类型：（、） 煤型气 干酪根类型：（、） 生物气阶段 油型生物气 热演化程度Ro：小于0.5% 煤型生物气 热演化程度Ro：小于0.5% 热解（油）气 阶段 油型热解（油）气 热演化程度Ro：0.5%2.0% 煤型热解气 热演化程度Ro：0.52.0% 裂解气阶段 油型裂解气 热演化程度Ro：大于2.0% 煤型裂解气 热演化程度Ro：大于2.0% (4)有机质类型 1、页岩气选区评价 三、页岩气藏开发关键技术 甲烷 (%) 乙烷(%)丙烷(%)N2(%)CO2(%) 北 部 77.343.960.9214.333.27 90.811.400.305.322.09 86.460.150.057.585.76 79.600.010.010.01 中 部 66.306.462.630.04 64.9911.924.9012.870.17 71.468.803.490.510.12 井号甲 烷 (%) 乙 烷 (%) 丙 烷 (%) N2 (%) CO2 (%) HS2 (%) Caswell177.8 2 11.3 4 4.9 6 1.390.31无 ColeTrustC 1 93.0 5 2.560.0 2 0.982.68无 JerryNorth 1 77.0 2 7.772.2 0 7.561.35无 Peterson190.9 0 4.400.4 2 1.052.25无 Barnett Ro：1.1-2.2% Antrim Ro：0.4-0.6% (5)热演化程度 1、页岩气选区评价 热演化程度是决定富有机质泥页岩中烃类 相态的关键因素 Barnett页岩Ro等值线图 三、页岩气藏开发关键技术 埋深1981-2591m Barnett页岩气藏 埋深183-730m Antrim页岩气藏 三、页岩气藏开发关键技术 1、页岩气选区评价 (6) 泥页岩埋藏深度 (7) 储集条件 页岩的三种孔隙类型：纳米级的有机孔隙+无机孔隙+微裂隙；高 演化程度页岩的孔隙以纳米级有机质孔隙为主。 1、页岩气选区评价 三、页岩气藏开发关键技术 Antrim页岩的基质孔隙度为9%，基质 渗透率约为 10-610-9，裂缝间 距一般 为0.30.6m。控制气产能的主要地质因素 为外生裂缝的密度及其走向的分散性，裂缝 条数越多，裂缝走向越分散，气产量越高。 Barnett页岩 页岩的孔隙度一般较小，Barnett页岩 孔隙度一般在4-5%,天然裂缝大多被方解石 等矿物充填，微裂缝发育，控制富集高产。 三、页岩气藏开发关键技术 1、页岩气选区评价 (7) 储集条件微裂缝作用 （8）脆性矿物含量 脆性矿物（石英等）含量高，一般30%50，易于裂缝发育。 1、页岩气选区评价 三、页岩气藏开发关键技术 (9) 含气泥页岩保存条件 含气页岩的自身厚度、埋藏深度、含气页岩上覆岩层的性质及厚度、大 型断裂的发育情况等对页岩气藏的保存均有影响。 1、页岩气选区评价 三、页岩气藏开发关键技术 Barnett页岩气藏 （据Matthews，1993；Decker，1992） Antrim页岩自然伽马测井曲线 三、页岩气藏开发关键技术 1、页岩气选区评价 (10) 顶底板条件 含气页岩的易于压裂和顶底板的不易压裂，对页岩气层的压裂改造十分关 键，在条件许可的情况下，顶底板的岩石性质在选区登记时应 予以考虑。 层位要引起足够重视。 黄 页 1 井 岩 屑 综 合 录 井 图 三、页岩气藏开发关键技术 1、页岩气选区评价 （11） 页岩气（发现）显示及测试 含气页岩层的气测显示、中途测试 或完井测试能够从一定程度上直接 反映页岩气的赋存情况及勘探前景。 在进行选区评价和区块登记时，对 具有钻井资料、录井测井资料、测 试资料的地区，含气泥页岩段的气 测异常、测试获 得页岩气流的区块、 根据国外页岩油气勘探开发和国内常规油气 开发生产的经验，区块的地质地貌条件在一定程 度上会造成投资的变化，必然影响页岩气开发的 经济效益。在选区评价时，必须对地表地貌条件 给予充分考虑。 （12）地表地貌条件 市场管网、水系等条件也是选区评价需要考虑的因素 1、页岩气选区评价 三、页岩气藏开发关键技术 直 井 水平 井 丛式水 平井 三、页岩气藏开发关键技术 2、页岩气藏钻井技术 钻井技术的进步一方面可以节约 井场面积，另一方面使水平井 分段压裂、同步压裂改造成为可能。 地层出水，气体钻井提速受到限制 地层变异大，井眼轨迹控制难度大 技术难术难 点 地层出露老、可钻性差，机械钻速慢 长宁、威远地区表层和茅口井漏十分严重，治漏耗时长 1、2、3 1 1、4、5 长水平段页岩井壁稳定性较差，易垮塌 1、3、5 1 2、3 2、3 3 三、页岩气藏开发关键技术 2、页岩气藏钻井技术 （1）页岩气水平井钻井难点 直井井身结结构二开二完三开三完非常规规井身结结构 三、页岩气藏开发关键技术 2、页岩气藏钻井技术 （2）井身结构优化 井身结结构从直井的三开结结构简简化为为水平井二开结结构，再进进一步 优优化为为井眼尺寸相对较对较 小的水平井三开非标结标结 构。 339.7mm套管下 至300 244.5mm套管 （3）低密度+充气钻井技术 期6 采用无固相+间间断充气钻钻井，克服了威远远地区普遍存在的表层钻进层钻进 井漏、等水、难难以实实施连续连续 作业业的问题问题 ，同比邻邻井节约钻节约钻 井周期6天以上。 （4）丛式井组上部地层防斜打快技术 采用PDC+弯螺杆+MWD导导向钻钻井技术术，解决了威远远地区上部长兴长兴 、 龙龙潭地层层易斜问题问题 ，井斜得到了有效控制，钻钻井速度也得到较较大提高。 威201-H3井机械钻钻速达到 到10m/h，同比邻邻井威 威201井同层层段提高了 了80%。 2、页岩气藏钻井技术 三、页岩气藏开发关键技术 入井前出井后 三、页岩气藏开发关键技术 2、页岩气藏钻井技术 （5）钻头优选 技术 试验应试验应 用个性化PDC钻头钻头 ，成功穿越茅口、栖霞地层层，实现实现 二开 全过过程PDC钻头钻进钻头钻进 ，获获得PDC钻头应钻头应 用和机械钻钻速提高双突破。威 201-H1井平均机械钻钻速 速10.88m/h，初步形成威远远地区页页岩气钻钻井钻头钻头 选选型模式。 （6）页岩气油基泥浆配套技术 针对针对 水平穿越页页岩储层储层 、井壁稳稳定性差的难题难题 ，威 威201-H1井采用油 基钻钻井液，探索了平衡岩石应应力与化学抑制相结结合的治理页页岩垮垮塌钻钻 井液技术术。 突出保护环护环 境、保护储层护储层 ，川庆钻庆钻 采院在壳牌页页岩气井阳101井钻钻 井液服务务中，上部井段采用K2SO4聚合物钻钻井液体系，下部井段采用 合成基钻钻井液，所有处处理剂剂都可生物降解、所有钻钻井液和钻钻屑都回收 处处理，实现实现 了零事故、零复杂杂、零污污染。 2、页岩气藏钻井技术 三、页岩气藏开发关键技术 （7）长水平段轨迹控制技术 优优化入窗轨轨迹：采用“稳稳斜探顶顶、复合入窗” 的轨轨迹控制方式， 复合钻进钻进 探储层储层 ，增强了应对储层变应对储层变 化进进行垂深调调整的主动动性。威 201-H1井在储层储层 提前 前34.56m的情况下，实现实现 了一次性入靶。 优优化钻钻具组组合：在力学分析的基础础上，采用加重钻钻杆代替钻铤钻铤 、合 理倒装钻钻具、复合钻钻具组组合等措施，大大降低了井下摩阻，提高了钻钻 井效率。 加强地质导质导 向：发挥发挥 地质录质录 井作用，建立工程与地质质相结结合的导导向 模式，采用 用MWD+伽玛玛随钻仪钻仪 器，准确跟踪储层储层 ，储层钻储层钻 遇率达到 到100%。 三、页岩气藏开发关键技术 2、页岩气藏钻井技术 剪切裂缝 平面对称双翼裂缝 张开裂缝 非平面对称裂缝（弯曲缝、多裂缝） 缝网压裂技术 (经典理论下提出， 隐含现代理论内涵) 体积改造技术 (现代理论) 三、页岩气藏开发关键技术 3、页岩气藏压裂技术 （1）裂缝网络形成机理 丛式井同步压裂 井场 水力裂缝 水平井分段压压裂技术术同步压压裂技术术 水平井分段压裂技术、丛式水平 井同步压裂技术以及交叉式压裂技术 的出现，使得页岩储层高效开发成为 现实。 同步压压裂和分别压别压裂增产产的对对比 三、页岩气藏开发关键技术 3、页岩气藏压裂技术 （1）裂缝网络形成机理 图1 相互沟通天然裂缝图2 网络裂缝渗流示意图 页岩储层天然裂缝发育，但连通性较差，且大多被钙质、粘土充填，需 要通过水力裂缝沟通天然裂缝，才能对泥页岩储层进 行有效压裂改造。 三、页岩气藏开发关键技术 3、页岩气藏压裂技术 （1）裂缝网络形成机理 脆性指数支撑剂浓度液体体积支撑剂体积 70低高 低 60 50 40 30 20 10 脆性指数液体体系裂缝形态裂缝宽 度 闭合剖面 70滑溜水 60滑溜水 50混合压裂 40线性胶 30泡沫压裂液 20交联压 裂液 10交联压 裂液 岩石脆性指数与裂缝缝形态态的关系 不同的脆性指数所对应的压裂模式也存在一定差异。岩石脆性指数对压 裂裂缝产状有非常重要的影响。脆性指数越高，形成的裂缝网络越复杂。 岩石脆性指数与支撑剂选剂选 取关系 （1）裂缝网络形成机理 3、页岩气藏压裂技术 三、页岩气藏开发关键技术 注意微地震点 的重叠，大体 上保存两个裂 缝方位 裂缝方位：虽然初始由岩石应力控制，但可以通过压裂设计加以调整。第一 裂缝方位是受地层应力影响的，但会随砂子和压裂液注入压力而变化。因为在压裂 施工中，随施工参数变化，岩石应力随时会发生变化，第二裂缝方位裂缝被压开， 将有效拓宽裂缝（网络）流动通道，并且急剧增大流动区域。第二裂缝方位与第一 裂缝方位夹角为30到90。 （2）确定水力裂缝方位 压裂同时记录 的微地震图 3、页岩气藏压裂技术 三、页岩气藏开发关键技术 压裂第一阶段：微地 震显示裂缝沿N10E方向 延伸； 压裂第二阶段：75分 钟后，裂缝沿着断层转 向了。 发生突变时并没有压 力（突变）的征兆。 当最大和最小主应力差值很小时，主要裂缝（第一裂缝方位裂缝）和次级裂缝 （第二裂缝方位裂缝）就可能产生，进而压出复杂的裂缝网络。而当构造应力的差 别很大时，裂缝转向会变得困难，复杂的裂缝网络也不可能形成。 第二阶段 裂缝转向 第一阶段 三、页岩气藏开发关键技术 3、页岩气藏压裂技术 （2）确定水力裂缝方位 清水压压裂局部单层铺单层铺 置 清水压裂能大幅度降低页岩气压裂改造成本、同时清水具有很强的 穿透性，有利于形成复杂裂缝网络。提高页岩储层开发效益。 清水压裂技术 （3）体积压裂工艺技术 3、页岩气藏压裂技术 三、页岩气藏开发关键技术 美国主要含气页页岩盆地压压裂施工参数 清水压裂技术 （3）体积压裂工艺技术 3、页岩气藏压裂技术 三、页岩气藏开发关键技术 射孔位置选择标 准：距离桥塞位置3米 以上；簇间距在20-30m左右；每簇的跨度 为0.46-0.77米；根据测井资料，首选裂缝 发育、脆性较强的位置射孔；兼顾考虑测 井解释含气量较好位置射孔。 不同页岩储层有不同射孔规律： Haynesville页岩：增加分段间距-每 口井更少分段； Barnett页岩：缩短每段射孔间距； Woodford页岩：增大分段数量-采用 更小射孔分段间距。 三、页岩气藏开发关键技术 3、页岩气藏压裂技术 （3）体积压裂工艺技术 水平井分段压裂技术 水平井分段压裂技术 水平井分段分簇射孔技术 水平井分段压裂技术-水力喷射分级压裂 （3）体积压裂工艺技术 3、页岩气藏压裂技术 三、页岩气藏开发关键技术 分隔器 滑套 水平井分段压裂技术-封隔器+滑套分段压裂 （3）体积压裂工艺技术 3、页岩气藏压裂技术 三、页岩气藏开发关键技术 A、电缆带 爬行器或连续油管给第一段射孔 B、压裂第一段 C、下入速钻桥塞压裂管柱； D、坐封桥塞； E、打掉桥塞，上提管柱； F、将射孔枪对准预定位置； G、射孔； H、将管柱全部提出井筒； I、压裂； J、重复以上步骤进入下段压裂。 水平井分段压裂技术-桥塞射孔联作 （3）体积压裂工艺技术 3、页岩气藏压裂技术 三、页岩气藏开发关键技术 方法优点缺点 桥塞/射孔联作 1.技术成熟 2.风险 低 3可用于高温高压 大排量 1.等待时间较长 2.需连续 油管待命 3.需过顶 替 滑套/封隔器 1.快 2.不固井 3.井壁自然裂缝不 受破坏 1.不能精确控制裂缝位置 2.不能验坐封 3.不能用于不稳定井眼 4.砂堵时难处 理 水力喷射/压裂1.可用于裸眼完井 1.排量低，时间长 2.现场实际 操作少 3.不适合水平井分级压 裂 三种主要分段压裂方式优缺点比较 水平井分段压裂技术 （3）体积压裂工艺技术 3、页岩气藏压裂技术 三、页岩气藏开发关键技术 同步压裂技术 （3）体积压裂工艺技术 3、页岩气藏压裂技术 三、页岩气藏开发关键技术 同步压裂：指对两口或两口以上的配对井进行同时压裂。 原理：同步压裂采用的是使压力液及支撑剂在高压下从一口井向另一口井运移 距离最短的方法，来增加水力压裂裂缝网络的密度及表面积，利用井间连通的优势 来增大工作区裂缝的程度和强度，最大限度地连通天然裂缝。 丛式井同步压裂 水力裂缝 井场 同步压压裂技术术 同步压压裂和分别压别压裂增产产的对对比 三、页岩气藏开发关键技术 3、页岩气藏压裂技术 （3）体积压裂工艺技术 同步压裂技术 透 率 高渗透率下限 支 撑 低渗透率上限 剂 浓 度 裂缝体积 稀胶液 混合液 韧性 - 冻胶 压裂充填液 三、页岩气藏开发关键技术 3、页岩气藏压裂技术 （4）低成本、低伤害压裂液体系优选 压裂液体系的考虑：主要考虑压裂液的配伍性，再考虑压裂液的携 砂能力，并且要求较低的成本。 脆性 滑溜水 渗 泥页岩储层压 裂改造通常采用大排量、大液量、大规模的压裂改造思路。 采用先期配液的方式对井场规模、液罐的摆放以及连续供液都提出了 较大的挑战。因此应该推动页岩储层压 裂改造连续混配技术的发展。 （5）大规模压裂现场实 施技术 清水压压裂液连续连续在线线混配示意图图 压裂液现场连续 混配技术 3、页岩气藏压裂技术 三、页岩气藏开发关键技术 某井液罐摆放及管线连接情况 某井液罐摆放及管线连接建议 三、页岩气藏开发关键技术 3、页岩气藏压裂技术 （5）大规模压裂现场实 施技术 压裂液现场连续 大排量供液技术 泥页岩储层压 裂施工的排量大多在10m3以上，如威201井施工排量为 10m3 ，方深1井施工排量同样达到了10m3 ，如此高的施工排量对施工过程中的 连续供液提出了巨大的挑战，对液罐摆放以及管线连接提出了很高的要求。 一、页岩气勘探开发的意义 二、国内外页岩气藏开发现 状与特征 三、页岩气藏开发关键技术 四、页岩气藏压裂案例分析 五、我国页岩油气开发建议 汇报 内容 一、页岩气勘探开发的意义 二、国内外页岩气藏开发现 状与特征 三、页岩气藏开发关键技术 四、页岩气藏压裂案例分析 五、我国页岩油气开发建议 汇报 内容 全国页岩气资源潜力调查评 价与有利区优选