页岩气开发技术-哈里伯顿.doc

页岩气开发技术哈里伯顿美国的页岩气主要产自Michigan（密执安）、Illinois（伊利诺依斯）、Appalahian（阿帕拉契亚）、San Juan（三娟）和Fort Worth（法沃斯）盆地，其中最活跃的页岩气藏是法沃斯的Barnett（巴内特）页岩，由于近年来水平钻井和多级增产工艺的应用，其产量已由2000年的0.2 BCF/天增至1.3 BCF/天，按照这样的趋势发展，其产量很快会达到3BCF/天。这些工艺的成功极大地激励了其它页岩气藏的开发，其中包括Arkansas的Fayetteville页岩、西德克萨斯的Barnett和Woodford页岩、俄克拉荷马Arkoma盆地的Caney和Woodford页岩等。在油气投资家（Oil and Gas Investor）2007年第1期的“页岩气”报告中，美国NatexisBleichroeder公司的勘探开发分析师John White称，美国目前有64家股份公开公司参与了8个页岩盆地的页岩开发，其中主要有：Chesapeake能源公司Southwestern能源公司Range资源公司Carrizo油气公司Brigham勘探公司Abraxas公司EnCana公司EOG资源公司Devon能源公司Quicksilver资源公司等最大的页岩气Barnett页岩开发区主要包括北德克萨斯的Wise和Denton镇，于80年代末90年代初开始开发。到2006年初，Newark East Barnett页岩气田共有约4200口井和135台钻机，累积产量维持在1.7TCF,未来该气田开发面积将可能扩展到10个镇。巴内特能成为最大的页岩气田主要有两个原因：与美国其它开发区相比，巴内特属于高压气田，压力梯度为0.52psi/ft；储量比其它页岩储层高得多，约为142BCF/平方英里。近期开发的采收率预计在10%-12%，采用改善采收率技术可使采收率再提高5%-10%。巴内特核心开采区具有如下特性：裂缝是闭合的且充填有方解石；孔隙度在3%-5%；渗透率低于0.001md；储层厚度在122-183m之间；井深在1830-2745之间，单井储量超过1BCF。2006年三季度，Devon公司有26台钻机在运行（上年为18台），2006年安排钻325口井，其中大多是水平井。2005年Devon钻了271口井，其中244口为水平井。2005年累积产量达到1TCF（1TCF=280亿m3 1BCF=2800万m3）。哈里伯顿页岩开发技术页岩是一种细粒沉积岩，页岩通常含有游离气和吸附气。如果主要开采机理是解吸附，则增产设计应该是要增大总裂缝表面积。如果多数气体是存在于微孔隙或裂缝内的游离气，则形成高导流能力支撑裂缝会对开采更加有利。ShaleStim工艺提供有效方法低渗透页岩朝着大规模清水压裂方向发展，这是一种最经济实用的页岩改造方式。曾经单层注入过15900m3液体。然而，如此大量的水泵入气藏不能说是没有风险的。哈里伯顿的页岩增产技术ShaleStim有助于消除大规模清水压裂造成的不利影响。该工艺可以根据特定的页岩生产机制和组分而进行定制。该工艺可用于页岩储藏开采周期的不同阶段。通常页岩开发阶段包括：阶段1：区域资源勘查（储藏评价）。初步考察储藏潜力和范围。评价页岩，量化储藏质量。阶段2：局部资源评价（启动勘探）。开始进行钻完井技术开发试验，尝试进行压裂设计和生产预测。阶段3：早期开发（大规模开发）。采用优化设计进行快速开发，数据库开发和建立标准。阶段4：成熟开发（储量丰收期）。现金流循环。储藏生产历史拟合，调节储藏模型。数据库镜像。新型Shale Frac-RF处理液提供了良好的增产效果。页岩采用反应性流体处理前后的SEM图显示大量表面腐蚀，从而导致压后产量提高。阶段5：递减阶段（维护和修井）。作业井评选，重新改造，递减曲线移动。ShaleStim工艺包含一系列在页岩储藏生产周期内帮助经营者提高资产价值的产品和服务。 ShaleStim服务：页岩评价包括总有机碳含量（TOC）、页岩成熟度（R0）、含气量（scf/ton）、游离气和吸附气含量、裂缝流动试验、X射线、SEM和酸溶性分析。 ShaleLog测试服务测井识别有利（高产）层位（TOC、含气量、脆性、地下气储量GIP、IP和估算最终采收率EUR）。 ShaleFrac压裂服务：针对页岩地层的水力压裂技术。 ShaleClean服务：一次改造和修井用化学剂设计以恢复或提高产量。压裂后的产量递减具有三个不同的开采期，每个时期由多种储藏和完井因素控制。在早期，裂缝间隙和裂缝渗透率是关键因素。在中期，裂缝平面延展和裂缝渗透率比较重要。在后期，未压裂区（泄压区）面积、基质渗透率和未改造区的裂缝间隙都会产生影响。尽管人们对支撑剂在未稠化液中传送尚未得到充分认识，但在室内对支撑节点、床流化以及流体通过窄缝和一定角度移动高比重支撑剂的能力等进行了实验。ShaleFrac服务非常有用，因为页岩不具有生成单翼裂缝的特性，而是会包含许多平行或直角的裂缝翼。通过微地震镜像数据已经建立了巴内特页岩的经验模型。每个ShaleClean服务都由多种元素构成。表面活性剂能提高总表面积导流能力；表面改性剂可帮助减少粉砂运移、提高裂缝导流能力和清除处理用液。另外还有一种微乳液辅助清除处理用液。导流能力增强剂/强化支撑添加剂可在生产周期内改善和保持裂缝网络导流能力。ShaleClean添加剂是（清水）完井压裂和修井用化学剂，用于清除大规模清水压裂中泵入的外来药剂和固相。这些外来物质在注入流体、岩石表面、或储层流体间发生反应。其它问题也可能发生，如粉砂运移和支撑剂充填层失去导流能力等。清水还可能带入能在井底条件下生存的细菌。ShaleFrac-RF服务成岩作用可大大减少裂缝导流能力。采用SandWedge支撑剂涂层有助于控制成岩过程在页岩增产中采用反应性流体是一个较新的理念，这一理念源自采用酸液段塞来提高反应速度。当酸与页岩地层反应时发生的压降通常不可观测，这就提出了页岩酸溶性的问题。在美州中部地区多数页岩酸溶解性为8%20%。多级处理中曾采用过76-760m3反应性流体（分散在清水压裂液中）。报告显示，采用反应性流体处理后，产量比未处理的井多出一倍。SandWedge 增强剂SandWedge增强剂是哈里伯顿导流能力保持技术的一部分，目前已专门为清水压裂设计开发了配方。这种现场支撑剂涂覆技术在清水压裂中具有多种优越性： 提高导流能力； 提高返排量； 控制成岩效果； 有助于提高产量。SurgiFrac服务提供裂缝控制水平井完井是许多页岩气井的选择，然而在一些条件下，水平井完井比裂缝直井产量还低。低渗透层通常含有多个具有不同孔隙度和渗透率的层段。通常会有一些很薄的垂直渗透性的遮挡层存在，而常规测井无法测出。如果水力压裂中诱生的裂缝得不到控制，则可能导致裂缝沿裸眼水平段分布不佳。压裂的最好结果应该是产生生成有限数目且相隔较宽距离的分散裂缝，沿水平段分布均匀。而且，裂缝应该只在需要的地方生成。若每一级压裂之间相距较近将会改善初期增产效果，但1-2年生产后累积增产量却不会增加。目前，哈里伯顿有一种在低-中渗透性水平井中能持续有效的增产工艺，即SurgiFrac工艺，现场应用表明，该技术能精确控制裂缝在页岩层内的生成和延伸。SurgiFrac工艺主要有以下优点： 通过连贯油管或连接油管重新进入裸眼水平井，在忽略层或动用不佳的层段内精确置入裂缝，成本低，增产效果好； 通过精确置入裂缝和定制作业优化储层泄压； 无需层间封堵（封隔器等）即可生成多条裂缝，投产速度比常规多段压裂更快； 降低弯曲效应，使用设备少，粘性流体用量少，从而减少了压裂作业费用。在采用单水平井筒完井的同时，越来越多采用的1类和2类多分支井完井无法达到发挥其潜力。常规方法即使有效也存在较高的井筒风险或成本过高难以回收。然而，在德克萨斯和路易安那的1类多口分支井（包含2-3个分支）中，SurgiFrac工艺被成功应用并在每个支井内生成6-14条裂缝，其中有些实施了加砂压裂，有些进行了酸化裂缝。几口分支井都获得了高产，证明在较低渗透率条件下SurgiFrac工艺能有效地改造那些常规方法无法处理的井。SurgiFrc服务将可靠的水力喷射技术和压裂技术结合在一起，可在水平井筒中精确置入多条裂缝，无需井下密封装置，经营者通过这一方式获得了巨大的增产效果。井例在加拿大，SurgiFrac服务使一口井的产量提高6倍，使这口在处理前产量最低的井一跃成为三口对比井中产量最高的井。为了改造这三口低渗透碳酸盐岩水平井，使用常规处理和SurgiFrac方法。三口井的井深在3355-3813m之间，水平段长度在671-1403m之间。储层在压力22-32之间。井1和井2具有较好的产能。两口井采用连续油管和喷射工具进行酸化处理。产量有一定的提高，但效果并不理想，（增产）有效期也较短。尽管井3水平段最长，但措施前产量最低，产能也较差。鉴于前两口井有效期短，似乎使井3得到经济开发的唯一方式是生成深部裂缝，将深部的天然裂缝网络沟通。一口页岩气井重复压裂实例SurgiFrac作业采用了1 3/4连续油管和特制工具泵入3级28%的胶凝HCl，平均每级用量19m3，二氧化碳通过环空泵入以便在井下形成泡沫，提高酸液缓速性和减少滤失。作业结果是沿水平段形成了三条长缝，处理后产量从23240m3/d上升到165200m3/d，且递减比井2更缓慢，这表明处理成功地沟通了远端裂缝网络。SurgiFrac在其它应用包括： 在5小时内采用连续油管在一口4 3/4 488m长的裸眼水平段内生成了8条裂缝，产量提高8倍。 在一口多分支井完井改造中，采用修井机和一个弯喷嘴配合SurgiFrac设备在两条244m的分支中各置入了6条小-中型裂缝，改造用液采用28%HCl，同时避免