页岩气开发开采技术

1、页岩气开发开采技术页岩气开发开采技术20112011年年5 5月月1818日日一、页岩气藏特点一、页岩气藏特点二、页岩气资源分布二、页岩气资源分布三、页岩气开发技术三、页岩气开发技术四、安东页岩气服务能力四、安东页岩气服务能力1.1.页岩气生成页岩气生成l 生物成因：一般埋藏浅、地层温度低、有机质成熟生物成因：一般埋藏浅、地层温度低、有机质成熟度低（度低（Ro1%Ro35%(35%(以以BarnettBarnett为例）为例） ；l 物性：致密，渗透率一般在物性：致密，渗透率一般在0.010.010.00001md0.00001md。在构造。在构造活跃地区或者上覆地层剥蚀地层压力下降的情况下发

2、育裂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。孔隙度一般低于缝，并被钙质或泥质充填。孔隙度一般低于10%10%。裂缝或。裂缝或孔隙多被自由甲烷气饱和，页岩气主要以吸附状态存在岩孔隙多被自由甲烷气饱和，页岩气主要以吸附状态存在岩石颗粒表面或有机质表面。石颗粒表面或有机质表面。3.3.页岩气盖层页岩气盖层l 自生自储：页岩由于自身致密性，既是常规气藏的自生自储：页岩由于自身致密性，既是常规气藏的盖层，也是页岩气自身的盖层；盖层，也是页岩气自身的盖层；l 上覆盖层：上覆致密砂岩也是页岩气良好的盖层。上覆盖层：上覆致密砂岩也是页岩气良好的盖层。4.4.页岩气圈闭页岩气圈

3、闭l 构造平缓，圈闭受后期构造的影响很小；构造平缓，圈闭受后期构造的影响很小；l 属于隐蔽性岩性圈闭。属于隐蔽性岩性圈闭。5.5.页岩气藏评价页岩气藏评价l 一般属于常压或异常高压地层；一般属于常压或异常高压地层；l 含钙质页岩启裂梯度小于含钙质页岩启裂梯度小于0.75Psi/ft(1.7MPa/100m)0.75Psi/ft(1.7MPa/100m)，如，如BarnettBarnett页岩页岩; ;缺钙页岩地层裂梯度大于缺钙页岩地层裂梯度大于0.8Psi/ft(1.8MPa/100m)0.8Psi/ft(1.8MPa/100m)，能够引，能够引起数倍的弯曲度起数倍的弯曲度; ;l 微裂缝发育

4、是页岩气田高产的前提，钙质充填裂缝的富硅质页岩是微裂缝发育是页岩气田高产的前提，钙质充填裂缝的富硅质页岩是最好的页岩气储层；富含粘土、缺乏互层状硅质和缺钙低钙质页岩最好的页岩气储层；富含粘土、缺乏互层状硅质和缺钙低钙质页岩压裂风险很大。压裂风险很大。l 页岩上下隔层出现含水层，人工诱导裂缝的长度受到限制；页岩上下隔层出现含水层，人工诱导裂缝的长度受到限制；l 有机碳含量不高的页岩可以被大厚度、高成熟度和天然裂缝发育等有机碳含量不高的页岩可以被大厚度、高成熟度和天然裂缝发育等参数弥补。参数弥补。l 页岩气气藏特征页岩气气藏特征 超低渗超低渗 （100 nD100 nD，0.0001 mD0.00

5、01 mD） 低孔低孔 ( 5%)(22石英石英+ +钙质钙质% %3535505060608080202041415050505070704040555535354545总孔隙度，总孔隙度，% %4 45 52 28 88 89 93 39 99 9101014143 35.55.55-9.55-9.51 15 53 39 9天然气含量，天然气含量，m m3 3/ /吨岩石吨岩石8.498.499.99.91.71.76.26.22.82.89.39.35.75.78.58.51.11.12.82.81.11.12.32.30.40.41.31.30.440.440.50.52.82.822

6、产水量，桶产水量，桶/ /日日N/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/A5 55005005 5500500N/AN/AN/AN/A一、页岩气藏特点一、页岩气藏特点二、页岩气资源分布二、页岩气资源分布三、页岩气开发技术三、页岩气开发技术四、安东页岩气服务能力四、安东页岩气服务能力员工关系管理员工关系管理1.1.全球页岩气资源分布全球页岩气资源分布 全球页岩气资源量为全球页岩气资源量为456.241012m3。主要分布在北美、中亚和中国、。主要分布在北美、中亚和中国、拉美、中东和北非、前苏联拉美、中东和北非、前苏联 。2.2.中国页岩气储量中国页岩气储量 我国主要盆地和地区的页岩气储量约我

7、国主要盆地和地区的页岩气储量约15153030万亿立方米，万亿立方米，中值中值23.523.5万亿立方米，与美国的万亿立方米，与美国的28.328.3万亿立方米相当。而且，万亿立方米相当。而且，我国古生界页岩气资源量大约是中生界页岩气资源量的我国古生界页岩气资源量大约是中生界页岩气资源量的2 2倍，倍，平面上分布以南方和西北地区为主，也包括鄂尔多斯盆地及平面上分布以南方和西北地区为主，也包括鄂尔多斯盆地及周缘地区周缘地区 。员工关系管理员工关系管理中国南方从震旦纪到中三叠，发育了面积达中国南方从震旦纪到中三叠，发育了面积达200104km2的海相地层，并且最大厚度超的海相地层，并且最大厚度超过

8、了过了10km,中中古生界海相地层分布面积达古生界海相地层分布面积达90104km2.。四川盆地威远地区的九老洞四川盆地威远地区的九老洞页岩和泸州地区下志留统龙马溪页岩页岩和泸州地区下志留统龙马溪页岩6.88.41012m3，相当于四川盆地的常规天然气，相当于四川盆地的常规天然气资源总量。资源总量。在华北在华北东北地区，页岩气更可能发生在主力东北地区，页岩气更可能发生在主力油气层位的底部或下部，区域上的古生界、鄂多斯油气层位的底部或下部，区域上的古生界、鄂多斯盆地的中盆地的中古生界、松辽盆地的中生界、渤海湾盆古生界、松辽盆地的中生界、渤海湾盆地埋藏较浅的古近系等地埋藏较浅的古近系等 。泥页岩累

9、计厚度在。泥页岩累计厚度在502000m 之间，平均有机碳含量为之间，平均有机碳含量为1.0%2.0%，局，局部平均值可达部平均值可达4.0%以上，对应有机质成熟度变化较以上，对应有机质成熟度变化较大大。在西北部地区在西北部地区,页岩气的分布更多地受页岩气的分布更多地受现今盆地特点的约束现今盆地特点的约束,区域上分布的中区域上分布的中生界生界(侏罗系及三叠系等侏罗系及三叠系等)和盆地边缘和盆地边缘埋深较浅的古生界泥页岩相对有利埋深较浅的古生界泥页岩相对有利,有有机碳含量平均值普遍较高机碳含量平均值普遍较高,成熟度变化成熟度变化范围较大。范围较大。青藏地区的地表环境虽然较差，青藏地区的地表环境虽

10、然较差，但中但中古生界泥页岩地层厚度古生界泥页岩地层厚度大，有机质含量高，有机质热大，有机质含量高，有机质热演化程度适中，也是页岩气发演化程度适中，也是页岩气发育的有前景地区。育的有前景地区。3.3.中国页岩气资源分布中国页岩气资源分布页岩气资源分布页岩气资源分布纵向上时间跨度大纵向上时间跨度大从寒武纪一直到第三纪中新世从寒武纪一直到第三纪中新世都有页岩沉积都有页岩沉积资源量跟美国相当资源量跟美国相当15153030万亿立方米，中值万亿立方米，中值2626万万亿立方米（美国亿立方米（美国2828万亿立方米）万亿立方米）古生界页岩气丰富古生界页岩气丰富古生界页岩气资源量大约是中古生界页岩气资源量

11、大约是中生界页岩气资源量的生界页岩气资源量的2 2倍倍南方海相沉积有利南方海相沉积有利南方海相沉积了南方海相沉积了4 4套区域性黑色套区域性黑色页岩和页岩和8 8套地区性黑色页岩，集套地区性黑色页岩，集中在寒武系和志留系中在寒武系和志留系一、页岩气藏特点一、页岩气藏特点二、页岩气资源分布二、页岩气资源分布三、页岩气开发技术三、页岩气开发技术四、安东页岩气服务能力四、安东页岩气服务能力 致密性和天然气的特性要求页岩气开采最大程度地暴致密性和天然气的特性要求页岩气开采最大程度地暴露页岩地层到井眼的接触面积，需要的主要技术如下：露页岩地层到井眼的接触面积，需要的主要技术如下：l 大位移水平井钻井技术

12、；大位移水平井钻井技术；l 套管固井射孔完井技术；套管固井射孔完井技术；l 压裂投产技术。压裂投产技术。1.1.页岩地层水平井钻井技术页岩地层水平井钻井技术 采用底部滑动井架钻丛式井采用底部滑动井架钻丛式井组，每井组组，每井组3 38 8口单支水平井，口单支水平井，节约搬家时间和费用，同时利于节约搬家时间和费用，同时利于压裂大规模用水的组织。压裂大规模用水的组织。丛式钻井技术丛式钻井技术1.1.页岩地层水平井钻井技术页岩地层水平井钻井技术l直井段可以使用水基泥浆，节约成本；直井段可以使用水基泥浆，节约成本；l水平段使用油基泥浆，保护页岩水平段地层水平段使用油基泥浆，保护页岩水平段地层和润滑钻具

13、。和润滑钻具。l在完钻通井时要充分循环泥浆在完钻通井时要充分循环泥浆,循环排量不低循环排量不低于钻进时的最大排量于钻进时的最大排量,循环时间不低于循环时间不低于2 周周,彻彻底将井底和水平井段沉积的岩屑循环干净，底将井底和水平井段沉积的岩屑循环干净，有利于固井质量的提高。有利于固井质量的提高。水平段钻井泥浆要求水平段钻井泥浆要求2.2.页岩水平井射孔技术页岩水平井射孔技术l 全井段里采用集中式限流射孔全井段里采用集中式限流射孔l 4-64-6簇簇/ /级级 、 2 25ft 5ft 射孔长度射孔长度/ /簇簇 、 15153030米米 间隔间隔/ /簇簇 、4 46 SPF6 SPF（孔（孔/

14、 /英尺）的射孔密度、英尺）的射孔密度、 6060度相位，段度相位，段与段间隔与段间隔400ft400ft左右左右; ;l 每段各簇一趟管柱完成射孔（若采用桥塞分隔，则一趟管每段各簇一趟管柱完成射孔（若采用桥塞分隔，则一趟管柱完成下桥塞柱完成下桥塞+ +分簇射孔）。分簇射孔）。3.3.页岩水平井压裂技术页岩水平井压裂技术1 1）完井方式：）完井方式：p裸眼射孔完井；裸眼射孔完井；p套管固井射孔完井。套管固井射孔完井。 封隔器封隔器+ +滑套分隔方式，可在裸眼或套管内使用，第一级使用压差打开或瓣阀打开，其他封滑套分隔方式，可在裸眼或套管内使用，第一级使用压差打开或瓣阀打开，其他封隔器使用投球或瓣

15、阀打开，加砂压裂，裸眼不需要射孔，套管固井需要射孔，目前许多公隔器使用投球或瓣阀打开，加砂压裂，裸眼不需要射孔，套管固井需要射孔，目前许多公司（如司（如Packers PlusStackFRAC Packers PlusStackFRAC 、HalliburtonDelta stim fracHalliburtonDelta stim frac、Baker Baker HughesFRAC-POINT SYSTEMHughesFRAC-POINT SYSTEM、WeathfordWeathford、BJ)BJ)在致密砂岩和页岩地层使用，均比较成功，在致密砂岩和页岩地层使用，均比较成功，多数情况

16、下，一天可以完成逐段压裂多数情况下，一天可以完成逐段压裂, ,优点就是快速，节省时间成本，缺点是封隔器和滑套优点就是快速，节省时间成本，缺点是封隔器和滑套有失效或者打不开的风险，一旦滑套打不开，必须射孔解决；有失效或者打不开的风险，一旦滑套打不开，必须射孔解决；3.3.页岩水平井压裂技术页岩水平井压裂技术3.3.页岩水平井压裂技术页岩水平井压裂技术 可钻桥塞分隔方式，适用于套管射孔分隔，效果最有把握，可钻桥塞分隔方式，适用于套管射孔分隔，效果最有把握，但施工时间较长，其中桥塞有两种，一种是金属可钻桥塞，但施工时间较长，其中桥塞有两种，一种是金属可钻桥塞，不能钻碎，可以捞取，但费时间；另一种是非

17、金属复合材不能钻碎，可以捞取，但费时间；另一种是非金属复合材料或软金属，可钻成粉末，随压裂液返排地面，国外已经料或软金属，可钻成粉末，随压裂液返排地面，国外已经是很成熟的技术。是很成熟的技术。复合材料或软金属合金可钻桥塞性能要求和施工要求复合材料或软金属合金可钻桥塞性能要求和施工要求l 桥塞性能：可钻复合材料桥塞是首选，要求水力膨胀坐封、桥塞性能：可钻复合材料桥塞是首选，要求水力膨胀坐封、耐压耐温（耐压耐温（194194、69Mpa69Mpa），快速（每个几分钟）可钻成），快速（每个几分钟）可钻成碎末，返排出地面；碎末，返排出地面；l 下入工具：连续油管、爬行器、泵送；下入工具：连续油管、爬行

18、器、泵送；l 安装方法：电动或者水力，水力安装优点是快速，电动安安装方法：电动或者水力，水力安装优点是快速，电动安装的优点比较精确；装的优点比较精确；l 压裂措施结束可用连续油管带钻机进行钻塞。压裂措施结束可用连续油管带钻机进行钻塞。3.3.页岩水平井压裂技术页岩水平井压裂技术2 2）分隔技术评价分隔技术评价：p北美页岩气田开发时间比较早，应用的技术多种多样；北美页岩气田开发时间比较早，应用的技术多种多样；p应用最广泛的页岩地层水平井分段压裂方式有两种：复合材料可钻桥应用最广泛的页岩地层水平井分段压裂方式有两种：复合材料可钻桥塞和封隔器塞和封隔器+ +滑套，前者分步施工，施工安全系数高，但施工

19、周期较滑套，前者分步施工，施工安全系数高，但施工周期较长，成本较高；后者一趟管柱，施工周期最短（一天多即可完成多段长，成本较高；后者一趟管柱，施工周期最短（一天多即可完成多段压裂），成本较低，但各段的压裂效果难以监测。压裂），成本较低，但各段的压裂效果难以监测。应用技术应用技术成本成本传统的交联凝胶和支撑传统的交联凝胶和支撑剂剂100%100%水力压裂而不用支撑剂水力压裂而不用支撑剂25-30%25-30%采用采用20/4020/40目的支撑剂，目的支撑剂，水作压裂液水作压裂液30-40%30-40%采用采用40/7040/70目的支撑剂，目的支撑剂，水作压裂液水作压裂液40-60%40-60

20、%混合压裂（清水造缝冻混合压裂（清水造缝冻胶携砂）胶携砂）70-80%70-80%AnadakoAnadako公司在公司在BossierBossier油田共采取五种不同的压裂工艺。油田共采取五种不同的压裂工艺。3 3）压裂液优化：）压裂液优化：3.3.页岩水平井压裂技术页岩水平井压裂技术脆性指数60脆性指数=4050脆性指数=1030硬脆硬脆页岩页岩砂泥砂泥岩岩互层互层泥岩泥岩施工规模大大小小支撑剂浓度小小大大压裂液 粘度小小大大压 裂液配方简单简单复杂复杂清水压裂清水压裂线性或交线性或交联压裂联压裂混合压裂混合压裂-1000-500050010001500200025003000-1000-

21、50005001000150020002500West-East (ft)South-North (ft)Observation Well 2清水压裂清水压裂清水压裂清水压裂节理变形节理变形节理内压力升高节理内压力升高有效闭合压力减小有效闭合压力减小节理张开节理张开压力继续升高压力继续升高有效闭合应力有效闭合应力平行节理面的剪应力平行节理面的剪应力节理剪切滑移节理剪切滑移剪切面粗糙剪切面粗糙小颗粒桥接诱导裂缝小颗粒桥接诱导裂缝微裂缝改向微裂缝改向形成网状裂缝形成网状裂缝增加了泄气面积增加了泄气面积u清水粘度清水粘度1mp.s1mp.s，更容易进去渗透率极低的页岩节，更容易进去渗透率极低的页岩节

22、理，从而净压力升高，迫使节理张开，同时通过加入理，从而净压力升高，迫使节理张开，同时通过加入支撑剂，迫使裂缝转向，同时支撑剂起到桥接作用。支撑剂，迫使裂缝转向，同时支撑剂起到桥接作用。3.3.页岩水平井压裂技术页岩水平井压裂技术4 4）支撑剂：）支撑剂：l 类型：不同阶段使用不同的支撑剂，开始使用一种类型：不同阶段使用不同的支撑剂，开始使用一种100目目石英砂砂，然后是一种石英砂砂，然后是一种40/70目石英砂，最后是一种目石英砂，最后是一种40/70树佛涂敷砂支撑剂；树佛涂敷砂支撑剂；l 支撑剂在页岩气压裂中主要起转向、支撑网状裂缝，不追支撑剂在页岩气压裂中主要起转向、支撑网状裂缝，不追求裂

23、缝导流能力，页岩气压裂通常采用求裂缝导流能力，页岩气压裂通常采用40-70目石英砂（价目石英砂（价格便宜、满足要求）。格便宜、满足要求）。 3.3.页岩水平井压裂技术页岩水平井压裂技术5 5）施工参数：）施工参数：n压裂参数设计压裂参数设计 1 1、高前置量、高前置量 ：比例：比例40-50%40-50%左右；左右； 2 2、大液量：、大液量：25-30m25-30m3 3/m/m； 3 3、大排量、大排量:10-28m:10-28m3 3/min/min； 4 4、低砂比、低砂比:120 Kg/m:120 Kg/m3 3，后期尾追，后期尾追240Kg/m240Kg/m3 3； 5 5、低砂量

24、：每级砂量、低砂量：每级砂量80-150t80-150t； 6 6、盐酸预处理：、盐酸预处理：1-21-2段段15%KCl15%KCl，每段，每段5-8m5-8m3 3； 7 7、充分冲洗：每阶段冲洗体积为井筒体积的、充分冲洗：每阶段冲洗体积为井筒体积的1.51.5倍。倍。3.3.页岩水平井压裂技术页岩水平井压裂技术6 6）现场实施技术）现场实施技术4.4.页岩水平井压裂技术发展趋势及评价页岩水平井压裂技术发展趋势及评价1 1）水平段套管：一般采用）水平段套管：一般采用5 1/25 1/2” 套管套管 ；2 2）水平段分隔：以可钻桥塞和滑套）水平段分隔：以可钻桥塞和滑套+ +封隔器两种分段方式

25、为主；封隔器两种分段方式为主；3) 3) 水平井分段数在增加，但每段的射孔数目在下降；水平井分段数在增加，但每段的射孔数目在下降；4) 4) 井距呈下降趋势，段距呈下降趋势；井距呈下降趋势，段距呈下降趋势；排量排量每段长度每段长度5、页岩气水平井产量统计、页岩气水平井产量统计906万方万方/年，平均年，平均2.5万方万方/天天不同井的产量差别很大！不同井的产量差别很大！采收率：采收率：8-20%6、在页岩气藏压裂方面的井例：、在页岩气藏压裂方面的井例：Marcellous ShaleWELL / LOCATION: West Virginia FORMATION: Marcellous Sha

26、le Horizontal 1 of 12 stages 压后日产气量：压后日产气量：1010万立方米左右。万立方米左右。单段注入量：单段注入量：一、页岩气藏特点一、页岩气藏特点二、页岩气资源分布二、页岩气资源分布三、页岩气开发技术三、页岩气开发技术四、安东页岩气服务能力四、安东页岩气服务能力l钻井技术服务：钻井技术服务： 页岩定向钻井技术服务：页岩定向钻井技术服务：MWDMWD、LWDLWD、RRSRRS定向钻井、侧钻定向钻井、侧钻水平井等；水平井等；l完井技术服务：完井技术服务： 固井工具及工艺等服务；固井工具及工艺等服务；l页岩气藏压裂投产技术服务：设计、评价、工具、液体、支撑剂、连续油

27、页岩气藏压裂投产技术服务：设计、评价、工具、液体、支撑剂、连续油管设备服务管设备服务安东工程技术总承包服务：安东工程技术总承包服务： 与多家技术服务公司建立了合作关系，根据国内页岩气开采技术的需求，与多家技术服务公司建立了合作关系，根据国内页岩气开采技术的需求，可以引进先进的技术，并能与公司现有的技术进行有效整合，形成整体承包可以引进先进的技术，并能与公司现有的技术进行有效整合，形成整体承包服务能力。服务能力。 通过引进、消化，结合国内实际，形成了一套针对页岩气藏通过引进、消化，结合国内实际，形成了一套针对页岩气藏压裂投产技术。压裂投产技术。 安东的合作伙伴（亚太地区唯一）安东的合作伙伴（亚太

28、地区唯一）ELYELY公司是一家专业从事页岩气藏公司是一家专业从事页岩气藏压裂改造的服务公司，在页岩气藏清水压裂改造方面具有丰富的经验。压裂改造的服务公司，在页岩气藏清水压裂改造方面具有丰富的经验。n ELY ELY主要从事完井、增产作业、油藏等领域的整体设计、现场施工作业及主要从事完井、增产作业、油藏等领域的整体设计、现场施工作业及现场监督。现场监督。n在页岩气压裂方面，在页岩气压裂方面，ELYELY也具有也具有2020多年的研究经历以及超过多年的研究经历以及超过10001000口页岩气口页岩气井的现场压裂经验。井的现场压裂经验。n在页岩气压裂服务的公司包括在页岩气压裂服务的公司包括Chevron USA Production Chevron USA Production 、 Shell Oil Shell Oil CompanyCompany、 Shell Western E&P, Inc She