页岩气压裂现场实践(中文).

1、页岩是由粘土矿物、页岩是由粘土矿物、精细颗粒状的非粘土矿物和有机矿物精细颗粒状的非粘土矿物和有机矿物质质组成的岩石组成的岩石 页岩是层状的，它分布在非常薄的平行层理（叠层结构）页岩是层状的，它分布在非常薄的平行层理（叠层结构）这些层理结构决定了页岩的力学特性这些层理结构决定了页岩的力学特性黑页岩（高有机质页岩）黑页岩（高有机质页岩）图片图片1.1.必须含有有机碳必须含有有机碳2.2.经过相应的热演化史经过相应的热演化史3.3.在成岩运移演化过程中保留了碳氢化合物在成岩运移演化过程中保留了碳氢化合物影响气藏质量的因素影响气藏质量的因素有机碳的计量评价参数，称为有机碳的计量评价参数，称为T.O.C

2、T.O.C，即总有机碳含量即总有机碳含量镜质体反射系数用于评价一个油气藏的热成熟度。它反应镜质体反射系数用于评价一个油气藏的热成熟度。它反应了油气藏层碳氢化合物的类型了油气藏层碳氢化合物的类型 下表显示：下表显示： 镜质体反射系数镜质体反射系数 碳氢化合物类型碳氢化合物类型 0.0 0.60.0 0.6 不成熟不成熟0.6 1.00.6 1.0油窗油窗1.0 1.41.0 1.4湿气湿气1.4 2.01.4 2.0干气干气镜质体反射系数镜质体反射系数美国地质调查所关于含气页岩数据美国地质调查所关于含气页岩数据盆地盆地地层地层T.O.C.T.O.C.成熟度成熟度可开采页岩气可开采页岩气地下页岩气

3、地下页岩气(wt.%)(wt.%)(%Ro)(%Ro) 估计量估计量 量量 ( (TcfTcf) ) ( (TcfTcf) )AppalachianAppalachianOhio Ohio 页岩页岩1-4.51-4.5* * 0.4 - 1.3% 0.4 - 1.3% 14.5 - 27.514.5 - 27.5225 248225 248Michigan Michigan Antrim Antrim 页岩页岩1-20 1-20 0.4 - 0.6 0.4 - 0.6 11 - 19 11 - 19 35 76 35 76Illinois Illinois New Albany New Alb

4、any 页岩页岩1-25 1-25 0.4 - 1.0 0.4 - 1.0 1.9 - 19.2 1.9 - 19.2 86 160 86 160Ft. Worth Ft. Worth Barnett Barnett 页岩页岩1-121-12* *0.6 - 1.60.6 - 1.6* * 3.4 - 103.4 - 10 54 - 220 54 - 220* * *Ave. 4.5Ave. 4.5San Juan San Juan Lewis Lewis 页岩页岩1-2.51-2.5* * 1.6 - 1.9 1.6 - 1.9 几个美国页岩气藏层总有机碳和镜质几个美国页岩气藏层总有机碳和镜

5、质体反射系数统计表体反射系数统计表1.1.低渗透性低渗透性- -排液必须通过自然裂缝或者微裂缝排液必须通过自然裂缝或者微裂缝2.2.多种成藏储气和采气机理多种成藏储气和采气机理3.3.低渗透性要求大规模的压裂增产低渗透性要求大规模的压裂增产页岩的储层特性对产量的影响页岩的储层特性对产量的影响天然裂缝在页岩气的开发中起到很重要天然裂缝在页岩气的开发中起到很重要的作用。从微观到宏观有多种不同等级的作用。从微观到宏观有多种不同等级的天然裂缝：的天然裂缝： 微观，充满矿物微观，充满矿物 大范围的裂缝大范围的裂缝出处： R. Miller and R. Young， Oklahoma 州，Pontoto

6、c 和Coal 县的露地岩层和地表下层的Woodford 页岩特征。调研文档号#50052 (2007) 。出处： R. Miller and R. Young， Oklahoma 州，Pontotoc 和Coal 县的露地岩层和地表下层的Woodford 页岩特征。调研文档号#50052 (2007) 。超大范围的裂缝超大范围的裂缝当进行页岩压裂时，什么样的液体当进行页岩压裂时，什么样的液体最好呢？最好呢？无支撑剂裂缝的导流能力无支撑剂裂缝的导流能力大量大量文献中极力主张，在评价页岩气生产的地层流动通文献中极力主张，在评价页岩气生产的地层流动通道特性时，无支撑剂裂缝导流能力是必须测试的道特性

7、时，无支撑剂裂缝导流能力是必须测试的 但是这些文献中却很少能给出可以解决油气藏实际问题但是这些文献中却很少能给出可以解决油气藏实际问题的数据的数据 我们知道为什么！因为这些数据很难采集和解释我们知道为什么！因为这些数据很难采集和解释运用带裂缝的岩心来进行驱替实验，驱替流体选用运用带裂缝的岩心来进行驱替实验，驱替流体选用己烷，初始围压为己烷，初始围压为7 7兆帕，逐渐增加至兆帕，逐渐增加至3535兆帕，最后兆帕，最后降低并终止于降低并终止于2121兆帕兆帕数据由数据由Stim-LabStim-Lab提供提供实验结论实验结论最终的裂缝传导率为最终的裂缝传导率为3333 md-ft3333 md-f

8、t 之后用之后用7%KCl7%KCl溶液，在围压溶液，在围压21 MPa 21 MPa 到到 35 MPa35 MPa，再降压的处理。注意：在整个过程中测到了不稳定再降压的处理。注意：在整个过程中测到了不稳定的压力的压力数据由Stim-Lab提供实验结论实验结论最终压裂缝传导率为最终压裂缝传导率为105 md-ft.105 md-ft.，这个数值是用己这个数值是用己烷做驱替流体时实验结果的烷做驱替流体时实验结果的3%3%实验三实验三之后用清水，在封闭压力之后用清水，在封闭压力21 MPa 21 MPa 到到 35 MPa35 MPa，再降，再降压的处理压的处理数据由Stim-Lab提供实验结论

9、实验结论最终裂缝传导率为最终裂缝传导率为49 md-ft49 md-ft，这个数值是用己烷，这个数值是用己烷做驱替流体时实验结果的做驱替流体时实验结果的1.5%1.5%结论结论 我们看到的干扰压力，自由细微颗粒在孔喉形成的我们看到的干扰压力，自由细微颗粒在孔喉形成的桥堵以及桥堵的破坏所致桥堵以及桥堵的破坏所致 即使我们仅用天然气作为试压介质时，我们也同样即使我们仅用天然气作为试压介质时，我们也同样能观测到干扰压力能观测到干扰压力如此说来，页岩压裂时，什么是如此说来，页岩压裂时，什么是“最最好的好的”液体呢？现在可以得到答案了液体呢？现在可以得到答案了“水水”页岩气田的开发过程页岩气田的开发过程

10、The first lookExperiment with N2 and CO2Experiment with crosslinked fluidsExperiment with Low gelloadingsExperiment with slick water start frac mappingStart drilling horizontal wells600 horizontal wells producing页岩气藏开发的页岩气藏开发的“学习曲线学习曲线” ” Barnett 页岩井页岩井FayettevilleFayetteville页岩产量页岩产量页岩气藏开发的页岩气藏开发的“

11、学习曲线学习曲线” ” 页岩气藏开发页岩气藏开发- -第一步第一步区域地质学区域地质学区域地质区域地质地球化学地球化学镜质体反射率镜质体反射率总有机碳含量总有机碳含量地震资料地震资料油藏面积油藏面积断层描述断层描述区域地质区域地质( (继续继续) )临井的资料临井的资料裸眼测井裸眼测井油层压力油层压力钻井参数钻井参数裂缝分布方向裂缝分布方向基础建设基础建设输气管线输气管线运输运输水供应来源水供应来源油井维护的服务油井维护的服务页岩气藏建设页岩气藏建设 下一步下一步实验井数据采集实验井数据采集岩心实验岩心实验地球化学地球化学总有机碳含量总有机碳含量镜质体反射率镜质体反射率岩石物性岩石物性孔隙率孔

12、隙率渗透率渗透率杨氏模数杨氏模数泊松比泊松比总有机碳报告总有机碳报告 Kerogen conversion and maturity. Kerogen conversion and maturity.油源转化和成熟度 干酪根转化和成熟度报告干酪根转化和成熟度报告矿物学报告矿物学报告岩石物性岩石物性实验井数据采集（继续） 裸眼测井资料裸眼测井资料记录岩性记录岩性岩石物性岩石物性压力数据压力数据泵入测试泵入测试压力恢复试井数据压力恢复试井数据“三组合三组合” ” 测测井井岩石物性测井岩石物性测井a测试压裂测试压裂2/10/200308:0008:0508:1008:1508:2008:2508:3

13、02/10/200308:35Time02468101214A010002000300040005000BSlurry Rate (bpm)Tubing Pressure (psi)AB321Customer:Job Date:Ticket #:Well Desc:UWI:GohWin v1.6.504-Mar-11 10:570.20.40.60.81.01.2G(Time)4005006007008009001000A050100150200250300350D (0.0819, 551.6) (m = 0) (1.3279, 551.6) (Y = 551.6) (Y = 551.6)

14、(0.0023, 0) (m = 101.52) (1.1037, 111.8) (Y = 0) (Y = 136.7) Bottom Hole Calc Pressure (psi)Smoothed Pressure (psi)G*dP/dG (psi)AAD1Analysis Events1ClosureTime0.88BHCP509.0SP509.5DP325.5FE31.80建立关联建立关联裸眼裸眼测井和地震资料测井和地震资料裸眼测井和岩石物性裸眼测井和岩石物性 建立并校正模型建立并校正模型利用相关数据建立初始模型利用相关数据建立初始模型 由上述数据得到的应力模型由上述数据得到的应力模

15、型2/10/200308:0008:0508:1008:1508:2008:2508:302/10/200308:35Time02468101214A010002000300040005000BSlurry Rate (bpm)Tubing Pressure (psi)GOHFER Slurry Rate (bpm)GOHFER Surface Pressure (psi)ABABCustomer:Job Date:Ticket #:Well Desc:UWI:GohWin v1.6.504-Mar-11 11:04测试压裂之后的裂缝剖面图测试压裂之后的裂缝剖面图初始的压裂设计初始的压裂设计页

16、岩气压裂模型的前提假设页岩气压裂模型的前提假设模型限于两个垂直刀翼的传统的压裂模型限于两个垂直刀翼的传统的压裂基岩渗透率和裂隙渗透率集合成有效渗透率基岩渗透率和裂隙渗透率集合成有效渗透率假设油藏是均质、各项同性且无穷大的假设油藏是均质、各项同性且无穷大的液流量液流量 液体类型液体类型 ( (立方米立方米/ /分分) )* *MarcellusMarcellus 135 135 减阻水减阻水 FayettevilleFayetteville 100 100 减阻水减阻水HaynesvilleHaynesville 160 160 减阻水减阻水/ /交联液交联液BarnettBarnett 90

17、90 减阻水减阻水* *水平向每米的泵入体积量水平向每米的泵入体积量不同的页岩的压裂排量不同的页岩的压裂排量支撑量支撑量 支撑类型支撑类型 (Mt/m) (Mt/m)MarcellusMarcellus 22 22100m, 40/70100m, 40/70FayettevilleFayetteville 9 9100m, 40/70100m, 40/70HaynesvilleHaynesville 16 16100m, 40/70, 100m, 40/70, 30/60 30/60 陶粒陶粒BarnettBarnett 2 240/7040/70不同页岩的支撑剂的用量、粒径、不同页岩的支撑剂

18、的用量、粒径、材料选择材料选择校核设计以后，开始设计整个作业校核设计以后，开始设计整个作业以下的设计是一个非常简单的没有支撑剂加入的设计。以下的设计是一个非常简单的没有支撑剂加入的设计。泵入规模泵入规模16,00016,000立方米的减阻水，泵入排量立方米的减阻水，泵入排量1616立方米立方米 / /分钟。分钟。注意收益递减效应注意收益递减效应 的存在的存在! !1/1/197000:0000:2000:4001:0001:201/1/197001:40Time02505007501000125015001750200022502500GOHFER Frac Length (ft)Custom

19、er:Job Date:Ticket #:Well Desc:UWI:GohWin v1.6.504-Mar-11 16:45页岩气建井页岩气建井压裂场地设备摆放压裂场地设备摆放准备可以放许多设备的钻井场地准备可以放许多设备的钻井场地下图显示了典型的场地图下图显示了典型的场地图aaa建井的考虑事项建井的考虑事项从地震或构造数据选择目标井轨迹，并用地质导向从地震或构造数据选择目标井轨迹，并用地质导向保持既定井轨迹保持既定井轨迹可以完成可以完成3000m3000m或以上的长度或以上的长度预定井轨迹示例预定井轨迹示例产层临时封堵产层临时封堵几乎不可能一次压完整个水平井段几乎不可能一次压完整个水平井段

20、有两种方法可以进行产层临时封堵，以便分别压裂有两种方法可以进行产层临时封堵，以便分别压裂裸眼封隔器裸眼封隔器用裸眼封隔器封隔出不同井段用裸眼封隔器封隔出不同井段在完成一个井段的作业后，投入一个球分隔下层在完成一个井段的作业后，投入一个球分隔下层井段，同时为新的井段打开一个压裂通道井段，同时为新的井段打开一个压裂通道裸眼封隔器裸眼封隔器孔眼孔眼裸眼封隔器裸眼封隔器优点：优点：不需要固井不需要固井不耗费时间泵送桥塞和射孔枪不耗费时间泵送桥塞和射孔枪不需要钻塞不需要钻塞缺点：缺点：可能比较难到达预定的位置可能比较难到达预定的位置是否真正隔离了拟处理井段是否真正隔离了拟处理井段堵塞器和射孔堵塞器和射孔

21、套管固井。第一个拟处理井段的射孔通过油管传输射孔枪套管固井。第一个拟处理井段的射孔通过油管传输射孔枪完成完成上一段区段完成后，泵送一个桥塞和射孔枪，坐封以后，上一段区段完成后，泵送一个桥塞和射孔枪，坐封以后，在新的拟处理井段里进行一组射孔在新的拟处理井段里进行一组射孔堵塞器和射孔堵塞器和射孔优点：优点：新井段必定与之前的井段封隔新井段必定与之前的井段封隔比较容易将油管送到预定的位置比较容易将油管送到预定的位置缺点：缺点：很费时很费时常用的射孔设计常用的射孔设计一组射孔一组射孔6-126-12孔眼，射孔间距孔眼，射孔间距5cm5cm孔组之间通常间隔孔组之间通常间隔5050米米一次压裂同时包括一次压裂同时包括3-43-4个孔组个孔组Haynesville Haynesville 页岩页岩: :“增加分段的间隔增加分