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1、页岩气开发开采技术,目 录,一、页岩气藏特点二、页岩气资源分布三、页岩气开发技术四、安东页岩气服务能力,1.页岩气生成生物成因：一般埋藏浅、地层温度低、有机质成熟度低（Ro1%），有机碳含量（TOC)可以高达20%，有时伴随原生地层水，如美国的Antrim（Ro=0.50.75%）and New Albany两个气田；热解成因：一般埋藏较深、地层温度较高、有机质成熟度高（Ro=11.8%），TOC=2.54.5%，美国大多数页岩气田都属于热解成因。,2.页岩气储层岩性：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，其中粘土含量=3145%，SiO2+钙质35%(以Barnett为例
2、）；物性：致密，渗透率一般在0.010.00001md。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育裂缝，并被钙质或泥质充填。孔隙度一般低于10%。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石颗粒表面或有机质表面。,3.页岩气盖层自生自储：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；上覆盖层：上覆致密砂岩也是页岩气良好的盖层。,4.页岩气圈闭构造平缓，圈闭受后期构造的影响很小；属于隐蔽性岩性圈闭。,5.页岩气藏评价一般属于常压或异常高压地层；含钙质页岩启裂梯度小于0.75Psi/ft(1.7MPa/100m)，如Barnett页岩;缺钙页岩地层裂梯度大
3、于0.8Psi/ft(1.8MPa/100m)，能够引起数倍的弯曲度;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压裂风险很大。页岩上下隔层出现含水层，人工诱导裂缝的长度受到限制；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。,页岩气气藏特征超低渗（100 nD，0.0001 mD）低孔(5%)自然裂缝含气量大（每段为5 Bcf50 Bcf）采收率变化大(8-20%)游离状态天然气的含量变化于20%-85%之间需压裂改造生产递减率通常小于每年5%（一般2%3%）；厚度很大（最厚达450米）；富含有机物
4、（总有机碳为1 wt%20 wt%）；油藏依赖天然裂缝系统提供孔隙度和渗透率；生产寿命长(30-50 年)(Barnett页岩开采寿命可达80100年),目 录,一、页岩气藏特点二、页岩气资源分布三、页岩气开发技术四、安东页岩气服务能力,员工关系管理,1.全球页岩气资源分布,全球页岩气资源量为456.241012m3。主要分布在北美、中亚和中国、拉美、中东和北非、前苏联。,2.中国页岩气储量,我国主要盆地和地区的页岩气储量约1530万亿立方米，中值23.5万亿立方米，与美国的28.3万亿立方米相当。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2倍，平面上分布以南方和西北地区为主，也包
5、括鄂尔多斯盆地及周缘地区。,员工关系管理,中国南方从震旦纪到中三叠，发育了面积达200104km2的海相地层，并且最大厚度超过了10km,中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资源总量。,在华北东北地区，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、鄂多斯盆地的中古生界、松辽盆地的中生界、渤海湾盆地埋藏较浅的古近系等。泥页岩累计厚度在502000m 之间，平均有机碳含量为1.0%2.0%，局部平均值可达4.0%以上，对应有机质成熟度变化较大。,在西北部地区,页岩气的
6、分布更多地受现今盆地特点的约束,区域上分布的中生界(侏罗系及三叠系等)和盆地边缘埋深较浅的古生界泥页岩相对有利,有机碳含量平均值普遍较高,成熟度变化范围较大。,青藏地区的地表环境虽然较差，但中古生界泥页岩地层厚度大，有机质含量高，有机质热演化程度适中，也是页岩气发育的有前景地区。,3.中国页岩气资源分布,页岩气资源分布,目 录,一、页岩气藏特点二、页岩气资源分布三、页岩气开发技术四、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露页岩地层到井眼的接触面积，需要的主要技术如下：大位移水平井钻井技术；套管固井射孔完井技术；压裂投产技术。,1.页岩地层水平井钻井技术,采用底部滑动
7、井架钻丛式井组，每井组38口单支水平井，节约搬家时间和费用，同时利于压裂大规模用水的组织。,丛式钻井技术,1.页岩地层水平井钻井技术,直井段可以使用水基泥浆，节约成本；水平段使用油基泥浆，保护页岩水平段地层和润滑钻具。在完钻通井时要充分循环泥浆,循环排量不低于钻进时的最大排量,循环时间不低于2 周,彻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。,水平段钻井泥浆要求,2.页岩水平井射孔技术,全井段里采用集中式限流射孔4-6簇/级、25ft 射孔长度/簇、1530米 间隔/簇、46 SPF（孔/英尺）的射孔密度、60度相位，段与段间隔400ft左右;每段各簇一趟管柱完成射孔（若采用
8、桥塞分隔，则一趟管柱完成下桥塞+分簇射孔）。,3.页岩水平井压裂技术,1）完井方式：,裸眼射孔完井；套管固井射孔完井。,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Packers PlusStackFRAC、HalliburtonDelta stim frac、Baker HughesFRAC-POINT SYSTEM、Weathford、BJ)在致密砂岩和页岩地层使用，均比较成功，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有失效或者打不
9、开的风险，一旦滑套打不开，必须射孔解决；,3.页岩水平井压裂技术,3.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，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（194、69Mpa），快速（每个几分钟）可钻成碎末，返排出地面；下入工具：连续油管、爬行器、泵送；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；压裂措施结束可
10、用连续油管带钻机进行钻塞。,3.页岩水平井压裂技术,2）分隔技术评价：北美页岩气田开发时间比较早，应用的技术多种多样；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+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压裂），成本较低，但各段的压裂效果难以监测。,国外页岩气压裂已经经历了20多年的发展，逐步形成了以清水压裂液为主的改造技术。,Anadako公司在Bossier油田共采取五种不同的压裂工艺。,3）压裂液优化：,3.页岩水平井压裂技术,Observation Well 2,清水压裂,清水粘度1mp.s，
11、更容易进去渗透率极低的页岩节理，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。,3.页岩水平井压裂技术,4）支撑剂：,类型：不同阶段使用不同的支撑剂，开始使用一种100目石英砂砂，然后是一种40/70目石英砂，最后是一种40/70树佛涂敷砂支撑剂；支撑剂在页岩气压裂中主要起转向、支撑网状裂缝，不追求裂缝导流能力，页岩气压裂通常采用40-70目石英砂（价格便宜、满足要求）。,3.页岩水平井压裂技术,5）施工参数：,压裂参数设计 1、高前置量：比例40-50%左右；2、大液量：25-30m3/m；3、大排量:10-28m3/min；4、低砂比:120 Kg
12、/m3，后期尾追240Kg/m3；5、低砂量：每级砂量80-150t；6、盐酸预处理：1-2段15%KCl，每段5-8m3；7、充分冲洗：每阶段冲洗体积为井筒体积的1.5倍。,3.页岩水平井压裂技术,6）现场实施技术,4.页岩水平井压裂技术发展趋势及评价,1）水平段套管：一般采用5 1/2”套管；,2）水平段分隔：以可钻桥塞和滑套+封隔器两种分段方式为主；3)水平井分段数在增加，但每段的射孔数目在下降；4)井距呈下降趋势，段距呈下降趋势；,排量,每段长度,5、页岩气水平井产量统计,不同井的产量差别很大！采收率：8-20%,6、在页岩气藏压裂方面的井例：,32,Marcellous ShaleW
13、ELL/LOCATION:West Virginia FORMATION:Marcellous Shale Horizontal 1 of 12 stages,压后日产气量：10万立方米左右。,单段注入量：,目 录,一、页岩气藏特点二、页岩气资源分布三、页岩气开发技术四、安东页岩气服务能力,钻井技术服务：页岩定向钻井技术服务：MWD、LWD、RRS定向钻井、侧钻水平井等；完井技术服务：固井工具及工艺等服务；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,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，可以引进先进的技术，并能
14、与公司现有的技术进行有效整合，形成整体承包服务能力。,通过引进、消化，结合国内实际，形成了一套针对页岩气藏压裂投产技术。,安东的合作伙伴（亚太地区唯一）ELY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。,ELY主要从事完井、增产作业、油藏等领域的整体设计、现场施工作业及现场监督。在页岩气压裂方面，ELY也具有20多年的研究经历以及超过1000口页岩气井的现场压裂经验。在页岩气压裂服务的公司包括Chevron USA Production、Shell Oil Company、Shell Western E&P,Inc、Mitchell Energy等等
15、。,ELY页岩气压裂设计理念,体积压裂，形成网状裂缝低成本压裂,页岩气压裂设计理念,主要技术：清水压裂。也就是清水压裂液技术。,主体配方：清水+降阻剂+杀菌剂,大液量、大排量：形成网状裂缝，沟通地层天然微裂缝，低砂比桥接技术：低砂比（小于2磅/加仑）支撑剂泵入，桥接、支 撑网状裂缝，分段射孔技术：提高页岩改造力度，多层分级压裂技术：复合桥塞封堵转层多级压裂、裸眼机械封隔器分段压裂、连续油管分段压裂。,页岩气藏清水压裂液投产的设计原则：,2009底安东石油成立页岩气开发技术服务项目部，专项负责页岩气开采技术应用；2010年 3月和5月多次组织专家到美国和加拿大主要页岩气服务公司考察和技术交流；对
16、应用油田进行集中技术交流：2010年5月上旬邀请ELY总裁来华，在石油大学分别对中石油和中石化有关页岩气开采试验的单位领导和专家进行页岩气开采技术的交流；,主要业绩：与ELY合作，协助中石油完成2口井页岩评价直井的方案设计和现场施工，取得了较好的效果。与ELY合作，中标中石油2口页岩气水平井的完井压裂施工方案设计及现场技术服务。中国第1口页岩气水平井分段压裂方案由安东、ELY、贝壳休斯合作完成，通过中石油股份公司审核，即将开展现场施工。,在套管内12实施分段压裂，形成体积较大的复杂网状裂缝，尽可能提高压后产量。,（1）技术思路,速钻桥塞+喷砂射孔分段压裂技术：连续油管带喷砂射孔工具及桥塞（一趟管柱），对施工层段进行喷砂分簇射孔并封堵下层，然后进行套管压裂，最后下入钻磨工具钻除所有桥塞，气井投产。,（2)分段工艺：,70-150,（3）压裂工艺：,在分簇射孔的基础上，采取清水压裂液、大规模、大排量的施工参数，形成网状裂缝，沟通地层天然微裂缝，用低砂比石英砂转向、桥接网状裂缝。,
