北美頁巖油氣開發(fā)關鍵技術(NXPowerLite)

1、北美頁巖氣開發(fā)關鍵技術北美頁巖氣開發(fā)關鍵技術2012中國克拉瑪依國際非常規(guī)油氣論壇中國克拉瑪依國際非常規(guī)油氣論壇2012年年 9月月12-13日日呂曉光呂曉光C&C Reservoirs頁巖油/氣主要分布于14個區(qū)帶l頁巖氣頁巖氣藏有效開發(fā)的四項關鍵技術藏有效開發(fā)的四項關鍵技術l氣藏表征識別氣藏表征識別“甜點區(qū)甜點區(qū)”l長水平段水平井長水平段水平井l分段清水壓裂分段清水壓裂l微地震監(jiān)測微地震監(jiān)測l同井場鉆井同井場鉆井l有效壓裂液水資源管理有效壓裂液水資源管理氣藏表征識別氣藏表征識別“甜點區(qū)甜點區(qū)”l 綜合應用地震、地質、地球化學和巖石物理多學科方法綜合應用地震、地質、地球化學和巖石物理

2、多學科方法l 更強調地球化學和地質力學的應用更強調地球化學和地質力學的應用l 要圖件：構造圖、地層剖面圖、厚度等值圖、含氣量等值圖、要圖件：構造圖、地層剖面圖、厚度等值圖、含氣量等值圖、TOCTOC等等值圖、熱成熟度（值圖、熱成熟度（ Ro)Ro)等值圖、孔隙度等值圖等值圖、孔隙度等值圖地震地震/ /微地震微地震地質地質地球化學地球化學地質力學地質力學巖石物理巖石物理構造特征構造特征 資料匯總資料匯總巖芯測試、評價巖芯測試、評價楊氏模量、泊松比、硬度楊氏模量、泊松比、硬度指標指標地層對比地層對比目標頁巖發(fā)育：埋深、側目標頁巖發(fā)育：埋深、側向變化、水層、巖溶、隔向變化、水層、巖溶、隔層層 頁巖氣

3、層段垂向、側向分頁巖氣層段垂向、側向分布變化及埋深布變化及埋深 孔隙度、裂縫發(fā)育及展布孔隙度、裂縫發(fā)育及展布 頁巖氣含氣層段泊松比、頁巖氣含氣層段泊松比、楊氏模量、地應力特征楊氏模量、地應力特征構造圖編制構造圖編制 地震解釋地震解釋 設計試驗井和監(jiān)測井，設計試驗井和監(jiān)測井，指導鉆井并獲取資料指導鉆井并獲取資料 獲取裸眼測井信息獲取裸眼測井信息 取芯、沉積環(huán)境、沉積取芯、沉積環(huán)境、沉積相相 建立地質模型建立地質模型含烴潛力分析：含烴潛力分析：TOCTOC、RoRo、自由氣和吸附氣含量、自由氣和吸附氣含量、干酪根類型干酪根類型 頁巖油頁巖油/ /氣層識別氣層識別 儲層流體識別儲層流體識別 巖性和流

4、體定義巖性和流體定義 巖石性質表征巖石性質表征 頁巖油頁巖油/ /氣層識別氣層識別 壓裂液優(yōu)化壓裂液優(yōu)化 確定巖石脆性指標確定巖石脆性指標 確定支撐劑確定支撐劑 確定滲透率、孔隙度確定滲透率、孔隙度 壓裂液的配伍性，滲透率可壓裂液的配伍性，滲透率可恢復性測試恢復性測試頁巖測井評價頁巖測井評價 巖芯校正應用聲波測井確巖芯校正應用聲波測井確定力學性質定力學性質 可壓裂性計算并經巖芯校可壓裂性計算并經巖芯校驗驗 頁巖油頁巖油/ /氣層識別氣層識別 補償自然伽馬能譜、元素補償自然伽馬能譜、元素捕獲能譜測井識別巖性，捕獲能譜測井識別巖性，巖芯分析、巖芯分析、XRD XRD 校驗校驗 地質儲量計算地質儲量

5、計算 類比分析儲量估算類比分析儲量估算 TOCTOC、含氣量計算，巖芯、含氣量計算，巖芯測試校驗測試校驗 頁巖氣表征流程頁巖氣表征流程 （據（據ChongChong等等20102010修改）修改）l有效厚度：有效厚度：30m30ml適中的孔隙度適中的孔隙度：6-12%l足夠的熱成熟度（足夠的熱成熟度（RoRo）：）：1.4%Ro3%1.4%Ro3m3m3 3/t/tl脆性礦物含量（石英、長石、碳酸鹽）：脆性礦物含量（石英、長石、碳酸鹽）：50%50%l斷層、喀斯特地層不發(fā)育斷層、喀斯特地層不發(fā)育l天然裂縫發(fā)育適中天然裂縫發(fā)育適中已開發(fā)頁巖氣藏的油藏管理經驗，甜點區(qū)已開發(fā)頁巖氣藏的油藏管理經驗，

6、甜點區(qū)：氣藏表征識別氣藏表征識別“甜點區(qū)甜點區(qū)”頁巖氣藏氣藏表征應用頁巖氣藏氣藏表征應用l為為開發(fā)方案提供依據開發(fā)方案提供依據l識別鉆井有利區(qū)識別鉆井有利區(qū)l確定地質災害因素降確定地質災害因素降低鉆井、完井風險低鉆井、完井風險l優(yōu)化增產措施優(yōu)化增產措施氣藏表征識別氣藏表征識別“甜點區(qū)甜點區(qū)”McDaniel, 2010如果按等分水平段壓裂，壓裂段1，2無效，壓裂段9導致水層突進1-21-2壓裂段壓裂段9 9壓裂段壓裂段氣藏表征識別氣藏表征識別“甜點區(qū)甜點區(qū)”應用應用3-D3-D地震識別斷層和喀斯特地層地震識別斷層和喀斯特地層氣藏表征識別氣藏表征識別“甜點區(qū)甜點區(qū)”l頁巖氣頁巖氣藏有效開發(fā)的四項

7、關鍵技術藏有效開發(fā)的四項關鍵技術l氣藏表征識別氣藏表征識別“甜點區(qū)甜點區(qū)”l長水平段水平井長水平段水平井l分段清水壓裂分段清水壓裂l微地震監(jiān)測微地震監(jiān)測l同井場鉆井同井場鉆井l有效壓裂液水資源管理有效壓裂液水資源管理長水平段水平井長水平段水平井n Barnett 2003Barnett 2003年大規(guī)模年大規(guī)模應用水平井，頁巖氣產應用水平井，頁巖氣產量大幅度上升量大幅度上升n 20102010年水平井年水平井97579757口，口，為總井數的為總井數的66%66%，日產，日產氣量達到氣量達到1.41.410108 8 m m3 3C&C Reservoirs, 2011l初期日產初期日

8、產4-204-2010104 4 m m3 3，是直井的，是直井的3-83-8倍倍l單井可采儲量單井可采儲量 0.2-1.50.2-1.510108 8 m m3 3, ,是直井的是直井的4-144-14倍倍長水平段水平井長水平段水平井頁巖氣頁巖氣氣藏氣藏巴耐特巴耐特(Barnett)(Barnett)費耶特維耳費耶特維耳(Fayetteville)(Fayetteville)亨耐斯維爾亨耐斯維爾 （HaynesvilleHaynesville）(Marcellus)(Marcellus)蕪德福地蕪德福地(Woodford)(Woodford)Eager FordEager Ford盆地盆地/

9、 /州州Fort Fort Worth/Worth/德克德克薩斯薩斯Arkoma/Arkoma/阿肯色阿肯色North Louisiana North Louisiana Salt/Salt/德克薩斯德克薩斯- -路易斯安娜路易斯安娜Appalacachian/Appalacachian/俄亥俄俄亥俄Arkoma/Arkoma/俄克俄克拉荷馬拉荷馬Maverick/Maverick/德克德克薩斯薩斯水平段長度水平段長度/ m/ m1200 1200 初期：初期：762762目前：目前：12191219900-1220900-1220900900760-1220760-1220最長最長30483

10、0481220-15301220-1530水平井壓裂方式水平井壓裂方式分段清水分段清水初期：交聯凝膠初期：交聯凝膠目前：分段清水目前：分段清水分階段清水分階段清水分階段清水分階段清水分階段清水分階段清水分階段清水分階段清水壓裂段數壓裂段數初期：初期：4-64-6目前：目前：8-128-1212128-128-126-126-125-95-910-2410-24水平井初產量水平井初產量/ / 10104 4m m3 34.3-204.3-201.4-141.4-14平均平均8.58.514-7014-7011.6-19.811.6-19.87.7-23.57.7-23.514.214.2水平井水

11、平井/ /直井產量直井產量比比5-75-73.7-53.7-58 83-43-45.55.5- -水平井單井可采儲水平井單井可采儲量量/ 10/ 104 4m m3 33400-206713400-206711700-84951700-849512740-2407012740-240701246012460849084901557015570長水平段水平井長水平段水平井l頁巖氣頁巖氣藏有效開發(fā)的四項關鍵技術藏有效開發(fā)的四項關鍵技術l氣藏表征識別氣藏表征識別“甜點區(qū)甜點區(qū)”l長水平段水平井長水平段水平井l分段清水壓裂分段清水壓裂l微地震監(jiān)測微地震監(jiān)測l同井場鉆井同井場鉆井l有效壓裂液水資源管理有

12、效壓裂液水資源管理分段清水壓裂分段清水壓裂l壓裂段數初期一般壓裂段數初期一般4-6段段l目前達到目前達到10-12段段l最大達到最大達到24段段l每段壓裂的長度由每段壓裂的長度由2002年的年的900-1200m 到目到目前的前的80-120m清水壓裂 （Slick Water Fracturing)利用含有減阻劑、黏土穩(wěn)定劑和必要的表面活性劑的水為壓裂液，以這種利用含有減阻劑、黏土穩(wěn)定劑和必要的表面活性劑的水為壓裂液，以這種壓裂液作為前置液來提供支撐劑輸送壓裂液作為前置液來提供支撐劑輸送l 少量砂支撐劑的應用費用節(jié)省了少量砂支撐劑的應用費用節(jié)省了35%35%l 避免了凝膠壓裂液產生的儲層傷害

13、避免了凝膠壓裂液產生的儲層傷害l 降低壓裂液粘度，更多壓裂液進入微裂縫，擴大擴散通道降低壓裂液粘度，更多壓裂液進入微裂縫，擴大擴散通道l 有利于體積改造，通過分段多簇射孔形成次生裂縫和裂縫網絡有利于體積改造，通過分段多簇射孔形成次生裂縫和裂縫網絡l 產氣量更高產氣量更高并增加可采儲量并增加可采儲量分段清水壓裂分段清水壓裂清水壓裂清水壓裂 （同井重復壓裂）（同井重復壓裂）凝膠壓裂凝膠壓裂月天然氣產量月天然氣產量/ /百萬立方英尺百萬立方英尺 天天（CIPOLLA，2009）先采用聚合物凝膠壓裂，后期用清水重復壓裂投產初期泡沫壓裂：累產217 MMCF后凝膠重復壓裂:累產23 MMCF18年后清水

14、壓裂: 累產 1032 MMCFBARANETT 頁巖 (George E, 2010)清水壓裂 （Slick Water Fracturing)分段清水壓裂分段清水壓裂l頁巖氣頁巖氣藏有效開發(fā)的四項關鍵技術藏有效開發(fā)的四項關鍵技術l氣藏表征識別氣藏表征識別“甜點區(qū)甜點區(qū)”l長水平段水平井長水平段水平井l分段清水壓裂分段清水壓裂l微地震監(jiān)測微地震監(jiān)測l同井場鉆井同井場鉆井l有效壓裂液水資源管理有效壓裂液水資源管理微地震監(jiān)測技術在氣藏管理中的應用微地震監(jiān)測技術在氣藏管理中的應用l 最大主應力方位l 與裂縫連通的儲層體積l 裂縫網絡的規(guī)模等實時提供l 估算波及體積l 優(yōu)化水平井方位l 評價分段壓裂

15、效果l 預測分段壓裂產量貢獻率l 優(yōu)化射孔及壓裂段、避免地質災害層l 指導再完井增產措施微地震監(jiān)測技術在氣藏管理中的應用微地震監(jiān)測技術在氣藏管理中的應用根據微地震事件確定最大主應力方向，新井水平井通常平行或以大角度交于最大主應力，以獲得最佳的分段壓裂效果水平井平行于最大水平主應力方向水平井平行于最小水平主應力方向優(yōu)化水平井方位微地震監(jiān)測技術在氣藏管理中的應用微地震監(jiān)測技術在氣藏管理中的應用預測分段壓裂產量貢獻率改造的儲層體積（Inamdar 等，2010）6個月產氣量個月產氣量/ 百萬立方百萬立方英尺(Mayerhofer, 2006)（Chong 等，2010）優(yōu)化射孔及壓裂段、避免地質災害

16、層微地震監(jiān)測技術在氣藏管理中的應用微地震監(jiān)測技術在氣藏管理中的應用Banett 頁巖水平井地質災害層第一段壓裂微地震監(jiān)測平面視圖第一段壓裂微地震監(jiān)測平面視圖地質災害層地質災害層第一段壓裂微地震監(jiān)測三維視圖第一段壓裂微地震監(jiān)測三維視圖地質災害層第二段壓裂微地震監(jiān)測平面視圖第二段壓裂微地震監(jiān)測平面視圖地質災害層第一段壓裂微地震監(jiān)測三維視圖第一段壓裂微地震監(jiān)測三維視圖地質災害層微地震監(jiān)測技術在氣藏管理中的應用微地震監(jiān)測技術在氣藏管理中的應用監(jiān)測再完井增產措施Banett 頁巖平行最小水平主應力水平井，初始投產單段壓裂及微地震監(jiān)測結果投產4.5年后分兩段重復壓裂兩段重復壓裂水平段微地震事件數重復壓裂段

17、1重復壓裂段2兩段重復壓裂后的產量變化 （WATER等，2009）標準化產量標準化產量生產天數生產天數標準化累計產量標準化累計產量l頁巖氣頁巖氣藏有效開發(fā)的四項關鍵技術藏有效開發(fā)的四項關鍵技術l氣藏表征識別氣藏表征識別“甜點區(qū)甜點區(qū)”l長水平段水平井長水平段水平井l分段清水壓裂分段清水壓裂l微地震監(jiān)測微地震監(jiān)測l同井場鉆井同井場鉆井l有效壓裂液水資源管理有效壓裂液水資源管理同井場鉆井及有效的壓裂液水資源管理同井場鉆井及有效的壓裂液水資源管理頁巖氣開發(fā)井位分布于不同的私人土地上或惡劣條件下的原始森林頁巖氣開發(fā)井位分布于不同的私人土地上或惡劣條件下的原始森林同井場鉆井及有效的壓裂液水資源管理同井場

18、鉆井及有效的壓裂液水資源管理同井場多井水平井鉆井l同一井場通常鉆同一井場通常鉆6-86-8口水平井口水平井l減少總的井場數量減少總的井場數量l易于連接交通路線、傳輸管線和生產設易于連接交通路線、傳輸管線和生產設施施l提高整體經濟效益提高整體經濟效益l減少對生物棲息、公眾和環(huán)境的影響減少對生物棲息、公眾和環(huán)境的影響同井場鉆井及有效的壓裂液水資源管理同井場鉆井及有效的壓裂液水資源管理(Horn River 頁巖氣開發(fā)概念模型， Pflug, 2009)l雙層水平井開發(fā)雙層水平井開發(fā)l上層段頁巖厚度上層段頁巖厚度320ft320ftl中間中間60ft60ft碳酸巖鹽碳酸巖鹽l下層段：下層段：150 ft150 ftl2828口水平井口水平井/ /井場井場l地質儲量：地質儲量：400 400 BCF(112BCF(11210108 8mm3 3)/)/井場井場l驅替面積：驅替面積：77 kmkm2 2l可采儲量：可采儲量：150150 BCF(42BCF(4210108 8mm3 3)/)/井場井場l單井可采儲量：單井可采儲量：5.4 5.4 BCFBCFl采收率：