中國石化赴美頁巖氣考察報告

1、僅供個人參考不得用于商業(yè)用途不得用于商業(yè)用途中國石化赴美頁巖氣考察報告一、概況2009年初根據(jù)股份公司王志剛高級副總裁的指示，中國石化石油勘探開發(fā)研究院組織專家對國內(nèi)外頁巖氣勘探開發(fā)情況進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)研。4月底股份公司蔡希源副總地質(zhì)師帶領(lǐng)油田部有關(guān)人員到研究院聽取了調(diào)研匯報，隨即對中國石化頁巖氣工作做出了安排。油田部牽頭，以華東分公司為主，組織江漢油田、勘探南方分公司、石油勘探開發(fā)研究院專家對中國南方海相烴源巖發(fā)育的廣大地區(qū)開展選區(qū)評價工作，并與國際大石油公司進(jìn)行技術(shù)交流，為中國石化開展頁巖氣勘探開發(fā)作準(zhǔn)備。隨著工作的持續(xù)推進(jìn)，王總洞察頁巖氣與常規(guī)油氣在勘探開發(fā)技術(shù)方面的問題關(guān)鍵，提出頁巖氣勘探

2、開發(fā)除了請進(jìn)來，還要走出去。蔡總親自組織了由總部機(jī)關(guān)和基層企業(yè)的地質(zhì)和工程技術(shù)人員組成中國石化第一個頁巖氣技術(shù)考察團(tuán)。對赴美國考察的內(nèi)容、對象及日程作了詳細(xì)安排，強(qiáng)調(diào)要對BP等大公司的管理及技術(shù)進(jìn)行深入的調(diào)研了解，要求我們準(zhǔn)備好問題深入地問、到現(xiàn)場看設(shè)備、看施工、看關(guān)鍵環(huán)節(jié)?？疾靾F(tuán)最后在宗鐵副主任的帶領(lǐng)下，不負(fù)使命，克服時差帶來的困難、不顧長時間乘機(jī)帶來的勞頓，出發(fā)第一天就連換3個航班趕到考察目的地，最后用短短的2周時間橫跨美國中西部三大頁巖氣盆地，對3家在頁巖氣地質(zhì)評價，勘探開發(fā)技術(shù)及頁巖氣儲產(chǎn)量都有成就的公司進(jìn)行了考察訪問，圓滿完成了考察任務(wù)。1、考察團(tuán)組成團(tuán)長宗鐵團(tuán)員戴少武周松曾慶坤何發(fā)

3、岐李建青謝先平石油工程部副主任（工程）油田勘探開發(fā)事業(yè)部總地質(zhì)師（地質(zhì)）華東分公司副總經(jīng)理（工程管理）油田勘探開發(fā)事業(yè)部處長（鉆井）油田勘探開發(fā)事業(yè)部處長（地質(zhì)）華東分公司研究院副院長（地質(zhì)）華東分公司非常規(guī)項目部副主任（測試）2、考察對象及內(nèi)容BP是2008年開始進(jìn)入頁巖氣勘探開發(fā)領(lǐng)域的，通過在自己的區(qū)塊生產(chǎn)、購買氣田以及合作等方式到2009年已經(jīng)達(dá)到了日產(chǎn)360mmcf/天的能力。它在地質(zhì)評價、區(qū)塊優(yōu)選以及整個頁巖氣勘探開發(fā)生產(chǎn)組織、項目運作方面具有良好的經(jīng)驗值得中國石化借鑒。為此除了考察BP在鉆完井、壓裂方面技術(shù)外，參觀了巖心實驗室，聽取了它們在WOODFORD、HAYNESVELLE頁

4、巖氣地質(zhì)評價和選區(qū)的方法經(jīng)驗，直接在施工的壓裂現(xiàn)場參觀了施工組織。很重要的是聽他們講了精細(xì)的地球物理和地質(zhì)分析技術(shù)在設(shè)計水平井軌跡時的應(yīng)用經(jīng)驗、頁巖氣鉆井成本構(gòu)成、壓裂設(shè)計分段的基本原則等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的問題。CHEVRON眾所周知是一家大型石油公司，它的經(jīng)營發(fā)展具有極強(qiáng)的國際戰(zhàn)略優(yōu)勢。在頁巖氣領(lǐng)域的業(yè)務(wù)也是2008年涉足，他們抓住HAYNESVILLE頁巖中的勘探開發(fā)機(jī)會即時投資，很快建設(shè)產(chǎn)能，獲得成功，在美國及全球開展了頁巖氣選區(qū)評價工作，對中國頁巖氣的有利目標(biāo)開展了初步的研究。在國內(nèi)交流過程中對它們在復(fù)雜山地地區(qū)鉆井部署及“工廠化”生產(chǎn)組織、同步壓裂以及高演化烴源巖頁巖氣評價技術(shù)感興趣，重點考

5、察了他們在PICEANCE盆地鉆井實例及氣田的開發(fā)生產(chǎn)。HARDING-SHELTON公司規(guī)模不大，在頁巖氣勘探開發(fā)方面具有自己相對獨立的經(jīng)驗和優(yōu)勢。3、考察日程安排4月6日，北京到舊金山，經(jīng)轉(zhuǎn)丹佛到大章克申4月7-9，與Chevron交流，上午室內(nèi)技術(shù)交流下午現(xiàn)場參觀鉆井現(xiàn)場，參觀HPYARD。4月10-11:北美構(gòu)造及地層考察，以大峽谷地層剖面為主。4月12-13與哈丁歇爾頓公司交流，參觀頁巖氣壓裂現(xiàn)場；參觀頁巖氣鉆井現(xiàn)場，下午技術(shù)總結(jié)。4月14-16，與BP交流，會見BP北美天然氣業(yè)務(wù)總部領(lǐng)導(dǎo)，討論伍德福特(Woodford)頁巖氣作業(yè)概況及技術(shù)交流（地震，鉆井等）；參觀巖芯實驗室。15

6、日乘車前往氣田實地考察（包括：井場準(zhǔn)備，鉆井，壓裂，清洗井眼，生產(chǎn)和運輸?shù)龋?月17日代表團(tuán)乘飛機(jī)離開洛杉磯回國。二、頁巖氣成藏條件三、勘探開發(fā)技術(shù)一）物探技術(shù)地震技術(shù)在頁巖氣勘探開發(fā)中有極其重要的作用。1、目前大多將常規(guī)油氣勘探開發(fā)的地震資料開展頁巖氣勘探開發(fā)，能滿足井位部署的要求。泥頁巖地層與上下圍巖的地震傳播速度不同，在其頂?shù)捉缑鏁a(chǎn)生較強(qiáng)的波阻抗界面，結(jié)合錄井、測井等資料，識別、解釋泥頁巖地層，進(jìn)行頁巖構(gòu)造解釋和層序研究相對比較容易。目前北美頁巖氣地震資料主頻一般為3040hz，疊加次數(shù)90次。2、針對頁巖氣地震資料的處理技術(shù)處于探索階段目前北美在利用各種地震資料處理方法開展頁巖儲層

7、中的裂縫發(fā)育帶、和含氣性識別預(yù)測，主要技術(shù)有：相干分析技術(shù)：確定地下儲層的橫向巖性變化。通過三維切片解釋或拾取沿層相干數(shù)據(jù)，能有效地反映出地下斷層和裂縫的發(fā)育區(qū)。波阻抗反演預(yù)測技術(shù)：采用層間屬性提取的方法，對目的層段沿層體切片，通過合適的數(shù)學(xué)變換得到一定時窗內(nèi)的地震屬性進(jìn)行頁巖含氣性和巖性變化的預(yù)測。尤其是利用三維地震資料開展構(gòu)造和地層層序的精細(xì)解釋，對水平井的部署和井眼軌跡設(shè)計十分重要。儲層評價技術(shù)測井和取心是頁巖氣儲層評價的兩種主要手段。Schlumberge公司開發(fā)了多種針對性方法，其中ECS(ElementalCaptureSpectroscopy)來識別頁巖礦物成份。成像測井可以識別

8、出裂縫和斷層，并能對頁巖進(jìn)行分層。聲波測井可以識別裂縫方向和最大主應(yīng)力方向，進(jìn)而為氣井增產(chǎn)提供數(shù)據(jù)。單獨的GR曲線能夠估算出粘土含量，但不能很好地識別出粘土礦物類別，而元素俘獲測井ECS能較好的解決粘土礦物類別問題。巖心分析主要是用來確定孔隙度、儲層滲透率、泥巖的組分、流體及儲層的敏感性，并分析測試TOC和吸附等溫曲線。Bp十分重視基礎(chǔ)研究工作。通過參數(shù)井的系統(tǒng)取心，巖心資料的系統(tǒng)描述和分析，在“相控頁巖分布”的思路指導(dǎo)下通過巖心的層序和沉積的細(xì)致描述，研究頁巖的沉積特征，編制不同層系頁巖沉積相平、剖面圖。參觀BP實驗室的Arkoma盆地的伍德福德頁巖的巖心實物資料，頁巖分布在富含有機(jī)質(zhì)頁巖、

9、碎屑巖和碳酸鹽巖構(gòu)成的旋回沉積體中，泥盆系黑色頁巖層分布在第一、二沉積旋回中。它是由含硅頁巖、石灰?guī)r和少量白云巖組成?？傮w上，巖層中硅含量相對較多（占體積的35%-50%），而粘土礦物含量較少（35%）。根據(jù)統(tǒng)計，富含硅質(zhì)的頁巖要比富含粘土質(zhì)頁巖在人工壓裂中產(chǎn)生更好的效果，主要是因為它很脆易于采取增產(chǎn)措施。（三）水平井鉆井技術(shù)直井在頁巖氣勘探開發(fā)過程中的作用是有限的，除去前期作為參數(shù)井獲得資料數(shù)據(jù)外，壓裂后產(chǎn)出的氣體數(shù)量與投入無法匹配，水平井及其水平段的大規(guī)模多級壓裂是解決頁巖氣產(chǎn)出并獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益的有效手段。1、水平段井眼位置及方位的選取在大段頁巖井段中，水平井眼位置選擇在低應(yīng)力區(qū)、高孔

10、隙度區(qū)、石英富集區(qū)和富干酪根區(qū)；水平井眼沿最小水平應(yīng)力方向鉆進(jìn)才能鉆遇更多天然裂縫或誘導(dǎo)裂縫，后期的壓Tfircfr営丿口HunzontslWellwithSsvsnStagiBHydraulicFraCEure(FraLlur?BiTwr!B404*&fipOOD附隔加咖FXt沁8iTme/S火rftoMr-rSairicferoniff.,裂裂縫與井眼方向垂直，壓裂改造效果好，可獲得高產(chǎn)。2、精細(xì)的三維地震資料是設(shè)計水平井軌跡的重要依據(jù)一嫌苗控坍3、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)常規(guī)的定向鉆井技術(shù)可能受到扭矩和阻力的影響，而扭矩和阻力通常是井筒造斜過程中由滑動和旋轉(zhuǎn)所造成的。在更復(fù)雜的井眼軌跡中，扭矩和

11、阻力可能限制橫向位移，加大測井難度。為了避免上述問題的發(fā)生，在開采較直且曲折度不大的井時，可采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)。在某些情況下，從水平段底部到頂部的傾角變化低于0.5。4、隨鉆成像測井技術(shù)成像測井提供構(gòu)造信息、地層信息和力學(xué)特性信息，用于優(yōu)化完井作業(yè)。成像能夠?qū)⒌貙犹烊涣芽p和鉆井誘發(fā)裂縫進(jìn)行比較，幫助作業(yè)者確定射孔和油井增產(chǎn)的最佳目標(biāo)。利用測井得到的成像資料來識別地震資料無法識別的斷層以及與之相關(guān)的從下伏喀斯特白云巖中產(chǎn)水的天然裂縫群。5、雙半徑軟著陸造斜技術(shù)進(jìn)入頁巖地層的軟著陸方式是首選，雙半徑軟著陸造斜技術(shù)主要是在造斜點開始到進(jìn)入頁巖頂部之前使用小半徑，接近頁巖頂部使用較長的半徑，可以減少鉆頭

12、中靶花費的時間。6、鉆井工藝要求（1）叢式鉆井采用底部滑動井架鉆叢式井組，每井組38口單支水平井，井距150-200m左右，節(jié)約搬家時間和費用。（2）井身結(jié)構(gòu)三級井身結(jié)構(gòu)Z1l5nleLOorductorZ3EngReductionSurfacecasirgTypicalWellSchematicsWDDtrlordHOLESIZECASING/COMPLETIONDepthHit)(ft)2O!16778pphJ-MBTC3017-1ft*t3rBny4Sppl/H0STC46512-1/4芥引和M-to/LTCsooS.3J45”謳呼11LTCisaaaHayiwvlllSIZECASNO

13、rCOMFLEliaNDnpthMSIft)ifjT-Sppf?J.-SBBTC13.1I2110-M-45ifHCN-BIFiBTCJIB26.7#LTCinooBNJ2X2f3）鉆井泥漿：直井段（三開前）對泥漿體系無特殊要求，主要采用水基鉆井泥漿。水平段鉆井泥漿要求防止泥巖膨脹、提高井眼穩(wěn)定性、預(yù)防泥漿漏失、提高鉆速。因此現(xiàn)場主要采用油基泥漿體系。（4）鉆井與固井的銜接在完鉆通井時要充分循環(huán)泥漿,徹底將井底和水平井段沉積的巖屑循環(huán)干凈，有利于固井質(zhì)量的提高。7、頁巖水平井固井技術(shù)（1）水平井固井難題下套管難度大。水泥漿性能要求高：既要保證水泥漿有較好的防氣竄效果,漿體還要具有低濾失、零析水

14、、微膨脹及很好的流動性和沉降穩(wěn)定性。鉆井和固井對鉆井液性能的要求側(cè)重點不同：在鉆井過程中要求鉆井液密度適當(dāng)過平衡,具有較高的粘度和切力,而固井要求固井前的鉆井液具有較低的粘度和切力。循環(huán)排量控制存在風(fēng)險：水平井的井壁穩(wěn)定性較差,循環(huán)洗井時的排量控制都比較低,不利于徹底清除水平井段低邊沉積的巖屑。（2）水平井固井質(zhì)量影響因素套管偏心的影響：水平井在大斜度井段和水平井段套管所受的重力方向不再是軸向而是徑向,這一重力極易導(dǎo)致套管偏心,使套管低邊的鉆井液驅(qū)動困難,容易竄槽,從而影響頂替效率。鉆井液性能的影響：水平井的鉆井液性能偏重，考慮了井壁穩(wěn)定的因素,泥漿比重、粘度一般比較高,流動性差,替漿時易發(fā)生

15、竄槽,嚴(yán)重影響頂替效率。水泥漿性能的影響：水平井固井的水泥漿不僅要有良好的沉降穩(wěn)定性,而且要有很好的流動性,需要通過合理調(diào)整外加劑的用量來解決這一矛盾,使其在替漿時能有效的沖刷井壁保證井眼干凈,提高頂替效率。前置液的影響：合理地設(shè)計前置液性能和用量是防止各種流體之間竄槽,提高頂替效率的關(guān)鍵。鉆井井眼準(zhǔn)備的影響：鉆井過程中在水平井水平段和40。60啲造斜段容易沉砂，鉆井結(jié)束后不徹底清除這些部位的沉砂，將嚴(yán)重影響固井效果。（四）頁巖氣壓裂改造技術(shù)1、頁巖氣改造技術(shù)發(fā)展歷程沃斯堡盆地Barnett頁巖氣藏的開發(fā)先后經(jīng)歷了直井小型交聯(lián)凝膠或泡沫壓裂、直井大型交聯(lián)凝膠或泡沫壓裂、直井減阻水力壓裂與水平井

16、水力壓裂等多個階段，增產(chǎn)效果極大地提高。2、頁巖氣增產(chǎn)改造思路針對頁巖氣低孔低滲，生產(chǎn)產(chǎn)能受天然裂縫影響的特點，頁巖氣采用水平井開發(fā)方式。為了實現(xiàn)盡可能多的溝通天然裂縫系統(tǒng)，鉆井時采用地質(zhì)導(dǎo)向，針對水平井采用分段改造工藝。為了實現(xiàn)長期穩(wěn)產(chǎn)，配套使用裂縫監(jiān)測系統(tǒng)，優(yōu)化壓裂裂縫系統(tǒng)，實現(xiàn)有效泄油面積最大化。為降低施工液體對儲層的水敏傷害，采用高性能低傷害添加劑。針對返排問題，采用高性能助排劑。根據(jù)不同儲層物性條件、天然裂縫發(fā)育情況，優(yōu)選支撐劑及施工程序，提高壓后生產(chǎn)效果。3、頁巖壓裂工藝方法通過經(jīng)濟(jì)評估以及現(xiàn)場試驗，以下幾種措施方法得到現(xiàn)場的認(rèn)可，并得到大量的應(yīng)用，包括：降阻水大型壓裂、清潔壓裂液

17、ClearFRAC、纖維壓裂技術(shù)FiberFRAC。（1）降阻水大型壓裂改造1997年，Mitchell能源公司開始對使用減阻水作為增產(chǎn)措施液體。同樣是大規(guī)模的施工，也可以產(chǎn)生長而窄的裂縫通道，所使用的液量甚至超過以往交聯(lián)壓裂液的大型壓裂措施的規(guī)模，達(dá)到其兩倍左右的用量，而泵入的支撐劑體積還不到交聯(lián)液大型水力壓裂的10%。與大型水力壓裂相比，雖然在油氣井動態(tài)方面改善不是很明顯，但其成本卻下降了65%左右，從投資回報的角度卻可以獲得很大的收益。因此，目前減阻水大型增產(chǎn)措施已成為Barnett頁巖中最為常見的增產(chǎn)措施。而且，增產(chǎn)作業(yè)費用的下降允許作業(yè)者對指標(biāo)相對較差的目的層進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性開發(fā)，在一定程

18、度上提高了采收率。通過檢索斯倫貝謝公司在頁巖氣進(jìn)行的壓裂施工記錄數(shù)據(jù)，從2002年2月開始記錄，截至目前累計頁巖氣壓裂施工13428井次，其采用的使用降阻水大型壓裂措施的累計7376井次，可見該方法應(yīng)用非常廣泛。右圖為一大型壓裂施工現(xiàn)場照片，可以看到大型壓裂施工對設(shè)備的需求是非常巨大的。減阻水在國內(nèi)通常被認(rèn)為是在清水中加入少量胍膠配置而成，盡管這種溶液可以在一定程度上降低液體的摩阻，大約可以降低50左右，但仍有很多的聚合物被泵注到儲層中。目前在美國的頁巖氣壓裂措施中，往往使用降阻劑代替胍膠來實現(xiàn)減低摩阻的作用，而且獲得的摩阻降低率可以達(dá)到75%左右，對于大排量施工（頁巖氣進(jìn)行壓裂時的排量甚至可

19、以達(dá)到20m3/min的水平），有效地降低液體的摩阻，可以減少對設(shè)備的需求，從而在一定程度上降低措施成本。（2）清潔壓裂液ClearFRAC在Barnett頁巖壓裂過程中一般使用降阻水進(jìn)行施工，但是其它頁巖開發(fā)區(qū)的作業(yè)者發(fā)現(xiàn)，壓裂過程中存在水力壓裂裂縫中支撐劑充填不充分的情況。為了解決該問題，一些作業(yè)者采用了清潔壓裂液或纖維壓裂技術(shù)來延長支撐劑懸浮時間。清潔壓裂液除了支撐劑本身以外，不含可能降低裂縫滲透率的聚合物成分，并且可以與富含有機(jī)物的頁巖配伍，因此在壓裂措施方面具有明顯的優(yōu)勢。90年代，斯倫貝謝公司在粘彈性表面活性劑的基礎(chǔ)上開發(fā)岀了無聚合物的水基壓裂液ClearFRAC通常稱為“清潔壓裂

20、液”。該技術(shù)的基礎(chǔ)是采用同時具有親水和親油的基團(tuán)的表面活性劑，當(dāng)其溶于水時，在基團(tuán)與水分子間的作用力驅(qū)動下，其分子相互吸引形成為膠束結(jié)構(gòu)，整個膠束結(jié)構(gòu)的表面形成親水的特征，其形狀通稱呈球形。當(dāng)水溶液中某種特定的鹽濃度達(dá)到一定值時，膠束會形成類似于聚合物纖維一樣的桿狀結(jié)構(gòu)，這種桿狀結(jié)構(gòu)相互纏繞從而表現(xiàn)岀粘彈性的特征，從而表現(xiàn)岀一定的粘度和擬固彈性的特征。在施工結(jié)束以后，通過在預(yù)前置液使用破膠劑或儲層產(chǎn)液的作用下，清潔壓裂液的桿狀纏繞結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，再次形成球狀的膠束結(jié)構(gòu)，失去粘性的特征，從而非常容易從裂縫中返排岀來。盡管清潔壓裂液的分子聚集形成一定長度的桿狀結(jié)構(gòu)，但相比與聚合物的分子量大小，卻是

21、數(shù)量級的降低，因此，在降低儲層損害方面獲得極大的改善。以下是整在水中形成球狀膠束結(jié)構(gòu)在一定濃度鹽的作用下，形成桿狀結(jié)構(gòu):大量的桿狀結(jié)構(gòu)纏繞在以下，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)一掃描電子顯微鏡下的清潔壓裂液的.-桿狀結(jié)構(gòu)纏繞在起的照片除了低分子量降低儲層損害的作用以外，清潔壓裂液由于不同于常規(guī)聚合物壓裂液的攜砂機(jī)理，在控制裂縫高度方面具有明顯的優(yōu)勢。從是清潔壓裂液與聚合物壓裂液的流變性曲線可以看到，盡管使用了比較低的聚合物濃度，常規(guī)壓裂液的粘度還是有4OOcp左右，而清潔壓裂液只有100cp的粘度。一8A4iOH|yU：nr_口也.JIH5HSigIsS3731MEIMTViivvn清潔壓裂液的流變性曲線35磅

22、(4.2kg/m3)胍膠壓裂液由于其攜砂機(jī)理的不同，盡管清潔壓裂液的粘度很低，其攜砂能力卻是非常高。而粘度低的最大優(yōu)勢是裂縫中相對較小的凈壓力。在清潔壓裂液較低的粘度情況下，突破蓋底層的幾率會明顯降低，在一定程度上可以起到控制裂縫高度的目的，一定的液體用量清潔壓裂液可以獲得相對更長的裂縫長度。同時，較低的粘度會直接影響液體摩阻，清潔壓裂液的摩阻是非常低，從而降低對設(shè)備的要求。這也是為什么連續(xù)油管壓裂液通常使用清潔壓裂液的原因之一。針對頁巖氣儲層，由于滲透率非常低，對于注入流體的損害會更加敏感，這是頁巖氣的改造方法逐漸從常規(guī)聚合物液體壓裂，泡沫液體壓裂、大規(guī)模聚合物液體壓裂最終發(fā)展為降阻水大規(guī)模

23、壓裂，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧崏毫岩汉屠w維壓裂等工藝的基本原因。(3)纖維壓裂技術(shù)FlberFRAC。在壓裂過程中，支撐劑都存在沉降的情況，其沉降的程度對最終的裂縫幾何形態(tài)影響非常大。如果沉降的速度高，支撐劑可能會集中在裂縫的底部，極端情況下會出現(xiàn)上部裂縫在開啟以后由于沒有支持出現(xiàn)裂縫閉合的情況，這也是在降阻水大型壓裂施工可能出現(xiàn)的情況，如下圖所示：沒有采用纖維情況，裂縫閉合支撐劑沉采用纖維情況，支撐劑在纖維的拖曳支撐降，有效的裂縫形態(tài)較差下，基本保持在裂縫中的原來位置，獲得較好的裂縫形態(tài)由于泵注液體的粘度非常低，其攜砂完全靠大排量泵注所產(chǎn)生的紊流來攜帶支撐劑前進(jìn)，而頁巖較低的滲透率導(dǎo)致相對較長的閉

24、合時間，進(jìn)一步促進(jìn)了支撐劑的沉降作用。目前針對這個問題，斯倫貝謝公司利用纖維的物理支撐作用，使用非常低的線性膠溶液實現(xiàn)頁巖氣進(jìn)行高砂比泵注，降低液體用量，同時保持裂縫非常高的導(dǎo)流能力的目的。目前水平井開發(fā)頁巖氣以及水平井多級壓裂技術(shù)的應(yīng)用，使措施效果得到了極大的提高。目前頁巖氣開發(fā)井85以上采用水平井完井，采用減阻水壓裂工藝方法。4、頁巖氣井壓裂技術(shù)的優(yōu)缺點（1）降阻水大型壓裂優(yōu)點：工藝方法成熟，大約占到所有增產(chǎn)措施方法的55%左右，而且還在增加。技術(shù)要求相對較低，對于該井屬于先導(dǎo)試驗性措施工作，適于采用成熟的、簡單的工藝，避免由于工藝復(fù)雜造成施工結(jié)論不清的情況。使用施工材料簡單，相對措施成本

25、較低在施工規(guī)模較大的情況下，較長的裂縫溝通盡可能多的儲層，動用的儲層充分。缺點：對施工后勤要求比較高，需要準(zhǔn)備大量的液體，多套壓裂設(shè)備參加施工。裂縫的寬度較小，導(dǎo)流能力相對較低，產(chǎn)量增加受到限制。（2）纖維壓裂技術(shù)優(yōu)點：具有很好的攜砂能力，支撐劑可以輸送到深部，裂縫導(dǎo)流能力較高。纖維具有控制裂縫沉降的作用，裂縫閉合過程中不會出現(xiàn)支撐劑沉降導(dǎo)致的裂縫效率下降的情況。設(shè)備數(shù)量要求相對較低。缺點：需要使用一定的聚合物，相對降阻水有更高的儲層傷害的問題。相對較新的技術(shù)，現(xiàn)場施工的質(zhì)量控制要求較高。（3）清潔壓裂液優(yōu)點：沒有高分子聚合物，對儲層傷害小。較低的粘度，具有非常好的攜砂能力，裂縫效率高，裂縫導(dǎo)

26、流能力高。同時，可以在控制縫高方面具有優(yōu)勢，盡管頁巖一般厚度巨大，但在高粘液體施工是仍具有高度過度延伸的問題。設(shè)備數(shù)量要求相對較低。缺點：施工成本相對較高。相對較新的技術(shù)，現(xiàn)場施工的質(zhì)量控制要求較高。采用低傷害清潔水壓裂，降低施工成本，提高開發(fā)效益。5、壓裂優(yōu)化壓裂優(yōu)化主要內(nèi)容：井身結(jié)構(gòu)分析及壓裂設(shè)計、射孔井段選擇、測井?dāng)?shù)據(jù)分析、地應(yīng)力場分析、井筒適應(yīng)性分析、壓裂液優(yōu)化、支撐劑選擇、測試壓裂分析、施工規(guī)模優(yōu)化。（1）壓裂液優(yōu)化結(jié)合目標(biāo)井層改造目標(biāo)的實際情況，在室內(nèi)實驗的基礎(chǔ)上，優(yōu)選適合壓裂目的層的壓裂液體系，并確定最終的壓裂液配方，確保壓裂液滿足施工攜砂能力，并具有低傷害性能和經(jīng)濟(jì)性能，實現(xiàn)改

27、造地層壓后增產(chǎn)而又盡可能控制成本的目的。低壓地層：N2或CO2泡沫液壓裂；常壓或者高壓地層：滑溜水壓裂，其中主要成分是淡水，其次是砂子，各種添加劑所占比例不到0.5%。采用降阻水施工，對于液體優(yōu)化方面還有很多要求，保證對儲層的傷害最小化。常規(guī)做法是利用儲層巖心進(jìn)行流動性測試，對配伍性進(jìn)行分析。常用的降阻水壓裂液配方材料名稱液體中作用氯化鉀起到短期的粘土防膨作用殺菌劑（M275）殺菌劑，處理液體中菌類，冋時避免菌類進(jìn)入儲層造成影響消泡劑（D047）用于液體中避免化學(xué)劑產(chǎn)生泡沫，影響液體配置質(zhì)量和泵注降阻劑（J313）降低管線摩阻效應(yīng)長效粘土穩(wěn)定劑（L055）具備防止粘土膨脹，同時固化運移型儲層粘

28、土作用表面活性劑（F108）助排作用，起到提高返排率，提高措施效果作用（2）支撐劑選擇：類型：不同階段使用不同的支撐劑，開始使用一種直徑較小的砂粒，最后是一種直徑較大樹佛涂敷砂支撐劑；密度：考慮使用超輕支撐劑（ULWP），沉降速度最小，效果最好。（3）攜砂比：開始的支撐充填子階段開始于低濃度支撐劑，在每個子階段，支撐劑濃度均勻增加，有代表性的增量是02ppg/子階段。（4）測試壓裂分析一般在壓裂措施前，尤其是區(qū)塊的新井參數(shù)井，在主壓裂施工之前會進(jìn)行注入測試壓裂施工。注入測試包含三個步驟：階梯升排量到設(shè)計值，階梯降排量和平衡測試。利用校正注入測試則可以獲得以下關(guān)鍵的優(yōu)化參數(shù)：裂縫半長（Xf）、裂

29、縫寬度（w）、裂縫高度（Hf）、廣UtpnStick28837bblwatw186tonssandFnctrOn1rwftjcerSiocKteAwrageRate:77.1bpmAragePreaBure4,136priMaxRartc:77.4bpmMai.p：esfistirE.182p&iFineisiP1.34&nmFracGradcni.0.72psiRTealLead23S37bAocai畑Q2lR3DDlbsTMrJ誨40152.0QDIb$液體濾失系數(shù)（C）、楊氏模量（E）、液體效率（g）。通過變排量方法、停泵壓力降等方法獲取儲層的閉合壓力、液體效率等重要信息，并在此基礎(chǔ)上對

30、儲層的應(yīng)力場數(shù)據(jù)進(jìn)行修正、對主壓裂泵注程序進(jìn)行優(yōu)化，從而盡量實現(xiàn)有效改造儲層。測試壓裂對于探井或新井具有非常的意義，對于提高單井的措施成功率以及同區(qū)塊儲層未來措施方案的優(yōu)化都具有非常高的參考價值。AverageFracStageLengthvsRateHaynesWIleHdrizontalWellsAverageFracStageLength(5)壓裂規(guī)模優(yōu)化北美頁巖氣壓裂規(guī)模的優(yōu)化主要是根據(jù)產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益分析總結(jié)中得出規(guī)律的。裂縫半長400m。2147支播刑ittaii2625更大:成力半悵.m龍撐朮力半也口3739近井IH孤進(jìn)辺懇髙度n1134的蟲史裂這直.啞nm016、水平井分段多級壓

31、裂工藝水平井的成本一般是垂直井的1.0-1.5倍,而產(chǎn)量是垂40001.0620080010002工4(02003000卜人2州2l-水平井叫滬就2000*tup?均嚴(yán)站4比辜直井的3倍左右，目前美國85%的頁巖氣開發(fā)井為水平井+分段壓裂改造方式。(1)工藝流程井場準(zhǔn)備(場地、用水、壓裂設(shè)備、壓裂用料等),井筒清理、試壓，安裝壓裂井口。第一級射孔，主要采用連續(xù)油管作業(yè)設(shè)備進(jìn)行TCP射孔。酸處理，壓裂前用鹽酸對射孔井段進(jìn)行酸洗，降低施工壓力。小型壓裂測試。壓裂，光套管、大排量減阻水壓裂施工。再按設(shè)計進(jìn)行減阻水壓裂施工。對于參數(shù)井在壓裂的同時進(jìn)行裂縫方位監(jiān)測。壓后直接井口關(guān)井。下橋塞封隔并進(jìn)行第二

32、段射孔。采用測井電纜，橋塞與射孔槍通過井口防噴盒帶壓下入井里，下入時邊注清水邊下槍。下至目的段后，點火坐封橋塞并對第二段進(jìn)行射孔。同步驟完成壓裂施工。再按步驟、完成多段射孔及壓裂施工。壓后采用連續(xù)油管對井內(nèi)橋塞進(jìn)行鉆除。井口控制放噴生產(chǎn)。(2)射孔優(yōu)化一般頁巖水平段長1300m，每個壓裂段100-130m，每段射3-4次，每次射孔2-3尺，孔密8-16孔/米，60相位角。一次完成射孔及加塞。壓裂工藝FastDrillPlug快鉆壓裂塞分段改造該工藝針對第一階段改造時用TCP射孔，而后進(jìn)行套管壓裂，對后續(xù)壓裂層段采用座封壓裂塞和射孔一趟電纜完成，其中可以使用多級點火可射多段孔。F-liheGun

33、sFfukJunderSettingtoolPumpdownplugpumppressure該技術(shù)適用于套管完井水泥固井的水平井多段壓裂，適用于多種套管尺寸(3.5”,4.5”,5.5”,7”)，一趟電纜同時射孔及座封壓裂塞，壓裂后可快速鉆掉壓裂塞(十分鐘便可鉆掉一個)，可鉆塞的材質(zhì)很輕，非常容易排出。現(xiàn)場采用該工藝進(jìn)行作業(yè)時，通常是多井同時施工，不同井可以進(jìn)行下放座封壓裂塞或者壓裂施工作業(yè)，節(jié)約現(xiàn)場施工時間。需要較大功率設(shè)備，施工一般排量要求大于6m3/min；由于是套管加砂壓裂，因此要求較高的套管及套管頭承壓能力，良好的固井質(zhì)量和盡可能到地面的水泥返高；另外，要求水平段是套管固井完井。遇油

34、膨脹分隔器+開關(guān)滑套+膨脹式尾管懸掛器分段改造。該工藝技術(shù)采用的封隔器是遇油膨脹封隔器。噴砂器使用的是滑套噴砂器。如壓裂四層，就在一趟管柱上把四層所需要的封隔器（8套）連接下到位，第一層采用普通噴砂器，后三層采用滑套噴砂器，壓完第一層后打開上一層的滑套噴砂器壓上層，實現(xiàn)分層壓裂。最多可以實現(xiàn)對10個層進(jìn)行不動管柱的分壓處理。其水平段管柱結(jié)構(gòu)見下圖。該管柱結(jié)構(gòu)可以作為裸眼井的完井管柱結(jié)構(gòu)。其中采用的遇油膨脹封隔器具有以下特點：根據(jù)油管外徑可以加工任何外徑膠皮越厚，膨脹系數(shù)越大，承壓越高膠筒越長，承壓越高特別適合不規(guī)則井筒的隔離密封該套管柱是壓裂、生產(chǎn)一體化管柱，適合于水平段裸眼完井的水平井，壓裂

35、作業(yè)完成后，作業(yè)管柱可以作為生產(chǎn)管柱直接投產(chǎn)。Surgifrac水力噴射定點壓裂技術(shù)該技術(shù)是采用專門的工具，利用水力噴射原理，將工作液加壓經(jīng)過噴射產(chǎn)生高速射流沖擊切割套管及巖石形成一定直徑和深度的射孔孔眼；射流連續(xù)作用在噴射通道中形成增壓，同時環(huán)空泵入液體增加環(huán)空壓力，噴射流體增壓和環(huán)空壓力疊加超過地層破裂壓力后地層被壓開。保持孔內(nèi)壓力不低于裂縫延伸壓力，同時在噴射流核外將形成相對負(fù)壓區(qū)，環(huán)空流體被高速射流卷吸進(jìn)入射孔通道，裂縫得以充分?jǐn)U展。該技術(shù)的基本工作程序為：帶噴嘴的油管（或者連續(xù)油管）噴射施工-噴射壓裂第一層-上提管柱至第二層，噴射施工-同理，壓裂第二層及剩余層。僅供個人參考僅供個人參

36、考與一般的分層壓裂技術(shù)相比，該技術(shù)具有廣泛的適應(yīng)性，可以應(yīng)用在裸眼完井、套管完井、篩管完井等各種完井方式的水平井中。頁巖水平井壓裂后返排全部分隔段射孔和壓裂完成后，橋塞分隔方式則使用連續(xù)油管帶鉆頭一次快速鉆碎所有橋塞，返排至地面；封隔器+滑套封隔方式則待管柱起出后直接等待返排。幾天后井開始間歇自噴，壓裂液返排量一般1/3。投產(chǎn)初期節(jié)流器加以控制，防止支撐劑返排至地面。投產(chǎn)后第一年遞減率高達(dá)65-80%，之后維持低產(chǎn)，一般一次壓裂可維持長達(dá)25年的生命周期。7、同步壓裂技術(shù)(simo-fracturing)這項技術(shù)是近幾年在沃斯堡盆地Barnett頁巖氣開發(fā)中成功應(yīng)用的最新壓裂技術(shù)。即同時對兩口

37、(或兩口以上)的井進(jìn)行壓裂。在同步壓裂中,采用使壓力液及支撐劑在高壓下從1口井向另1口井運移距離最短的方法,來增加壓裂縫網(wǎng)絡(luò)的密度及表面積,該技術(shù)可以快速提高頁巖氣井的產(chǎn)量。同步壓裂最初是兩口互相接近且深度大致相同水平井間的同時壓裂,目前已發(fā)展到3口、甚至4口井間同時壓裂。不得用于商業(yè)SideVhwStressShadowinHorizontalWell*2址mr鈿FKn1-irWi-iMmHrunMethod?nETrtwrp:跑、LowerstressanisotropyproducBEiawiderfractureareaLeadmtohigherrecoveryfactors8、二次壓

38、裂增產(chǎn)技術(shù)Barnett的大部分頁巖氣井都進(jìn)行了二次壓裂，二次壓裂后可接近或超過初次壓裂時的產(chǎn)量。采用直井對Barnett頁巖氣開發(fā)時，初期產(chǎn)量迅速遞減，之后逐漸穩(wěn)定。二次壓裂能夠使Newark東老（直）井有效增產(chǎn)，特別是對上世紀(jì)90年代末以前使用凝膠液完井的油氣井最有效。這項技術(shù)被進(jìn)一步應(yīng)用到新井中，在一般情況下，二次壓裂后井的產(chǎn)氣速度能達(dá)到或超過原始產(chǎn)氣速度。表明多次壓裂對某些井來說是有經(jīng)濟(jì)效益的。二次壓裂能夠激活與最大水平應(yīng)力垂直的天然裂縫。但這種裂縫激活反應(yīng)通常不會發(fā)生在粘性流體中。對于那些原先應(yīng)用減阻水措施完井的井實施重復(fù)壓裂通常效果不太明顯。9、頁巖水平井壓裂監(jiān)測技術(shù)（1）目的：掌

39、握人工裂縫的實際幾何學(xué)特征（高度、長度和方位）；實時監(jiān)測控制壓裂的過程，做到對壓裂進(jìn)行優(yōu)化的選擇；優(yōu)化當(dāng)前以及將來鉆井井位。（2）實施：VSI儀器放在觀測井中（一般是直井）,壓裂井與觀測井間距2000ft（600米）,持續(xù)的微地震監(jiān)測,實時的探測和處不得用途I*AV111.ircilnfi:EliCMtmoDwinlrnHiAUdirid|血IlB(yr.r.Conipon-ontsofSeismicFractureMappingAhAzinilh-AiijQDsHmin-rlnn僅供個人參考不得用于商業(yè)用途不得用于商業(yè)用途理,處理后的裂縫位置可進(jìn)行三維顯示。10、頁巖水平井壓裂技術(shù)發(fā)展趨勢(1)水平段套管：一般采用51/2”；(2)水平段分隔：以橋塞和分割器+滑套兩種封隔方式為主；水平井分段數(shù)在增加，但每段的射孔數(shù)目在下降；井距呈下降趨勢，段距呈下降趨勢；大且多的裂縫平行于MxHS方向，小裂縫垂直于MxHS的三維裂縫網(wǎng)絡(luò)效果最好；多井同步(即時)壓裂在多井之間壓力恢復(fù)