北美页岩气勘探开发技术考察报告

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1、12根据股份公司王志刚高级副总裁的要求：中国石化页岩气勘探开发除了“请进来”，还要“走出去” 。 蔡希源副总地质师亲自组织了中国石化页岩气技术考察团。对考察的内容、对象及日程作了详细安排；强调要对BP等大公司的管理及技术进行深入的调研了解。要提前准备好问题，深入地问；到现场看设备、看施工、看关键环节。 调研时间虽然不长，但经前期充分准备，通过针对性讨论，现场实地考察，长了见识，开拓了思路，初步掌握了核心技术，圆满完成了考察任务。3一、一、 概况概况二、二、 调研成果调研成果三、三、 建议建议1、页岩气藏特点2、选区评价技术3、物探技术4、水平井钻井技术5、水平井压裂技术6、“井工厂”理念41、

2、考察团成员团长 宗 铁 石油工程部副主任（工程）团员 戴少武 油田勘探开发事业部总地质师（地质）周 松 华东分公司副总经理（物探）曾庆坤 油田勘探开发事业部处长（采油气）何发岐 油田勘探开发事业部处长（地质）李建青 华东分公司研究院副院长（地质）谢先平 华东分公司非常规项目部副主任（采油气）52、考察行程4月6日， 抵达美国。4月7-9日，与 Chevron进行技术交流、参观钻井现场及设备、参观天然气生产流程。4月10-11日，北美构造及地层考察，以大峡谷地层剖面为主。4月12-13日，与哈丁歇尔顿公司交流，参观页岩气压裂现场；参观页岩气钻井现场，并进行技术总结。4月14-16日，与BP交流，

3、在HOUSTON会见BP北美天然气业务总部领导，讨论伍德福特（Woodford ）页岩气作业概况及技术交流（地震，钻井等）； 参观岩芯实验室； 在OKLAHOMA前往气田实地考察整个生产流程（包括：井场准备，钻井，压裂，清洗井眼，生产和运输等）。4月17日，代表团乘飞机离开洛杉矶回国。 63、考察对象及主要活动技术交流：5个报告，主要就钻井技 术与完井技术进行了深入的 探讨与交流。(1)雪佛龙公司7现场考察：参观了PICEANCE盆地1 个天然气田，包括气田管理 站，增压站、钻机，丛式井 （井“工厂”）井场及整个气 田的部署 。(1)雪佛龙公司增压站3、考察对象及主要活动8井“工厂” 采气井“

4、工厂”钻井钻井井架9(2)哈丁.歇尔顿公司技术交流：4个报告，主要就资源评价、压裂、测井及裂缝监测技术进行了深入的交流。3、考察对象及主要活动10现场考察：参观了1个压裂井 场、2个采气井场。(2)哈丁.歇尔顿公司2口井同步压裂施工现场规模大，井场占地面积大，2口井分属不同公司。采气井场 3、考察对象及主要活动11(3)BP公司技术交流：4个专题报告，包括资源评价技术、钻井部署与设计、水平井钻井技术、压裂技术进行了深入的探讨与交流。并到岩心实验室观察岩心。岩芯试验3、考察对象及主要活动12现场流程考察：参观了钻前、钻 井、压裂、采气等页 岩气生产环节。(3)BP公司钻前现场水平井钻井现场采气井

5、场采气曲线压裂现场3、考察对象及主要活动134、考察的认识与体会(1) 外国公司具有极强的安全意识及周密防范措施；(2) 每个页岩页岩气成藏地质各具特色和勘探开发特点；（3）页岩气勘探开发关键技术包括：资源评价技术、地震处理与解释技术、水平井钻井技术、水平井多级分段压裂技术（含微地震监测）等。(4) 页岩气勘探开发的关键点：井位设计、压裂设计。 144、考察的认识与体会CHEVRON：在复杂山地地区钻井部署及“工厂化”生产组织、同步压裂以及高演化烃源岩页岩气评价技术 具有特点。2008年通过购买页岩气田开发进入。BP：在地质评价、区块优选以及整个页岩气勘探开发生产组织、项目运作方面具有良好的经

6、验值得中国石化借鉴。2008年通过购买页岩气田开发进入。HARDING-SHELTON：是较早开展页岩气勘探开发的独立公司，在页岩气钻井设计、压裂设计及现场技术服务具有特点。（5）三个公司的页岩气业务各具特点：15一、一、 概况概况二、二、 调研成果调研成果三、三、 建议建议1、页岩气藏特点2、选区评价技术3、物探技术4、水平井钻井技术5、水平井压裂技术6、“井工厂”理念16美国48 个州广泛分布了含巨量天然气的高有机质页岩。德克萨斯州初步开采的Barnett 页岩提供了本土48 个州天然气生产总量的6%。分析估计至2011 年多数的储量增长（50%到60%）将来自非传统的页岩气。四个新的页岩

7、气（Haynesville，Fayetteville，Marcellus 和Woodford）可采气体总量可能超过15万亿。对比研究，中国南方广大地区海相地层中发育的优质烃源岩是国内页岩气勘探的重要目标，专家初步估计页岩气资源量大约30万亿方。1、页岩气藏的特点1）页岩气资源丰富17页岩气储层物性差，低孔低渗，孔隙度约为4%-6%,基质渗透率小于0.00110-3m2。页岩储层发育较多天然微裂缝，岩石具有一定的脆性，在改造过程中易形成网状裂缝系统。 2010-1-28第 17 页www.petro-2）页岩气藏物性差，需改造1、页岩气藏的特点18010002000300040000200400

8、600800100012000.01.02.03.04.0天数平均产量, MCFD0.0水平井/直井产量比水平井平均产量直井平均产量比率水平井是目前主要的页岩气藏生产形式。水平井的产量是垂直井的3-4倍多，成本仅是直井的1.5-2 倍。目前85%的开发井为水平井多段压裂。3）开发方式对产能影响大1、页岩气藏的特点19kentucky东部泥盆系页岩气产量递 减曲线，xx井26年累计产量 1333104m34）产量递减先快后慢，生产周期长1、页岩气藏的特点l生产周期比较长早期以游离气为主，产量较高，递减快（第一年产量降到65%）后期以吸附气产出为主，产量相对较低，年递减率2%3%，单井日产2-3万

9、方预测页岩气田开采寿命可达3050年保持合理的生产制度l一般无自然产能，所有井都要实施压裂改造。据美国资料统计：40%的井初期裸眼测试时无天然气流55%井初始无阻流量没有工业产能直井压裂平均产量达0.8万方/d左右水平井压裂平均产量可达10万方/d以上，最高达30万方/d201) 有效页岩的厚度2) 页岩的有机质丰度3) 页岩的热演化程度4) 页岩的矿物组成5) 页岩的含气量6) 页岩的孔隙度7) 页岩的渗透性 8) 构造格局北美地区页岩气评价包含16个参数，内容全面。1）页岩气有利目标区优选技术9) 沉积、构造演化史10) 页岩横向连续性11) 3D 地震资料情况12) 地层压力特征13)

10、压裂用水14) 输气管网15) 井场情况与地貌环境16) 污水处理与环保2、选区评价技术21测井和岩芯分析是页岩气储层评价的两种主要手段。2、选区评价技术2）页岩气储层评价测井：数据主要包括ECS、GR、成像测井、声波测井等； 从CHEVRON、HARDING-SHELTON、BP等公司的资料看，页岩气的测井技术与常规测井无异，但对于页岩参数的确定，在勘探阶段需要通过岩心资料的分析标定、ECS测井获得。通过对已知页岩气藏总有机碳含量、成熟度、含气性等地球化学参数与测井资料标定建立气藏评价方法的研究，在新井或新层评价时可通过测井模型确定各项参数。 222、选区评价技术2）页岩气储层评价岩心分析：

11、确定孔隙度、储层渗透率、泥岩的组分、流体及储层的敏感性，并分析测试TOC和吸附等温曲线。Bp通过参数井的系统取心，在“相控页岩分布”的思路指导下，对岩心的层序和沉积细致描述，研究页岩的沉积特征，编制不同层系页岩沉积相平、剖面图。Arkoma 盆地的伍德福德页岩的系统岩心分析表明，页岩气分布在碎屑岩和碳酸盐岩构成的旋回沉积的富含有机质页岩段中，该段TOC、Ro指标与页岩气产出有极为密切的关系。国内对页岩的岩芯分析与国外比还存在较大的差距，特别是试验设备与试验方法方面。 23此次调研了BP公司工作的Arkoma 盆地伍德福德页岩气藏,页岩厚度大于50米、TOC大于2%、Ro1.31.8%、钙质含量

12、大于20%，由于富含钙质脆性矿物，通过压裂取得了很好的勘探开发效果。由此认识到除硅质含量越高，页岩脆性越大，有利于后期的压裂改造形成裂缝外。只要富含脆性矿物的优质烃源岩均是有利的勘探开发目标。 3）富含脆性矿物的优质烃源岩均是有利的勘探开发目标2、选区评价技术244） Ro是热成因页岩气成藏的主控因素。Ro介于1.1%3%的范围是热成因型页岩气藏的有利分布区。在北美俄克拉荷马东南的阿科马盆地Ro达到4.89% Woodford页岩中也发现了页岩气藏。改变了以往对页岩Ro上限小于3%的观点, 但Ro过高会导致页岩气藏中的二氧化碳含量增高。2、选区评价技术253、地震资料的应用美国几个页岩气田都位

13、于常规油气勘探程度较高的地区，常规油气勘探地震资料用来解释页岩层段的断层和顶底板。264、页岩气水平井钻井4.1 水平段井眼位置及方向的设计主要依据地应力资料水平井眼取向最大应力方向水平井眼方向沿最小水平应力方向钻进，后期压裂裂缝与井眼方向垂直，压裂改造效果好。水平井眼位置选择在低应力区、高孔隙度区、脆性矿物富集区和富干酪根区，为后期压裂提供有利条件。274.2 丛式钻井可采用底部滑动井架钻丛式井组。每井组38口单支水平井，水平井段间距300-400m左右。4、页岩气水平井钻井28主要是三级结构由于后期加砂压裂，因此对套管及套管头承压能力要求较高，固井质量要好，水泥返高到地面；水平段是5/套管

14、固井完井。4.3 井身结构4、页岩气水平井钻井29直井段（三开前）对钻井液体系无特殊要求，主要采用水基泥浆。水平段钻井液主要采用油基泥浆。l 防止粘土膨胀；l 提高井眼稳定性；l 预防钻井液漏失；l 提高钻速。4.4 钻井液体系4、页岩气水平井钻井305.1 页岩压裂工艺优化的内容井筒适应性分析射孔井段选择地应力场分析压裂液优化支撑剂选择施工规模优化 测井数据分析及经验总结；5-1/2”套管大排量压裂，降摩阻闭合压力，施工方案优化；闭合压力，施工方案优化；淡水、砂，0.5%以下添加剂；高强度、密度小，沉降速度小 ；目前是经验总结的结果；5、页岩气水平井压裂技术31主要是根据产量与经济 效益总结

15、中得出规律的。裂缝半长400m。水平井 每段长100130m左右。压裂规模优化因此，虽然各井压裂有不同的压裂规模，但主要情况差不多：水平井水平段长1300m，10段压，每段加砂100方左右，用水约2000方。5、页岩气水平井压裂技术5.1 页岩压裂工艺优化325.2 页岩气水平井单井分段多级压裂工艺流程5、页岩气水平井压裂技术分段多级压裂：压裂的规模化、裂缝的网络化、作业的工厂化，实现效益最大化。33一般页岩水平段长1300m，每个压裂段100-130m，每段射次，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。 (1)射孔优化趋势：水平井分段数在增加，但每段的射孔数目在

16、下降；5.3 页岩气水平井压裂配套技术5、页岩气水平井压裂技术34第一阶段TCP射孔，套管压裂，座封压裂塞和射孔一趟电缆完成，进行多级点火,可多段射孔。该技术3.5”, 4.5”, 5.5”, 7” 套管完井水泥固井的水平井，压后可快速钻塞 （十分钟便可钻掉一个），塞材质轻，易排出，节约现场施工时间。投送射孔抢及桥塞的施工排量大于6m3/min。(2) 压裂塞封隔快钻工艺(FastDrill Plug)5.3 页岩气水平井压裂配套技术5、页岩气水平井压裂技术电缆射孔枪投送筒可钻桥塞套管此是压裂关键技术之一，工具 是贝克公司生产，需要技术引进。35(3) 压后返排全部分段射孔和压裂后，用连续油管带钻头一次快速钻碎所有桥塞，返排至地面；几天后井开始间歇自喷，投产初期节流器加以控制，防止支撑剂返排至地面，排液速度控制在520方/小时。初期压裂液返排率一般1/3。 5.3 页岩气水平井压裂配套技术5、页岩气水平井压裂技术36是近几年在Barnett页岩气开发中成功应用的最新压裂技术。技术理论