页岩气与煤层气开发课件.ppt
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1、关于我国页岩气与煤层气储层关于我国页岩气与煤层气储层压裂增产技术的探讨压裂增产技术的探讨西南石油大学西南石油大学西南石油大学西南石油大学杨兆中杨兆中杨兆中杨兆中20122012年年年年5 5月月月月 汇报提纲汇报提纲l1.非常规天然气资源概述非常规天然气资源概述l2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术l3.煤层气增产及配套技术煤层气增产及配套技术非常规天然气是指在成藏机理、赋存状态、分布规律或勘探非常规天然气是指在成藏机理、赋存状态、分布规律或勘探非常规天然气是指在成藏机理、赋存状态、分布规律或勘探非常规天然气是指在成藏机理、赋存状态、分布规律或勘探开发方式等方面有别于常规天然气的烃类开
2、发方式等方面有别于常规天然气的烃类开发方式等方面有别于常规天然气的烃类开发方式等方面有别于常规天然气的烃类(或非烃类或非烃类或非烃类或非烃类)资源,主要资源,主要资源,主要资源,主要指指指指页岩气、煤层气、致密砂岩气和天然气水合物页岩气、煤层气、致密砂岩气和天然气水合物页岩气、煤层气、致密砂岩气和天然气水合物页岩气、煤层气、致密砂岩气和天然气水合物等。等。等。等。1.非常规天然气资源概述非常规天然气资源概述1.1全球非常规天然气资源量全球非常规天然气资源量 世界世界常规天然气总资源量为常规天然气总资源量为436万亿立方米万亿立方米,2010年年产天然气约产天然气约3万亿万亿立方米,立方米,储采
3、比保持在储采比保持在60以上以上;世界世界非常规天然气总资源量非常规天然气总资源量921万亿方万亿方,是常规天然气,是常规天然气2倍多(其中,倍多(其中,致密气致密气209.6万亿方、煤层气万亿方、煤层气256.1万亿方、页岩气万亿方、页岩气456万亿方),但万亿方),但产量产量只占只占1/7左右左右;天然气水合物资源量超过天然气水合物资源量超过2万万亿方,是目前化石能源资源总量万万亿方,是目前化石能源资源总量2倍以倍以上。上。其中仅页岩气其中仅页岩气456万亿方就大于万亿方就大于常规天然气总资源量常规天然气总资源量436万亿万亿1.非常规天然气资源概述非常规天然气资源概述致密砂岩气、煤层气、
4、页岩气和火山岩气资源量约致密砂岩气、煤层气、页岩气和火山岩气资源量约84.5万亿方,是万亿方,是常规气资源量常规气资源量1.5倍。倍。中国非常规油气可采资源中国非常规油气可采资源1.2中国非常规天然气发展前景广阔中国非常规天然气发展前景广阔种类种类资源量资源量备注备注非常规气非常规气(万亿方万亿方)致密砂岩气致密砂岩气12主要包括鄂尔多斯和四川盆地主要包括鄂尔多斯和四川盆地煤层气煤层气36.8国土资源部新一轮资评,国土资源部新一轮资评,2006年年页岩气页岩气30.72008年年火成岩气火成岩气52010年年天然气水合物天然气水合物80主要指南海主要指南海1.非常规天然气资源概述非常规天然气资
5、源概述2.1页岩气的概念及储层特点页岩气的概念及储层特点页岩气定义页岩气定义页岩气储层基本特点页岩气储层基本特点2.2国外页岩气增产技术进展国外页岩气增产技术进展2.3对中国页岩气开发的建议对中国页岩气开发的建议2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术2.1页岩气的概念及储层特点页岩气的概念及储层特点 页岩气定义页岩气定义页岩气是一种特殊的非常规天然气,赋存于页岩气是一种特殊的非常规天然气,赋存于泥岩或页岩泥岩或页岩中,具有中,具有自生自储、自生自储、无气水界面、大面积连续成藏、低孔、低渗无气水界面、大面积连续成藏、低孔、低渗等特征,一般等特征,一般无自然产能或低产无自然产能或低产,需,需
6、要大型水力压裂和水平井技术才能进行经济开采,单井生产周期长。要大型水力压裂和水平井技术才能进行经济开采,单井生产周期长。页岩气储层基本特征页岩气储层基本特征储层低渗致密,纳米级孔隙发育;储层低渗致密,纳米级孔隙发育;储气模式以游离气和吸附气为主;由于页岩气储层比表储气模式以游离气和吸附气为主;由于页岩气储层比表面比常规砂岩储层大很多,其面比常规砂岩储层大很多,其吸附气量远大于砂岩吸附气量吸附气量远大于砂岩吸附气量,因此需要通过大规模压裂,因此需要通过大规模压裂,增大改造体积。增大改造体积。岩性及矿物组分复杂;储层所含的硅质矿物、碳酸盐岩矿物、粘土矿物不同,导致储层岩岩性及矿物组分复杂;储层所含
7、的硅质矿物、碳酸盐岩矿物、粘土矿物不同,导致储层岩石的脆性程度不同,从而引起改造模式和改造效果不同;石的脆性程度不同,从而引起改造模式和改造效果不同;储层的脆性越强,压裂时越易实储层的脆性越强,压裂时越易实现脆性断裂形成网状裂缝现脆性断裂形成网状裂缝,从而实现体积改造。,从而实现体积改造。天然裂缝系统发育;如果天然裂缝不发育或不能通过大型压裂形成复杂的多缝或网络裂缝,天然裂缝系统发育;如果天然裂缝不发育或不能通过大型压裂形成复杂的多缝或网络裂缝,页岩气储层很难成为有效储层。页岩气储层很难成为有效储层。脆性和天然裂缝发育的地层脆性和天然裂缝发育的地层中容易实现体积改造,而塑性中容易实现体积改造,
8、而塑性较强地层实现体积改造比较困难。较强地层实现体积改造比较困难。2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术BHN计算公式及美国不同油藏岩心计算公式及美国不同油藏岩心BHN值值摘自(摘自(SPE142959)u岩石的脆性指数表征方式可用岩心或者岩屑的布氏硬度(岩石的脆性指数表征方式可用岩心或者岩屑的布氏硬度(BHNBHN)2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术2.1页岩气的概念及储层特点页岩气的概念及储层特点2.2国外页岩气增产技术进展国外页岩气增产技术进展2.3对中国页岩气开发的建议对中国页岩气开发的建议2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术2.2 2.2 国外页岩气增产技术进
9、展国外页岩气增产技术进展u直井连续油管分层压裂技术(直井连续油管分层压裂技术(SPE 107060SPE 107060)较早的页岩气开发主要是在浅层,以直井为主,其压裂技术具有较早的页岩气开发主要是在浅层,以直井为主,其压裂技术具有3 3个特个特征,即征,即连续油管、水力喷砂射孔、环空加砂连续油管、水力喷砂射孔、环空加砂 。该技术是用高速和高压流体通过。该技术是用高速和高压流体通过连续油管进行射孔,打开地层与井筒之间的通道后,环空加注携砂液体,从而在连续油管进行射孔,打开地层与井筒之间的通道后,环空加注携砂液体,从而在地层中压开裂缝。其技术要点为水力喷砂射孔,环空加砂,然后填砂封堵已压裂地层中
10、压开裂缝。其技术要点为水力喷砂射孔,环空加砂,然后填砂封堵已压裂层段,上提连续油管至下一目的层段,重复上述步骤直至结束施工,施工结束后层段,上提连续油管至下一目的层段,重复上述步骤直至结束施工,施工结束后用连续油管进行冲砂、返排。该技术具有用连续油管进行冲砂、返排。该技术具有作业周期短、成本低、排量选择范围广、作业周期短、成本低、排量选择范围广、连续油管磨损小、井下工具简单和成功率高连续油管磨损小、井下工具简单和成功率高等特点,目前在页岩气直井开发中得等特点,目前在页岩气直井开发中得到了很好的应用。到了很好的应用。2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术u水平井分段压裂技术水平井分段压裂技
11、术1.1.水平井多级可钻式桥塞封隔分段压裂技术(水平井多级可钻式桥塞封隔分段压裂技术(SPE 100674SPE 100674)水平井多级可钻式桥塞封隔分段压裂技术的主要特点是水平井多级可钻式桥塞封隔分段压裂技术的主要特点是套管压裂多段分簇射套管压裂多段分簇射孔、可钻式桥塞孔、可钻式桥塞。一般目的层水平井段被分成。一般目的层水平井段被分成8 81515段,每段水平段长度为段,每段水平段长度为100 150 m100 150 m,每段射孔,每段射孔4 46 6簇,每射孔簇跨度为簇,每射孔簇跨度为0.460.460.77 m0.77 m,簇间距,簇间距202030 m30 m,压裂施工结束后快速钻
12、掉桥塞进行测试、生产。,压裂施工结束后快速钻掉桥塞进行测试、生产。2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术2.2.水平井多级滑套封隔器分段压裂技术(水平井多级滑套封隔器分段压裂技术(SPE 100674SPE 100674)该技术通过井口落球系统操控滑套,其原理与直井应用的投球压差式封隔器相同,采该技术通过井口落球系统操控滑套,其原理与直井应用的投球压差式封隔器相同,采用机械式封隔器,主要适用于用机械式封隔器,主要适用于套管完井套管完井。该类封隔器需要压力坐封或者工具坐封,因此工。该类封隔器需要压力坐封或者工具坐封,因此工艺过程复杂,下入工具串次数较多,对于水平井施工风险较大,任何一个环节
13、处理不当就艺过程复杂,下入工具串次数较多,对于水平井施工风险较大,任何一个环节处理不当就会导致施工失败,造成大修。目前由于可钻式桥塞分隔技术的应用,该技术的应用逐年减会导致施工失败,造成大修。目前由于可钻式桥塞分隔技术的应用,该技术的应用逐年减少。少。(下图为投球滑套环空封隔多级压裂示意图)(下图为投球滑套环空封隔多级压裂示意图)2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术3.3.水平井膨胀式封隔器分段压裂技术水平井膨胀式封隔器分段压裂技术由于水平井开发的特殊性,部分水平井由于水平井开发的特殊性,部分水平井裸眼完井裸眼完井,规封隔器难以满足后期压,规封隔器难以满足后期压裂施工的需要,为此研制开
14、发了裂施工的需要,为此研制开发了遇油遇油(遇水遇水)膨胀封隔器膨胀封隔器。其工作原理为封隔器下其工作原理为封隔器下入井底预定位置后,遇到油气或水后可膨胀橡胶即可快速膨胀,橡胶膨胀至井壁入井底预定位置后,遇到油气或水后可膨胀橡胶即可快速膨胀,橡胶膨胀至井壁位置后继续膨胀而产生接触应力,从而实现密封。位置后继续膨胀而产生接触应力,从而实现密封。该技术具有可靠性高、成本和作业风险低、压裂后能很快转入试油投产等优该技术具有可靠性高、成本和作业风险低、压裂后能很快转入试油投产等优点。所以,目前在国外已经得到大规模的应用点。所以,目前在国外已经得到大规模的应用在在120120多口井上应用,改造层多口井上应
15、用,改造层段超过段超过850850段。段。2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术4.4.连续油管跨式封隔器分段压裂技术(连续油管跨式封隔器分段压裂技术(SPE 150949SPE 150949)该技术可实现在压裂设备未安置好之前完成所有射孔程序,这样减少了非生该技术可实现在压裂设备未安置好之前完成所有射孔程序,这样减少了非生产时间的消耗。射孔可以采用连续油管传输、电线传输或者水力喷射。跨式封隔产时间的消耗。射孔可以采用连续油管传输、电线传输或者水力喷射。跨式封隔器组合工具可以隔离每个单独射孔簇提供,所有压裂流体都通过连续油管注入。器组合工具可以隔离每个单独射孔簇提供,所有压裂流体都通过连
16、续油管注入。当出现早期脱砂时,杯状上部封隔器实现足够的返回能力。该技术最大的优点与当出现早期脱砂时,杯状上部封隔器实现足够的返回能力。该技术最大的优点与增能或泡沫压裂液配伍,适用于薄层、低应力、中低温环境和裂缝间距较小或射增能或泡沫压裂液配伍,适用于薄层、低应力、中低温环境和裂缝间距较小或射孔簇数较多的塑性地层。孔簇数较多的塑性地层。2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术5.5.水平井水力喷射分段压裂技术(水平井水力喷射分段压裂技术(SPE 94098SPE 94098、150949150949)该技术是该技术是集射孔、压裂、封隔于一体集射孔、压裂、封隔于一体的新型增产改造技术。利用水力
17、喷射工的新型增产改造技术。利用水力喷射工具实施分段压裂,不需封隔器和桥塞等封隔工具,自动封堵,封隔准确。水力喷具实施分段压裂,不需封隔器和桥塞等封隔工具,自动封堵,封隔准确。水力喷射分段压裂技术可以选用射分段压裂技术可以选用油管或连续油管油管或连续油管作为作业管柱,使用范围广,套管完井、作为作业管柱,使用范围广,套管完井、筛管完井和裸眼完井都适用。筛管完井和裸眼完井都适用。水力喷射环空压裂水力喷射环空压裂+支撑剂桥塞支撑剂桥塞水力喷射油管压裂水力喷射油管压裂2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术6.水平井水力喷射水平井水力喷射+井下混合分段压裂技术(井下混合分段压裂技术(SPE14295
18、9)该方法该方法采用水力射孔,然后采用水力射孔,然后“液态支撑剂液态支撑剂”(12-24lbm/gal)由连续油管低速注入由连续油管低速注入(35ft/sec),而,而无无支撑剂支撑剂流体由环空高速注入。当环空高速泵入无流体由环空高速注入。当环空高速泵入无支撑剂支撑剂流体时流体时,防止连防止连续油管磨破的限制速度续油管磨破的限制速度(35ft/sec)可以大大提高可以大大提高,这样就在孔眼处形成高速混砂流体,实,这样就在孔眼处形成高速混砂流体,实现支撑剂深穿透、裂缝分支以及支撑剂墩导流。具体施工步骤:现支撑剂深穿透、裂缝分支以及支撑剂墩导流。具体施工步骤:1.安置水力喷射井下集成安置水力喷射井
19、下集成装置到最远处的射孔簇进行改造装置到最远处的射孔簇进行改造;2.在第一段射孔簇进行水力射孔和起裂在第一段射孔簇进行水力射孔和起裂;3.从从BHA移出移出球球,带到地表以便循环带到地表以便循环;4.环空开始泵入滑溜水环空开始泵入滑溜水,获取一个设计的速度获取一个设计的速度;5.连续油管开始泵连续油管开始泵入液态支撑剂入液态支撑剂;6.减少环空注入速度减少环空注入速度,提高支撑剂浓度提高支撑剂浓度;7.恢复设计的环空速度用滑溜水顶恢复设计的环空速度用滑溜水顶替支撑剂段塞替支撑剂段塞;8.重复重复6至至7步实现所需的净压力或微地震监测的裂缝分支效应步实现所需的净压力或微地震监测的裂缝分支效应;9
20、.缓慢减少缓慢减少环空注入速度在孔眼处形成高浓度支撑剂充填层环空注入速度在孔眼处形成高浓度支撑剂充填层;10.移动水力喷射移动水力喷射BHA到下一段压裂目标到下一段压裂目标处处;11.支撑剂回流(如果需要)支撑剂回流(如果需要);12.通过连续油管下入球到通过连续油管下入球到BHA上上;13.重复重复1至至12步直到步直到各射孔簇被改造完各射孔簇被改造完。2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术u水平井多井同步压裂技术水平井多井同步压裂技术(摘自(摘自SPE116124)邻井间同步压裂技术是指大致平行的两口或两口以上水平井同时进行压裂改邻井间同步压裂技术是指大致平行的两口或两口以上水平井同
21、时进行压裂改造。其目的是在页岩气层中产生更大压力造。其目的是在页岩气层中产生更大压力,创造出更复杂的三维裂缝网络系统创造出更复杂的三维裂缝网络系统,增加裂缝系统表面积。这是单井压裂所不能实现的。增加裂缝系统表面积。这是单井压裂所不能实现的。2006年年,该技术首先在美国该技术首先在美国Ft.Worth盆地的盆地的Barnett页岩中实施。施工作业者在水平井段相隔页岩中实施。施工作业者在水平井段相隔152305m的两的两口大致平行的水平配对井之间进行同步压裂口大致平行的水平配对井之间进行同步压裂,两井均得到高速生产。其中一口井两井均得到高速生产。其中一口井以以的速度持续生产的速度持续生产30天天
22、,而其它未而其它未压裂的只有压裂的只有。四口水平井同步压裂微地震监测图四口水平井同步压裂微地震监测图摘自摘自SPE(119635)2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术u水平井分段德洲水平井分段德洲“两步跳两步跳”压裂技术压裂技术 (摘自(摘自 SPE 130043SPE 130043)德洲两步跳是非常流行的舞蹈德洲两步跳是非常流行的舞蹈,结合乡村和西部音乐结合乡村和西部音乐两步向前两步向前,一步在一步在后。该技术的目标:在多段压裂中后。该技术的目标:在多段压裂中,改变岩石的应力场改变岩石的应力场,实现主分支缝与诱导的实现主分支缝与诱导的应力松弛缝相连通。应力松弛缝相连通。该技术手在无分
23、支水平井段中常规压裂单个射孔簇该技术手在无分支水平井段中常规压裂单个射孔簇。但是但是,要改变施工的先后顺序。从水平井要改变施工的先后顺序。从水平井最远最远端开始起端开始起,首先进行压裂增产首先进行压裂增产;然后向井然后向井跟移动跟移动,改造第改造第二次,二次,这样可以使得两段裂缝间一定程度的应力干扰。随后这样可以使得两段裂缝间一定程度的应力干扰。随后,改改变向井跟的方向变向井跟的方向,第三第三次次压裂在前两段之间进行压裂在前两段之间进行,以利用应力改变的岩石和连通以利用应力改变的岩石和连通创造的应力松弛缝。创造的应力松弛缝。2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术u水平井分段通道压裂技术水
24、平井分段通道压裂技术 通道压裂技术依靠水力压裂过程中通道压裂技术依靠水力压裂过程中,高频交替注入多级支撑剂冻胶液和不含高频交替注入多级支撑剂冻胶液和不含支撑剂的冻胶液支撑剂的冻胶液,以实现支撑剂的非均匀铺置和形成开启的通道。同时以实现支撑剂的非均匀铺置和形成开启的通道。同时,冻胶液冻胶液在被施工设备泵入过程中在被施工设备泵入过程中,加入可降解的纤维材料可以减少支撑剂脉冲在完井处加入可降解的纤维材料可以减少支撑剂脉冲在完井处以及地下裂缝过程的耗散以及地下裂缝过程的耗散,在一个确定的泵注程序和油藏性质条件下在一个确定的泵注程序和油藏性质条件下,可利用岩可利用岩石物理模型来进行通道压裂设计。由此石物
25、理模型来进行通道压裂设计。由此,可形成如可形成如下下图所示的导流通。图所示的导流通。该技术应该技术应用到用到Hawkville油田伊格福特页岩地层中,使得产量比常规增产技术提高了油田伊格福特页岩地层中,使得产量比常规增产技术提高了32%至至68%。通道压裂施工泵注程序示意图通道压裂施工泵注程序示意图摘自摘自SPE(141708)通道压裂形成超高导流能力示意图通道压裂形成超高导流能力示意图 摘自摘自 http:/ 基质渗透率基质渗透率 压裂施工净压压裂施工净压 工作液粘度工作液粘度 主裂缝及分支裂缝导流能力主裂缝及分支裂缝导流能力2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术页岩气压裂设计选择标准
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