1、頁巖氣開發開采技術頁巖氣開發開采技術20112011年年5 5月月1818日日一、頁巖氣藏特點一、頁巖氣藏特點二、頁巖氣資源分布二、頁巖氣資源分布三、頁巖氣開發技術三、頁巖氣開發技術四、安東頁巖氣服務能力四、安東頁巖氣服務能力1.1.頁巖氣生成頁巖氣生成l 生物成因：一般埋藏淺、地層溫度低、有機質成熟生物成因：一般埋藏淺、地層溫度低、有機質成熟度低（度低（Ro1%Ro35%(35%(以以BarnettBarnett為例）為例） ；l 物性：致密，滲透率一般在物性：致密，滲透率一般在0.010.010.00001md0.00001md。在構造。在構造活躍地區或者上覆地層剝蝕地層壓力下降的情況下發

2、育裂活躍地區或者上覆地層剝蝕地層壓力下降的情況下發育裂縫，并被鈣質或泥質充填。孔隙度一般低于縫，并被鈣質或泥質充填?？紫抖纫话愕陀?0%10%。裂縫或。裂縫或孔隙多被自由甲烷氣飽和，頁巖氣主要以吸附狀態存在巖孔隙多被自由甲烷氣飽和，頁巖氣主要以吸附狀態存在巖石顆粒表面或有機質表面。石顆粒表面或有機質表面。3.3.頁巖氣蓋層頁巖氣蓋層l 自生自儲：頁巖由于自身致密性，既是常規氣藏的自生自儲：頁巖由于自身致密性，既是常規氣藏的蓋層，也是頁巖氣自身的蓋層；蓋層，也是頁巖氣自身的蓋層；l 上覆蓋層：上覆致密砂巖也是頁巖氣良好的蓋層。上覆蓋層：上覆致密砂巖也是頁巖氣良好的蓋層。4.4.頁巖氣圈閉頁巖氣圈

3、閉l 構造平緩，圈閉受后期構造的影響很??；構造平緩，圈閉受后期構造的影響很??；l 屬于隱蔽性巖性圈閉。屬于隱蔽性巖性圈閉。5.5.頁巖氣藏評價頁巖氣藏評價l 一般屬于常壓或異常高壓地層；一般屬于常壓或異常高壓地層；l 含鈣質頁巖啟裂梯度小于含鈣質頁巖啟裂梯度小于0.75Psi/ft(1.7MPa/100m)0.75Psi/ft(1.7MPa/100m)，如，如BarnettBarnett頁巖頁巖; ;缺鈣頁巖地層裂梯度大于缺鈣頁巖地層裂梯度大于0.8Psi/ft(1.8MPa/100m)0.8Psi/ft(1.8MPa/100m)，能夠引，能夠引起數倍的彎曲度起數倍的彎曲度; ;l 微裂縫發育

4、是頁巖氣田高產的前提，鈣質充填裂縫的富硅質頁巖是微裂縫發育是頁巖氣田高產的前提，鈣質充填裂縫的富硅質頁巖是最好的頁巖氣儲層；富含粘土、缺乏互層狀硅質和缺鈣低鈣質頁巖最好的頁巖氣儲層；富含粘土、缺乏互層狀硅質和缺鈣低鈣質頁巖壓裂風險很大。壓裂風險很大。l 頁巖上下隔層出現含水層，人工誘導裂縫的長度受到限制；頁巖上下隔層出現含水層，人工誘導裂縫的長度受到限制；l 有機碳含量不高的頁巖可以被大厚度、高成熟度和天然裂縫發育等有機碳含量不高的頁巖可以被大厚度、高成熟度和天然裂縫發育等參數彌補。參數彌補。l 頁巖氣氣藏特征頁巖氣氣藏特征 超低滲超低滲 （100 nD100 nD，0.0001 mD0.00

5、01 mD） 低孔低孔 ( 5%)(22石英石英+ +鈣質鈣質% %3535505060608080202041415050505070704040555535354545總孔隙度，總孔隙度，% %4 45 52 28 88 89 93 39 99 9101014143 35.55.55-9.55-9.51 15 53 39 9天然氣含量，天然氣含量，m m3 3/ /噸巖石噸巖石8.498.499.99.91.71.76.26.22.82.89.39.35.75.78.58.51.11.12.82.81.11.12.32.30.40.41.31.30.440.440.50.52.82.822

6、產水量，桶產水量，桶/ /日日N/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/A5 55005005 5500500N/AN/AN/AN/A一、頁巖氣藏特點一、頁巖氣藏特點二、頁巖氣資源分布二、頁巖氣資源分布三、頁巖氣開發技術三、頁巖氣開發技術四、安東頁巖氣服務能力四、安東頁巖氣服務能力員工關系管理員工關系管理1.1.全球頁巖氣資源分布全球頁巖氣資源分布 全球頁巖氣資源量為全球頁巖氣資源量為456.241012m3。主要分布在北美、中亞和中國、。主要分布在北美、中亞和中國、拉美、中東和北非、前蘇聯拉美、中東和北非、前蘇聯 。2.2.中國頁巖氣儲量中國頁巖氣儲量 我國主要盆地和地區的頁巖氣儲量約我

7、國主要盆地和地區的頁巖氣儲量約15153030萬億立方米，萬億立方米，中值中值23.523.5萬億立方米，與美國的萬億立方米，與美國的28.328.3萬億立方米相當。而且，萬億立方米相當。而且，我國古生界頁巖氣資源量大約是中生界頁巖氣資源量的我國古生界頁巖氣資源量大約是中生界頁巖氣資源量的2 2倍，倍，平面上分布以南方和西北地區為主，也包括鄂爾多斯盆地及平面上分布以南方和西北地區為主，也包括鄂爾多斯盆地及周緣地區周緣地區 。員工關系管理員工關系管理中國南方從震旦紀到中三疊，發育了面積達中國南方從震旦紀到中三疊，發育了面積達200104km2的海相地層，并且最大厚度超的海相地層，并且最大厚度超過

8、了過了10km,中中古生界海相地層分布面積達古生界海相地層分布面積達90104km2.。四川盆地威遠地區的九老洞四川盆地威遠地區的九老洞頁巖和瀘州地區下志留統龍馬溪頁巖頁巖和瀘州地區下志留統龍馬溪頁巖6.88.41012m3，相當于四川盆地的常規天然氣，相當于四川盆地的常規天然氣資源總量。資源總量。在華北在華北東北地區，頁巖氣更可能發生在主力東北地區，頁巖氣更可能發生在主力油氣層位的底部或下部，區域上的古生界、鄂多斯油氣層位的底部或下部，區域上的古生界、鄂多斯盆地的中盆地的中古生界、松遼盆地的中生界、渤海灣盆古生界、松遼盆地的中生界、渤海灣盆地埋藏較淺的古近系等地埋藏較淺的古近系等 。泥頁巖累

9、計厚度在。泥頁巖累計厚度在502000m 之間，平均有機碳含量為之間，平均有機碳含量為1.0%2.0%，局，局部平均值可達部平均值可達4.0%以上，對應有機質成熟度變化較以上，對應有機質成熟度變化較大大。在西北部地區在西北部地區,頁巖氣的分布更多地受頁巖氣的分布更多地受現今盆地特點的約束現今盆地特點的約束,區域上分布的中區域上分布的中生界生界(侏羅系及三疊系等侏羅系及三疊系等)和盆地邊緣和盆地邊緣埋深較淺的古生界泥頁巖相對有利埋深較淺的古生界泥頁巖相對有利,有有機碳含量平均值普遍較高機碳含量平均值普遍較高,成熟度變化成熟度變化范圍較大。范圍較大。青藏地區的地表環境雖然較差，青藏地區的地表環境雖

10、然較差，但中但中古生界泥頁巖地層厚度古生界泥頁巖地層厚度大，有機質含量高，有機質熱大，有機質含量高，有機質熱演化程度適中，也是頁巖氣發演化程度適中，也是頁巖氣發育的有前景地區。育的有前景地區。3.3.中國頁巖氣資源分布中國頁巖氣資源分布頁巖氣資源分布頁巖氣資源分布縱向上時間跨度大縱向上時間跨度大從寒武紀一直到第三紀中新世從寒武紀一直到第三紀中新世都有頁巖沉積都有頁巖沉積資源量跟美國相當資源量跟美國相當15153030萬億立方米，中值萬億立方米，中值2626萬萬億立方米（美國億立方米（美國2828萬億立方米）萬億立方米）古生界頁巖氣豐富古生界頁巖氣豐富古生界頁巖氣資源量大約是中古生界頁巖氣資源量

11、大約是中生界頁巖氣資源量的生界頁巖氣資源量的2 2倍倍南方海相沉積有利南方海相沉積有利南方海相沉積了南方海相沉積了4 4套區域性黑色套區域性黑色頁巖和頁巖和8 8套地區性黑色頁巖，集套地區性黑色頁巖，集中在寒武系和志留系中在寒武系和志留系一、頁巖氣藏特點一、頁巖氣藏特點二、頁巖氣資源分布二、頁巖氣資源分布三、頁巖氣開發技術三、頁巖氣開發技術四、安東頁巖氣服務能力四、安東頁巖氣服務能力 致密性和天然氣的特性要求頁巖氣開采最大程度地暴致密性和天然氣的特性要求頁巖氣開采最大程度地暴露頁巖地層到井眼的接觸面積，需要的主要技術如下：露頁巖地層到井眼的接觸面積，需要的主要技術如下：l 大位移水平井鉆井技術

12、；大位移水平井鉆井技術；l 套管固井射孔完井技術；套管固井射孔完井技術；l 壓裂投產技術。壓裂投產技術。1.1.頁巖地層水平井鉆井技術頁巖地層水平井鉆井技術 采用底部滑動井架鉆叢式井采用底部滑動井架鉆叢式井組，每井組組，每井組3 38 8口單支水平井，口單支水平井，節約搬家時間和費用，同時利于節約搬家時間和費用，同時利于壓裂大規模用水的組織。壓裂大規模用水的組織。叢式鉆井技術叢式鉆井技術1.1.頁巖地層水平井鉆井技術頁巖地層水平井鉆井技術l直井段可以使用水基泥漿，節約成本；直井段可以使用水基泥漿，節約成本；l水平段使用油基泥漿，保護頁巖水平段地層水平段使用油基泥漿，保護頁巖水平段地層和潤滑鉆具

13、。和潤滑鉆具。l在完鉆通井時要充分循環泥漿在完鉆通井時要充分循環泥漿,循環排量不低循環排量不低于鉆進時的最大排量于鉆進時的最大排量,循環時間不低于循環時間不低于2 周周,徹徹底將井底和水平井段沉積的巖屑循環干凈，底將井底和水平井段沉積的巖屑循環干凈，有利于固井質量的提高。有利于固井質量的提高。水平段鉆井泥漿要求水平段鉆井泥漿要求2.2.頁巖水平井射孔技術頁巖水平井射孔技術l 全井段里采用集中式限流射孔全井段里采用集中式限流射孔l 4-64-6簇簇/ /級級 、 2 25ft 5ft 射孔長度射孔長度/ /簇簇 、 15153030米米 間隔間隔/ /簇簇 、4 46 SPF6 SPF（孔（孔/

14、 /英尺）的射孔密度、英尺）的射孔密度、 6060度相位，段度相位，段與段間隔與段間隔400ft400ft左右左右; ;l 每段各簇一趟管柱完成射孔（若采用橋塞分隔，則一趟管每段各簇一趟管柱完成射孔（若采用橋塞分隔，則一趟管柱完成下橋塞柱完成下橋塞+ +分簇射孔）。分簇射孔）。3.3.頁巖水平井壓裂技術頁巖水平井壓裂技術1 1）完井方式：）完井方式：p裸眼射孔完井；裸眼射孔完井；p套管固井射孔完井。套管固井射孔完井。 封隔器封隔器+ +滑套分隔方式，可在裸眼或套管內使用，第一級使用壓差打開或瓣閥打開，其他封滑套分隔方式，可在裸眼或套管內使用，第一級使用壓差打開或瓣閥打開，其他封隔器使用投球或瓣

15、閥打開，加砂壓裂，裸眼不需要射孔，套管固井需要射孔，目前許多公隔器使用投球或瓣閥打開，加砂壓裂，裸眼不需要射孔，套管固井需要射孔，目前許多公司（如司（如Packers PlusStackFRAC Packers PlusStackFRAC 、HalliburtonDelta stim fracHalliburtonDelta stim frac、Baker Baker HughesFRAC-POINT SYSTEMHughesFRAC-POINT SYSTEM、WeathfordWeathford、BJ)BJ)在致密砂巖和頁巖地層使用，均比較成功，在致密砂巖和頁巖地層使用，均比較成功，多數情況

16、下，一天可以完成逐段壓裂多數情況下，一天可以完成逐段壓裂, ,優點就是快速，節省時間成本，缺點是封隔器和滑套優點就是快速，節省時間成本，缺點是封隔器和滑套有失效或者打不開的風險，一旦滑套打不開，必須射孔解決；有失效或者打不開的風險，一旦滑套打不開，必須射孔解決；3.3.頁巖水平井壓裂技術頁巖水平井壓裂技術3.3.頁巖水平井壓裂技術頁巖水平井壓裂技術 可鉆橋塞分隔方式，適用于套管射孔分隔，效果最有把握，可鉆橋塞分隔方式，適用于套管射孔分隔，效果最有把握，但施工時間較長，其中橋塞有兩種，一種是金屬可鉆橋塞，但施工時間較長，其中橋塞有兩種，一種是金屬可鉆橋塞，不能鉆碎，可以撈取，但費時間；另一種是非

17、金屬復合材不能鉆碎，可以撈取，但費時間；另一種是非金屬復合材料或軟金屬，可鉆成粉末，隨壓裂液返排地面，國外已經料或軟金屬，可鉆成粉末，隨壓裂液返排地面，國外已經是很成熟的技術。是很成熟的技術。復合材料或軟金屬合金可鉆橋塞性能要求和施工要求復合材料或軟金屬合金可鉆橋塞性能要求和施工要求l 橋塞性能：可鉆復合材料橋塞是首選，要求水力膨脹坐封、橋塞性能：可鉆復合材料橋塞是首選，要求水力膨脹坐封、耐壓耐溫（耐壓耐溫（194194、69Mpa69Mpa），快速（每個幾分鐘）可鉆成），快速（每個幾分鐘）可鉆成碎末，返排出地面；碎末，返排出地面；l 下入工具：連續油管、爬行器、泵送；下入工具：連續油管、爬行

18、器、泵送；l 安裝方法：電動或者水力，水力安裝優點是快速，電動安安裝方法：電動或者水力，水力安裝優點是快速，電動安裝的優點比較精確；裝的優點比較精確；l 壓裂措施結束可用連續油管帶鉆機進行鉆塞。壓裂措施結束可用連續油管帶鉆機進行鉆塞。3.3.頁巖水平井壓裂技術頁巖水平井壓裂技術2 2）分隔技術評價分隔技術評價：p北美頁巖氣田開發時間比較早，應用的技術多種多樣；北美頁巖氣田開發時間比較早，應用的技術多種多樣；p應用最廣泛的頁巖地層水平井分段壓裂方式有兩種：復合材料可鉆橋應用最廣泛的頁巖地層水平井分段壓裂方式有兩種：復合材料可鉆橋塞和封隔器塞和封隔器+ +滑套，前者分步施工，施工安全系數高，但施工

19、周期較滑套，前者分步施工，施工安全系數高，但施工周期較長，成本較高；后者一趟管柱，施工周期最短（一天多即可完成多段長，成本較高；后者一趟管柱，施工周期最短（一天多即可完成多段壓裂），成本較低，但各段的壓裂效果難以監測。壓裂），成本較低，但各段的壓裂效果難以監測。應用技術應用技術成本成本傳統的交聯凝膠和支撐傳統的交聯凝膠和支撐劑劑100%100%水力壓裂而不用支撐劑水力壓裂而不用支撐劑25-30%25-30%采用采用20/4020/40目的支撐劑，目的支撐劑，水作壓裂液水作壓裂液30-40%30-40%采用采用40/7040/70目的支撐劑，目的支撐劑，水作壓裂液水作壓裂液40-60%40-60

20、%混合壓裂（清水造縫凍混合壓裂（清水造縫凍膠攜砂）膠攜砂）70-80%70-80%AnadakoAnadako公司在公司在BossierBossier油田共采取五種不同的壓裂工藝。油田共采取五種不同的壓裂工藝。3 3）壓裂液優化：）壓裂液優化：3.3.頁巖水平井壓裂技術頁巖水平井壓裂技術脆性指數60脆性指數=4050脆性指數=1030硬脆硬脆頁巖頁巖砂泥砂泥巖巖互層互層泥巖泥巖施工規模大大小小支撐劑濃度小小大大壓裂液 粘度小小大大壓 裂液配方簡單簡單復雜復雜清水壓裂清水壓裂線性或交線性或交聯壓裂聯壓裂混合壓裂混合壓裂-1000-500050010001500200025003000-1000-

21、50005001000150020002500West-East (ft)South-North (ft)Observation Well 2清水壓裂清水壓裂清水壓裂清水壓裂節理變形節理變形節理內壓力升高節理內壓力升高有效閉合壓力減小有效閉合壓力減小節理張開節理張開壓力繼續升高壓力繼續升高有效閉合應力有效閉合應力平行節理面的剪應力平行節理面的剪應力節理剪切滑移節理剪切滑移剪切面粗糙剪切面粗糙小顆粒橋接誘導裂縫小顆粒橋接誘導裂縫微裂縫改向微裂縫改向形成網狀裂縫形成網狀裂縫增加了泄氣面積增加了泄氣面積u清水粘度清水粘度1mp.s1mp.s，更容易進去滲透率極低的頁巖節，更容易進去滲透率極低的頁巖節

22、理，從而凈壓力升高，迫使節理張開，同時通過加入理，從而凈壓力升高，迫使節理張開，同時通過加入支撐劑，迫使裂縫轉向，同時支撐劑起到橋接作用。支撐劑，迫使裂縫轉向，同時支撐劑起到橋接作用。3.3.頁巖水平井壓裂技術頁巖水平井壓裂技術4 4）支撐劑：）支撐劑：l 類型：不同階段使用不同的支撐劑，開始使用一種類型：不同階段使用不同的支撐劑，開始使用一種100目目石英砂砂，然后是一種石英砂砂，然后是一種40/70目石英砂，最后是一種目石英砂，最后是一種40/70樹佛涂敷砂支撐劑；樹佛涂敷砂支撐劑；l 支撐劑在頁巖氣壓裂中主要起轉向、支撐網狀裂縫，不追支撐劑在頁巖氣壓裂中主要起轉向、支撐網狀裂縫，不追求裂

23、縫導流能力，頁巖氣壓裂通常采用求裂縫導流能力，頁巖氣壓裂通常采用40-70目石英砂（價目石英砂（價格便宜、滿足要求）。格便宜、滿足要求）。 3.3.頁巖水平井壓裂技術頁巖水平井壓裂技術5 5）施工參數：）施工參數：n壓裂參數設計壓裂參數設計 1 1、高前置量、高前置量 ：比例：比例40-50%40-50%左右；左右； 2 2、大液量：、大液量：25-30m25-30m3 3/m/m； 3 3、大排量、大排量:10-28m:10-28m3 3/min/min； 4 4、低砂比、低砂比:120 Kg/m:120 Kg/m3 3，后期尾追，后期尾追240Kg/m240Kg/m3 3； 5 5、低砂量

24、：每級砂量、低砂量：每級砂量80-150t80-150t； 6 6、鹽酸預處理：、鹽酸預處理：1-21-2段段15%KCl15%KCl，每段，每段5-8m5-8m3 3； 7 7、充分沖洗：每階段沖洗體積為井筒體積的、充分沖洗：每階段沖洗體積為井筒體積的1.51.5倍。倍。3.3.頁巖水平井壓裂技術頁巖水平井壓裂技術6 6）現場實施技術）現場實施技術4.4.頁巖水平井壓裂技術發展趨勢及評價頁巖水平井壓裂技術發展趨勢及評價1 1）水平段套管：一般采用）水平段套管：一般采用5 1/25 1/2” 套管套管 ；2 2）水平段分隔：以可鉆橋塞和滑套）水平段分隔：以可鉆橋塞和滑套+ +封隔器兩種分段方式

25、為主；封隔器兩種分段方式為主；3) 3) 水平井分段數在增加，但每段的射孔數目在下降；水平井分段數在增加，但每段的射孔數目在下降；4) 4) 井距呈下降趨勢，段距呈下降趨勢；井距呈下降趨勢，段距呈下降趨勢；排量排量每段長度每段長度5、頁巖氣水平井產量統計、頁巖氣水平井產量統計906萬方萬方/年，平均年，平均2.5萬方萬方/天天不同井的產量差別很大！不同井的產量差別很大！采收率：采收率：8-20%6、在頁巖氣藏壓裂方面的井例：、在頁巖氣藏壓裂方面的井例：Marcellous ShaleWELL / LOCATION: West Virginia FORMATION: Marcellous Sha

26、le Horizontal 1 of 12 stages 壓后日產氣量：壓后日產氣量：1010萬立方米左右。萬立方米左右。單段注入量：單段注入量：一、頁巖氣藏特點一、頁巖氣藏特點二、頁巖氣資源分布二、頁巖氣資源分布三、頁巖氣開發技術三、頁巖氣開發技術四、安東頁巖氣服務能力四、安東頁巖氣服務能力l鉆井技術服務：鉆井技術服務： 頁巖定向鉆井技術服務：頁巖定向鉆井技術服務：MWDMWD、LWDLWD、RRSRRS定向鉆井、側鉆定向鉆井、側鉆水平井等；水平井等；l完井技術服務：完井技術服務： 固井工具及工藝等服務；固井工具及工藝等服務；l頁巖氣藏壓裂投產技術服務：設計、評價、工具、液體、支撐劑、連續油

27、頁巖氣藏壓裂投產技術服務：設計、評價、工具、液體、支撐劑、連續油管設備服務管設備服務安東工程技術總承包服務：安東工程技術總承包服務： 與多家技術服務公司建立了合作關系，根據國內頁巖氣開采技術的需求，與多家技術服務公司建立了合作關系，根據國內頁巖氣開采技術的需求，可以引進先進的技術，并能與公司現有的技術進行有效整合，形成整體承包可以引進先進的技術，并能與公司現有的技術進行有效整合，形成整體承包服務能力。服務能力。 通過引進、消化，結合國內實際，形成了一套針對頁巖氣藏通過引進、消化，結合國內實際，形成了一套針對頁巖氣藏壓裂投產技術。壓裂投產技術。 安東的合作伙伴（亞太地區唯一）安東的合作伙伴（亞太

28、地區唯一）ELYELY公司是一家專業從事頁巖氣藏公司是一家專業從事頁巖氣藏壓裂改造的服務公司，在頁巖氣藏清水壓裂改造方面具有豐富的經驗。壓裂改造的服務公司，在頁巖氣藏清水壓裂改造方面具有豐富的經驗。n ELY ELY主要從事完井、增產作業、油藏等領域的整體設計、現場施工作業及主要從事完井、增產作業、油藏等領域的整體設計、現場施工作業及現場監督。現場監督。n在頁巖氣壓裂方面，在頁巖氣壓裂方面，ELYELY也具有也具有2020多年的研究經歷以及超過多年的研究經歷以及超過10001000口頁巖氣口頁巖氣井的現場壓裂經驗。井的現場壓裂經驗。n在頁巖氣壓裂服務的公司包括在頁巖氣壓裂服務的公司包括Chevron USA Production Chevron USA Production 、 Shell Oil Shell Oil CompanyCompany、 Shell Western E&P, Inc She