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页岩气开发技术综述

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页岩 开发 技术 综述
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页岩气开发技术综述页岩气是指那些聚集在暗色泥页岩或高碳泥页岩中,以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气。它与常规天然气的理化性质完全一样,只不过赋存于渗透率、孔隙度极低的泥页岩之中,气流的阻力比常规天然气大,很大程度上增加了页岩气的开采难度,因此被业界归为非常规油气资源。页岩自身的有效孔隙度很低,页岩气藏主要是由于大范围发育的区域性裂缝,或热裂解生气阶段产生异常高压在沿应力集中面、岩性接触过渡面或脆性薄弱面产生的裂缝提供成藏所需的最低限度的储集孔隙度和渗透率。通常孔隙度最高仅为 4% ~5%,渗透率小于 1×10岩气开发是一个系统、庞杂的工程,其技术要求高、资金投入多。技术进步是页岩气产量提高的关键,其中水平钻井和水力压裂技术是页岩气开发的核心技术,此外还包含了页岩气井测井、录井、固井、完井 、监测等多种技术。1 水平钻井技术的广泛使用 页岩气生产井一般都采用水平井,直井仅一般作为探井。水平井可以获得更大的储层泄流面积,单井产量大、生产周期长,特别适用于页岩这样的产层薄、孔隙度小、渗透率低的储层开发,具有直井无法比拟的效果。水平井目前已经广泛应用在美国页岩气开发中。1992 年,源公司在 岩中完成第一口水平井后,水平井开始在页岩气中应用;2002 年,源公司收购 源公司后,开始在 岩大规模打水平井;截至 2008年,整个 岩中共有生产井 10000 口左右,其 q J 2/3 的井为水平井。水平井中获得的页岩气最终采收率大约是直井的 3 倍 (, 2006),在岩核心地区,水平井的月最大产量能达到直井的 4 倍 ( 2005)。 页岩气井水平钻井的技术有空气欠平衡钻井技术 、控制压力钻井技术及 旋转导向钻井技术。 气欠平衡钻井技术空气欠平衡钻井是以空气作为循环介质进行欠平衡钻井 ,它能够克服井壁坍塌和液体钻井液对储层的伤害,很好地克服钻井作业过程中的卡钻、井漏、井塌等问题,提高钻井速度,减轻地层伤害,提高油气井产能,节省作业成本。空气欠平衡钻井在 岩钻井中曾取得了良好的钻井效果 (2004; 制压力钻井技术控制压力钻井是通过控制钻进过程的压力使得钻井作业最优化,缩短非生产时间和减少钻井事故 ,有效控制地层流体侵入井眼,减少井涌、井漏、卡钻等多情况,特别适用于当钻遇含气量较大且裂缝发育的页岩地层时,避免气体溢出量剧增带来的安全隐患 (2009)。公司是该技术的代表 ,已进行过页岩气井的控制压力钻井技术研究和现场试验应用,取得了较好的应用效果。 旋转导向钻井技术旋转导向钻井技术是基于旋转导导向系统的钻井技术,它能够从地面连续导向钻井,根据作业者的要求实时调整井眼轨迹,具有摩阻与扭阻小、机械钻速高、钻井成本低、井眼轨迹平滑,压差卡钻风险低等优点,是目前页岩 气井水平钻井技术的前沿技术,也是水平钻井技术的发展方向。其旋转导向系统按其导向方式可分为推靠钻头式 ( 指向钻头式 (两种 ,目前 公司的技术是旋转导向技术中的代表。 2 水力压裂技术的广泛应用页岩气井钻井完成后,90%以上的井需要经过酸化、压裂等储层改造措施后才能获得比较理想的产量。其根本原因在于页岩基质渗透率很低,勘探开发困难。水力压裂是目前用于页岩储层改造的主要技术,包括多级压裂、清水压裂、同步压裂、水力喷射压裂及重复压裂等技术。 水压裂技术1997 年之前广泛使用大型水力压裂 ,而 源公司在 岩开始使用清水压裂 ,最终采收率提高了 20%以上 ,作业费用减少了 65% ( 2006)。作业者使用清水压裂对先前凝胶压裂后产量减小的井重新压裂,达到了同初始速度相近的生产速度,并能增加 60%可采储量。目前清水压裂中使用的是混合清水压裂液,即在传统的清水压裂液中加入了减阻剂、凝胶、支撑剂等添加剂,集成了清水压裂和凝胶压裂的优点,改变了以往依靠交联冻胶延长裂缝的手段 ,既达到了增产效果 ,又减小了对地层的伤害。不过由于压裂液以清水为主,在粘土含量大的页岩层段容易造成井壁坍塌。此清水压裂适用于粘土含量适中,天然裂缝系统发育的储层。 级分段压裂技术对于水平井段长、产层多的井,常根据储层的含气性特点进行多级分段压裂。多级压裂技术是页岩气井水力压裂应用最广泛的技术,日前美国页岩气井有 85%的井是采用水平井和多级压裂技术结合的方式进行开采,它适用于水平井段较长,页岩层段较多的井。新田公司在 岩中的部分开发井采用了 5~7 段式的分段压裂,增产效果显著 (007)。步压裂技术同步压裂技术是两口或两口以上的井同时压裂,它在短期内增产效果明显,作业时间短,节省成本,适用于页岩气开发中后期井眼密集时压裂作业。2006年,同步压裂技术首次应在 岩中并获得成功,并成为 岩开发中后期常用的水力压裂技术。 力喷射压裂技术水力喷射压裂的应用不受完井方式的限制,可在裸眼及各种完井结构水平井实现压裂,缺点是受到压裂井深和加砂规模的限制且技术要求高.重复压裂能够有效地改善单井产量与生产动态特性 ,它不但可以用来恢复低产井的产能 ,对于那些产量相对较高的井提高产量时也同样适用。 它技术术完井技术 页岩气井的完井可采用裸眼完井或套管完井。裸眼完井能够有效避免水泥对储层的伤害,工艺相对简单,成本相对较低 ,但是容易发生井壁垮塌,因此裸眼完井后期压裂作业难度大,对水力压裂技术的要求高。套管完井井筒稳定,在储层改造时能够选择性的射孔,优化增产作业。套管完井后,可以采用连续油管压裂对页岩储层进行改造。 固井技术 页岩气井固井可以分为常规水泥固井 、泡沫水泥固井和酸溶性水泥固井三种。常规水泥固井就是使用传统的水泥浆进行井作业的方法,成本低、技术成熟。泡沫水泥完井有良好的防窜效果,能解决低压易漏长封固段复杂井的固井问题,而且水泥侵入距离短,可以减小储层损害。酸溶性水泥与盐酸接触时,水泥就会依随溶解度和接触时间而溶解,水泥溶解度高达 92%,便于清除,防止堵塞射孔孔洞和压裂裂缝。当需要密度更低的水泥浆时,酸溶性水泥还可以泡沫化,形成泡沫酸溶性水泥,使之具有泡沫水泥和酸溶性水泥的双重优点。压裂检测技术 页岩气井实施压裂改造措施后,需要有效的方法来确定压裂作业效果,获取压裂诱导裂缝导流能力、几何形态、复杂性及其方位等诸多信息。综合裂缝监测技术是基于地面倾斜监测、井下倾斜监测和微地震监测三种技术的裂缝监测诊断技术,该技术可直接地测量因裂缝问距超过裂缝长度而造成的变形来表征所产生裂缝网络,评价压裂作业效果 ,实现页岩气藏管理的最佳化。 页岩气随钻测井技术 页岩气井的随钻测井技术根据实时记录测量的近钻头的地质参数,识别容易造成卡钻的高压层,反映井下裂缝的发育情况,识别破碎带和地层岩性等,确定钻头在地层中的空间位置 ,使钻井工程师能够实时引导钻头沿着设汁的井眼轨迹或目的层钻进,提高钻井效率。目前根据水平井随钻测量技术研发的 井眼微电阻率扫描成像测井系统已经广泛的应用于页岩气水平井钻井中。 3 超临界 术超临界 术开采页岩气是一种最新的技术,超临界 体具有气体的低黏、高扩散性和液体的高密度特性,在页岩气开发方面具有很强的技术优势及经济优势。 超临界 井技术是利用超临界 为钻井流体的一种新型钻井方法,钻井过程中利用高压泵将低温液态 送到钻杆中,液态 行到一定深度后达到超临界态,利用超临界 流辅助破岩来达到快速钻井的目的。超临界 井液主要优势是破岩门限压力低、破岩速度快,而且密度可调范围大,在为井下马达提供动力的同时还能使井筒保持欠平衡状态,因此得到了国内外专家的广泛关注。超临界 体的密度较大,与液体接近;其黏度较低,接近于气体。 利用超临界 流能够破碎坚硬的页岩、大理岩以及花岗岩,提高钻井速度、缩短建井周期及降低开发初期的钻井成本 ,且降低对设备的压力要求,采用超临界 射压裂代替常规大型水力压裂,可以有效保护储层不受损害,节约了钻井液,最大限度地提高裂缝的导流能力。同时 ,超临界 体中不含水,在提高钻井速度的同时,降低了缩颈 、卡钻等风险,强化采气 ,提高了油气井单井产量及采收率。 更重要的是 ,超临界 平衡钻井技术具有一定的促进作用。这主要是因为超临 流,可以大幅降低钻头以及钻具温度 ,延长钻头、钻具使用寿命;超临界 度可调范围较大,保征为井下马达提供足够动力的 时还能保汪井筒的欠平衡。 超临界 连续油管技术结合进行钻井,可以大大延长连续油管的使用寿命。当连续油管使用水射流破岩时所需要的系统压力较高 ( 水射流破岩门限压力高 ),而超临界 流破岩能够降低整个钻井系统的压力,因此可以延 长连续油管的使用寿命 ,这相当于给连续油管插上 “ 一双 翅膀”
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