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页岩气压裂

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页岩 气压
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岩气藏的开采低密度陶粒 _滑溜水 _水平井压裂页岩气开采ƒ 国外页岩气概要ƒ 完井方式ƒ 水平井开采页岩气ƒ 滑溜水压裂工艺ƒ 配套产品:低密度陶粒支撑剂ƒ 结束语国外页岩气概ƒ 美国和加拿大开采页岩气资源已具规模。ƒ 美国已圈定页岩气潜力盆地50余个,其中20余个已完成页岩气钻井勘探,形成4万多口气井,探明可采资源量15万亿~30万亿立方米,2009年开采1000亿立方米,基本接近我国的年度开采量。ƒ 加拿大在阿尔伯塔、 有一定产量。页岩气藏ƒ 页岩气藏各不相同ƒ 天然裂缝网络是否发育非常重要ƒ 需要压裂改造ƒ 最成功的页岩项目:ƒ 脆性页岩,总有机碳含量高ƒ 递减快页岩气藏的渗透率深层产气页岩的基质渗透率通常是以纳达西来计量的ƒ 常规储气层:达西;毫达西 致密砂岩气藏: 微达西 品质: 50~ 100)ƒ 页岩气藏: 纳达西 品质:300 ~ 500)对于页岩储藏来说很小的天然裂缝会提供额外的导流能力美国页岩气藏(部分)地层)泥盆纪)西西比纪)朱罗纪)白垩纪)地质年龄400 页岩储藏都各不相同,且各自都有独特的一套勘探与开发准则,以及作业挑战 有机碳           %) ‐8 ‐7 ‐6 ‐8 ‐8美国非常规天然气产能构成ƒ 页岩气现占美国天然气产量的 46%,页岩气是增长最快的一部分。is to of 国外页岩气概要ƒ 完井方式ƒ 水平井开采页岩气ƒ 滑溜水压裂工艺ƒ 配套产品:低密度陶粒支撑剂ƒ 结束语完井方式ƒ or or 套管裸眼完井ƒ 页岩气完井不常用ƒ 虽然这种完井方式成本低,且使井眼与天然裂缝有最大程度的接触,但其缺点是:ƒ 无法控制裂缝的初始点ƒ 无法进行调剖控制ƒ 有井眼坍塌或井报废的风险or 钻孔衬管或割缝衬管的裸眼完井ƒ 页岩气完井通常会选用ƒ 这种完井方式与无套管裸眼完井的优缺点类似,不同处在于这种方式提供了井眼稳定性套及套管外封隔器完井ƒ 通常是水平井页岩气井的选择ƒ 优点:ƒ 良好的调剖控制和井眼稳定ƒ 与套管射孔完井相比较,完井时间缩短ƒ 缺点:ƒ 完井较复杂ƒ 存在无法将井下装置下到预定的深度的风险ƒ 存在套管外封隔器( 固定或不密封的风险ƒ 存在滑套失效的风险or 胀封隔器及预钻孔衬管或整体衬管完井ƒ 通常不是水平井页岩气完井的选择ƒ 中心管通常尺寸为 4 到 7 英寸ƒ 优点:ƒ 较 缺点:ƒ 存在膨胀封隔器不密封的风险ƒ 存在膨胀封隔器长时间会收缩的风险管和射孔完井ƒ 页岩气完井的常规选择ƒ 通常多级压裂需要层间封隔ƒ 垂直井:常用缆索坐封桥塞ƒ 水平井:常用泵送塞堵和射孔枪ƒ 连续油管或油管定位进行增产措施ƒ 优点 :ƒ 很好的控制裂缝初始点ƒ 很好的调剖控制以及井眼稳定ƒ 有利于诊断(生产测井)ƒ 缺点 :ƒ 对于井眼与天然裂缝相交的位置完井是最差的ƒ 存在固井质量差的风险完井方式小结ƒ 美国大多数的运营商已将页岩气完井从直井转为多级压裂的水平井完井ƒ 这种完井方式更复杂,成本更高,但产能以及最终采收率能增加5 在各大运营商采用过多种不同的完井方式中,套管射孔完井仍普遍的采用于多级压裂方式完井方式 2 1 5 3 4天然裂缝连通性 1 2 6 4 3 4初次完井成本 1 2 6 4 3 5酸化容易度 5 6 3 2 4 1压裂容易度 5 6 3 4 2 1调剖控制容易度 5 6 3 2 4 1总分 23 24 22 21 19 16完井方式小结页岩气开采ƒ 国外页岩气概要ƒ 完井方式ƒ 水平井开采页岩气ƒ 滑溜水压裂工艺ƒ 配套产品:低密度陶粒支撑剂ƒ 结束语水平井开采页岩气ƒ 水平井钻井可以准确的控制钻头维持在一个窄的垂直窗口范围内,进行定向或水平方向钻进。ƒ 水平井可以比直井在相同的页岩气储层内有更大的泄油面积。ƒ 实例: 垂直井的泄油范围:直径:320 高 50 ƒ 垂直井的泄油范围:水平段长 2000 至 6000 50 面积比直井大4000 倍。ƒ 在环保方面比直井有更重要的优点。美国科罗拉多州 22口水平井/井组ƒ 压裂22口井129层用22天ƒ 完井用62天ƒ 水用量400000桶(63595方)ƒ 支撑剂用量6000吨ƒ 40台压裂泵车ƒ 10台混砂车ƒ 6 工作罐ƒ 附加循环利用储罐垂直井与水平井ƒ 对于厚储气藏 (大于300英尺),通常采用垂直井设计ƒ 由于储藏厚度大,这类完井多为多级压裂ƒ 对于薄储藏,则会采用常用的水平井设计,可以最大程度地接触储气层,特别是结合压裂ƒ 当横向长度大于2000英尺时,这类完井也会采用多级压裂• 大多数非常规气井水平井压裂的目标是力求形成多条横向缝与井筒相交。• 由于在井筒附近流体流动汇聚流速很快,所以近井地带的裂缝流动能力是关键。• 水平井压裂需要高的导流能力!气流速高!压降巨大!水平井压裂水平井开采页岩气地区平井井数15 00 001 6 04 008 31 810 国外页岩气概要ƒ 完井方式ƒ 水平井开采页岩气ƒ 滑溜水压裂工艺ƒ 配套产品:低密度陶粒支撑剂ƒ 结束语ƒ 在清水压裂的基础上发展完善起来的一项适合非常规气藏的开采工艺。ƒ 形成更密布的网状裂缝。ƒ 对于页岩气的流动,可以提供足够的导流能力。ƒ 与水平井配套可以形成相当大范围的泄油面积。ƒ 目前水平井钻井与压裂成为更经济、快捷、准确的开采 页岩气的主要手段。滑溜水压裂定义ƒ 水压裂、滑溜水压裂、河水压裂)ƒ “减小在油套管内的磨阻– 减阻剂或– 线性胶 lƒ 低粘度、差的传输性能ƒ 一般是高排量( >1006m3/(有时 8m3/ƒ 携砂浓度特别低(,但会是大规模加砂量的施工(>1 这不是不加砂的清水压裂ƒ 液量巨大: 3.5 4540ƒ “(混合型压裂)ƒ 会用交联阶段来携带支撑剂,而用滑溜水作前置液和顶替液滑溜水压裂施工现场 目前在 of 利处)ƒ 可能减小瓜胶的伤害ƒ 会造成更加复杂的裂缝 (与储藏有更多的接触)ƒ 减少化学药剂以及永久伤害往往可以抵消附加的水马力和 /或附加的水的成本ƒ 减少裂缝高度ƒ 因为对水质要求不如压裂液那么苛刻,往往可以直接采用需要排放的产出水ƒ 关注)ƒ 支撑剂传输– 裂缝的长度和垂向的覆盖率ƒ 将大量的水置入地层(对于水敏地层、大量水源的需求)ƒ 加砂需要足够的裂缝的宽度瓜胶压裂液滤饼伤害0# XL 0/50# 12 4 高砂比瓜胶形成的滤饼会在低砂比的裂缝中占据相对更多的裂缝宽度。致使其有效的缝宽更窄!压裂液滤饼宽度• 2% • 60# 70Q 20# 20# L 30# 28# L 35# L 45# L 50# L 太稠的液体 )一般是低砂比沉降裂缝 / 沉降堤可能容纳的宽度 ?来自瓜胶压裂的伤害无 /最小 ?在堤上有无支撑的空穴 ?用 “滑溜水 ”压裂的裂缝宽度我们支撑的裂缝宽度实际要比用低砂比交联瓜胶压裂的缝宽 ?低砂比携砂液用交联压裂液的裂缝宽度滑溜水压裂的机理ƒ 裂缝的几何形态与岩石力学的关系ƒ 支撑剂的沉降、传输、沉积ƒ 支撑剂在裂缝中的铺置ƒ 泵注程序ƒ 裂缝导流能力ƒ 支撑剂性能要求 500 1000 1500 2000 2500500 0 500 1000 1500 2000 2500常规裂缝半长与生产指数没有关系• 裂缝网络系统则与生产指数有关系不同的裂缝系统500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000石脆性 80 305 15 12to of 15258 of s s 氏硬度性页岩ƒ 天然和诱导缝趋于消除ƒ 应力各向异性高ƒ 高扭曲ƒ 高嵌入度ƒ 双翼(单)裂缝ƒ 储藏接触体积最小 趋于天然形成裂缝ƒ 容易压裂ƒ 低扭曲ƒ 低嵌入度ƒ 天然裂缝增加烃储藏和流动能力ƒ 复杂的裂缝网络ƒ 储藏接触体积最大石脆性脆性& 裂缝复杂性 杨氏模量 波松比石脆性平均岩石力学性能 s 石脆性矿物组分3 45 180 8 525 27 162 20 14岩矿物学三元图解15258 - of 15258 - 页岩岩石物理学在增产设计中的实际应用 石英粘土酸盐in 美数据库所有页岩 5% 10% 15258s 松比s 土类型水饱和度饱和度粘土含量s S s 松比与杨氏模量压裂指数 液体体系 裂缝几何形状 裂缝闭合宽度轮廓70﹪ 滑溜水60﹪ 滑溜水 混合40﹪ 线性胶30﹪ 泡沫 交联瓜胶10﹪ 交联瓜胶压裂指数 支撑剂浓度 液量 支撑剂用量70﹪ 低 高 低60﹪50﹪40﹪30﹪20﹪10﹪ 高 低 高 粘度较高的液体„ 提高砂比„ 较多的级数10 12 15 ………….„ 较多组的射孔„ 横向更长„ 加大支撑剂用量裂缝类型网状裂缝双翼裂缝 80 13m3/ 80 13m3/ 70 11m3/- 2 - 2 3 – 6 - 8 , 4030, 4030,3020 裂缝的几何形态与岩石力学的关系ƒ 支撑剂的沉降、传输、沉积ƒ 支撑剂在裂缝中的铺置ƒ 泵注程序ƒ 裂缝导流能力ƒ 支撑剂性能要求p> ρ小 , 沉降速度增快当我们泵入幂率型压裂液时,可以使沉降速度接近为零!随着支撑剂的沉降速度成指数 增加颗粒的尺寸对沉降速度的影响要比密度更大 ! ρ61428 of 0 0 0 g/0 LB’s “ 60F(% 0/50 高密度陶粒的沉降速度和20/40低密度陶粒相同s 止液体、没考虑壁的效应61428 of 粒的聚积,结块滑动/对流裂缝面的粗糙和倾斜剪切幂率型液体粘度指进只校正了:颗粒的惯性壁的效应颗粒间的防碍(浓度效应)可以将支撑剂携带更远(50%)平衡床的高度ƒ 验室观察在滑溜水中支撑剂的沉降与传输条件 s:1 0 砂10 个孔眼缝宽8 )~2英尺高观察 :紊流近井筒有空穴支撑剂很快由悬浮向下沉降很快达到平衡顶替阶段– 净液的冲蚀条件 s:1 支撑剂)10 个孔眼缝宽8 )~2英尺高观察 :冲蚀跳跃传输缓慢达到平衡流化(举升)流化(举升)与沉降(拖拉)支撑剂沉降与沉积平衡床高度循环净液体…分钟后床的高度4 4 顶替100% 净液后,加入尾追支撑剂 (绿色)滑溜水中支撑剂的沉降传输沉积三种不同的支撑剂排布导流能力的两种来源滑溜水压裂实例泵注程序非常规气藏压裂需要导流能力• 横向裂缝近井地带流动的聚集• 应力的影响• 温度影响• 多项流体的产出• 实际的生产条件15405720685431022514108554725167 7120010002000300040005000600035031 lb/sq 30# e6 50% 250° F, 1 lb/6000 500 1000 50 , 2 06301be % SO 06301)15405720685431022514108554724393010002000300040005000600035031 lb/sq e6 250°F, 1 lb/6000 500 1000 50 , 2 063010% SO 8% 06301)裂缝宽度影响破碎率!ƒ 在窄缝中破碎率增大!• 边部颗粒非均匀受力• 内部颗粒六面均匀受力破碎率取决于缝宽!051015202530lb/sq lb/sq lb/sq .5 lb/sq lb/sq 0.2 lb/sq lb/sq lb/sq lb/sq lb/sq .5 lb/sq lb/sq 0/40 000 .2 lb/sq 轻 如水ƒ 强 如钻石ƒ 廉 如土ƒ 不巧的是,很难能找到能同时满足上述条件的产品!页岩气开采ƒ 国外页岩气概要ƒ 完井方式ƒ 水平井开采页岩气ƒ 滑溜水压裂工艺ƒ 配套产品:低密度陶粒支撑剂ƒ 结束语D 0 产品0/80 破碎率 40/800510152025303540455020 30 35 40 45 50 60 70 80 1000/80 000 4000 6000 8000 10000 12000 14000() 0 00/80 000 4000 6000 8000 10000 12000 14000( 0 00/80 用于滑溜水压裂理想的支撑剂ƒ 最佳组合了支撑剂传输和导流能力的特性ƒ 相对于石英砂和树脂包砂,其热稳定性最佳.ƒ 40/80 与同尺寸的石英砂沉降速度相似ƒ 比40/70树脂包砂的导流能力高 40 %页岩气开采ƒ 国外页岩气概要ƒ 完井方式ƒ 水平井开采页岩气ƒ 滑溜水压裂工艺ƒ 配套产品:低密度陶粒支撑剂ƒ 结束语• 2,000 of ( 1597亿方)• 1025亿方) • 572亿方) Z 7500 P (30%) 10679020406080100120140160180123456789101121314151617181920 23 400 91 91 620 25F, 10k 0 0 0 0 >325°F)>10,000 HZ 10 1M (5) 00F, 9k 0 0 0 0 280)800 HZ 15 1M (5) 压裂模拟,储藏工程与诊断一体化服务ƒ 8611, 49104, 63034, 95508ƒ of 3030, 77441, 90051ƒ of on 15769, 115771, 119366, 119398非常规规及致密气藏近期压裂技术服务的项目网状裂缝储藏数值模拟ƒ 研究揭示:致密储层,裂缝的导流能力对增产天然气的影响很大。平均导流能
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