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美国页岩气压裂增产技术

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美国 页岩 气压 增产 技术
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9 00.+.+.+.—+一+/美国页岩气压裂增产技术崔青(中国石油大学石油工程学院,山东东营257061)摘要:页岩气是非常规气勘探开发的重要领域,并在美国取得了巨大成功。页岩气以吸附或游离状态为主要存在形式,形成于暗色高碳泥质烃源岩中。页岩气藏是典型的非常规天然气藏,它具有低渗透、生产周期长和开采寿命长的特点。页岩气作为一种高效、清洁的能源,其中蕴藏着巨大的经济和环境效益。美国页岩气开发采用了先进的压裂增产技术。页岩气产量逐年提高。水力压裂技术的改进主要是指各种压裂技术的涌现,如分段压裂技术、重复压裂技术、同步压裂技术和清水压裂技术等。关键词:美国;页岩气;压裂;增产中图分类号:献标识码:A 文章编号:1673—5285(2010)105706 1,he of is an of it he in is a s of as s is s to of a as ey 0104作者简介:崔青,女(1986一),山东东营人。邮箱:63.方数据2 石油化工应用2010年 第29卷页岩气是指主体位于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聚集。根据页岩气可采资源底数和开采潜力,页岩气已成为继致密砂岩气和煤层气之后的第三种重要的资源。对于页岩气,实现经济开采的重要因素之一就是裂缝的发育程度,但是统计表明90%以上的页岩气井需要采取压裂等增产措施沟通天然裂缝。我国与美国在页岩气地质条件上具有许多相似之处,页岩气富集地质条件优越,具有与美国大致相当的页岩气资源前景和开发潜力。美国已经实现了页岩气的商业化开采,其成功经验值得我国借鉴学习。1 美国页岩气勘探开发现状美国最先对页岩气进行开采实验,并取得巨大成功,且具有领先地位。页岩气的商业性开采最早(1821年)始于美国东部,20世纪20年代步入规模,主要产于阿拉巴契亚盆地富含有机质的泥盆系页岩中。美国能源部东部天然气页岩研究项目始于1976年,作为地质、地球化学系和石油工程的一系列研究项目重点在于研究增产措施。20世纪70年代以来,由于对天然气需求的快速增加和勘探技术的进步,页岩气开采在美国迅速发展起来。70年代中期美国页岩气步人规模化发展阶段,70年代末期页岩气年产量约为19.6亿立方米【11。目前,美国已在多个盆地发现了页岩气,并对其进行了开采(见图1)。2004年的产量已近200亿立方米,2007年达到500亿立方米的水平。页岩气占美国天然气产量的比例也不断提高,1998年占1.6%,2003年和2004年分别占3.O%和4.5%,2007年占8%田。2009年美国页岩气生产井近98 590口,页岩气年产量接近l 000亿立方米。预计2010年,美国开采页岩气将占其天然气开采总量的13%。图I 美国页岩气盆地分布图2 美国页岩气压裂增产技术页岩气储层具有渗透率极低的特点,所以开发过程中必须采用适当的增产技术,才能实现商业开发。大多数产页岩气岩具有分布范围广、层厚、普遍含气等特点,从而使得页岩气井能够长期的以稳定的速率产气。开采页岩气层需要采取增产措施和特殊的钻井和完井方法,目前多采用水平井或斜井开采,斜井钻进是开发透镜状气藏可选择的最佳方法,而水平井将成为开发边缘海相和海相席状砂岩的最佳方法【31。页岩气开采技术主要包括水平井分段压裂技术、重复压裂技术、同步压裂技术和清水压裂技术等,这些先进的技术不断提高着页岩气井的产量。正是这些先进技术的成功应用,促使了美国页岩气开发的快速发展。2.1水平井分段压裂技术水平钻井和分段压裂相结合的技术被广泛应用于页岩气开采。水平井可以增加井筒与油层的接触面积,从而提高油气的产量和最终采收率,从水平井中获得的最终采收率是直井的3倍,而费用只相当于直井的2倍,因此被越来越多的作业者应用。但是由于页岩气储层渗透率低气流阻力比传统天然气大得多,还要对水平井进行压裂增产,提高水平井产能(见图2)。图2水平井分段压裂示意图分段压裂利用封隔器或其它材料段塞,在水平井筒内一次压裂一个井段,逐段压裂,压开多条裂缝。通常情况下分为三个阶段,第一阶段,将前置液泵人储层。前置液是一种没有支撑剂的压裂液;第二阶段,将含有一定浓度支撑剂的压裂液泵人储层;第三阶段,使用含有更高浓度支撑剂的压裂液。随后,数量不定的压裂液泵入储层,且相继处理措施要比之前支撑剂浓度高嗍。该技术即可用于单一储层区域,也可用于储层中几个不相连区域。其常被应用于垂直堆叠的致密气地层的增产。作业者可以使用桥塞、连续油管、封隔器以及整体隔离系统,从而达到短生产时间和低成本的要求。2.2重复压裂技术所谓重复压裂是指同层第二次的或更多次的压万方数据第10期 崔青美国页岩气压裂增产技术 3裂,即第一次对某层段进行压裂后,对该层段再进行压裂,甚至更多次的压裂。要使重复压裂处理获得成功,必须在压裂后,能够产生更长或导流能力更好的支撑剂裂缝,或者使作业井能够比重复压裂前更好的连通净产层。实现这些目标需要掌握更多关于储层和生产井状况资料,以便了解重复增产处理获得成功的原因,并以此为基础改进以后的处理。评估重复压裂前、后的平均储层压力、渗透率厚度乘积和有效裂缝长度与导流能力,能够使工程师们确定重新压裂前生产井产能不好的原因,以及重复压裂成功或失败的因素[51。决定页岩气重复压裂成功与否的一个重要因素是裂缝转向。在过对远、近地应力场研究表明,重复压裂裂缝刚开始沿着原先的裂缝方向延伸,延伸很短的一段距离后裂缝开始转向。由于缝转向并形成新缝网是可行的,但并不是每次重复压裂都能使裂缝转向,可以通过微地震裂缝监测对裂缝转向和新缝网进一步认识。微地震裂缝监测技术的主要依据是,在水力压裂过程中,裂缝周围的薄弱层面(如天然裂缝、横推断层、层理面)的稳定性受到影响,发生剪切滑动,产生了类似于断层发生的“微地震”或“微天然地震”。微地震辐射出弹性波的频率相当高,一般处在声波的频率范围内。这些弹性波信号可以用精密的传感器在邻井探测,并通过数据处理分析出有关震源的信息嘲。2.3同步压裂技术在步压裂技术越来越多的被作业者采用。2006年,同步平行压裂技术开始在此技术中,2口或者更多的邻近平行井同时压裂,目的是使页岩受到更大的压力作用,从而通过增加水力裂隙网的密度,产生一个复杂的裂缝三维网络,同时也增加了压裂工作的表面积。当压裂液注入两井之间的空间时,每个井的排油面积增加,这是在单井压裂时不可能出现的。同步压裂费用较高,并且需要更多的协调工作以及后勤保障,作业场所也更大171。同时,它的收效大,因为压裂设备会更高效的应用,2口井会在一周内完井而不是两周,采用该技术的页岩气井短期内增产效果非常明显。2.4清水压裂技术清水压裂是指应用在清水中加入降阻剂、活性剂、防膨剂等或线性胶作为工作液进行的压裂作业。具有成本低、伤害低以及能够深度解堵等优点。因为清水压裂在从1997年不断的成功应用,多早期方法在注入高浓度压裂支撑剂时遇到困难,因此限制支撑剂浓度平均为0.05磅/力Ⅱ仑。一口直井的排量大约是每英尺2 000—2 400加仑。一个重要的关于清水压裂的观测结果是抽吸的流体体积正相关于初始采收率和对应的储量181。由于岩石中的天然裂缝具有一定表面粗糙度,闭合后仍能保持一定的缝隙,形成对低渗储层来说已经足够的导流能力。清水压裂很少需要清理,基本上不存在残渣伤害问题,且可提供更长的裂缝,并将压裂支撑剂运到远至裂缝网络,与其20世纪90年代的凝胶压裂技术相比,可节约50%~60%的成本。该技术已成为开发如 结论美国的页岩气勘探开发取得巨大成功,压裂增产技术是开发成功的关键。美国针对页岩气储层的特点采用了水平井分段压裂技术,重复压裂技术,同步压裂技术和清水压裂技术等。美国的页岩气开采有巨大的前景,各种新技术的应用必将使美国的页岩气产量攀升到更高水平。参考文献:[1] 闫存章,黄玉珍,葛春梅,董大忠,程克明.页岩气是潜力巨大的非常规天然气资源[J].天然气工业,2009,29(5):12]张抗,谭云冬.世界页岩气资源潜力和开采现状及中国页岩气发展前景[J].当代石油石化,2009,17(3):9—12.[3]江怀友,宋新民。安晓璇,齐卫杰,董利娟.世界页岩气资源与勘探开发技术综述[J].天然气技术,2008,2(6)'264]s.丸九.C]//1007,S.[5]er 复压裂方法[L]./en/003/06]王治中,邓金根,赵振峰,慕立傻,刘建安。田红.井下微地震裂缝监测设计及压裂效果评价[J].大庆石油地质与开发,2006,25(6):767]P N ib∞n.of 21008,8]H.06070)[C],/9 方数据美国页岩气压裂增产技术作者: 崔青, 中国石油大学石油工程学院,山东东营,257061刊名: 石油化工应用英文刊名: (期): 2010,29(10)参考文献(8条)新民;安晓璇;齐仁理 乔卫杰 董利娟 世界页岩气资源与勘探开发技术综述 2008(06)云冬 世界页岩气资源潜力和开采现状及中国页岩气发展前景[期刊论文]009(03)玉珍;葛春梅;董大忠 程克明 页岩气是潜力巨大的非常规天然气资源[期刊论文]5) of 金根;赵振峰;幕立俊 刘建安 田红 井下微地震裂缝监测设计及压裂效果评价[期刊论文]006(06)er 证文献(1条)襄盆地泌阳凹陷陆相页岩储层压裂技术研究与应用[期刊论文]011(3)本文链接:
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