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美国页岩气体积改造技术现状及对我国的启示

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美国 页岩 体积 改造 技术 现状 我国 启示
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第 33 卷 第 2 期2011 年 3 月石 油 钻 采 工 艺 33 2 2011文 章 编 号 : 1000 – 7393( 2011 ) 02 – 0001 – 07美 国 页 岩 气 体 积 改 造 技 术 现 状 及 对 我 国 的 启 示吴   奇1, 2胥   云2, 3刘 玉 章2, 3丁 云 宏2, 3王 晓 泉1王 腾 飞2, 3( 1. 中 国 石 油 勘 探 与 生 产 分 公 司 , 北 京   100007; 2. 气 藏 改 造 重 点 实 验 室 , 河 北 廊 坊   065007; 3. 中 国 石 油 勘 探 开 发 研 究 院 廊 坊 分 院 , 河 北 廊 坊   065007)摘要: 概 述 了 美 国 页 岩 气 改 造 技 术 发 展 历 程 , 对 微 地 震 技 术 推 动 页 岩 气 改 造 技 术 的 进 步 进 行 了 综 述 , 对 国 外 提 出 的 油 藏 改造 体 积 概 念 进 行 了 技 术 定 义 , 分 析 了 体 积 改 造 技 术 的 内 涵 及 作 用 。 对 实 现 体 积 改 造 的 储 层 条 件 、 天 然 裂 缝 的 影 响 及 起 裂 特 征 等进 行 了 分 析 , 总 结 出 实 现 体 积 改 造 的 关 键 技 术 以 及 对 我 国 页 岩 气 改 造 技 术 发 展 的 启 示 。 对 比 了 火 山 岩 、 碳 酸 盐 岩 等 天 然 裂 缝 发育 储 层 的 常 规 改 造 与 体 积 改 造 的 不 同 理 念 , 并 提 出 了 页 岩 气 储 层 改 造 技 术 未 来 发 展 方 向 。关 键 词 : 页 岩 气 ; 体 积 改 造 ; 微 地 震 ; 水 平 井 ; 天 然 裂 缝 ; 分 簇 射 孔 ; 滑 溜 水中 图 分 类 号 :     文 献 标 识 码 : of U , , , , (1. 00007, 2. 65007, 3. of 65007, of to RV by is RV of of RV to s is as RV of RV is 非 常 规 气 一 百 多 年 的 发 展 历 程 是 一 个 充满 探 索 、 试 验 、 进 步 的 过 程 。 2006 年 以 来 , 水 平 井 分段 改 造 技 术 的 突 破 , 推 动 了 技 术 进 步 , 不 仅 大 幅 度提 升 了 非 常 规 气 的 产 量 , 还 由 此 改 变 了 世 界 能 源 格局 。 2009 年 美 国 天 然 气 产 量 达 到 5934× 108成为 世 界 第 一 大 产 气 大 国 , 其 中 , 非 常 规 天 然 气 产 量 达3085 亿 占 总 产 量 的 52%。 在 非 常 规 天 然 气 中 ,页 岩 气 产 量 上 升 迅 猛 , 2000 年 美 国 页 岩 气 年 产 量 仅为 122 亿 而 2009 年 则 达 到 878 亿 占 当 年 天然 气 产 量 的 15%。 实 现 “ 页 岩 气 革 命 ” 的 关 键 就 是基金项目: 国 家 科 技 重 大 专 项 “ 大 型 油 气 田 及 煤 层 气 开 发 ” ( 编 号 : 2008项 目 资 助 。作者简介: 吴 奇 , 1958 年 生 。 1982 年 毕 业 于 大 庆 石 油 学 院 钻 井 专 业 , 现 任 副 总 经 理 , 从 事 管 理 及 钻 井 、 储 层 改 造 等 技 术 研 究 工 作 , 教 授 级高 级 工 程 师 。 石 油 钻 采 工 艺   2011 年 3 月 ( 第 33 卷 ) 第 2 期储 层 改 造 技 术 的 突 破 与 快 速 发 展 。 因 此 , 分 析 美 国页 岩 气 储 层 改 造 技 术 发 展 历 程 及 技 术 特 点 , 对 推 动我 国 页 岩 气 储 层 改 造 技 术 进 步 具 有 重 要 意 义 。 1  美 国 页 岩 气 改 造 技 术 历 经 4个 发 展 阶 段 ,技 术 不 断 进 步在 美 国 的 页 岩 气 储 层 中 , 岩 的 开 发 历史 最 为 悠 久 , 产 量 占 全 美 页 岩 气 产 量 的 70% 以 上 , 储层 改 造 技 术 的 研 究 与 应 用 发 展 历 程 最 具 代 表 性 。 截至 2009 年[ 1], 岩 气 井 总 数 量 13 740 口 , 其中 2009 年 新 钻 井 3694 口 , 水 平 井 完 井 超 过 了 95%,水 平 井 及 水 平 井 分 段 改 造 技 术 已 经 成 为 页 岩 气 开 发的 关 键 技 术 。 总 结 美 国 岩 气 的 改 造 技 术发 展 历 程 , 可 以 划 分 为 以 下 4 个 阶 段[ 2 第 1 阶 段 — — 直 井 大 规 模 水 力 压 裂 ( 技 术( 1997 年 前 )上 世 纪 80 年 代 初 期 , 大 多 采 用 常 规 羟 丙 基 瓜 胶压 裂 技 术 , 也 试 验 应 用 过 氮 气 泡 沫 压 裂 技 术 , 到 1986年 开 始 采 用 氮 气 助 排 的 大 型 压 裂 技 术 , 压 裂 液 1900 , 20/40 目 支 撑 剂 44~680 t, 施 工 排 量 大 于 6 m3/1990 年 以 来 , 岩 气 井 全 部 采 用 大型 压 裂 技 术 , 典 型 井 产 量 ( × 104m3/d;1992 进 行 第 1 口 水 平 井 压 裂 。第 2 阶 段 — — 直 井 大 规 模 滑 溜 水 压 裂 为 主 ( 1997— 2002 年 )1997 年 , 美 国 借 鉴 棉 花 谷 致 密 气 压 裂 成 功 经 验 ,将 滑 溜 水 压 裂 技 术 引 入 到 页 岩 气 压 裂 中 , 最 初 的 滑溜 水 压 裂 , 用 水 量 大 于 6000 支 撑 剂 用 量 一 般 超过 100 施 工 成 本 降 低 25%; 1998 年 , 大 规 模 采 用滑 溜 水 压 裂 技 术 , 其 效 果 显 著 比 大 型 冻 胶 压 裂 好 , 产量 增 加 约 25%, 达 到 104m3/d。第 3 阶 段 — — 水 平 井 分 段 压 裂 技 术 开 始 试 验( 2002— 2007 年 )2002 年 以 来 , 许 多 公 司 尝 试 水 平 井 压 裂 ( 水 平段 长 450~1500 m) , 水 平 井 产 量 一 般 是 垂 直 井 的 3 倍多 。 2004 年 , 水 平 井 分 段 改 造 和 滑 溜 水 压 裂 技 术 得到 快 速 普 及 , 采 用 水 平 井 多 段 滑 溜 水 压 裂 能 获 得 更好 效 果 , 产 量 可 达 到 104m3/d; 2005 年 , 开 始试 验 称 之 为 “ 工 厂 化 ” 作 业 的 两 井 同 步 压 裂 技 术[ 6],或 者 是 交 叉 式 压 裂 技 术 ( 又 称 拉 链式 压 裂 ) 。 这 种 施 工 方 式 可 促 使 产 生 更 复 杂 的 缝 网 ,增 加 储 层 改 造 体 积 ( , 平 均 产 量 比 单 独 压 裂 可类 比 井 提 高 21%~55%, 成 本 降 低 50% 以 上 。第 4 阶 段 — — 水 平 井 套 管 完 井 及 分 段 压 裂 技 术逐 渐 成 为 主 体 技 术 模 式 ( 2007 年 以 来 )随 着 水 平 井 分 段 压 裂 和 “ 工 厂 化 ” 作 业 见 到 显著 效 果 , 2007 年 成 为 水 平 井 为 主 导 大 面 积 应 用 的 起点 。 2008 年 北 美 超 过 80% 的 水 平 井 采 用 套 管 完 井技 术 , 2009 年 有 超 过 95% 的 井 采 用 水 平 井 完 井 。美 国 岩 储 层 改 造 技 术 经 过 近 30 年的 探 索 , 水 平 井 分 段 工 具 及 技 术 理 念 的 突 破 使 得 水平 井 分 段 改 造 技 术 得 到 大 量 应 用 与 快 速 推 广 。 如 区 域的 页 岩 气 改 造 一 般 经 过 3 年 的 探 索 , 就 迅 速 地 进 入到 大 面 积 应 用 阶 段 , 在 2009 年 以 来 的页 岩 气 与 致 密 油 领 域 应 用 水 平 井 改 造 技 术 取 得 显 著效 果 , 技 术 指 标 不 断 提 升[ 7]。2  微 地 震 裂 缝 诊 断 技 术 是 水 平 井 技 术 大 面 积应 用 的 助 推 器2002 年 , S. C. 8]、 M. K. 9]等 人针 对 测 斜 仪 及 微 地 震 监 测 技 术 在 岩 滑 溜水 压 裂 中 的 应 用 , 系 统 研 究 了 压 裂 过 程 中 的 裂 缝 扩展 形 态 及 动 态 变 化 过 程 , 发 现 裂 缝 在 平 面 和 纵 向 上的 扩 展 呈 复 杂 网 状 形 态 , 不 是 单 一 对 称 裂 缝 , 并 发 现增 大 注 入 液 量 以 及 采 用 水 平 井 改 造 可 以 获 得 更 大 的改 造 体 积 , 促 使 人 们 认 识 到 水 平 井 及 水 平 井 分 段 改造 技 术 有 可 能 是 大 幅 度 提 高 页 岩 气 的 关 键 技 术 。 由此 产 生 了 增 大 油 藏 改 造 体 积 技 术 的 雏 形 , 笔 者 将 这个 阶 段 定 义 为 体 积 改 造 技 术 的 启 蒙 阶 段 。 2004 年 M. K. 10]等 人 研 究 了 利 用 微 地 震 裂 缝 监 测 技 术来 优 化 完 善 岩 水 平 井 压 裂 技 术 等 问 题 , 大量 的 裂 缝 测 试 表 明 横 切 缝 是 产 生 裂 缝 体 积 的 主 要 部分 , 同 时 给 出 了 直 井 网 络 裂 缝 典 型 图 , 并 用 “ 通 道 长度 ” 和 “ 通 道 宽 度 ” 来 表 征 裂 缝 扩 展 的 长 度 和 宽 度 ,数 据 表 明 这 些 通 道 长 度 可 达 1600 m, 宽 度 可 达 366 m。 M. J. 人[ 11]2006 年 研 究 了 的 微 地 震 技 术 与 压 裂 裂 缝 变 化 时 , 第 1 次 用 到改 造 的 油 藏 体 积 ( 简 称这 个 概 念 , 研 究 了 不 同 累 积 产 量 的 关系 , 以 及 相 应 的 裂 缝 间 距 、 导 流 等 参 数 , 总 结 提 出 了通 过 增 加 水 平 井 筒 长 度 、 增 大 施 工 规 模 、 增 加 改 造 段数 、 转 向 、 多 井 同 步 压 裂 、 重 复 压 裂 等 方 式 实 现 增 大改 造 体 积 、 提 高 采 出 程 度 的 技 术 思 路 。 大 量 研 究 表明 , 储 层 改 造 体 积 越 大 , 增 产 效 果 越 明 显 , 储 层 的 改造 体 积 与 增 产 效 果 具 有 显 著 的 正 相 关 性[ 12]。 M. J. 3吴   奇 等 : 美 国 页 岩 气 体 积 改 造 技 术 现 状 及 对 我 国 的 启 示 人[ 13]2008 年 则 第 1 次 在 标 题 中 正 式提 出 了 “ 什 么 是 改 造 的 油 藏 体 积 ” 的 问 题 , 总 结 了 以往 微 地 震 研 究 的 一 些 初 步 认 识 , 对 改 造 体 积 进 行 了计 算 , 提 出 大 缝 网 、 小 裂 缝 间 距 , 并 配 合 合 适 的 导 流能 力 是 低 渗 透 页 岩 气 藏 获 得 最 好 改 造 效 果 的 关 键 。2009 年 人[ 14]评 估 了 页 岩 气 的 改 造 效 果 ,对 比 计 算 了 滑 溜 水 和 冻 胶 压 裂 液 的 改 造 体 积 。 从 图1 可 以 明 显 看 出 , 滑 溜 水 的 改 造 体 积 较 冻 胶 压 裂 液 要大 很 多 , 这 为 页 岩 气 体 积 改 造 优 选 液 体 提 供 了 重 要依 据 , 同 时 也 进 一 步 验 证 了 页 岩 气 压 裂 可 以 实 现 “ 体积 改 造 ” 。图 1  不 同 黏 度 液 体 产 生 的 改 造 体 积 ( “ 体 积 改 造 ” 理 念 是 页 岩 气 大 幅 度 提 高 单井 产 量 的 基 础 人 虽 然 提 出 了 什 么 是 改 造 的 油 藏体 积 , 但 并 未 给 出 “ 体 积 改 造 ” 的 理 念 以 及 相 应 的 定义 , 对 技 术 的 内 涵 也 未 进 行 系 统 总 结 。 为 了 促 使 “ 体积 改 造 ” 技 术 在 国 内 得 到 广 泛 的 理 解 和 应 用 , 笔 者 给出 “ 体 积 改 造 ” 的 定 义 , 并 对 其 内 涵 与 作 用 进 行 相 应的 阐 述 , 期 望 通 过 转 变 观 念 , 深 刻 理 解 体 积 改 造 技 术内 涵 并 有 效 运 用 , 使 “ 体 积 改 造 ” 技 术 逐 渐 成 为 低 / 特 低 渗 透 油 气 藏 、 致 密 气 、 页 岩 气 等 经 济 有 效 开 发 的关 键 技 术 。 体 积 改 造 ” 的 基 本 定 义 及 裂 缝 起 裂 与 扩 展 新观 念体 积 改 造 的 定 义 及 作 用 : 通 过 压 裂 的 方 式 对 储层 实 施 改 造 , 在 形 成 一 条 或 者 多 条 主 裂 缝 的 同 时 , 通过 分 段 多 簇 射 孔 、 高 排 量 、 大 液 量 、 低 黏 液 体 、 以 及 转向 材 料 及 技 术 的 应 用 , 实 现 对 天 然 裂 缝 、 岩 石 层 理 的沟 通 , 以 及 在 主 裂 缝 的 侧 向 强 制 形 成 次 生 裂 缝 , 并 在次 生 裂 缝 上 继 续 分 枝 形 成 二 级 次 生 裂 缝 , 余 类 推 。让 主 裂 缝 与 多 级 次 生 裂 缝 交 织 形 成 裂 缝 网 络 系 统 ,将 可 以 进 行 渗 流 的 有 效 储 集 体 “ 打 碎 ” , 使 裂 缝 壁 面与 储 层 基 质 的 接 触 面 积 最 大 , 使 得 油 气 从 任 意 方 向的 基 质 向 裂 缝 的 渗 流 距 离 最 短 , 极 大 地 提 高 储 层 整体 渗 透 率 , 实 现 对 储 层 在 长 、 宽 、 高 三 维 方 向 的 全 面改 造 。 该 技 术 不 仅 可 以 大 幅 度 提 高 单 井 产 量 , 还 能够 降 低 储 层 有 效 动 用 下 限 , 最 大 限 度 提 高 储 层 动 用率 和 采 收 率[ 6]。体 积 改 造 理 念 的 提 出 , 颠 覆 了 经 典 压 裂 理 论 , 是现 代 压 裂 理 论 发 展 的 基 础 。 常 规 压 裂 技 术 是 建 立 在以 线 弹 性 断 裂 力 学 为 基 础 的 经 典 理 论 下 的 技 术 。 该技 术 的 最 大 特 点 就 是 假 设 压 裂 人 工 裂 缝 起 裂 为 张 开型 , 且 沿 井 筒 射 孔 层 段 形 成 双 翼 对 称 裂 缝 。 以 1 条主 裂 缝 实 现 对 储 层 渗 流 能 力 的 改 善 , 主 裂 缝 的 垂 向上 仍 然 是 基 质 向 裂 缝 的 “ 长 距 离 ” 渗 流 , 最 大 的 缺 点是 垂 向 主 裂 缝 的 渗 流 能 力 未 得 到 改 善 , 主 流 通 道 无法 改 善 储 层 的 整 体 渗 流 能 力 。 后 期 的 研 究 中 尽 管 研究 了 裂 缝 的 非 平 面 扩 展 , 但 也 仅 限 于 多 裂 缝 、 弯 曲 裂缝 、 T 型 缝 等 复 杂 裂 缝 的 分 析 与 表 征 , 但 理 论 上 未 有突 破 。 而 “ 体 积 改 造 ” 依 据 其 定 义 , 形 成 的 是 复 杂 的网 状 裂 缝 系 统 , 裂 缝 的 起 裂 与 扩 展 不 简 单 是 裂 缝 的张 性 破 坏 , 而 且 还 存 在 剪 切 、 滑 移 、 错 断 等 复 杂 的 力学 行 为[ 15]( 图 2) 。图 2  体 积 改 造 理 念 下 的 裂 缝 起 裂 与 扩 展 示 意 “ 体 积 改 造 ” 的 物 质 基 础储 层 岩 性 具 有 显 著 的 脆 性 特 征 , 是 实 现 体 积 改造 的 物 质 基 础 。 大 量 研 究 及 现 场 试 验 表 明 : 不 同 区域 , 储 层 岩 石 矿 物 组 分 差 异 较 大[ 16], 富 含 石 英 或 者 碳酸 盐 岩 等 脆 性 矿 物 的 储 层 有 利 于 产 生 复 杂 缝 网 , 黏 土矿 物 含 量 高 的 塑 性 地 层 不 易 形 成 复 杂 缝 网 , 不 同 页 岩储 层 体 积 改 造 时 应 选 用 各 自 适 应 的 技 术 对 策[ 4]。 如 地 的 岩 矿 物 组 分 分 别 为 石 碳 酸 盐 岩 黏 土 其 中 黏 土 矿物 成 分 不 含 蒙 脱 石 , 以 伊 / 蒙 混 层 为 主 。 由 于 的 孔 隙 基 质 及 微 缝 隙 中 富 含 碳 酸 盐 , 在 破 裂 压 力作 用 下 更 易 形 成 裂 缝 , 使 得 天 然 裂 缝 对 地 层 与 水 力 裂缝 的 连 通 形 成 大 的 改 造 体 积 有 着 重 要 贡 献 , 这 是 该 区域 压 裂 更 易 形 成 复 杂 缝 网 , 也 是 滑 溜 水 压 裂 能 够 在 岩 取 得 成 功 的 原 因 之 一 。 岩 与 岩 的 矿 物 组 分 基 本 相 似 , 最 大 的 差 别 就 是 不4 石 油 钻 采 工 艺   2011 年 3 月 ( 第 33 卷 ) 第 2 期含 碳 酸 盐 岩 , 滑 溜 水 压 裂 效 果 不 佳 。 体 现 在 改 造 中 的状 况 就 是 天 然 裂 缝 起 裂 难 , 或 者 不 能 有 效 开 启 , 或 者支 撑 剂 会 嵌 入 在 裂 缝 黏 土 层 , 难 以 形 成 有 效 支 撑 , 使得 该 区 域 页 岩 改 造 效 果 远 小 于 岩 的 改 造 效果 。 因 此 , 该 区 域 目 前 试 验 复 合 压 裂 技 术 , 以 及 正 在寻 找 新 的 压 裂 技 术 。 此 外 , 阿 肯 色 州 岩的 矿 物 组 分 为 : 41% 石 英 + 长 石 , 4% 碳 酸 盐 岩 , 51%黏 土 矿 物 , 4% 其 他 , 其 中 黏 土 矿 物 中 49% 为 伊 / 蒙混 层 , 目 前 在 试 验 应 用 了 泡 沫 压 裂 之 后 , 正 在 大 量 试验 “ 滑 溜 水 + 线 性 胶 ( 或 冻 胶 ) ” 的 复 合 压 裂 技 术 。“ 体 积 改 造 ” 实 现 条 件研 究 表 明 , 天 然 裂 缝 状 况 及 能 否 产 生 复 杂 缝 网 ,是 实 现 体 积 改 造 的 前 提 条 件 。 天 然 裂 缝 存 在 与 否 、 方位 、 产 状 及 数 量 直 接 影 响 到 体 积 改 造 裂 缝 网 络 的 形成 , 而 天 然 裂 缝 中 是 否 含 有 充 填 物 对 形 成 复 杂 缝 网 起着 关 键 作 用 。 天 然 裂 缝 几 乎 存 在 于 所 有 的 页 岩 产 层中 , 但 在 水 力 压 裂 施 工 打 开 和 沟 通 这 些 天 然 裂 缝 前 ,它 们 都 几 乎 对 产 量 不 起 任 何 作 用 。 无 论 天 然 裂 缝 是潜 在 缝 或 张 开 缝 , 以 及 被 胶 结 物 充 填 等 , 在 压 裂 过 程中 , 天 然 裂 缝 的 开 启 所 需 要 的 缝 内 净 压 力 与 注 入 液 体的 黏 度 及 排 量 密 切 相 关 。 有 研 究 表 明 , 天 然 裂 缝 的 开启 所 需 要 的 净 压 力 较 岩 石 基 质 破 裂 压 力 低 50%[ 17]。同 样 , 有 模 型 研 究 复 杂 天 然 裂 缝 与 人 工 裂 缝 的 关 系 ,以 及 天 然 裂 缝 开 启 的 应 力 变 化 等 , 建 立 了 天 然 裂 缝 发育 与 扩 展 模 型 , 研 究 表 明 , 在 体 积 改 造 中 , 天 然 裂 缝 系统 会 更 容 易 先 于 基 岩 开 启 , 原 生 和 次 生 裂 缝 的 存 在 能够 增 加 复 杂 裂 缝 的 可 能 性 , 从 而 极 大 地 增 大 改 造 体积 。 图 3( 左 ) 为 西 南 某 储 层 的 页 岩 露 头 在 外 力 作 用 下形 成 的 复 杂 缝 网 , 图 3( 右 ) 是 体 现 体 积 改 造 形 成 既 有主 缝 , 又 有 分 枝 缝 , 以 及 纵 横 交 错 缝 网 系 统 的 示 意 图 。而 这 些 天 然 裂 缝 的 开 启 以 及 是 否 能 够 形 成 缝 网 , 与 储层 的 岩 石 力 学 参 数 也 有 密 切 的 关 系 。图 3  体 积 改 造 理 想 裂 缝 网 络 示 意 图4  美 国 页 岩 气 储 层 改 造 主 体 技 术 是 推 动 “ 页岩 气 革 命 ” 的 关 键美 国 以 岩 的 有 效 开 发 最 具 代 表 性 , 除了 大 幅 度 降 低 成 本 的 水 平 井 钻 井 和 “ 工 厂 化 ” 作 业模 式 之 外 , 储 层 改 造 的 主 体 技 术 为 : 水 平 井 套 管 完井 + 分 段 多 簇 射 孔 + 快 速 可 钻 式 桥 塞 + 滑 溜 水 多 段压 裂 。 实 现 页 岩 气 有 效 开 发 的 储 层 改 造 技 术 关 键 主要 体 现 在 以 下 几 个 方 面 。分 段 多 簇 射 孔 技 术“ 分 段 多 簇 ” 射 孔 实 施 应 力 干 扰 是 实 现 体 积 改 造的 技 术 关 键[ 18]。 常 规 水 平 井 分 段 压 裂 进 行 段 间 距优 化 时 采 用 单 段 射 孔 ( 图 4 左 ) , 单 段 压 裂 模 式 , 避免 缝 间 干 扰 ; 体 积 改 造 时 优 化 段 间 距 则 采 用 “ 分 段多 簇 ” 射 孔 ( 图 4 右 ) , 多 段 一 起 压 裂 模 式 利 用 缝 间干 扰 促 使 裂 缝 转 向 , 产 生 复 杂 缝 网 。 分 段 多 簇 射 孔基 本 特 点 为 一 次 装 弹 、 电 缆 传 输 、 液 体 输 送 、 桥 塞 脱离 、 分 级 引 爆 , 排 量 通 常 为 16 m3/单 孔 流 量 m3/主 要 包 括 桥 塞 以 及 射 孔 枪 定 位 技 术 、 桥 塞 与射 孔 枪 分 离 技 术 、 分 级 引 爆 技 术 。 每 段 的 射 孔 孔 眼数 以 施 工 中 孔 眼 摩 阻 最 小 为 选 择 标 准 。图 4  常 规 水 平 井 分 段 压 裂 与 体 积 改 造 射 孔 模 式 对 快 速 可 钻 式 桥 塞 工 具该 工 具 是 从 直 井 常 规 铸 铁 可 回 收 式 桥 塞 发 展 而来 , 下 入 方 式 通 常 采 用 ( 连 续 ) 油 管 、 水 力 爬 行 器 或 水力 泵 入[ 19]。 技 术 特 点 包 括 节 省 钻 时 ( 同 时 射 孔 及 坐封 压 裂 桥 塞 ) ; 易 钻 , 易 排 出 ( 钻 掉 时 间 小 于 35 规 铸 铁 >4 h) ; 适 用 于 套 管 压 裂 , 可 满 足 多 种 套 管 尺寸 ( Ø88.9 Ø114.3 Ø139.7 Ø177.8 要 。 该 工 具 主 要 包 含 快 速 可 钻 式 桥 塞 材 料 、 桥 塞 送入 及 坐 封 技 术 、 桥 塞 与 射 孔 枪 分 离 技 术 。大 型 滑 溜 水 压 裂 技 术基 本 特 点 为 : 大 液 量 、 大 排 量 、 大 砂 量 、 小 粒 径 、低 砂 比 。 主 要 技 术 参 数 为 : 水 平 段 长 1000~1500 m, 分 8~15 段 , 每 段 分 4~6 簇 , 每 簇 长 度 m, 簇 间 距 20~30 m, 排 量 10 m3/ 上 , 平 均 砂比 3%~5%, 每 段 压 裂 液 量 1000~1500 每 段 支 撑剂 量 100~200 t, 压 裂 液 体 系 采 用 滑 溜 水 + 线 性 胶组 合 方 式 , 以 40/70 目 支 撑 剂 为 主 。 目 前 最 新 文 献报 道 表 明[ 7]: 页 岩 气 水 平 井 的 水 平 段 越 来 越 长 , 为1372~2134 m; 改 造 段 数 越 来 越 多 , 为 10~24 段 ; 段间 距 越 来 越 短 , 约 为 90 m; 规 模 越 来 越 大 , 每 段 使5吴   奇 等 : 美 国 页 岩 气 体 积 改 造 技 术 现 状 及 对 我 国 的 启 示用 2067 水 、 175 t 支 撑 剂 。研 究 表 明 , 液 体 黏 度 越 低 , 越 易 实 现 体 积 改 造 ;支 撑 剂 类 型 、 组 合 方 式 及 砂 浓 度 依 储 层 闭 合 应 力 、 压裂 液 携 砂 能 力 而 定 , 表 1 为 不 同 类 型 液 体 与 支 撑 剂的 匹 配 关 系 。表 1  不 同 类 型 液 体 与 支 撑 剂 最 佳 匹 配 关 系类 型 支 撑 剂 / 目 砂 浓 度 / 水 100 30~36040/70 60~120线 性 胶 40/70 180~24020/40 120~360冻 胶 20/40( 覆 膜 砂 ) 3605  体 积 改 造 技 术 的 启 示 及 我 国 未 来 发 展 方 向美 国 非 常 规 天 然 气 开 发 历 经 百 年 , 近 4 年 发 展迅 速 , 总 结 分 析 美 国 非 常 规 天 然 气 成 功 开 发 经 验 , 认为 实 现 “ 页 岩 气 革 命 ” 的 关 键 主 要 有 3 点 : ( 1) 创 新理 念 是 推 进 技 术 跨 越 发 展 的 动 力 ; ( 2) 工 厂 化 作 业 是低 成 本 开 发 的 关 键 模 式 ; ( 3) 工 具 进 步 是 实 现 体 积 改造 的 技 术 核 心 。 这 3 个 方 面 的 共 同 进 步 促 使 了 体 积改 造 创 新 理 念 的 不 断 发 展 与 完 善 , 带 动 了 对 经 典 压裂 改 造 理 论 的 思 考 与 发 展 。把 握 体 积 改 造 基 本 内 涵 , 明 确 未 来 改 造 技 术 发展 方 向通 过 创 新 理 念 , 积 极 转 变 观 点 , 逐 渐 实 现 从 经 典理 论 下 的 压 裂 技 术 走 向 体 积 改 造 技 术 。 在 借 鉴 美 国页 岩 气 改 造 技 术 所 得 启 示 的 同 时 , 系 统 总 结 国 内 储层 改 造 技 术 特 色 , 研 究 适 合 我 国 页 岩 气 储 层 的 体 积改 造 技 术 , 探 索 研 究 以 下 关 键 问 题 : 什 么 样 的 储 层容 易 形 成 缝 网 ? 什 么 样 的 储 层 ( 井 网 ) 更 适 合 体 积改 造 ? 网 络 缝 作 用 的 距 离 有 多 大 ? 什 么 样 的 缝 网 是有 效 的 ? 适 合 体 积 改 造 的 液 体 是 什 么 ? 如 何 进 行 施工 控 制 与 检 测 等 。 这 些 问 题 的 解 决 有 望 快 速 推 动 中国 石 油 的 页 岩 气 有 效 开 发 。 其 次 , 在 探 索 研 究 适 合低 渗 致 密 砂 岩 油 气 藏 改 造 新 途 径 的 同 时 , 思 考 火 山岩 、 碳 酸 盐 岩 等 天 然 裂 缝 发 育 储 层 的 体 积 改 造 技 术方 向 , 重 点 研 究 天 然 裂 缝 的 “ 堵 ” 与 “ 疏 ” 。 体 积 改造 重 点 是 “ 疏 通 ” 天 然 裂 缝 , 其 技 术 思 路 与 常 规 压 裂有 所 不 同 , 笔 者 将 两 者 区 别 总 结 列 于 表 2, 供 读 者 思考 。 对 于 纵 向 上 有 几 个 层 系 的 储 层 , 考 虑 采 用 双 分支 或 者 多 分 支 水 平 井 技 术 , 开 展 相 应 的 水 平 井 改 造工 具 与 技 术 研 究 攻 关 , 发 展 纵 向 剖 面 与 平 面 相 结 合的 “ 立 体 体 积 改 造 技 术 ” 。表 2  裂 缝 性 储 层 传 统 压 裂 及 体 积 改 造 理 念 对 比项 目 常 规 压 裂 体 积 改 造 ( 裂 液 高 黏 度 压 裂 液 , 降 滤失 , 造 主 缝滑 溜 水 压 裂 / 复 合 压 裂 ,沟 通 天 然 裂 缝射 孔 方 式 减 小 射 孔 段 , 单 段 射孔 , 避 免 多 裂 缝多 段 分 簇 射 孔 , 创 造 多 裂 缝缝 间 干 扰 单 段 压 裂 , 增 大 段 间距 , 减 少 缝 间 干 扰多 段 分 簇 压 裂 、 同 步 压 裂 ,缩 短 段 间 距 , 利 用 干 扰粉 陶 段 塞 降 低 孔 眼 摩 阻 , 封 堵微 裂 缝 , 降 低 滤 失沿 次 生 裂 缝 运 移 , 随 机 封堵 , 促 使 裂 缝 转 向支 撑 剂 小 粒 径 、 高 砂 比 — —高 导 流小 粒 径 、 低 砂 比 — — 低 导 流排 量 适 度 排 量 泵 注 高 排 量 泵 借 鉴 国 外 研 究 成 果 , 厘 清 体 积 改 造 技 术 的 渗 透率 界 限 人 的 研 究 表 明[ 20], 储 层 渗 透 率 大 小 对体 积 改 造 技 术 有 效 性 有 关 键 作 用 , 当 k ≤ 1× 10 缝 网 络 对 产 能 极 限 贡 献 率 在 10% 左 右 ; 当 k ≤ 1×10裂 缝 网 络 对 产 能 极 限 贡 献 在 40% 左 右 ; 当k ≤ 1× 10裂 缝 网 络 对 产 能 极 限 贡 献 在 80%左 右 。 这 说 明 , 储 层 渗 透 率 越 低 , 次 生 裂 缝 网 络 在 产能 贡 献 中 的 作 用
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本文标题:美国页岩气体积改造技术现状及对我国的启示
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