页岩气勘探开发技术综述

《页岩气勘探开发技术综述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

第23卷第1期安徽地质、b1．23No．12013年3月GeologyofAnhuiMarch2013文章编号：1005—6157(2013)01—021—5卷气戡开发接术综述朱恒银，王强(安徽省地质矿产勘查局313地质队，安徽六安237010)摘要：近年来，我国越来越重视对页岩气这一非常规天然气的开发研究。国内已完工了一批页岩气试采井，这预示着页岩气资源开发已开始铺开，但是页岩气开发我国还处于起步阶段，尚未进入商业性开采。页岩气的勘探开发不同于常规天然气的开发，难度较大，需要综合性的勘探技术才能完成。主要概略介绍了目前国内外关于页岩气储藏条件与地层评价方法、钻完井技术、压裂技术及固井技术等。关键词：页岩气；勘探开发；技术综述中图分类号：P618．13文献标志码：A1概述23．8％。我国页岩气资源分布面积烷为主，与煤层气、致密气同属一随随着我国经济的发展，城市达l00×l04km以上，具有广阔的类。页岩气有机成因来源种类多，化、工业化进程的加快，对能源需开发前景，初步估计可采资源约为既有生物气、未熟的低熟气、热解求急剧增加，能源的供需矛盾也越26×1O'2m(与美国相当)。按当气，又有原油、沥青解气。来越突出。当今世界各国纷纷寻找前的消耗水平，这些储量足够我国页岩气主要特点是储藏于暗色替代能源，以解决能源不足问题。使用200多年。泥页岩或高碳泥页岩中，页岩气是天然气的开发生产占世界能源的及近年来，页岩气的开发和利主体上以吸附或游离状态存在于泥其重要地位，尤其非常规天然气类用，我国也十分重视。国内目前已岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类型和赋存形式多样，分布十分广完工了一批页岩气试采井，这预示夹层中的天然气，它可以成于有机泛，潜在能源储量远大于传统天然着页岩气资源开发已开始铺开，但成因的各个阶段。天然气主体上以气资源。非常规天然气主要包括：是页岩气开发我国还处于起步阶游离相态存在于裂隙、孑L隙及其它致密储层气、页岩气、煤层气等。段，尚未进入商业性开采。页岩气储集空间。以吸附状态存在于酪非常规天然气能源的开发与利用越的勘探开发不同于常规天然气的开根、粘土颗粒及孔隙表面，极少量来越受到重视，将成为未来能源的发，难度较大，需要综合性的勘探以溶解状态存在于酪根、沥青质及接替资源。技术才能完成。本文就国内外目前石油中，属自生自储，连续聚集的页岩气是非常规天然气的一页岩气勘探开发技术作一概略介天然气藏。页岩既是天然气的源种。页岩气是以多种相态存在，主绍，以抛砖引玉之用，仅供同仁们岩，也是聚集和保存天然气的储层体上富集于泥页岩及部分粉砂岩地初步了解和参考。和盖层。因此有机质含量高的黑色层中，以吸附或游离状态为主要存2储藏条件与地层评价方法页岩、高碳泥岩等常是最好的页岩在方式的天然气聚集。页岩气赋存2．1储藏条件气发育条件。广，储量大，生产周期较长，全球页岩气作为源岩排烃残余的主2．2地层评价方法页岩气储量约为456×lOm，其要产物，存在于盆地沉积层中，是页岩气是在特定的地质构造环主要分布在北美、中东、中国、拉非常规资源之一，是赋存于富有机境的地层条件下产生赋存的。页岩美、中亚、俄罗斯和北非等国家质泥页岩及其夹层中，以吸附和游气的开发前期要对地层进行必要的和地区，占有量约占总量的约为离状态为主要存在方式，成分以甲评估，如对页岩裂隙的成因类型、收稿日期：2012—12—30作者简介：朱恒银(1955-)，男，安徽舒城人，教授级高级工程师，现从事特种钻探及深部钻探施工技术研究与应用。 第23卷第1期朱恒银，等：页岩气勘探开发技术综述233．1．3钻井方法地层钻进亦可采用空气和泡沫钻井下，在同层不同方向上进行两次或勘探井一般要求全取心钻进，液欠平衡钻井技术。者两次以上的压裂，以产生新的裂开采井要求部分取心或取钻屑。勘3．2完井技术隙，增大裂隙网络，提高生产力；探井钻井方法一般采用常规法钻当页岩气钻井完成之后，下步水力喷射压裂常用于页岩层小薄层进；开采井直孑L段采用常规方法钻即进行完井工作，为开采储气层中定点喷砂射孔压裂，水力喷砂射进，分支段及水平段采用受控定向做准备。一般情况钻井之后主井非孔能有效地穿透套管并在天然砂钻井方法钻进。储气层井段下人护壁套管固井。页岩上射出直径大于30mm、深度达开采井水平段钻进是从直孔段岩储气层段完井方法主要有裸眼尾800mm的孔眼，能解除钻井过程中转变为水平井段钻进，为了利于钻井管不固井完井、尾管固井完井、水近井储层的污染，水力喷砂射孔、轨迹控制和井眼安全，通常采用孔底平井与分支水平井完井等。尾管固分段压裂于一体，是高效增产的有液动马达(螺杆钻或涡轮钻)导航井完井利用组合式桥塞将井段分隔效方法。钻具钻进，钻杆不回转，只是孔底液并分别进行射孔，是较好的完井方清水压裂法是目前国内外页岩动马达带动钻头回转魁取岩石。页岩法；裸眼尾管不固井完井方法是用气开采常用方法。清水压裂法是气开采井是一项综合技术，需要与测可膨胀式封隔器，如图4所示，其通过往清水中加入极少量的粘土井、录井、随钻监测等多学科结合起作用是通过自动坐封裸眼封隔器来稳定剂、减阻剂与表面活性剂，以来。在钻进过程中，需要采用随钻封隔井壁，这种类型的封隔器可根此作为压裂液。清水压裂法开采施测量技术(MWD)与随钻测井技术据实际的温度、井眼尺寸、压力等工工艺如图5所示，先注入“岩石(LWD)，精确定位钻井轨迹，对条件订制，这种方法多用于水平井酸”(一般为HC1)以清洗被钻井地层作出评价，使钻井轨迹沿地质目和分支水平井完井中。液所封堵的近井地层；第二步是注的层(靶区)钻进延伸。3．3压裂技术入“减阻水”段塞，由于添加了降3．1．4钻井液选择由于页岩气储层致密，渗透率阻剂，水能以大排量快速地进入地由于页岩地层裂隙发育、岩层非常低，气流阻力大，一般完井层；然后开始注入大量的减阻水和破碎、水敏I生强，钻进过程中易出现低浓度的细砂(70目左右)，其间坍塌、井漏、缩径等复杂睛况，尤其逐渐提高加砂浓度；加砂即将结束钻进水平段较长会带来携岩屑、摩时注入减阻水和粗砂(4O目左右)阻以及地层污染等问题，会增大钻图4膨胀式封隔器不意图作为支撑剂于裂缝中，使裂缝延伸撑井难度。因此，在钻井过程中，如Fig．4Sketchshowingexpansiontypepacker开，以获得近井高导流能力；最后采何解决井壁稳定、悬浮携带岩屑、后都无法直接产气，所以需要采取用减阻水冲刷，将井内支撑剂从井眼降低摩阻和减少对藏气地层污染堵特殊工艺措施，方可将储层气采集中返排至井上。洗井后，将井下工具塞等问题是选择钻井液的关键。根出来。目前最为常见的方法是压裂移到另一层段，开始下一级压裂施据页岩地层特性，目前国内外对页法，按采用的不同压裂液可分为清工。清水压裂法成本低，污染小，是岩气地层钻进多选择为油基钻井水压裂、氮气泡沫压裂、凝胶压裂页岩气田主要开采手段。液。油基钻井液特点是：井壁稳定等；根据压裂方式的不同，可分为4开采关键技术要点性好、抑制能力强；润滑性好，卡同步压裂、多层压裂、重复压裂与页岩气藏是一种超低渗透非常钻趋势低；热稳定性好，在高压、水力喷射压裂等。规储藏，它的开采不同于常规天然高温条件下失水量低；抗污染能力氮气泡沫压裂主要在地层压力气的开采，需要特殊的技术措施才强(盐、膏、固相以及H，S、CO，气较低或深度较浅(1500m以浅)的能完成气体的采集过程。除钻井、体污染)，容易处理与维护；无腐页岩层中使用；凝胶压裂由于成本完井和压裂三大技术外，施工过程蚀性；有利于保护储气层。在地层高，目前已经逐步被清水压裂法取中还应注意以下关键技术的应用。不很复杂的情况下，也可使用合成代；同步压裂是指同时对两口或两4．1水平井下管技术基钻井液和具有较强抑制性的无固口以上的配对井进行压裂；多层压页岩气开采井单井采用“L”相或低固相水基钻井液，原则上以裂多在垂直堆叠的致密层种采用；型轨迹形式，由直井逐渐转变成水确保井壁稳定、防卡、润滑、井眼重复压裂是指在初始压裂没有效平井，水平井段(或分支水平井)干净为前提。在漏水量较大的页岩果，或者支撑剂性能下降等情况下入套管(或尾管)难度较大，主 第23卷第1期朱恒银，等：页岩气勘探开发技术综述25富、广泛的页岩气资源。近年来，forcontributiontoshalegas开发适用技术探讨[J1．油气井测试，我国对页岩气的勘探开发也受到了rebolution[N]．OGFJ，2010-08-01．2009，18(4高度重视，已启动了页岩气勘探开[3]CurtisJB．Fracturedshale-gas[9】龙鹏宇，张金川，等．泥页岩裂缝发育systems[J]．AAPGBulletin，2002，特征及其对页岩气勘探和开发的影发工作，但还属于刚刚起步，尚未86(11)：1921-1938．响【J]．天然气地球科学，2011，22(3)．进入商业开采阶段。由于页岩气赋BertardC，BruyetB，Gunther[10】肖洲，邓虎，等．页岩气勘探开发的发存条件特殊，从而给开采带来很大J．Determinationofdesorbablegas展与新技术探讨[J]．钻采工艺，2011，难度。目前，我国在页岩气勘探开concentrationofcoal(directmethod)34(4l采方面尚缺乏相关技术经验，还需[J】．InternationalJournalofRock【l1】刘伟，陶谦，等．页岩气水平井固井技要进一步加强对页岩气勘探开发关MechanicsandMiningScience，术难点分析与对策【J】．石油钻采工键技术进行研究，以加快我国页岩1970，7(1)：51-65．艺，2012，34(3)．气勘探开发步伐。肖钢，唐颖．页岩气及其勘探开发[12】吕选鹏，周承富，等琏续油管技术在参考文献：[M]．高等教育出版社，2012．页岩气勘探开发中应用前景[J】_石油【l】DANJ，BrianB，MarkL．Evaluating黎红胜，汪海阁，等．美国页岩气勘探矿场机械，2012，41(2)-implicationsofhydraulicfracturingin开发关键技术[J]．石油机械，2011，39[13】王中华．页岩气水平井钻井液技术的shalegasreservoirs[C]／／SPEAmericas(9难点及选用原则【J】．中外能源，2012，E&PEnvironmentalandSafety郑军卫，孙德强，等．页岩气勘探开发17(4Conference，2009，SanAntonio，Texas．技术进展[J】．天然气地球科学，2011，[14】崔思华，班凡生，等．页岩气钻完井技NewYork：SPE．22(3)．术现状及难点分析[J】．天然气工业，[2】AdamsM．Mitche11honored[8】刘洪林，王莉，等．中国页岩气勘探2011．31(4lASUMMARYoFEXPLoRATIoNANDDEVELoPMENTTECHNIQUESOFSHALEGASZHUHen-ying，WANGQiang(No．313TeamofBureauofGeologyandMineralExplorationofAnhuiProvince，Lu’an，Anhui237010,ChinAbstract：Inrecentyearsourcountryhaspaidmoreandmoreattentiontodevelopmentandstudyofshalegas，anextraordinarynaturalgas．Anumberofshalegaspilotminingshaftshavebeenfinished，signifyingthestartofdevelopmentofshalegasresources．However，shalegasdevelopmentisstillinitsinitialstageandhasnotevolvedintocommercialmininginChina．Shalegasisdifferentfromconventionalnaturalgasinexplorationanddevelopment，comparativelyismoredifficultandneedsintegratedexplorationtechniquestoaccomplish．Thispaperoutlinedstoringconditions，stratigraphicevaluationmethods，welldrillingandcompletiontechniques，fracturingtechniquesandwellcementationtechniquesforshalegasathomeandabroad．Keywords：shalegas；explorationtechnique；technicalsummary(上接第20页)CoUPLINGPRoCESSoFTHEDABIEoRoGENANDTHEMESoZoIC．CENoZoICBASINSALoNGTHEYANGTZERIVERWUYueodong(InstituteofGeologicalSurveyofAnhuiProvince，Hefei,Anhui230001，China)Abstract：CombinedwithunderstandingofgeologicalstructuresoftheDabieorogen，inviewoftheunifiedrelationbetweenbasinsandorogen，thispaperfocusedonstudyoftheformation，evolution，attributesandfeaturesofdepositionalbasins，demonstratedthecouplingprocessoftheDabieorogenandtheMesozoic—CenozoicbasinsalongtheYangtzeRiver，anddividedtheDabieorogenandmid—TriassictoNeogenealong—theYangtzeRiverbasinsintofivecouplingstages，whichreflectaprocessfromsyn-collisionalcompressivethrustorogenicphasecouplingtocompressive·and—compresso—shearorogenicupliftcouplingprocess．Keywords：Dabieorogen；Mesozoic-Cenozoicbasin；couplingprocess