哈里伯顿页岩气水力压裂技术-滑套完井

开采页岩气的危害

随着页岩气被视为未来能源的“明星”而大量开采，其对地下水和土壤的影响也受到高度关注。美国一项研究表明，页岩气开发过程中的污水处理问题不容小觑。 杜克大学研究人员2013年10月2日在《环境科学与技术》期刊上报告说，他们对美国宾夕法尼亚州西部一个页岩气污水处理厂排污口附近河水及河底沉淀物进行取样，并把检测结果与该河流上下游的情况进行对比，结果发现，排污口附近河水及河底沉淀物受到高放射性污染，且盐与金属含量严重超标。 检测还发现了高浓度的溴化物、氯化物与硫酸盐。研究人员指出，河水中含有大量溴化物尤其让人担心，因为它可与自来水厂中消毒用的氯及臭氧等发生反应，产生毒性非常强的副产物。 近日，备受争议的页岩气开发再一次成为人们关注的热点，针对页岩气开发，美国地缘政治学家威廉·恩道尔在他的新书《目标中国：华盛顿的“屠龙”战略》中详细分析了世界范围内页岩气开发的情况和页岩气开采技术对环境的危害。 页岩气——环境帮手还是凶手？ 2012年初，中国部分石油公司开始加入美国引导的对页岩气进行开发的浪潮中，开始采用极具争议的方法来开采埋藏于页岩层的天然气。页岩是一种富含黏土的岩石，内含多种矿物质。 2012年6月，中国石油巨头中石化开始在重庆钻取第一口页岩

气井，共计划钻井九口，预计到年底可以生产110亿－180亿立方英尺（约3亿－5亿立方米）天然气——略等于中国一天的天然气消耗量。中国希望到2020年页岩气能满足全国6%的能源需求。 页岩气开采技术由美国发明。中国石油公司邀请美英石油巨头共享开采技术，以满足日益增长的国内能源需求。2012年3月，英荷皇家壳牌集团（Anglo－Dutch Royal Dutch Shell Company）在华与中国石油天然气集团公司（简称中石油）签署首份页岩气生产技术共享协议。埃克森美孚（ExxonMobil）、英国石油公司（BP）、雪佛龙（Chevron）以及法国道达尔（Total）都相继与中国的石油公司签署了页岩气合作协议。 中国中央政府收到美国能源部能源信息管理局（EIA）的地质评估资料，该资料显示中国“可能”拥有全世界最大规模的“技术性可开采”资源，估计约1,275万亿立方英尺（约36万亿立方米）或占世界资源的20%。若评估属实，这将远远超过862万亿立方英尺（约24万亿立方米）的美国页岩气评估储量。美国能源信息管理局的研究表明，除重庆外，最具页岩气开采前景的当属新疆塔里木盆地。值得注意的是，近几年来，高度机密的美国情报工作中有一小部分已逐步通过美国能源部运作，提供虚假情报和进行情报侦察总是相伴相生。美国能源信息管理局是否故意抛出评估报告诱使中国仓促上阵开发页岩气，从而放弃寻求干净、安全的新能源来替代石油与天然气？如果是，那这就不是美国政府第一次通过篡改情报报告来实现政治目的了。

页岩气开采压裂技术分析与思考

页岩气开采压裂技术分析与思考 摘要：目前，社会进步迅速，页岩气存储于致密泥页岩地层中，页岩连续分布、区域广，含有一定量的黏土矿物，塑性强，在高应力载荷下易发生形变，页岩储 层具有低孔低渗等特性，需对页岩储层进行改造才具备商业开发价值。目前涪陵 区块和川东南区块，均已实现页岩气大规模开发，形成一套成熟的页岩气开采工艺，工艺实施需借助现场施工实现，只有严格把控施工质量，确保工艺有效实施，才能够实现对页岩气资源的高效开发。下文对此进行简要的阐述。 关键词：页岩气；开采压裂技术分析；思考 引言 伴随着油田行业的深入发展，如今能源紧缺问题已经成为了社会性现实。页 岩气储层低孔低渗，往往要投入巨大的精力对其进行压裂改造才能够保障产能稳定。水力压裂中压裂液性能带来的影响十分直观与突出。 1页岩气压裂施工质量技术现状 当前，经常使用的技术大多是多级压裂、清水、压裂、水力喷射压裂、重复 压裂与同步压裂等等，页岩气开发过程中所使用的储层改造技术还有氮气泡沫压 裂和大型水力压裂也是国内外目前的主流压裂技术。影响页岩气产量的主要原因 是裂缝的发育程度，如何得到较多的人造裂缝是压裂设计主要应该考虑的。如何 才能得到有效而又经济的压裂成果，在实行水力压裂以前，经常要实行压裂的设计。然而，压裂设计的工作确双有许多，最为主要的核心应属压裂效果的模拟， 经过压裂的模拟才可以预测裂缝发育的宽度及长度，从而知道压裂能否顺利成功。 2页岩气压裂开采中对环境的影响 页岩气压裂在开采的过程当中必定会因为一些噪声及废水废气等开采事故灾 害对环境造成一些污染影响，通常会对水资源进行大量的消耗以及地下水层进行 污染。目前，有些专家和环保人士在对页岩气压裂开采的过程也是提出了很多相 关环境污染的影响问题，同时，岩气压裂在开采过程中确实造成了较为严重的环 境污染。 2.1大量消耗水资源 页岩气压裂的开采使用的水力压裂法是压裂液最为重要的，分别由高压水、 砂以及化学添加剂而组成的。页岩气压裂的开采其用水量也是较大的，一般情况 页岩气压裂开采需消耗四至五百万加化的水资源才能使页岩断裂。 2.2污染地下水层 页岩气压裂开采过程当中，其化学物质有可能会直接通过断裂及裂缝由地下 深处慢慢转向向上移动到地表或者浅层，同时也可能页岩气压裂开采过程中由于 质量问题或者某些操作的不当导致破裂或者空洞。某些石油公司把页岩气压裂使 用过程中的的压裂液中的化学添加剂当成非常重要化学物质，然而，也因为这些 化学物质就可能会造成地下水层的污染。其中的化学物质可能会泄露到地下水层 当中，从而就污染了湖泊及蓄水池等等的地下水资源。当整个开采过程完成以后，其很大部分的压裂液又转回流向了地面，而流回地面的压裂液当中不光只有压裂 液里面某些化学物质，也还有部分地壳中原本就存在的放射性物质以及大量盐之类。当一些有毒污水再流回现场时，转而再流向污水处理厂以及回收再利用，当 遇到雨季来临时，整个过程就造成了严重的地下水层污染。 3页岩气压裂施工工艺 随着页岩气开发力度的不断增大，常规的压裂施工技术已经不能满足大规模

煤层气井压裂技术现状研究及应用

煤层气井压裂技术现状研究及应用 摘要：煤层气其主要成分为高纯度甲烷。煤层气开发的主要增产措施是压裂，而压裂设计是实施压裂作业的关键。本文介绍了煤层气储层的特征，并根据美国远东能源公司煤层气井压裂工艺技术，对其在山西寿阳区块几口井的压裂设计进行了分析。讨论了煤层气井压裂设计的主要参数如施工排量、压裂液、支撑剂、加砂程序的优化措施。 关键词：煤层气储层压裂设计小型压裂测试树脂涂层砂 1 引言 美国是率先进行煤层气开采的国家，其煤层气工业起步于70年代，大规模的发展则是在80年代。我国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一，经测算煤层甲烷总资源量为30～351012 m3，约是美国的三倍。我国煤层气目前处于商业化生产的阶段。至今已在全国各煤矿区施工600多口煤层气井、10余个井组，大部分进行了压裂增产等措施。煤层气是我国常规天然气最现实、最可靠的替代能源，开发和利用煤层气可以有效地弥补我国常规天然气在地域分布上的不均和供给量上的不足。山西省是中国煤层气储量最丰富的地区之一，开发利用煤层气的优势十分突出，如何坚持科学发展的指导思想，解决开发利用过程中遇到的难点和瓶颈问题，达到合理有效地开发利用是我们当前应该着重思考的问题。 2 煤层气概况 煤层气俗称瓦斯，其主要成分为高纯度甲烷，是成煤过程中生成的、并以吸附和游离状态赋存于煤层及周岩的自储式天然气体，属于非常规天然气。在亿万年漫长的煤炭形成过程中，都有以甲烷为主的气体产生，如果它较多地从母质煤炭岩层中游离迁移出来并进入具有孔隙性和渗透性均良好的构造中储存积聚，则被称为煤成气（即煤基天然气），其开采方式与常规天然气较相似。 2.1 煤层气的赋存特点 煤层气藏与常规气藏最大的差异就是煤层甲烷不是以简单的游离状态储存于煤岩的孔隙中，煤层气中90%以上均是吸附状态附着于煤的内表面上，少量的煤层气是以游离状态储存于煤岩的割理、裂隙和孔隙中，还有部分煤层气是以溶解状态储存于煤层水中。煤是一种多孔介质，其中微孔隙特别发育，形成了异常巨大的内表面面积，据测定每吨煤的内表面面积可达0.929亿m2 。煤的颗粒表面分子通过范德华力吸引周围气体分子，这是固体表面上进行的一种物理吸附过程。压力对吸附作用有明显影响，国内外的研究均表明，随着压力增加，煤对甲烷的吸附量逐渐增大。 2.2 煤层气储层特征

页岩气开采技术

页岩气开采技术 1 综述 页岩气是一种以游离或吸附状态藏身于页岩层或泥岩层中的非常规天然气，是一种非常重要的天然气资源，主要成分是甲烷。页岩气的形成和富集有其自身的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。如图1.1所示。页岩气一般存储在页岩局部宏观孔隙体系中、页岩微孔或者吸附在页岩的矿物质和有机质中。页岩孔隙度低而且渗透率极低，可以把页岩理解为不透水的混凝土，这也是页岩气与其他常规天然气矿藏的关键区别。可想而知，页岩气的开采过程极为艰难。根据美国能源情报署（EIA）2010年公布的数据，全球常规天然气探明储量有187.3×1012m3，然而页岩气总量却高达456×1012m3，是常规天然气储量的2.2倍。与常规天然气相比，页岩气具有开采潜力大，开采寿命长和生产周期长等优点，至少可供人类消费360年。从我国来看，中国页岩气探明储量为36×1012m3，居世界首位，在当今世界以化石能源为主要消费能源的背景下，大力发展页岩气开采技术，对我国减少原油和天然气进口，巩固我国国防安全有很重要的意义。我国页岩气主要分布在四川盆地、长江中下游、华北盆地、鄂尔多斯盆地、塔里木盆地以及准噶尔盆地，如图1.2所示。 图1.1页岩气藏地质条件图1.2中国页岩气资源分布页岩气开采是一种广分布、低丰度、易发现、难开采、自生自储连续型非常规低效气藏，气开采过程需要首先从地面钻探到页岩层，再通过开凿水平井穿越页岩层内部，并在水平井内分段进行大型水力加砂压裂，获得大量人工裂缝，还需要在同一地点，钻若干相同的水平井，对地下页岩层进行比较彻底的改造，造成大面积网状裂缝，最后获得规模产量的天然气。因此，水平井技术和水力压裂技术的页岩气成功开采的关键。 2 页岩气水平井技术 1821年，世界上第一口商业性页岩气井在美国诞生，在井深21米处，从8米厚的页岩裂缝中产出了天然气。美国也是页岩气研究开采最先进的国家，也是技术最成熟的国家。国外页岩气开采主要在美国和加拿大（因为加拿大和美国地质条件类似，因此可以承接美国的开采技术），主要得益于水平井技术、完井及压裂技术的成功应用。 2.1 开采技术 早期的页岩气开采主要运用直井技术，直井开采技术简单，开始投入成本低，但是开采

煤层气井水力压裂伴注氮气提高采收率的研究

试验研究 煤层气井水力压裂伴注氮气提高采收率的研究 倪小明 1，2a ，贾 炳1，曹运兴 2b （1．山西晋城无烟煤矿业集团公司，山西晋城048006； 2．河南理工大学a．能源科学与工程学院；b．安全科学与工程学院，河南焦作454000） 摘要：最大限度地提高CH 4气体初始解吸压力是提高其采收率的重要途径之一。针对我国“低压” 煤储层的临储压力比小、初始解吸压力低、活性水压裂效果不甚理想的现状，系统分析了水力压裂伴注N 2增能压裂提高采收率的机理，结合施工现场情况，设计了水力压裂伴注N 2增能压裂煤储层工艺参数。屯留井田水力压裂伴注N 2增能压裂与常规活性水压裂的临界解吸压力对比表明：水力压裂伴注N 2能提高煤层气井排采初期的临界解吸压力，在其他条件相同的情况下，一定程度上能提高煤层气井的采收率。 关键词：N 2增能；水力压裂；煤层气；采收率中图分类号：TD82；P618文献标志码：A 文章编号：1008－4495（2012）01－0001－03收稿日期：2011－05－26；2011－09－25修订 基金项目：国家自然科学基金项目（40902044）；中国博士后科学基金项目（20100480848）；河南理工大学博士基金项目（B2009－51） 作者简介：倪小明（1979—），男，山西临汾人，副教授，博士后，主要从事煤层气抽采方面的研究工作。E －mail ：nxm1979@126．com 。 对煤储层压裂改造是提高煤层气井产能的关键 技术之一。为达到良好的压裂效果，国内外研究者从煤储层特性、压裂液性能、支撑剂性能、煤储层伤害、压裂过程裂缝展布、压裂效果的影响因素等方面 进行了卓有成效的研究 ［1－3］ 。清洁压裂液携砂能力较强，但对煤储层的污染较严重［4］ ；冻胶压裂液携砂 能力较强， 但煤储层温度低，低温破胶是其需要攻克的难题；CO 2泡沫压裂理论上能提高煤层气井采收率，但目前许多煤储层温度低，低温状态如何转化是 其主要瓶颈［5－7］ ；活性水压裂液因其价格低廉、来源广、 对煤储层的污染较少而成为目前储层改造的主要方式，但活性水压裂液携砂能力较差。为了更好地研究活性水压裂液伴注N 2压裂效果，笔者以屯留井田低压煤储层为研究对象，根据煤吸附CH 4和N 2的原理，对水力压裂伴注N 2提高采收率的工艺技术进行研究。 1 水力压裂伴注N 2提高采收率的机理 N 2泡沫压裂就是利用地面的泵注设备将N 2和 泡沫液形成的稳定泡沫以高于地层吸收的速率连续 不断地注入煤层，当达到煤的破裂压力时，破裂、裂缝延伸，强化地层裂缝连通，以提高煤层的导流能力。 煤储层中未注入液氮时，设煤储层压力为p ，含气量为V c ，CH 4气体的兰氏体积为V L1，兰氏压力为p L1，根据langumuir 等温吸附曲线，临界解吸压力如下： p 临1= V c p L1 （V L1－V c ） （1） 式中p 临1为CH 4临界解吸压力， MPa 。此时，设排采时的枯竭压力为p 枯，则可计算出理论采收率： η1=1－ p 枯（p L1+p 临1） p 临1（p L1+p 枯） （2） 式中η1为理论采收率。 向煤储层注入液氮后， N 2通过煤裂隙系统进入到煤孔隙中，此时的吸附可应用多组分气体吸附理论进行分析。N 2进入煤孔隙后， 当储层压力、温度、煤变质程度一定时，煤体对CH 4、N 2的最大吸附能力是一定的。此时，可近似认为单一气体和多组分 气体的兰氏体积不变。也就是单一CH 4与N 2混合后兰氏体积不变。注入N 2后，气体未产出时，煤储层中气体的压力增加，因在同样压力下煤储层对CH 4的吸附能力大于对N 2的吸附能力，排采时可把注入N 2的量换算为CH 4体积的当量，此时CH 4的临界解吸压力可表示为 p 临2= （V c +V cd ）p L1 （V L1－V c －V cd ） （3）

国外页岩气水力压裂技术及工具一览

国外页岩气水力压裂技术及工具一览 页岩储层具有超低孔低渗特性，钻完井后需要压裂改造后才得到经济产量。国外油田服务公司最新工具达到了很高水平，水平井裸眼封隔器投球滑套分段压裂技术用高强度低密度球级差达到1/16in，封隔器耐压差达到70MPa，TAM公司自膨胀封隔器最高可达302 °C ；泵送桥塞射孔分段压裂技术所用桥塞可分为：堵塞式、单流阀式和投球式复合桥塞，桥塞耐压差达103.4MPa，耐温232 °C ；哈里伯顿CobraMax H连续油管喷射工具系统，目前最多达到44段。这些为国内页岩气水力压裂完井方式与压裂工具的选用打下基础。 从应用工具角度看，分段压裂工艺方面主要包括：水平井裸眼封隔器投球滑套分段压裂技术，泵送桥塞分段压裂技术，水力喷射分段压裂技术。 从压裂工具方面分析，目前页岩气压裂技术有可膨胀封隔器/裸眼封隔器+滑套多级压裂，泵送桥塞射孔压裂联作多级压裂，水力喷射压裂等。在美国的页岩气开发技术中，可膨胀封隔器/裸眼封隔器+滑套多级压裂，泵送桥塞射孔压裂联作多级压裂技术比较成熟，使用比较广泛，可适用于较长的水平段；水力喷射压裂可实现准确定位喷射，无需机械封隔，节省作业时间，非常适合用于裸眼井、筛管井以及套管中井。 1、水平井裸眼封隔器投球滑套多级压裂系统 封隔器投球滑套多级压裂技术一般采用可膨胀封隔器或者裸眼封隔器分段封隔。根据页岩气储层开发的需要，使用封隔器将水平井段分隔成若干段，水力压裂施工时水平段最趾端滑套为压力开启式滑套，其它滑套通过投球打开，从水平段趾端第二级开始逐级投球，进行有针对性的压裂施工。水平裸眼井多级压裂目前已经是北美页岩气压裂开采主要技术手段，并越来越受到作业者的欢迎。水平井多级压裂技术关键在于封隔器（压裂封隔器和可膨胀封隔器）和滑套可靠性和安全性能，尤其是管外封压裂管柱的可膨胀封隔器和开启滑套的高强度低密度球材料决定技术的成功与否。 目前国外油田服务公司都有自己成熟的工具，高强度低密度球级差达到1/16in，封隔器耐压差达到70MPa，TAM公司耐高温自膨胀封隔器最高可达30 °C 。 QuickFRAC和StackFRAC HD Packers Plus公司是开放完井多阶段压裂系统的先驱，并在设计和制造各种解决方案的革新方面是行业的领导者。自2000年公司开始运营以来，Packers Plus已经完成了超过7750个系统，并负责了超过8万级压裂。目前已经研发了两套最先进的裸眼多级压裂系统：QuickFRAC系统和StackFRAC HD系统。QuickFRAC系统原理是一次投入一个封堵球开启多个滑套的多级压裂批处理系统，已实现15次投球进行开启60级滑套的多级压裂的施

页岩储层水力压裂优化设计

第32卷增刊2010年11月 石 油 钻 采 工 艺 OIL DRILLING & PRODUCTION TECHNOLOGY Vol. 32 Sup. Nov. 2010 章编号：1000 – 7393（2010 ） S0 – 0130 – 03 页岩储层水力压裂优化设计 杜林麟1　春　兰2　王玉艳3　刘丽雯3　向　斌2 （1.东方宝麟科技发展（北京）有限公司，北京海淀 100083；2.中石油西南油气田公司低效油气开发事业部，四川成都 610017； 3.中石油浙江油田公司，浙江杭州 310023） 摘要：含气页岩由间隙气和吸附气组成，水力压裂是提高这类储层有效动用的唯一手段。本文在分析研究页岩储层特征的基础上，对适合于页岩的水力压裂模型和工艺参数优化进行了分析研究。页岩储层天然裂缝和层理发育，储层流体主要是在层理及天然裂缝系统中进行，针对砂泥岩地层的水力压裂数值模型（包括全三维模型）不适用于页岩储层水力压裂分析。DFN 离散裂缝压裂模型是基于连续均匀介质和多孔不连续非均匀介质力学理论的3D压裂数值模型，可用于模拟页岩和煤岩水力压裂中多裂缝、非对称缝和不连续缝，也可用于天然裂缝和断层发育地层中的不连续缝的模拟。在压裂工艺方面，对射孔方式、压裂液、支撑剂等进行了优选。研究结果也可用于裂缝性砂岩储层改造。 关键词：页岩；缝网压裂；同步压裂 中图分类号：TE357.1 文献标识码：A Hydraulic fracturing optimization for shale reservoirs DU Linlin1, CHUN Lan2, WANG Yuyan3, LIU Liwen3, XIANG Bin2 （1. Orient Baolin Technology Development（Beijing）Co. Ltd., Beijing 100083, China;2. Low-Efficiency Hydrocarbon Development Department of Southwest Oil&Gas Field Company, Petrochina, Chengdu 610017, China;3. Zhejiang Oilfield Company, Petrochina, Hangzhou 310023, China） Abstract: Gas bearing shale comprises gapping gas and adsorbed gas. Hydraulic fracturing technology is unique approach to en-hance productivity in such reservoirs. On the basis of analysis of shale reservoir properties, this paper introduces hydraulic fracturing model and technical parameters optimization applicable for shale. The study finds that hydraulic fracturing numerical model（including holo-three-dimensional model）specified for sand shale formation is not available for hydraulic fracturing analysis of shale reservoirs because fluid generally flows within beddings and natural fracture system. DFN discrete model, one 3D fracturing numerical model developed based on dynamics theory on continuously homogeneous medium and discontinuously porous inhomogeneous medium, is in-troduced to simulate either multi-fissures, asymetry fissures and discontinuous fissures in hydraulic fracturing of shale and coal-measure rocks or discontinuous fissures in natural fracture and mature fault formations. Meanwhile, casing perforation types, fracturing fluid and proppant are optimized. This finding can also be used to upgrade fractured sandstone reservoir. Key words: shale; fracture network fracturing; synchronous fracturing 1　页岩储层基本特征 页岩是一种渗透率极其低的沉积岩。天然气蕴藏在页岩孔隙空间及裂缝内，或吸附在页岩有机物的活性表面。间隙气与吸附气一起构成页岩天然气。 岩心分析表明，成熟、热成因的页岩主要被间隙气所饱和，吸附气所占比例在50% 到10%。相反，未发育成熟、生物成因的页岩主要被吸附气所饱和，间隙气所占比例很小。同时页岩孔隙空间中还被不同比例的水、气及可动油所饱和。储层性质最佳的页岩通常含油和含水饱和度低、间隙气饱和度高，因 作者简介： 杜林麟，1979年生。主要从事油田储层改造技术研究及现场应用工作，工程师。电话：0139-10513343。E-mai l：dfb l_d ull@https://www.sodocs.net/doc/a94466050.html,。

页岩水力压裂的关键力学问题_庄茁_柳占立_王涛_高岳_王永辉_付海峰

2016年第61卷第1期：72~81 引用格式: 庄茁, 柳占立, 王涛 , 等 . 页岩水力压裂的关键力学问题 . 科学通报, 2016, 61: 72–81 Zhuang Z, Liu Z L, Wang T, et al. The key mechanical problems on hydraulic fracture in shale (in Chinese). Chin Sci Bull, 2016, 61: 72–81, doi: 10.1360/N972015-00347 ? 2015《中国科学》杂志社https://www.sodocs.net/doc/a94466050.html, https://www.sodocs.net/doc/a94466050.html, 《中国科学》杂志社 SCIENCE CHINA PRESS 第517次学术讨论会?页岩气开发中的工程科学问题 页岩水力压裂的关键力学问题 庄茁①*, 柳占立①, 王涛①, 高岳①, 王永辉②, 付海峰② ①清华大学航天航空学院, 北京 100084; ②中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院廊坊分院, 廊坊 065007 *联系人, E-mail: zhuangz@https://www.sodocs.net/doc/a94466050.html, 2015-07-14收稿, 2015-08-30修回, 2015-08-31接受, 2015-10-16网络版发表 国家自然科学基金(11372157)和教育部博士点专项研究基金(20120002110075)资助 摘要页岩气的开采成为我国绿色能源开发的新领域. 尽管北美页岩气革命取得了成功, 水力压裂是成功的开采方式, 目前采收率仅为5%~15%, 问题出在哪里呢? 由此给力学家提出了巨大的挑战和机遇. 本文针对页岩水力压裂的关键力学问题, 阐述理论、计算和实验的研究进展和技术难点, 主要内容有: 页岩人工裂缝扩展的大型物理实验模拟平台; 考虑时间相关性的各向异性本构模型; 页岩起裂、分叉及多裂缝相互作用的断裂力学准则和模拟方法; 裂缝簇稳定性扩展的力学条件和创造缝网的多尺度有限元模型; 耦合断裂力学和流场压力的裂缝网扩展数值模拟方法. 关键词页岩, 水力压裂, 力学问题 1 “页岩气革命”风吹中国 页岩气是指以吸附和游离、时而还有流体相的形 态状态赋存于泥页岩中的非常规天然气. 美国和加 拿大是页岩气进行规模开发的主要国家, 页岩气年 产量约占天然气(干气)产量的1/4. 2013年, 美国能源 部能源信息管理局预测中国的页岩气储量排名世界 第一, 占比全球储量的36%, 是美国的1.5倍, 达到 1115×1012m3[1]. 北美页岩气的商业化开采给世界各 国的能源结构调整带来巨大影响, 加快页岩气资源 勘探与开发已成为页岩气资源大国的共同目标, 特 别是在我国不合理的能源消费结构背景下, 页岩气 开采将成为绿色能源开发的新领域, 从而成为缓解 原油产量不足, 降低减少煤化石燃料环境污染的有 效途径. 页岩油气规模开发主要依靠水平井和水力压裂 改造两项关键技术, 目标是增加储层宏观渗透率. 页 岩基质中气体的微流动(吸附、解吸、扩散与渗流)是 影响产气量的决定因素, 这也是页岩气不同于常规 天然气藏的主要区别. 北美“页岩气革命”取得了成 功, 但是根据美国页岩油气田的产量数据表明, 目前 采收率仅为5%~15%. 尽管水力压裂是成功的开采方 式, 仍不足以开采出大部分的油气, 地下几千米, 看 也看不见, 问题出在哪里呢? 由此给力学家提出了 巨大的挑战和机遇. 美国科学院院士、西北大学的Ba?ant等人[2]认为 在水力压裂裂缝扩展过程中, 局部裂缝失去扩展稳 定性是主要原因之一. 从现有页岩气开采技术层面 看, 我国页岩气开采同样面临更多的技术和方法的 选择与挑战. 我国的页岩地质条件与美国相比更加 复杂, 这是因为美国页岩储层主要是海相沉积, 而我 国有极其发育的陆相沉积; 美国页岩气产区主要分 布在比较稳定的大地构造岩层内, 页岩气埋藏深度 平均在1500 m; 而我国众多的页岩层都经历了强烈 的后期改造. 以四川和塔里木盆地为例, 其页岩气埋

页岩气开采压裂技术

页岩气开采压裂技术 摘要：我国页岩气资源丰富但由于页岩地层渗透率很低,页岩气井完井后需要经过储层改造才能获得理想的产量,而水力压裂是页岩气开发的核心技术之一。在研究水力压裂技术开发页岩气原理的基础上,剖析了国外的应用实例,分析了各种水力压裂技术( 多级压裂、清水压裂、水力喷射压裂、重复压裂以及同步压裂技术)的特点和适用性, 探讨了天然裂缝系统和压裂液配制在水力压裂中的作用。 关键词：水力压裂页岩气开采压裂液 0 前言 自1947年美国进行第1次水力压裂以来,经过50多年的发展,水力压裂技术从理论研究到现场实践都取得了惊人的发展。如裂缝扩展模型从二维发展到拟三维和全三维; 压裂井动态预测模型从电模拟图版和稳态流模型发展到三维三相不稳态模型,且可考虑裂缝导流能力随缝长和时间的变化、裂缝中的相渗曲线和非达西流效应及储层的应力敏感性等因素的影响; 压裂液从原油和清水发展到低、中、高温系列齐全的优质、低伤害、具有延迟交联作用的胍胶有机硼和清洁压裂液体系;支撑剂从天然石英砂发展到中、高强度人造陶粒,并且加砂方式从人工加砂发展到混砂车连续加砂;压裂设备从小功率水泥车发展到1000型压裂车和2000 型压裂车;单井压裂施工从小规模、低砂液比发展到超大型、高砂液比压裂作业;压裂应用的领域从特定的低渗油气藏发展到特低渗和中高渗油气藏(有时还有防砂压裂)并举。同时, 从开发井压裂拓宽到探井压裂,使压裂技术不但成为油气藏的增产增注手段,如今也成为评价认识储层的重要方法。 1 国内外现状 水力压裂技术自1947年在美国堪萨斯州试验成功至今近半个世纪了,作为油井的主要增产措施正日益受到世界各国石油工作者的重视和关注,其发展过程大致可分以下几个阶段: 60 年代中期以前, 以研究适应浅层的水平裂缝为主这一时期我国主要以油井解堵为目的开展了小型压裂试验。 60 年代中期以后, 随着产层加深, 以研究垂直裂缝为主。这一时期的压裂目的是解堵和增产, 通常称之为常规压裂。这一时期,我国进入工业性生产实用阶段,发展了滑套式分层压裂配套技术。 70年代，进入改造致密气层的大型水力压裂时期。这一时期,我国在分层压裂技术的基

美国页岩气勘探开发关键技术

目录 _Toc28155708 引言 (2) 1 美国页岩气藏特点分析 (2) 2 地层评价 (3) 3 岩石机械特性地质力学 (4) 4 钻完井技术 (5) 5 压裂技术 (8) 5.1 清水压裂技术 (8) 5.2 重复压裂技术 (9) 5.3 水平井分段压裂技术 (9) 5.4 同步压裂技术 (10) 6 结论和建议 (10)

美国页岩气勘探开发关键技术 引言 美国页岩气资源量达16. 9 万亿m3，可开采资源量7. 47 万亿m3。至20 世纪90 年代末，美国页岩气产量一直徘徊在( 30 ～50) 亿m3 /a。2000 年新技术的应用及推广，使得页岩气产量迅速增长。2005 年进入大规模勘探开发，成功开发了沃思堡等5 个盆地的页岩气田，产量以100 亿m3 /a 的速度增长。2008 年产量达到600 亿m3，占美国天然气总产量的8%，相当于中国石油当年天然气总产量，目前则已占到天然气总产量的13% ～15%。截至2008 年底，美国累计生产页岩气3 316 亿m3。预计2015 年美国页岩气产量将达到2 800 亿m3。自2009 年以来，北美的页岩气开发发生了革命性的变化，目前美国已取代俄罗斯成为世界最大的天然气生产国，实现了自给自足并能连续开采上百年。美国页岩气快速发展是技术进步、需求推动和政策支持等多种因素合力作用的结果。从技术进步角度来看，则主要得益于以下几方面的关键技术:前期的页岩气藏分析、地层评价、岩石力学分析、后期的钻完井技术以及压裂增产技术。 1 美国页岩气藏特点分析 美国页岩气藏具有典型的衰竭特点，初始产量高，前3 年急剧下降，随后在很长的时间里保持稳产并有所下降，生产寿命可达25 a 以上。美国页岩气资源丰富，致密页岩分布范围广，有效厚度大，有机质丰富，含气量大，裂缝系统发育，

页岩气开采中的水力压裂与无水压裂技术_孙张涛

页岩气开采中的水力压裂与无水压裂技术 孙张涛 吴西顺 （中国地质图书馆，北京 1000813） 摘 要：随着“十二五”规划的发布，页岩气的大规模勘探开发在我国被提上议事日程。对于我国目前的页岩气勘探开发而言，技术配套和攻关是首要任务，还需处理好相关的环境问题。然而，页岩气开采中常用的水力压裂技术始终面临着两大难题：水资源的大量消耗和压裂导致的相关污染等。因此，出于环保和节约水资源的考虑，国外许多公司都加大了对氮气泡沫压裂、CO 2 压裂和液化油气压裂等无水压裂技术的研发投入。无水压裂技术不仅可以解决缺水难题，还能减少页岩气开发对环境造成的污染，可谓一举两得。目前我国尚未完全掌握相关核心技术，水资源又相对缺乏，基于这样的现实考虑，无水压裂技术或许能够解决我国页岩气开发中的水资源难题。 关键词：页岩气开采 水力压裂 无水压裂 压裂技术 基金项目：本文受中国地质调查“国外地质文献资料集成服务与分析研究”项目资助（项目编号：1212011220914）。 收稿日期：2014-05-12 第一作者简介： 孙张涛（1981-），女，助理研究员，主要从事地学文献情报研究。 1引言 我国“十二五”规划明确提出了“推进页岩气等 非常规油气资源的开发利用”，随后《页岩气发展规 划（2011～2015）》（以下简称《规划》）也应运而生， 该《规划》明确要求“加大页岩气勘探开发技术科技 攻关，掌握适用于我国页岩气开发的增产改造核心技 术”。虽然水力压裂技术是现阶段开采页岩气的主流 技术，但由于存在诸多尚未突破的“瓶颈”，已成为欧 美国家页岩气辩论中最具争议性的一个话题。随着人 们对水资源和环境问题的重视，许多国外公司纷纷探 索水力压裂的替代技术。我国“十八大”报告强调要 “全面促进资源节约”以及“加强水源地保护和用水 总量管理”，《规划》中也提出要“减少用水量”以及要 “加强环保监测实现压裂液无污染排放”，在水资源 匮乏、生态环境脆弱的中国，若要大规模开采页岩气， 必须考虑并规避水力压裂可能带来的风险，因此，技术 突破和攻关在现阶段显得尤为重要。 2水力压裂技术 2.1 水力压裂原理 水力压裂是通过高压将数百万加仑的压裂液泵入 油井或气井中，冲破页岩层生成岩层裂隙以实现油气 增产的一项技术，如果注入的压裂液能保证足够的压 力维持荷载，裂隙可以延伸数百米。压裂液中大约99% 为水，其他主要是化学添加剂和支撑剂（如砂粒或陶 粒），以防止压裂裂隙闭合。添加到压裂液中的化学品 包括摩擦减速剂、表面活性剂、胶凝剂、规模抑制剂、 酸性试剂、腐蚀抑制剂、抗菌剂、黏土稳定剂等。表1[1] 为水力压裂过程中可能使用的某种或多种压裂液的组 成和用途。 1947年，在美国堪萨斯州首次应用了水力压裂技 术，但该技术被迅速推广则得益于近年来页岩气在 全球的兴起。2008年，在世界范围内打了5万多口水 力压裂井，据估计，如今一半以上的钻井都要进行压裂 作业[2]。

页岩气藏水力压裂效果影响因素及评价

193 1 水力压裂技术概况 多级压裂是指通过限流和封堵球对对储层进行分段，然后逐级进行压裂的技术。其能根据储层不同的含气特点对不同储层进行分段压裂，方法主要为连续油管压裂[1]。该技术是水力压裂的重要技术之一，在美国页岩气的开发实践中，大多数都采用多级压裂和水平井二者相结合的技术，只有少部分井采用直井压裂的技术，从产量上来看，水平井多级压裂后的产量为直井压裂产量的7-10倍，而且，从长期来看，采用多级压裂技术更能提高页岩气单井产量。多级压裂的主要特点表现为分段和多段压裂。对于水平井段很长的井，多级压裂可以显著提高产量，并且可以根据目的层的不同含气情况优化压裂层位。多级压裂技术不仅在国外，更是在国内涪陵区块获得了广泛应用。 清水压裂是指通过将减阻剂、支撑剂等许多不同类型的添加剂与大量清水混合后压入地层产生具渗流能力的裂缝，从而使储层获得工业气流的压裂措施。岩层被压开后，支撑剂对岩层起到支撑作用，从而使裂缝保持张开状态，从而达到压裂作业的效果。有实验表明通过在清水中添加支撑剂能明显改善不加添加剂的效果。同时，清水压裂队页岩气层的伤害相比凝胶压裂液更小，这也更有利于后续的排采作业，从而通过更低的压裂成本来获得更高产量。 除了上述技术外，水力压裂的关键技术还包括水力喷射压裂、重复压裂技术以及同步压裂技术。 2 水力压裂效果影响因素 影响水力压裂效果的因素有很多，包括储层特征因素、压裂材料及压裂工艺等。下文将主要介绍储层特征因素[2]。 储层自身的特征主要包括粘土含量或脆性矿物含量、孔隙度和渗透率、有机质（TOC）含量、杨氏模量及泊松比以及天然裂缝的发育情况[3]。 脆性矿物含量，石英、方解石等脆性矿物含量越高，压裂时更容易产生诱导缝形成复杂的网状裂缝。一般页岩孔渗较低时，压裂对储层的改造效果越好，也更容易改善页岩气的流动性，不过孔渗越低，游离气含量越低，压裂改造更多的是释放吸附在有机质和粘土矿物表面和孔隙中的吸附气。吸附气含量与有机质含量一般呈正相关关系，一般认为，吸附气含量越高，页岩气开发周期越长，而且有机质中的孔隙网络经过改造也能有更好的渗流能力。杨氏模量越高，泊松比越低，页岩的脆性也越强，这无疑更有有利于对页岩储层的改造，也更容易形成复杂的裂缝结构。天然裂缝发育的位置是压裂过程中较为薄弱的地方，因此更容易受到压裂的影 响，也更容易形成网状缝。 3 压裂效果评价 压裂效果评价无疑是水力压裂技术中既重要又复杂的一环，前文已述，压裂效果的影响因素很多，包括储层特征因素、工艺因素及施工因素三大方面，评价压裂效果应充分考虑这三个方面。而压裂效果评价的主要目的是为了不断改进压裂工艺，优化压裂设计，并指导后续作业。本文将主要从工艺性和增产性这两方面来评价压裂效果。目前主要的评价技术包括压裂作业过程中的动态监测方法，同位素示踪剂技术、井温测井、压裂恢复测试，主要是为了研究靠近井筒的缝高情况，延伸情况、裂缝导流能力及增产效果[2]。 目前国内对页岩气的勘探开发集中于海相页岩之中，海相页岩的地质条件相对稳定。在这种情况下，对压裂层段的优选以及能否压开裂缝达到有效改造储层的目的是工艺性评价的关键。由于储层改造仅是页岩气能否高产的因素之一，其余还包括地质因素、后期排采措施等，因此仅就压裂而言，在地下通过压裂作业形成设计网缝，则可初步认为压裂作业达到了改造储层的效果。其评价指标包括，改造裂缝的几何参数、污染参数等。 压裂改造储层的是为了实现页岩气井的高产并实现稳产。通过将压裂前后的产能大小进行对比可以来评价压裂增产效果。具体的评价指标包括增产的倍数、绝对产能大小以及压裂的有效期等。影响最后增产效果的因素也很多，主要为地质条件及压裂改造中的施工工艺。通过评价增产性结果有助于改进压裂层段的选择以及优化压裂工艺及方法。 4 结论 1.脆性矿物含量、孔隙度和渗透率、有机质（TOC）含量及杨氏模量越高，泊松比越低越有利于压裂，改善储层缝网结构。 2.压裂效果评价包括工艺性评价及增产性评价，工艺性评价包括改造裂缝的几何参数、污染参数，增产性评价指标包括增产的倍数、绝对产能大小以及压裂的有效期等。 参考文献 [1]唐颖，唐玄，王广源，等.页岩气开发水力压裂技术综述[J].地质通报.2011，30[2-3]：393-399 [2]黄志文.压裂效果评价方法及目标性分析[J].内蒙古石油化工.2009，14：43-45. [3]袁俊亮，邓金根，张定宇，等.页岩气储层可压性评价技术[J].石油学报.2013，34（3）：523-527. 页岩气藏水力压裂效果影响因素及评价 穆超 大庆油田有限责任公司井下作业分公司　黑龙江　大庆　163000 摘要：本文过对水力压裂效果影响因素和评价方面的研究，对水力压裂技术的完善和发展提出建议。关键词：页岩气　水力压裂　因素　评价 Evacuation and analysis about effect factors of hydraulic fracturing of Shale gas reservior Mu Zhao Daqing Oilfield Company ，Underground Work Branch ，Daqing 163000 Abatrct：The author introduced evacuation and analysis effect factors of hydraulic fracturing of Shale gas reservior，then put forward the suggestion about this technologies. Keywords：Shale Gas；hydraulic fracture；factors；evacuation

微震解释在页岩气水力压裂以及

微震解释在页岩气水力压裂 以及其它非常规能源开发中的应用 这是我第一次听一个女博士来给我们做报告，心中充满了新奇与期待。张晓梅博士，是一个非常爱笑的人，给我留下了深刻的影响。她主要给我们介绍了微震的相关知识，以及她在科研中的一些心得体会，让我们受益匪浅。 现今，非常规油气的开发十分火热，与之伴随的是水力压裂技术的日趋成熟。水力压裂是由地面的高压泵将压裂液注入到地下几千米的致密页岩中，将岩石压裂，产生一系列裂缝，使赋存于其中的油气流出来。压裂的过程往往伴随着微地震，通过地面检波器获取地震信号，通过处理来预测储层裂缝网络分布。 微震观测设备的关键部分是井下观测仪器。由于诱生微震能力非常弱，频率很高（约为100-1500Hz），传播方向复杂，以及井下高温、高压、搞腐蚀性的恶劣环境，要求微震监测用井中检波器是高灵敏度、高频、体积小的三分量检波器，其本身及有关连接件、信号传输线等应具有耐高温、高压和腐蚀性的性能。 通过地震的监测，获得微震资料，经过预处理、频域相关事件空间域极化滤波、微地震信号F-K滤波、微地震信号相关滤波、微地震信号综合滤波处理、信号波场分离 微震解释综合利用电性曲线、岩性剖面及钻井地质分层的多种信息，精确标定出地下某地质体的顶底界面，分析储层的横向变化，提高了标定的准确和形象性，将其与对该区的整体构造与地质认识相对照，分析其是否符合该区地质沉积规律，也可对合成地震记录起到检查的作用。通过任意连井线，将测井曲线投在地震剖面上，根据地震标准反射层与测井响应一致原则，使井与井之间的地震地质标定的关系保持一致，从而检验空间地震地质标定的合理性和一致性。目前，微地震监测技术处于技术攻关阶段。随着技术的日臻成熟，实时微地震成像可以及时指导压裂工程，适时调整压裂参数；对压裂的范围、裂缝发育的方向、大小进行追踪、定位，客观评价压裂工程的效果，对下一步的生产开发提供有效的指导。基于微震监测的裂缝评价技术正在发展成为油层压裂生产过程中最直观、最可信赖的技术之一，采用微地震技术，对储层压裂进行监测，微震监测结果与人工电位梯度方法（ERT）监测结果基本一致。微地震压裂监测技术是在低渗透油气藏压裂改造领域的一项重要新技术，对油气田开发中的水平井网优化布置、提高采收率、降低开发成本等方面具有指导性意义。

页岩气开采(压裂技术)对环境、健康的影响

页岩气开采（压裂技术）对环境、健康的影响 Shale gas exploitation (Fracking）and its environmental and health impact 周睿译普红雁程浩毅校 本译文由云南省健康与发展研究会提供 来源：《世界页岩气资源：美国以外14个区域的初步评估》，美国能源信息署，2011年，https://www.sodocs.net/doc/a94466050.html, 页岩气开采也涉及到许多其他的环境和健康问题。欧盟2012年8月的一项研究表明，压裂法开采页岩气存在着较高的风险，它有可能引发一系列环境问题，例如污染地下水、地表水和空气，引发水资源安全问题，占用土地资源，影响生物多样性，产生噪声污染及交通问题。

（1）用水 页岩气开采需要大量的水，可能会（导致）对钻井所在地区造成供水压力。每一次压裂操作大约使用1500万升水，而钻井可被压裂多达10次。根据我们的计算，单独一口井所使用的水能够供大约10000欧洲人使用一年。 在水资源供应本已存在压力或是由于气候变化可能存在压力的地区，水量需求水平尤为重要。在欧洲，德国和波兰拥有有丰富的页岩气储量，但其人均可再生水资源位列欧盟国家最末。在英国，目前进行的页岩气开采的地区，其供水情况已经被认为处于“超负荷”水平。2012年美国大部分地区遭遇夏季干旱的侵袭，页岩气开采表现出这种缺水的影响，德克萨斯和堪萨斯的某些地区被迫停止了页岩气的开采，而在宾夕法尼亚州，页岩气的开采则被禁止使用河水。在其他地方，页岩气运营商试图通过收买农场主或向土地所有者支付大量金钱来获得水资源的使用权。 尽管通常认为压裂法比煤和核能用水更少，但却不太可能简单地替代上述两种能源。实际上，如果将多种装置的累积效应考虑在内时，压裂法反而可能会需要更多的水。