页岩气渗流及应用 1 页岩气概述 随着世界各国对于煤、石油、天然气等化石能源需求的不断攀升，页岩气、致密气、煤层气等非常规能源，作为常规能源的重要补充，逐渐进入人们的视野。 页岩气是以多种相态存在，主体上富集于泥页岩（部分粉砂岩）地层中的天然气聚集。页岩气藏中的天然气不仅包括了存在于裂缝中的游离相天然气，也包括了存在于岩石颗粒表面上的吸附气。页岩气与其他类型天然气的显著差别在于，其具有典型的“自生自储”特点。全球对页岩气的勘探开发并不普遍，仅美国和加拿大在这方面做了大量工作。近十年来，美国页岩气行业发展迅速，目前已进入页岩气开发的快速发展阶段，加拿大页岩气商业化开采还处于起步阶段。页岩气在美国已经成为天然气家族中的重要成员，正广泛应用于燃气化工、汽车燃料等方面。作为一个新兴的非常规能源，页岩气资源的勘探开发需要大量技术、资金和人员投入。 我国页岩气资源的勘探开发刚刚起步，经验匮乏，技术不成熟，实现页岩气资源的规模开发还有很长的路要走。北美页岩气开发的成功经验和先进技术非常值得我们借鉴和参考。 目前，世界上对页岩气的研究并不普遍,只有美国和加拿大对此做过大量工作，特别是美国，对国内的5大页岩气盆地进行了十分系统的研究工作，在页岩气勘探开采方面取得了很大的突破，积累了丰富的经验。我国对页岩气的研究与勘探开发还处于探索阶段。20世纪60—90年代,在页岩油藏有所发现的基础上，部分学者对页岩气藏做过一定的探讨。近2年，张金川等国内学者相继发表了一些关于页岩气方面的著作，将为我国的油气勘探打开新的局面。 据国家工程院预测，我国原油供给的对外依存度到2020年将达到55%，天然气供需缺口2010年为200×108m3，2020年将达到800×108m3。而我国天然气勘探开
涪陵页岩气体积压裂改造理念及关键技术 邹龙庆张剑李彦超 （川庆钻探井下作业公司） 摘要涪陵页岩储层为龙马溪组海相页岩，以灰黑色粉砂质页岩及灰黑色碳质页岩为主，优质页岩厚度为38m~44m，储层具有有机质类型好、丰度高、矿物脆性指数高、可压性强、裂缝层理发育、含气性高等特点。本文系统总结了涪陵页岩气体积压裂改造理念及关键特色技术，即以综合地质评价为改造基础，以大型体积压裂为储层改造理念，以水平井及多级压裂为技术保障，获取最大的储层改造体积，实现页岩气的高效开发。涪陵页岩气体积改造理念及关键技术为前期27口井的高效开发提供了技术保障，为未来中国海相页岩气高效开发积累了经验。 关键词页岩气涪陵体积改造水平井分段压裂 前言 四川盆地是我国页岩气最富集有利区，主要勘探区域为威远、长宁、富顺-永川、昭通、涪陵地区，层系为志留系龙马溪组、寒武系筇竹寺组，其中，涪陵区块位于川东高陡褶皱带万县复向斜的南扬起端包鸾一焦石坝背斜带焦石坝构造高部位，川东南涪陵地区评价下志留统龙马溪组。借鉴北美海相页岩气体积压裂改造经验，通过对涪陵区块页岩储层岩心资料、测井数据、岩石力学参数等资料综合分析，建立页岩储层综合可压指数预测模型，实现储层改造评价；借助页岩储层大型体积压裂改造理念，应用水平井及分段压裂技术，进行涪陵地区页岩气开发[1-4]。截至2014年5月17日，在涪陵页岩气田280平方公里一期产建区，已开钻页岩气井82口，完钻47口，投产27口，平均单井日产气量在11万方以上，涪陵页岩气体积改造理念及关键技术为前期27口投产井的高效开发提供了技术保障。 1. 储层地质特征 1.1气藏基本特征 涪陵页岩气区块主要目的层位为龙马溪组地层，埋藏深度为2400~3500m，优质页岩厚度为38m~42m，岩性为灰黑色粉砂质页岩及灰黑色碳质页岩，天然
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
页岩气水平井钻井技术 摘要当前我国页岩气水平井钻井施工整体表现出成本高、周期长、复杂事故多等问题。针对这些问题，本文对国内页岩气井进行了技术跟踪，归纳了当前我国页岩气水平井钻井过程中所面临的轨迹优化及控制、井壁稳定、摩阻扭矩、井眼清洁以及固井技术等难点问题。 关键词页岩气水平井轨迹控制井壁稳定摩阻 美国页岩气资源的规模化开发和商业化利用，正在改变着世界能源格局，而同为世界能源进口大国的中国，同样拥有丰富的页岩气资源。政策以及相关支持政策的陆续出台，不但表明了我国政府大力发展页岩气资源的决心，而且正在积极推进我国页岩气产业的全面、快速发展。 页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式，在一定地质条件下聚集成藏并具有商业开发价值的非常规天然气。与常规天然气藏相比，页岩气储层孔隙度主体小于10％，储层孔隙为0~500nm，孔喉直径介于5~200nm，渗透率极低，一般多采用水平井并经水力压裂技术改造后进行开发。当前，公认的具备商业开采价值的页岩气藏需具备以下条件：①页岩气储集层厚度大于100ft（30m）；②富有机质页岩有机质丰富，TOC > 3 %；③成熟度Ro在1.1-1.4之间；④气含量>100ft3/t；⑤产水量较少，低氢含量；⑥黏土含量小于40 %，混合层组分含量低；⑦脆性较高，低泊松比、高杨氏弹性模量；⑧围岩条件有利于水力压裂控制。页岩气藏作为典型的连续型油气聚集，往往分布在盆地内厚度大、分布广的集“生-储-聚”为一体的页岩烃源岩地层中。页岩作为粘土岩常见岩石类型之一，是由粘土物质经压实、脱水、重结晶作用后形成的，其成分复杂，除包含高岭石、蒙脱石、水云母、拜来石等粘土矿物外，还含有诸如石英、长石、云母等碎屑矿物和铁、铝、锰的氧化物与氢氧化物等自生矿物，页岩层理构造发育，多呈页状或薄片状（图1左），并沿层理发育有大量裂隙和微裂隙（图1右），脆性高、易碎，外力击打作用下易裂成碎片，且吸水膨胀性强，长时间裸露浸泡后极易引起井壁缩径、垮塌、掉块等复杂事故。例如，四川威远-长宁构造完成的3口页岩气水平井，水平井段钻进过程多次遭遇井壁垮塌、掉块等复杂，引发卡钻、报废进尺等事故，并导致3口水平井储层段40%进尺作业占总作业时间70%以上。同时，页岩气水平井井壁失稳问题频发，不但严重影响到钻井周期、钻井成本等问题，还直接导致井身质量差、固井难度大、储层污染严重等问题，这些问题都给后续开发带来极为不利的影响。据不完全统计，截止2012年初，四川威远、长宁及云南昭通页岩气产业化示范区完钻的4口水平井，平均井深3357米，平均钻井时间118天，而北美地区井深4000~5000米，水平段1500~2000米的页岩气井钻井周期通常在15~20天，水平段钻井时间仅为5~8天。由此可见，我国相对落后的页岩气水平井钻井技术，已经成为制约我国页岩气工业快速发展的重要瓶颈。
中石化集团公司第一口页岩油水平井完成技术套管固井 泌页HF1井，是中国石化集团公司第一口开钻的页岩油水平井。10月27日，河南油田钻井公司固井分公司对该井实施技术套管固井获得成功。 当天，经过近3个小时的紧张施工，用去183吨水泥，封固井段2598米。最后碰压20兆帕，检查出水泥浆已经全部替注到井眼与套管的环形空间，标志着固井取得成功。 5月13日开钻的泌页HF1井，是中石化集团公司第一口开钻的页岩油水平井，意味着集团公司在页岩油气领域的开拓进入一个新阶段。该井设计斜深3661米，钻探目的是评价泌阳凹陷深凹区页岩油产能，进一步落实储量规模，为建立中石化陆相页岩油勘探开发先导试验区奠定基础。 目前，钻井进尺是2601米，技术套管固井后，将向1000米的水平井段钻进。 页岩油水平井泌页HF1井完钻 本报讯11月16日20时20分，河南油田钻井公司50863钻井队承钻的中国石化第一口陆相页岩油气勘探水平井——泌页HF1井完钻，完钻井深3722米，侧钻 点在1903米，水平段长1044米。 在钻进过程中，他们采用国际先进的旋转导向工具和油基泥浆钻井技术。这种旋转导向工具携带的监测仪器离钻头只有1.5米的导向距离，远优于国产设备15 米的导向距离，可在地面连续监测和控制井眼轨迹，实时监测目的层岩性变化， 确保钻头在目的层钻进。 为保证钻井设备有足够动力，他们更换了两台泥浆泵，再增两台泥浆泵；更换了3台柴油机，再增加两台柴油机；首次使用5.5英寸钻具和高效PDC钻头，确 保快速钻进。 河南油田工程技术处、工程院和钻井公司技术人员长驻现场，准确掌握现场施工第一手资料，实时分析井场情况，及时采取工程和技术措施，解决现场施工 中遇到的问题，确保该井第二次造斜后优质高效钻进。 集团公司重点水平预探井——泌页HF1井分段压裂施
页岩气体积压裂缝网模型分析及应用 摘要：页岩储层孔喉细小、渗透率低，水力压裂后形成主裂缝及诱导裂缝网络 加剧了页岩气流动的复杂性。为了准确表征页岩气拟稳态渗流特征，提出了离散 裂缝耦合多重连续介质系统数学表征方法，并针对储层裂缝分布形态，利用商业 数值模拟器建立了考虑吸附/解吸的页岩气藏离散裂缝耦合多重连续介质数值模拟模型。模型中采用局部网格加密的方法描述离散裂缝网络，基于建立的多重连续 介质系统数学方法表征压裂后形成的密集分布微小裂缝体系。利用建立的模型， 系统分析了储层横向/纵向动用程度以及裂缝导流能力、裂缝半长、裂缝排布方式等裂缝参数对页岩气泄气面积和气井产能的影响。 关键词：页岩气；缝网压裂；连续介质模型；动用程度；数值模拟 1前言 页岩气储层渗透率极低，在成岩作用、多阶段构造演化、气体赋存状态及介 质尺度等方面都与常规油气藏存在较大差异，其既是烃源岩又是储集层，储层中 发育大量的微纳米孔隙和干酪根有机质，是典型的原地成藏。近年来，随着长井 段水平井技术和分段压裂技术的发展，非常规油气资源的开发成为可能。页岩气 储层压裂过程中容易产生裂缝网络系统，形成的多尺度天然裂缝-人工裂缝相互交 织会在储层中形成宏观优势流动区域，影响渗流场压力和流体组分的分布。 2多重连续介质基质-裂缝网格划分 目前，常采用Warron-Root双重介质模型描述基质-裂缝交互渗流机制，当本 文模型与双重介质模型网格剖分相同时二者描述的流体运移规律相同。采用Matlab软件对笔者建立的离散裂缝耦合多重连续介质模型及Warron-Root双重介 质模型进行编程求解。图1所示为当本文模型的网格剖分与Warron-Root双重介 质模型相同时生产井井底压力的变化规律。 图1本文模型和Warron-Root模型井底压力对比 图2不同形状因子对井底压力的影响 由图2可知，形状因子值越大，基质-裂缝窜流量就越大，表明从基质流出到 裂缝的渗流阻力越小。在多重连续介质系统中，采用多层嵌套方法表征基质内流 体的流动规律。进行计算分析时，将基质分成了6层。取Km/Kf=0.00001，0.0001，0.001，0.01，0.1，研究不同岩石基质与裂缝渗透率比值下井底压力变化规律及多 重连续介质不同层的压力分布规律。：基质与裂缝的渗透率比值较大时，井底压 力下降快，分析认为，基质渗透率与裂缝渗透率相近时流体交换流动阻力小；相反，如果基质与裂缝的渗透率比值较小，如Km/Kf=0.00001，则井底压力下降不 明显，说明流体从渗透率极低的基质中流出来较困难。基质与裂缝的渗透率比值 较大时，流体在基质内部的流动阻力较小，流动速度较快，各层压裂达到拟稳态 的时间较短；反之，则流体的流动阻力较大，流动速度较慢，达到拟稳态流动的 时间较长。 3页岩气储层动用规律 在深入分析页岩气藏物性参数及流动特征的基础上，基于前文提出的离散裂 缝耦合多重连续介质模型建立了考虑页岩气吸附/解吸的多重孔隙介质压裂水平井复杂缝网数值模拟模型。模拟研究单元取水平井的一侧，网格数为60×40×2，研 究工区尺寸1200m×800m×20m，采用多重连续介质模型对每个网格中流体的流动 规律进行表征，并以离散裂缝局部加密表征具有缝网系统复杂特征的人工主裂缝
美国页岩油发展现状与前景分析 1 美国页岩油产量持续增长 绝大部分相关专家认为，自2014年国际油价大幅下跌以来，尽管油价因素对页岩油生产经营造成了一定影响，但事实上美国页岩油产量仍增长强劲。截至2018年年初，美国页岩油平均日产量已接近700万桶/日（约3.0亿吨/年），较2017年同期增长约17%。从区域的角度看，二叠盆地页岩油保持强势，产量接近300万桶/日（约1.28亿吨/年），约占美国总产量的四分之一；伊格尔福特和巴肯两大传统页岩区带紧随其后，产量分别超过了100万桶/日（约0.43亿吨/年）。从公司的角度看，尽管国际石油巨头已开始深度参与页岩油生产，但专注上游油气勘探开发的美国独立石油公司仍是页岩油产量增长的主力军。譬如，在二叠盆地，雪佛龙和埃克森美孚两大国际石油巨头的产量分别为22.4万桶/日（约960万吨/年）和18.2万桶/日（约780万吨/年）；OXY和先锋资源两家美国独立石油公司产量则高达34.9万桶/日（约1500万吨/年）和24.6万桶/日（约1050万吨/年）。预计2018年全年，美国页岩油将迎来技术、投资和管理等多个层面的新机遇，未来产量可能持续增长。 但也有部分专家对页岩油增长的可持续性提出质疑，前EOG资源公司首席执行官马克-帕帕先生就表示，市场对美国石油产量增长的预测过于乐观，因为在本轮低油价期间，各大页岩区带的“甜点”区域已被重点开发，未来页岩油发展必将扩散到“非甜点”区域，而这些区域在现有技术水平下很难维持较高产量水平。
2 技术进步是页岩油产量持续增长的核心驱动要素。 美国能源部长佩里先生指出，为应对油价风险，美国页岩油生产商在钻井、压裂、开发优化和油藏检测等技术领域均获得较好进展，预计相关技术的完善与推广将进一步提升页岩油未来的产量。 各路参会的页岩油相关技术专家分别指出，钻井技术方面，通过将导向钻井技术及有关设备的应用，能够大幅提升钻井的准确性，将水平井段更多的置于储层的目标层内；压裂技术方面，新型化学转向剂的使用能够改造流通性不好的裂缝或压开新裂缝，更小目数支撑剂的使用能够增加裂缝的联通性并减少返排，精确射孔压裂方法的使用能够使压裂点更精确且减少支撑剂在井筒附近的流失；开发优化方面，人工举升效率的提高能够大幅增加单井页岩油的采收率水平，岩石地球化学理论的进步有助于在空间与时间两个维度共同寻找单井“甜点”，而大数据计算、机器学习和实时知识传输等的应用则能够对完善地质建模以及选择最优井场位置提供有力支撑；油藏检测与分析方面，光纤储层评价和数字传感技术以及多元化地层分析和三维模拟技术等，既有助于对油层情况实时监测，也有助于作业者寻找更好的起裂点。 3 投资增长将推动页岩油产业持续发展。 有关专家和参会的金融界嘉宾分别指出，按投资活动的比例分析，二叠盆地的特拉华-沃夫坎普和米德兰-沃夫坎普两大主力页岩区带集中了当年全美页岩油约30%的投资，巴肯、伊格尔福特、SCOOP/STACK和粉河盆地等页岩区带合计投资占比约25%，其它页岩区带合计投资占比约45%，页岩
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
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910334971.2 (22)申请日 2019.04.24 (71)申请人 中国石油大港油田勘探开发研究院 地址 300280 天津市滨海新区大港油田幸 福路 (72)发明人 周立宏 肖敦清 蒲秀刚 刘子藏 官全胜 范军侠 杨朋 贾丽 唐鹿鹿 许静 李玲玲 姜文亚 祝必兴 曲宁 (74)专利代理机构 北京国坤专利代理事务所 (普通合伙) 11491 代理人 王峰刚 (51)Int.Cl. G06F 17/50(2006.01) E21B 7/04(2006.01) (54)发明名称 一种页岩油水平井轨迹设计与现场跟踪调 整研究方法 (57)摘要 本发明公开了一种页岩油水平井轨迹设计 与现场跟踪调整研究方法，包括页岩油甜点识别 与评价、水平井优选与轨迹设计、页岩油水平井 现场跟踪调整。本发明页岩油水平井轨迹设计与 现场跟踪调整研究方法形成的“四优-二精”做法 为实现闭塞湖盆页岩油高产稳产，建产增储一体 化奠定基础。对在页岩油发育区开展水平井位优 选设计研究及钻井动态跟踪分析提供了一套技 术方法， 具有较大借鉴和推广意义。权利要求书2页 说明书6页 附图3页CN 109960897 A 2019.07.02 C N 109960897 A
权 利 要 求 书1/2页CN 109960897 A 1.一种页岩油水平井轨迹设计与现场跟踪调整研究方法，其特征在于包括以下步骤： 步骤A、页岩油甜点识别与评价 以系统取心井分析化验联测结果为基础，开展七性关系研究，建立单井页岩油油层地球物理响应特征标准，明确甜点平面分布； 步骤B、页岩油水平井轨迹设计“四优”方法 (1)优选靶区：根据页岩油甜点段的厚度、埋深及其与页岩热演化程度的耦合关系，选择有利的勘探靶区； (2)优选靶层：由优选靶区开展油层精细对比，根据油层厚度大、分布稳定、已知井钻遇率高、测井地震特征易识别等原则，确定最优甜点段； (3)优选靶向：对确定靶层的地层产状、断层影响、压裂缝发育方向等因素进行综合分析，选取最佳钻探方向； (4)优化轨迹：开展地震精细标定，基于优选靶向确定的钻探方向，进一步优化水平井轨迹方案，保障最优甜点段的最大钻遇率； 步骤C、页岩油水平井跟踪调整“二精”方法 (1)精细分析准确入靶：钻井过程中及时开展地层速度准确性与地震解释方案合理性分析，及时调整确保精准入靶； (2)精细跟踪防止脱靶：根据综合录井资料、随钻测井曲线精细开展对比，修正轨迹，保障优质小层钻遇率。 2.根据权利要求1所述的一种页岩油水平井轨迹设计与现场跟踪调整研究方法，其特征在于：所述步骤A中，利用声波时差、自然伽马、电阻率、核磁测井等测井资料建立页岩油甜点段识别标准开展单井甜点识别，落实页岩油甜点平面分布。 3.根据权利要求1所述的一种页岩油水平井轨迹设计与现场跟踪调整研究方法，其特征在于：所述步骤B的优选靶区中，完成页岩油甜点段顶面地震解释与构造成图，根据分析测试结果勾画Ro等值线图,甜点埋深、页岩演化程度与甜点段厚度三元耦合选择有利勘探靶区。 4.根据权利要求1所述的一种页岩油水平井轨迹设计与现场跟踪调整研究方法，其特征在于：所述步骤B的优选靶层中，利用已知井开展细分小层的联井油层精细对比，选取厚度大、分布稳定的小层作为目的层，曲线形态或曲线值有明显的识别特征，如可作为区域对比标志层，地震反射连续，易于追踪。 5.根据权利要求1所述的一种页岩油水平井轨迹设计与现场跟踪调整研究方法，其特征在于：所述步骤B的优选靶向中，地层产状是指地层产状尽可能平直，挠曲构造少；断层影响是指井轨迹离断层150m以上；压裂缝发育方向是指井轨迹方向与最大水平主应力方向夹角锐角大于30°以上。 6.根据权利要求1所述的一种页岩油水平井轨迹设计与现场跟踪调整研究方法，其特征在于：所述步骤B的优化轨迹中，明确的油层小层地质信息通过井震精细标定与地震反射同相轴建立关系，并赋予地震同相轴地质意义，提高最优小层中的水平进尺。 7.根据权利要求1所述的一种页岩油水平井轨迹设计与现场跟踪调整研究方法，其特征在于：所述步骤C的精细分析准确入靶中，及时利用声波、电阻率、自然伽马等测井曲线做好层位标定，分析速度准确性；并运用多套数据体或多种解释方案约束和验证。 2
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
页岩油形成机制地质特征及发展对策
页岩油形成机制地质特征及发展对策 能源情报按：加州页岩油储量下调曾引起激烈讨论，页岩油在国内是什么情况？带你了解一下。 文/邹才能杨智等，中国石油勘探开发研究院 引言 世界石油工业正在从常规油气向非常规油气跨越。非常规油气主要为页岩系统油气，包括致密油和气、页岩油和气。致密油和气是储集在致密砂岩或灰岩等储集层中的石油和天然气，油气经历了短距离运移。页岩油和气是指富集在富有机质黑色页岩地层中的石油和天然气，油气基本未经历运移过程，目前页岩气已成为全球非常规天然气勘探开发的热点，页岩油的相关研究也正在兴起。笔者在充分调研国内外页岩油气、致密油气最新勘探开发和研究进展的基础上，根据对鄂尔多斯盆地中生界延长组等中国陆相湖盆页岩油的研究，系统总结页岩油的基本内涵和基本特征，详细阐述了页岩油形成的沉积环境、地球化学特征、储集空间和聚集机制等基本石油地质问题，最后预测中国页岩油的资源潜力，提出页岩油“核心区”评价标准和“三步走”的具体发展思路。 1 研究背景 全球油气工业发展正在不断突破油气生成最高温度极限、突破油气储集最小孔喉极限、突破油气聚集最大深度极限，“3 个极限”的突破，推动油气发展地域由陆地向深水区、深度由中浅层向深层—超深层、资源由常规油气向非常规油气快速延伸，大于3 000 m海洋超深水等新区、超过6 000 m 陆地深层等新层系、小于1 000 nm 孔径超致密储集层等新类型，将成为石油工业发展具有战略性的“三新”领域。 目前，以页岩气为代表的非常规油气引发了一场重大石油科技革命，其有3 个显著特征：理论的颠覆性，技术的突破性，生产的工业性。勘探开发非常规油气是从常规寻找圈闭向寻找大面积储集层转变，颠覆了传统圈闭油气聚集理论；从常规直井开发向水平井规模压裂转变，突破了直井传统开采方法；从常规单井开采向平台式多井“工厂化”开采转变，打破了一个井场单井开采模式。非常规油气突破具有3 大战略意义：①延长石油工业的生命周期，突破了传统资源禁区和成藏理论，增加了资源类型与资源量；②引发了油气科技革命，推动整个石油工业理论技术升级换代；③改变了全球传统能源格局，形成以中东为核心的东半球“常规油气版图”，以美洲为核心的西半球“非常规油气版图”，影响世界发展秩序。美国主要依靠非常规油气推动“能源独立”战略实施，真正实现美国“能源安全”，深远影响世界大国在政治、经济、军事等领域的战略调整和新布局。
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
本人是中石油川庆钻探的一名一线钻井工程师，在一线做了6，7年，主要是负责油、气井直井、定向井、水平井的钻探施工，对这个行业还算比较了解，但目前国内的页岩气技术并不成熟，施工井较少，实际工作中并未直接接触过页岩气的开发井，因此，仅就自己的知识水平和对该行业的了解，浅谈下页岩气及相关上市公司。 谈页岩气肯定首先要说美国，美国页岩气工业迅速发展的主要原因之一是技术的进步， 特别是水平井钻井和水力压裂技术的进步提高了页岩气单井产量，降低了开发成本。其中经历的几个开发阶段如下： 直井+泡沫压裂（1981-1985）->直井+交联冻胶压裂（1985-1997）->直井+清水压裂（1997-现今）->清水压裂+重复压裂（1999-现今）->水平井+清水压裂+同步压裂（2006-现今）。 页岩气的特点是储集层薄，渗透率低，直井单井产量低，生产周期不长，水平井能够穿过更多的储层，捕获更懂裂缝，单井产量高，生产周期长。水平井的钻井成本是直井的至少2倍，但产量却是直井的3-4倍。因此水平井钻井技术得到了很快的发展，相关数据如下： 年份直井数水平井数 2003 850 78 2004 598 284 2005 372 708 2006 287 1323 2007 170 1670 因此，目前页岩气开发的核心技术实质是水平井钻井技术和水力压裂技术。 页岩气水平井钻井流程： 1、确定井位、修建井场、准备场地并安装好井架和其它设备； 2、钻井施工整口井的垂直部分； 3、使用具有一定弯度的井下马达（国内称螺杆钻具）和钻头进行造斜钻进，钻进期间通过无线随钻测斜仪（简称MWD）控制井斜和方位，使井斜最终达到90度附近（该段称为斜井段）； 4、水平段钻进，通过MWD控制井斜和方位； 5、针对完井方案和压裂方式下入套管，为后期生产做好准备。 水力压裂作业流程： 钻井及资料收集->模型模拟->设备搬运->准备压裂流体->酸化处理->洗井并开 始压裂->生产套管射孔->安装管道->注入减阻水->泵入支撑剂->泵入更多支撑剂-> 井眼清洗（因本人属于钻井工程师，对压裂技术并不十分熟悉，因此写的相对简单） 在来看下目前市场表现相对活跃的相关A股上市公司：
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.doczj.com/doc/5816946770.html, https://www.doczj.com/doc/5816946770.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.doczj.com/doc/5816946770.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
Mine Engineering 矿山工程, 2018, 6(3), 183-198 Published Online July 2018 in Hans. https://www.doczj.com/doc/5816946770.html,/journal/me https://https://www.doczj.com/doc/5816946770.html,/10.12677/me.2018.63025 Anatomy of Typical Shale Gas Wells in Different Regions of the Complex Structure Surrounding Jiaoshiba Hui Zhang1, Yuewen Liu2, Xiangfeng Wei1 1Sinopec Exploration, Chengdu Sichuan 2China National Petroleum Corporation Sichuan Energy Industry Investment Group, Chengdu Sichuan Received: Jul. 4th, 2018; accepted: Jul. 19th, 2018; published: Jul. 27th, 2018 Abstract With the rapid progress of shale gas exploration and development, the complexity of shale gas ac-cumulation and preservation is emerging gradually. The impact of preservation is not well un-derstood, which seriously affects shale gas target evaluation, exploration deployment and efficient exploration, especially in complex structural areas, structures and faults. Although a major breakthrough has been made in shale gas exploration in the complex structural area around the Jiaoshiba, the drilling situation is still not optimistic. In this paper, the typical shale gas wells in different regions in the complex structural areas around the Jiaoshiba are dissected in detail, ana-lyzed from the aspects of pressure coefficient, fracture, fracture, structural characteristics, roof and floor, gas bearing properties, etc, which is recognized that there are significant differences in gas content in different regions. The closer Southeast Sichuan is to the Xuefeng orogenic belt, the worse the preservation condition is; extrabasinal syncline width is slow, buried depth is deeper, fracture is less developed, preservation condition is better; the complex structure condition of ba-sin edge is poor. Keywords Complex Structure Surrounding Jiaoshiba, Shale Gas, Anatomy of Typical Shale Gas 焦石坝外围构造复杂区不同地区页岩气典型井解剖 张晖1，刘月雯2，魏祥峰1 1中石化勘探分公司，四川成都
收稿日期：20131204；改回日期：20140519 基金项目：国家自然科学基金“页岩气储层低频脉冲水力压裂增渗机理研究”（51304258）；“863计划”页岩气勘探开发新技术“页岩气压裂裂缝微地震监测技术研究” （2013AA064503）作者简介：潘林华（1982－）， 男，工程师，2006年毕业于中国石油大学（北京）土木工程专业，2013年毕业于该校油气田开发工程专业，获博士学位，现主要从事岩石力学、地应力和压裂裂缝起裂和扩展等方面的研究工作。 DOI ：10.3969/j.issn.1006－6535.2014.04.001 页岩储层水力压裂裂缝扩展模拟进展 潘林华 1，2，3 ，程礼军1，2，3，陆朝晖1，2，3 ，岳 锋 1，2，3 （1.国土资源部页岩气资源勘查重点实验室重庆地质矿产研究院，重庆400042；2.重庆市页岩气资源与勘查工程技术研究中心 重庆地质矿产研究院，重庆400042； 3.油气资源与探测国家重点实验室 重庆页岩气研究中心，重庆400042） 摘要：页岩储层低孔低渗，水平井多级压裂、重复压裂和多井同步压裂为主要的增产措施，压裂缝扩展和展布对于页岩压裂设计和施工、裂缝监测、产能评价至关重要。对大量相关文献进行了调研和分析，得出以下结论：①水力压裂室内实验是评价页岩复杂裂缝形态最直接的方法，但难以真实地模拟实际储层条件下的水力压裂过程；②扩展有限元、边界元、非常规裂缝扩展模型、离散化缝网模型、混合有限元法及解析和半解析模型为页岩气常用的复杂裂缝扩展模拟方法，但各种方法都有其优缺点和适用性，需要进一步改进和完善才能真实地模拟页岩复杂裂缝扩展；③天然裂缝分布和水平主应力差共同决定页岩复杂裂缝网络的形成，天然裂缝与水平最大主应力方向角度越小、水平主应力差越大，复杂裂缝网络形成难度越大；天然裂缝与水平最大主应力方向的角度越大、水平主应力差越小，越容易形成复杂裂缝网络。研究结果可以为页岩储层缝网压裂裂缝扩展模拟和水力压裂优化设计提供借鉴。 关键词：页岩气；水平井；水力压裂；压裂技术；裂缝扩展；室内实验；数值模拟中图分类号：TE357 文献标识码：A 文章编号：1006－6535（2014）04－0001－06 引言 页岩储层孔隙度、 渗透率极低，给页岩气的经济高效开发带来了极大的困难和挑战，长水平井段钻井和多段大排量水力压裂施工是页岩气开发的关键和核心技术 ［1－2］ ，能最大程度地增加压裂裂缝 的改造体积和表面积，最终达到提高产量和采收率的目的。页岩储层脆性大，天然裂缝和水平层理发育，压裂过程中容易发生剪切滑移和张性破坏 ［3］ ， 压裂裂缝不再是单一对称的两翼缝，可能形成复杂的网状裂缝，给页岩水力压裂设计、裂缝监测及解释、压后产能预测等带来诸多不便。压裂裂缝的展布特征和裂缝形态可以通过室内实验和数值模拟方法进行评价。笔者广泛调研了目前页岩储层水平井压裂技术、复杂裂缝室内实验模拟和数值模拟方法的现状，分析了各种页岩水力压裂技术及压裂裂缝模拟方法的优缺点，对后续页岩储层水平井水 力压裂技术的选择以及压裂设计具有指导意义。 1页岩储层水力压裂技术 页岩储层水力压裂是个复杂的系统工程，用液 量大、施工车组多、耗时长、资金耗费量大。页岩储层水力压裂涉及压裂设计、压裂工艺选择、压裂液选择与配置、压裂设备和井下工具选择、压裂裂缝监测等问题，需要进行系统的考虑和处理。1.1 页岩储层水平井多级压裂技术 水平井多级压裂技术是页岩储层开发的关键技术，长水平井段、多级水力压裂使页岩储层能够形成多条压裂裂缝，可以增大页岩储层与井筒的渗流通道［4］ 。目前常见的页岩水平井压裂主要有4 种。 （1）水平井多级可钻式桥塞封隔分段压裂技术 ［5－6］ 。该技术是国内外常用的页岩储层水力压