頁(yè)巖氣開發(fā)鉆井降本增效案例內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書精選提煉國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣開發(fā)鉆井降本增效典型案例37個(gè)，每個(gè)案例包括案例背景、降本增效措施、實(shí)施效果分析。其中15個(gè)綜合配套措施案例介紹了北美和中國(guó)頁(yè)巖氣開發(fā)鉆井降本增效綜合配套措施、工廠化鉆井配套措施、鉆井環(huán)保配套措施；15個(gè)鉆井工程措施案例介紹了頁(yè)巖氣鉆井提速提效配套措施、鉆井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)措施、固井技術(shù)措施、鉆井液技術(shù)措施；7個(gè)完井工程措施案例介紹了頁(yè)巖氣完井壓裂降本增效配套措施和水平井增能壓裂、多級(jí)滑套壓裂、重復(fù)壓裂等單項(xiàng)技術(shù)措施。

本書可供非常規(guī)油氣勘探開發(fā)工程相關(guān)管理人員、專業(yè)技術(shù)人員、經(jīng)濟(jì)研究人員、造價(jià)專業(yè)人員參考，也可作為頁(yè)巖氣開發(fā)鉆井工程相關(guān)人員的培訓(xùn)輔助教材。

第1篇 綜合配套措施案例

案例1 北美頁(yè)巖氣開發(fā)鉆井降本增效主要配套措施

案例2 美國(guó)頁(yè)巖氣開發(fā)應(yīng)用學(xué)習(xí)曲線降本增效分析

案例3 美國(guó)Southweste Energy公司一體化管理降本增效配套措施

案例4 挪威Statoil公司頁(yè)巖氣鉆井降本增效配套措施

案例5 加拿大EnCana公司頁(yè)巖氣開發(fā)降本增效配套措施

案例6 中國(guó)石油長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田開發(fā)降本增效配套措施

案例7 中國(guó)石油黃金壩頁(yè)巖氣田開發(fā)降本增效配套措施

案例8 中國(guó)石化涪陵頁(yè)巖氣田鉆井降本增效配套措施

案例9 中國(guó)石化川渝地區(qū)深層頁(yè)巖氣田開發(fā)降本增效配套措施

案例10 美國(guó)Eagle Ford頁(yè)巖氣田工廠化鉆井配套措施

案例11 中國(guó)石油長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣田工廠化鉆井配套措施

案例12 中國(guó)石化涪陵頁(yè)巖氣田工廠化經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)與鉆井配套措施

案例13 中國(guó)石油長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田鉆井環(huán)保配套措施

案例14 中國(guó)石油昭通頁(yè)巖氣田水基鉆井液環(huán)保措施

案例15 中國(guó)石化涪陵頁(yè)巖氣田鉆井環(huán)保配套措施

第2篇 鉆井工程措施案例

案例16 Eagle Ford頁(yè)巖氣田鉆井提速提效配套措施

案例17 長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田鉆井提速提效配套措施

案例18 焦石壩頁(yè)巖氣田鉆井提速提效配套措施

案例19 涪陵頁(yè)巖氣田深層鉆井提速提效配套措施

案例20 涪陵頁(yè)巖氣田中深層水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)措施

案例21 威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)措施

案例22 黃金壩頁(yè)巖氣田水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)措施

案例23 四川盆地頁(yè)巖氣水平井防竄固井配套技術(shù)措施

案例24 焦石壩頁(yè)巖氣田水平井固井配套技術(shù)措施

案例25 威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田提高井筒密封完整性固井技術(shù)措施

案例26 北美頁(yè)巖氣水平井水基鉆井液主要技術(shù)措施

案例27 長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣田水平井水基鉆井液技術(shù)措施

案例28 長(zhǎng)寧—威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣田水平井白油基鉆井液技術(shù)措施

案例29 長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣田水平井無(wú)土相油基鉆井液技術(shù)措施

案例30 涪陵頁(yè)巖氣田水平井油基鉆井液技術(shù)措施

第3 篇 完井工程措施案例

案例31 Marcellus 頁(yè)巖氣田水平井完井壓裂降本增效配套措施

案例32 涪陵頁(yè)巖氣田水平井完井壓裂降本增效配套措施

案例33 涪陵焦石壩頁(yè)巖氣田水平井完井壓裂降本增效配套措施

案例34 長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣田水平井組拉鏈?zhǔn)綁毫呀当驹鲂涮状胧?

案例35 Montney 頁(yè)巖氣田增能壓裂液技術(shù)措施

案例36 Eagle Ford 頁(yè)巖氣田水平井多級(jí)滑套壓裂技術(shù)措施

案例37 Haynesville 頁(yè)巖氣田水平井重復(fù)壓裂技術(shù)措施

參考文獻(xiàn)2100433B

頁(yè)巖氣形成原因

前人對(duì)美國(guó)5大頁(yè)巖氣盆地頁(yè)巖氣的成因研究表明，頁(yè)巖氣可以通過以下2種途徑演變而來。

1、熱裂解成因氣（自然生成）

頁(yè)巖中熱成因氣的形成有3個(gè)途徑（如圖）：①干酪根分解成氣體和瀝青；②瀝青分解成油和氣體（步驟1和步驟2為初次裂解）；③油分解成氣體、高含碳量的焦炭或者瀝青殘余物（二次裂解）。最后一個(gè)步驟主要取決于系統(tǒng)中油的殘余量和儲(chǔ)層的吸附作用。德克薩斯州的Fort Worth盆地的Barnett頁(yè)巖氣就是通過來源于干酪根熱降解和殘余油的二次裂解，主要以殘余油的二次裂解為主，正因?yàn)槿绱?，使得Barnett頁(yè)巖氣具有較大資源潛力。

頁(yè)巖氣是從頁(yè)巖層中開采出來的天然氣，主體位于暗色泥頁(yè)巖或高碳泥頁(yè)巖中，頁(yè)巖氣是主體上以吸附或游離狀態(tài)存在于泥巖、高碳泥巖、頁(yè)巖及粉砂質(zhì)巖類夾層中的天然氣，它可以生成于有機(jī)成因的各種階段天然氣主體上以游離相態(tài)（大約50%）存在于裂縫、孔隙及其它儲(chǔ)集空間，以吸附狀態(tài)（大約50%）存在于干酪根、粘土顆粒及孔隙表面，極少量以溶解狀態(tài)儲(chǔ)存于干酪根、瀝青質(zhì)及石油中。天然氣也存在于夾層狀的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、甚至砂巖地層中。天然氣生成之后，在源巖層內(nèi)的就近聚集，表現(xiàn)為典型的原地成藏模式，與油頁(yè)巖、油砂、地瀝青等差別較大。與常規(guī)儲(chǔ)層氣藏不同，頁(yè)巖既是天然氣生成的源巖，也是聚集和保存天然氣的儲(chǔ)層和蓋層。因此，有機(jī)質(zhì)含量高的黑色頁(yè)巖、高碳泥巖等常是最好的頁(yè)巖氣發(fā)育條件。

2、生物成因氣

一般指頁(yè)巖在成巖的生物化學(xué)階段直接由細(xì)菌降解而成的氣體，也有氣藏經(jīng)后期改造而成的生物氣。如美國(guó)密歇根盆地的Antrim頁(yè)巖氣是干酪根成熟過程中所產(chǎn)生的熱降解氣和產(chǎn)甲烷菌新陳代謝活動(dòng)中所產(chǎn)生的生物成因氣，以后者為主。其原因可能是發(fā)育良好的裂縫系統(tǒng)不僅使天然氣和攜帶大量細(xì)菌的原始地層水進(jìn)入Antrim頁(yè)巖內(nèi)，而且來自上覆更新統(tǒng)冰川漂移物中含水層的大氣降水也同時(shí)侵入，有利于細(xì)菌甲烷的形成。

頁(yè)巖氣形成條件

1、沉積環(huán)境

較快的沉積條件和封閉性較好的還原環(huán)境是黑色頁(yè)巖形成的重要條件。沉積速率較快可以使得富含有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖在被氧化破壞之前能夠大量沉積下來，而水體缺氧可以抑制微生物的活動(dòng)性，減小其對(duì)有機(jī)質(zhì)的破壞作用。如Fort Worth盆地Barnett組富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖沉積于深水（120～215米）前陸盆地，具有低于風(fēng)暴浪基面和低氧帶（OMZ）的缺氧—厭氧特征，與開放海溝通有限。

2、有效厚度

廣泛分布的泥頁(yè)巖是形成頁(yè)巖氣的重要條件。同時(shí)，沉積有效厚度是保證足夠的有機(jī)質(zhì)及充足的儲(chǔ)集空間的前提條件，頁(yè)巖的厚度越大，頁(yè)巖的封蓋能力越強(qiáng)，有利于氣體的保存，從而有利于頁(yè)巖氣成藏。美國(guó)5大頁(yè)巖氣勘探開采區(qū)的頁(yè)巖凈厚度為9.14～91.44米，其中產(chǎn)氣量較高的Barnett頁(yè)巖和Lewis頁(yè)巖的平均厚度在30.48米以上。

3、總有機(jī)碳含量（TOC）

總有機(jī)碳含量是烴源巖豐度評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，也是衡量生烴強(qiáng)度和生烴量的重要參數(shù)。有機(jī)碳含量隨巖性變化而變化，對(duì)于富含粘土的泥頁(yè)巖來說，由于吸附量很大，有機(jī)碳含量最高，因此，泥頁(yè)巖作為潛力源巖的有機(jī)含量下限值就愈高，而當(dāng)烴源巖的有機(jī)質(zhì)類型愈好，熱演化程度高時(shí)，相應(yīng)的有機(jī)碳含量下限值就低。對(duì)泥質(zhì)油源巖中有機(jī)碳含量的下限標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)外的看法基本一致，為0.4%～0.6%，而泥質(zhì)氣源巖有機(jī)碳含量的下限標(biāo)準(zhǔn)則有所不同。大量研究結(jié)果表明，氣態(tài)烴分子小，在水中的溶解能力強(qiáng)，易于運(yùn)移，氣源巖有機(jī)碳含量的下限標(biāo)準(zhǔn)要比油源巖低得多。美國(guó)5大頁(yè)巖氣系統(tǒng)頁(yè)巖總有機(jī)碳含量較高，分布范圍大（0.5%～25%），可分為2類，Antrim頁(yè)巖和New Albany頁(yè)巖的TOC含量較高，一般分布于0.3%～25%之間；而Ohio頁(yè)巖、Barnett頁(yè)巖和Lewis頁(yè)巖的TOC含量在0.45%～4.7%之間。

4、干酪根類型和成熟度

在不同的沉積環(huán)境中，由不同來源有機(jī)質(zhì)形成的干酪根，其組成有明顯的差別，其性質(zhì)和生油氣潛能也有很大差別。因此，研究干酪根的類型（性質(zhì)）是油氣地球化學(xué)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是評(píng)價(jià)干酪根生油、生氣潛力的基礎(chǔ)。干酪根類型是衡量有機(jī)質(zhì)產(chǎn)烴能力的參數(shù)，不同類型的干酪根同時(shí)也決定了產(chǎn)物以油為主還是以氣為主。一般來說，Ⅰ型干酪根和Ⅱ型干酪根以生油為主，Ⅲ型干酪根則以生氣為主?？v觀美國(guó)頁(yè)巖氣盆地的頁(yè)巖干酪根類型，主要以Ⅰ型干酪根與Ⅱ型干酪根為主，也有部分Ⅲ型干酪根，而且不同干酪根類型的頁(yè)巖都生成了數(shù)量可觀的氣，有理由相信，干酪根類型并不是決定產(chǎn)氣量的關(guān)鍵因素。沉積巖石中分散有機(jī)質(zhì)的豐度和成烴母質(zhì)類型是油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)，而有機(jī)質(zhì)的成熟度則是油氣生成的關(guān)鍵。干酪根只有達(dá)到一定的成熟度才能開始大量生烴和排烴。不同類型的干酪根在熱演化的不同階段生烴量也不同。在低熟階段（0.4%～0.6%），有機(jī)質(zhì)就可以向烴類轉(zhuǎn)變。美國(guó)5大頁(yè)巖盆地頁(yè)巖的熱成熟度分布范圍在0.4%～2.0%之間，可見在有機(jī)質(zhì)生烴的整個(gè)過程都有頁(yè)巖氣的生成。隨著成熟度的增加，早期所生成的原油開始裂解成氣。美國(guó)Barnett頁(yè)巖之所以含氣量大，主要源于生烴體積（有機(jī)質(zhì)豐度、生烴潛力和頁(yè)巖厚度引起的結(jié)果），成熟度以及部分液態(tài)烴持續(xù)裂解生氣。成熟度越低的Barnett頁(yè)巖區(qū)，其氣體產(chǎn)量就越低，這可能是因?yàn)樯鷼馍?，殘留烴的流動(dòng)阻塞孔隙的緣故。許多高熟的Barnett頁(yè)巖區(qū)干酪根和油的裂解使生氣量大幅提高，導(dǎo)致頁(yè)巖氣井氣體流量大。因此，成熟度是評(píng)價(jià)高流量頁(yè)巖氣相似性的關(guān)鍵地球化學(xué)參數(shù)。

頁(yè)巖氣影響成藏因素

1、孔隙度

在常規(guī)儲(chǔ)層中，孔隙度是描述儲(chǔ)層特性的一個(gè)重要方面。頁(yè)巖儲(chǔ)層也是如此。作為儲(chǔ)層，頁(yè)巖多顯示出較低的孔隙度（<10%），當(dāng)然也可以有很大的孔隙度，且在這些孔隙里儲(chǔ)存大量的游離氣，即使在較老的巖層，游離氣也可以充填孔隙的50%。游離氣含量與孔隙體積的大小密切聯(lián)系。一般來說，孔隙體積越大，所含的游離氣量就越大。

2、裂縫發(fā)育

頁(yè)巖的礦物成分較復(fù)雜，石英含量高，且多呈粘土粒級(jí)，常以紋層形式出現(xiàn)，而有機(jī)質(zhì)、石英含量都很高的頁(yè)巖脆性較強(qiáng)，容易在外力作用下形成天然裂縫和誘導(dǎo)裂縫，有利于天然氣滲流，說明巖性、巖石礦物成分是控制裂縫發(fā)育程度的主要內(nèi)在因素。

由于頁(yè)巖具有低孔隙度低滲透率的特性，產(chǎn)氣量不高，而那些開放的矩形天然裂縫彌補(bǔ)了這一不足，大大提高了頁(yè)巖氣產(chǎn)量。裂縫改善了泥頁(yè)巖的滲流能力，裂縫既是儲(chǔ)集空間，也是滲流通道，是頁(yè)巖氣從基質(zhì)孔隙流入井底的必要途徑。并不是所有優(yōu)質(zhì)烴源巖都能夠形成具有經(jīng)濟(jì)開采價(jià)值的裂縫性油氣藏，只有那些低泊松比、高彈性模量、富含有機(jī)質(zhì)的脆性頁(yè)巖才是頁(yè)巖氣資源的首要勘探目標(biāo)。

3、有機(jī)碳含量

在裂縫性頁(yè)巖氣系統(tǒng)中，頁(yè)巖對(duì)氣的吸附能力與頁(yè)巖的總有機(jī)碳含量之間存在線性關(guān)系。

在相同壓力下，總有機(jī)碳含量較高的頁(yè)巖比其含量較低的頁(yè)巖的甲烷吸附量明顯要高。頁(yè)巖氣除了被有機(jī)質(zhì)表面所吸附之外，還可以吸附在粘土的表面（干燥）。在有機(jī)碳含量接近和壓力相同的情況下，粘土含量高的頁(yè)巖所吸附的氣體量要比粘土含量低的頁(yè)巖高。而且隨著壓力的增大，差距也隨之增大。

4、地層壓力

地層壓力也是影響頁(yè)巖氣產(chǎn)量的因素之一。研究表明，地層壓力與吸附氣有著正相關(guān)性，地層壓力越大，頁(yè)巖的吸附能力就越大，吸附氣的含量也就越高。游離氣含量也會(huì)隨著壓力的增加而增加，兩者基本上呈線性關(guān)系。值得注意的是，壓力在6.89MPa以前，吸附氣含量隨壓力增加的幅度很明顯，而在其之后，增加的幅度不太明顯，類似于常規(guī)的致密氣藏。當(dāng)然，不同地區(qū)由于有機(jī)質(zhì)含量和周圍圍巖封存能力的不同，壓力梯度也會(huì)產(chǎn)生差異。

除了上述影響因素之外，有機(jī)質(zhì)類型、成熟度等也會(huì)影響頁(yè)巖氣含量。

頁(yè)巖氣成藏過程

頁(yè)巖氣經(jīng)歷了復(fù)雜多變的成藏過程，是天然氣成藏機(jī)理序列中的重要構(gòu)成和典型代表。根據(jù)不同的成藏條件，頁(yè)巖氣成藏可以表現(xiàn)為典型的吸附機(jī)理、活塞運(yùn)聚機(jī)理或置換運(yùn)聚機(jī)理。按照成藏機(jī)理的不同，可將天然氣成藏過程分為3個(gè)主要階段，而前2個(gè)階段即是頁(yè)巖氣的成藏過程。

第1階段是天然氣的生成與吸附。該階段發(fā)生在成藏初期，與煤層氣的成藏機(jī)理相同。由于頁(yè)巖中的有機(jī)碳等物質(zhì)表面具有吸附能力，頁(yè)巖生氣過程中，最開始生成的少量天然氣均被有機(jī)碳等物質(zhì)吸附，故頁(yè)巖層中僅存有吸附態(tài)的天然氣（圖A）。

第2階段是天然氣的造隙及排出。該階段處于生氣高峰期，與根緣氣的形成機(jī)理類似。隨著天然氣的大量生成，頁(yè)巖中的有機(jī)碳無(wú)法將其完全吸附，因此未被吸附的天然氣在頁(yè)巖層中以游離態(tài)聚集。隨著頁(yè)巖氣的不斷生成，聚集的大量游離氣因膨脹而形成高壓，直至巖層破裂并產(chǎn)生微裂隙。由于此時(shí)產(chǎn)生的裂縫或孔隙極其微小，使得頁(yè)巖氣無(wú)法在頁(yè)巖層內(nèi)部自由流動(dòng)。在此后的強(qiáng)力生烴作用即生氣膨脹力的作用下，頁(yè)巖氣沿構(gòu)造上傾方向從底部高壓區(qū)向高部相對(duì)低壓區(qū)發(fā)生排驅(qū)和整體推進(jìn)作用，從而使地層處于大面積包含氣狀態(tài)。此階段生成的天然氣不受浮力作用，表現(xiàn)為活塞式的運(yùn)聚特征（圖B）。

第3階段是天然氣的置換與運(yùn)移。如果天然氣的生成量持續(xù)增加而頁(yè)巖層的外部又有合適的儲(chǔ)層，則在浮力作用下，天然氣將以置換方式沿裂縫從泥頁(yè)巖層向儲(chǔ)層運(yùn)移，從而形成常規(guī)天然氣藏（圖C）。

頁(yè)巖氣成藏過程中，吸附機(jī)理與活塞式運(yùn)聚機(jī)理共同作用，控制著頁(yè)巖氣藏中吸附態(tài)和游離態(tài)天然氣所占空間比例變化。因此，頁(yè)巖氣的成藏機(jī)理實(shí)質(zhì)上是天然氣在頁(yè)巖孔隙中賦存狀態(tài)之間的動(dòng)態(tài)平衡。頁(yè)巖中吸附態(tài)天然氣的存在是由其本身所含巖石特性決定的，與保存條件沒有直接關(guān)系，故頁(yè)巖氣成藏后對(duì)保存條件沒有特殊要求。在四川盆地海相地層中監(jiān)測(cè)到的氣測(cè)異常也證實(shí)了即便是多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，也不會(huì)對(duì)頁(yè)巖氣藏有太大的影響。

頁(yè)巖氣與深盆氣、煤層氣一樣都屬于“持續(xù)式”聚集的非常規(guī)天然氣。

天然氣在頁(yè)巖中的生成、吸附與溶解逃離，具有與煤層氣大致相同的機(jī)理過程。如圖所示，通過生物作用或熱成熟作用所產(chǎn)生的天然氣首先滿足有機(jī)質(zhì)和巖石顆粒表面吸附的需要，此時(shí)所形成的頁(yè)巖氣主要以吸附狀態(tài)賦存于頁(yè)巖內(nèi)部。當(dāng)吸附氣量與溶解的逃逸氣量達(dá)到飽和時(shí)，富裕的頁(yè)巖氣解吸進(jìn)入基質(zhì)孔隙。隨著天然氣的大量生成，頁(yè)巖內(nèi)壓力升高，出現(xiàn)造隙及排出，游離狀天然氣進(jìn)入頁(yè)巖裂縫中并聚積。

頁(yè)巖巖性多為瀝青質(zhì)或富含有機(jī)質(zhì)的暗色、黑色泥頁(yè)巖和高碳泥頁(yè)巖類，巖石組成一般包括30%～50%的粘土礦物、15%～25%的粉砂質(zhì)（石英顆粒）和4%～30%的有機(jī)質(zhì)。正是由于頁(yè)巖具有這樣的特性，所以頁(yè)巖中的天然氣具有多種存在方式，主要包括了2種形式，即游離態(tài)（大量存在于頁(yè)巖孔隙和裂縫中）和吸附態(tài)（大量存在于粘土礦物、有機(jī)質(zhì)、干酪根顆粒及孔隙表面上），其中吸附態(tài)存在的天然氣占天然氣賦存總量的20%以上（BarnettShale）到85%（LewisShale）。