頁岩氣開發技術

頁岩氣(英文：shale gas)，是從頁岩層中開採出來的一種非常重要的非常規天然氣資源。以下是小編帶來的頁岩氣，希望對你有幫助。

緻密性和天然氣的特性要求頁岩氣開採最大程度地暴露頁岩地層到井眼的接觸面積，需要的主要技術如下：大位移水平井鑽井技術;套管固井射孔完井技術;壓裂投產技術。

美國將頁岩氣田開發週期劃分為5個階段：資源評估階段，即對頁岩及其儲層潛力做出評估;勘探啟動階段，開始鑽探試驗井，測試壓裂並預測產量;早期開採階段，開始快速開發，建立相應標準;成熟開採階段，進行生產資料對比，確定氣藏模型，形成開發資料庫;產量遞減階段，為了減緩產量遞減速度，通常需要實施再增產措施，如重複壓裂、人工舉升等。整體看這5個階段，開發頁岩氣所採用的技術與常規天然氣開發技術有所區別。

1)地震勘探技術

包括三維地震技術和井中地震技術。三維地震技術有助於準確認識複雜構造、儲層非均質性和裂縫發育帶，以提高探井或開發井成功率。由於泥頁岩地層與上下圍巖的地震傳播速度不同，結合錄井、測井等資料，可識別解釋泥頁岩，進行構造描述。應用高解析度三維地震可以依據反射特徵的差異識別預測裂縫，裂縫預測技術對井位優化起到關鍵作用。井中地震技術是在地面地震技術基礎上向“高解析度、高信噪比、高保真”發展的一種地球物理手段，

在油氣勘探開發中，可將鑽井、測井和地震技術很好地結合起來，成為有機聯絡鑽、測井資料和地面地震資料對儲層進行綜合解釋的有效途徑。該項技術能有效監測壓裂效果，為壓裂工藝提供部署優化技術支撐，這是頁岩氣勘探開發的必要手段。

2)鑽井技術

自從美國1821年完鑽世界上第一口頁岩氣井以來，頁岩氣鑽井先後經歷了直井、單支水平井、多分支水平井、叢式井、叢式水平井的發展歷程。2002年以前，直井是美國開發頁岩氣的主要鑽井方式。隨著2002年devon能源公司7口barnett頁岩氣實驗水平井取得巨大成功，水平井已成為頁岩氣開發的主要鑽井方式。叢式水平井可降低成本、節約時間，在頁岩氣開發中的應用正逐步增多。

國外在頁岩氣水平井鑽/完井中主要採用的相關技術有：①旋轉導向技術，用於地層引導和地層評價，確保目標區內鑽井;②隨鑽測井技術和隨鑽測量技術，用於水平井精確定位、地層評價，引導中靶地質目標;③控壓或欠平衡鑽井技術，用於防漏、提高鑽速和儲層保護，採用空氣作迴圈介質在頁岩中鑽進;④泡沫固井技術，用於解決低壓易漏長封固水平段固井質量不佳的'難題;⑤有機和無機鹽複合防膨技術，確保了井壁的穩定性。

3)測井技術

現有測井評價識別技術可用於含氣頁岩儲層的測井識別、總有機碳(TOC)含量和熱成熟度(Ro)指標計算、頁岩孔隙及裂縫引數評價、頁岩儲集層含氣飽和度估算、頁岩滲透性評價、頁岩巖礦組成測定、頁岩岩石力學引數計算。

水平井隨鑽測井系統可在水平井整個井筒長度範圍內進行自然伽馬、電阻率、成像測井和井筒地層傾角分析，能夠實時監控關鍵鑽井引數、進行控制和定位，可以將井資料和地震資料進行對比，避開已知有井漏問題和斷層的區域。及時提供構造資訊、地層資訊、力學特性資訊，將天然裂縫和鑽井誘發裂縫進行比較，用於優化完井作業、幫助作業者確定射孔和氣井增產的最佳目標。

4)頁岩含氣量錄井和現場測試技術

頁岩孔隙度低，以裂縫和微孔隙為主，絕大多數頁岩氣以遊離態、吸附態存在。遊離態頁岩氣在取心鑽進過程中逸散進入井筒，主要是測定岩心的吸附氣含量。錄井過程中需要在現場做頁岩層氣含量測定、頁岩解吸及吸附等重要資料的錄取。這些資料對評價頁岩層的資源量具有重要意義。針對頁岩氣鑽井對錄井的影響，可以通過改進錄井裝置、方法和措施，達到取全、取準錄井資料的目的。

5)固井技術

頁岩氣固井水泥漿主要有泡沫水泥、酸溶性水泥、泡沫酸溶性水泥以及火山灰+H級水泥等4種類型。其中火山灰+H級水泥成本最低，泡沫酸溶性水泥和泡沫水泥成本相當，高於其他兩種水泥，是火山灰+H級水泥成本的1.45倍。固井水泥漿配方和工藝措施處理不當，會對頁岩氣儲層造成汙染，增加壓裂難度，直接影響後期採氣效果。

6)完井技術

國外一些公司認為，頁岩氣井的鑽井並不困難，難在完井。主要是由於頁岩氣大部分以吸附態賦存於頁岩中，而其儲層滲透率低，既要通過完井技術提高其滲透率，又要避免其地層損害，這是施工的關鍵，直接關係到頁岩氣的採收率。

頁岩氣井的完井方式主要包括套管固井後射孔完井、尾管固井後射孔完井、裸眼射孔完井、組合式橋塞完井、機械式組合完井等。完井方式的選擇關係到工程複雜程度、成本及後期壓裂作業的效果，適合的完井方式能有效簡化工程複雜程度、降低成本，為後期壓裂完井創造有利條件。

7)巖氣儲層改造技術

巖氣儲層改造技術包括水力壓裂和酸化，可以通過常規油管或連續油管進行施工。國外在新井、老井再次增產或二次完井中經常採用連續油管進行施工作業，可用於分支水平井。壓裂增產措施有多種，包括氮氣泡沫壓裂、凝膠壓裂、多級壓裂、清水壓裂、同步壓裂、水力噴射壓裂、重複壓裂等。多級壓裂、清水壓裂、同步壓裂、水力噴射壓裂和重複壓裂是目前頁岩氣水力壓裂常用的技術。

①多級壓裂

多級壓裂是利用封堵球或限流技術分隔儲層不同層位進行分段壓裂的技術，有兩種方式，一是滑套封隔器分段壓裂，二是可鑽式橋塞分段壓裂。美國頁岩氣生產井85%採用水平井和多級壓裂技術結合的方式開，增產效果顯著。

②清水壓裂

清水壓裂是清水加少量減阻劑、穩定劑、表面活性劑等新增劑作為壓裂液，又叫做減阻水壓裂(SLICKWATER FRACTURE)。實驗表明，添加了支撐劑的清水壓裂效果明顯提高，並且成本低、地層傷害小。

③同步壓裂

同步壓裂是對2口或更多的配對井(OFFECT WELLS)進行同時壓裂，最初是2口互相接近且深度大致相同的水平井間的同時壓裂，目前已發展成3口井，甚至4口井同時壓裂。此技術是採用使壓裂液和支撐劑在高壓下從一口井向另一口井運移距離最短的方法，來增加水力壓裂裂縫網路的密度和表面積，利用井間連通的優勢來增大工作區裂縫的程度和強度，最大限度地連通天然裂縫。同步壓裂對頁岩氣井短期內增產非常明顯，而且對工作區環境影響小，完井速度快，節省壓裂成本。

④水力噴射壓裂

水力噴射壓裂是集水力射孔、壓裂、隔離一體化的技術，有多種工藝，如水力噴射輔助壓裂、水力噴射環空壓裂、水力噴射酸化壓裂等。此技術優點是不受水平井完井方式的限制，可在裸眼和各種完井結構的水平井實現壓裂，不使用密封元件而維持較低的井筒壓力，迅速準確地壓開多條裂縫，解決了裸眼完井水力壓裂常見的儲層天然裂縫發育時裸露井壁表面會使大量流體損失，影響壓裂效果的難題。缺點是受到壓裂井深和加砂規模的限制。

⑤重複壓裂

重複壓裂是在頁岩氣井初始壓裂處理已經無效或者原有支撐劑因時間關係損壞或質量下降，導致產氣量大幅下降的情況下，對氣井重新壓裂的增產工藝，能在頁岩氣藏重建儲層到井眼的線性流，產生導流能力更高的支撐裂縫，恢復或增加產能。據統計，重複壓裂能夠以(0.535~0.706)美元/104m3的儲量成本增加頁岩氣產量，可使頁岩氣井估計最終採收率提高8%~10%，可採儲量增加60%。

沉積環境

頁岩氣的工業聚集需要豐富的氣源物質基礎，要求生烴有機質含量達到一定標準。那些有機質丰度高的黑色泥頁岩是頁岩氣成藏的最好源巖，它們的形成需要較快速的沉積條件和封閉性較好的還原環境。沉積速率較快可以使得富含有機質頁岩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性，減小其對有機質的破壞作用。在沉積埋藏後控制甲烷產量的因素是缺氧、缺硫酸鹽環境，低溫、富含有機物質和具有充足的儲存氣體的空間。

總有機碳含量

總有機碳含量是烴源巖丰度評價的重要指標，也是衡量生烴強度和生烴量的重要引數。有機碳含量隨巖性變化而變化，對於富含粘土的泥頁岩來說，由於吸附量很大，有機碳含量最高，因此，泥頁岩作為潛力源巖的有機含量下限值就愈高，而當烴源巖的有機質型別愈好，熱演化程度高時，相應的有機碳含量下限值就低。

乾酪根型別

在不同的沉積環境中，由不同來源有機質形成的乾酪根，其組成有明顯的差別，其性質和生油氣潛能也有很大差別。因此研究乾酪根的型別(性質)是油氣地球化學的一項重要內容，也是評價乾酪根生油、生氣潛力的基礎。乾酪根型別是衡量有機質產烴能力的引數，不同型別的乾酪根同時也決定了產物以油為主還是以氣為主。頁岩氣可以在不同有機質型別的源巖中產出，有機質的總量和成熟度才是決定源巖產氣能力的重要因素。

熱演化程度

熱演化程度含氣頁岩的熱成熟度通常用Ro來表示，Ro越高表明生氣的可能越大。美國五大產氣頁岩的熱成熟度可以從0.4%~0.6%(臨界值)到0.6%~2.0%(成熟)，頁岩氣的生成貫穿於有機質向烴類演化的整個過程。也就是說，只要頁岩層中的有機質達到了生烴標準，即Ro>0.4%，就可以生成天然氣，它們就有可能在頁岩中聚整合藏。一般地，當Ro>1.0%更易於生氣，1.0%<ro<2.0%為生氣窗，當ro>1.4%時則生成幹氣;Ro<0.6%為未成熟階段，0.4%<ro<0.6%時可生成生物成因氣。< p="">