页岩气开采技术
非常规油气勘探与开发技术
非常规油气勘探与开发技术在当今能源需求日益增长的社会环境下，石油和天然气仍然是主要的能源来源。
但是，传统的油气田已经逐渐变得稀缺和难以开采，进而导致了非常规油气资源的开发热潮。
而非常规油气勘探与开发技术的发展，则是支撑该热潮的关键因素之一。
本文将探讨一些关于非常规油气开发技术的现状和未来趋势。
1、页岩气开采技术页岩气是一种以页岩作为储存和传输介质的天然气，它的开发始于上世纪90年代，而至今仍然是全球非常规天然气产业中最成熟的一项。
页岩气是通过水平钻井和水力压裂技术（或称为水力破裂技术）来采集的。
通过钻井向地下注入高压水和砂子，然后断掉水压的作用，砂子就在岩石中裂开了微波形状的裂缝，这样天然气就可以顺着这些微缝流出来。
这种技术是高效且普遍使用的，目前已经发展成为了一定规模和经验。
然而这种技术也存在一些问题和挑战。
例如，多次开采同一区块存在严重的缓慢排水或系统失效问题等。
同时，这种技术也需要大量消耗水资源，会对环境产生负面影响。
2、煤层气开采技术煤层气是由煤层中的煤与天然气结合而成的一种混合物。
它的开发涉及开采和排放井下瓦斯模型，压裂和抽采液等领域。
这是一个需要系统性的工作，涉及多个方面技术的循序渐进的协调。
随着煤层气行业的发展和技术进步，新的技术和创新持续出现。
对于煤层气的开采技术，目前主要有透水杆支架纵向分层穿层自流水压缩跨层等技术和方法，其采气效率可以以上升到较为理想的水平。
由于它相对处理成本较低、能源综合利用效率高，所以其在煤炭资源丰富的国家和地区是被越来越多地看重的。
3、页岩油开采技术与页岩气类似，页岩油也是被通过水力压裂技术开采。
这种技术利用水和人工加压机械地破坏页岩，然后溢出石油。
然而，由于相对较低的原油价格和缓慢的钻井速度，加上缺乏完整的“页岩油层”研究，页岩油开发相对滞后于页岩气开发。
在页岩油开采的过程中，虽然需要使用的化学品和毒性较低，但是这种开采过程也会对地表和地下水资源产生影响（例如简单的排污、水资源的消耗和地表裂缝等）。
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。
页岩气开采原理
页岩气开采原理
页岩气开采原理是通过水平钻井和水力压裂技术将水和添加剂注入页岩岩层，使岩层裂缝扩大并释放出内部储存的天然气。
具体步骤如下：
1. 水平钻井：首先，在地表选择合适的位置进行垂直钻井，当钻杆到达目标页岩层时，钻井工程师会改变钻头方向，将钻孔延伸成水平方向。
这样可以增加页岩岩层与钻孔的接触面积，提高天然气的开采效率。
2. 水力压裂：完成水平钻井后，高压水和添加剂（如砂岩颗粒）被泵送到井中，进入页岩岩层。
压力和添加剂的作用下，岩石发生裂缝和断裂，从而使天然气能够逸出。
水力压裂也可以同时增加岩石孔隙的连接性，便于天然气在岩层内流动和采集。
3. 采集天然气：一旦页岩层被水力压裂，天然气开始从岩石毛细孔隙中释放出来，并通过新形成的裂缝流向水平井筒。
然后，运用抽油泵等装置将天然气输送到地面设备进行储存和处理。
4. 环境保护：在整个开采过程中，需要严格控制水和添加剂的使用，以减少对地下水资源的污染。
此外，储存和处理阶段也要采取相应的措施，以确保环境不受污染。
以上就是页岩气开采的基本原理。
通过水平钻井和水力压裂技术，能够充分利用页岩岩层内部的天然气资源，提高天然气开采效率，促进能源产业的发展。
页岩气开采技术
据预测，到2030年，中国页岩气产量将达到150亿立方米，占国内天然气产 量的15%左右。随着国际合作和经验技术交流的加强，中国页岩气开采技术也将 逐步走向世界前列。
总之，世界页岩气资源和开采现状表明，页岩气已经成为全球清洁能源领域 的重要角色。中国作为页岩气资源大国，其发展前景在政策支持、市场需求和技 术进步的共同推动下十分看好。随着国内外合作和研发的深入进行，中国页岩气 产业将迎来更为广阔的发展空间，为推动全球清洁能源革命和应对气候变化作出 积极贡献。
总结
国内页岩气开采技术的不断进步和发展，为我国能源结构的优化和清洁能源 的发展提供了有力支持。本次演示介绍了国内页岩气开采技术的现状、技术创新 和未来展望。通过水平井技术和水力压裂技术的不断优化和创新，我国页岩气开 采成本降低、效率提高，
为实现清洁能源的规模化发展奠定了基础。随着技术的进一步突破和市场需 求的增加，国内页岩气开采的前景十分广阔。未来，需要继续加强技术研发和创 新，推动页岩气开采技术的进步，为我国的能源事业作出更大的贡献。
2、水平井技术
水平井技术已成为页岩气开采的重要手段。水平井能够增大储层暴露面积， 提高产能，并有助于降低生产成本。其原理是在垂直主井眼的基础上，侧钻出一 条或多条水平井眼，以实现对更大储层的开发。水平井技术的优势在于提高产能、 降低成本以及减少环境影响。然而，该技术的实施需要先进的设备和钻井技术， 同时对地质和工程要求较高。
3、水力压裂技术
水力压裂技术是页岩气开采过程中的一项关键技术。其原理是通过向储层注 入高压泵入的流体（通常是水和砂），使储层产生裂缝，进而释放出被困的天然 气。水力压裂技术的主要优点是提高产能、降低钻井成本和减少开发时间。然而， 该技术也存在一定的局限性，如对储层造成潜在损害、需要大量水资源以及可能 引起地质灾害等。
页岩气开发开采技术
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通过引进、消化，结合国内实际，形成了一套针对页岩气藏压裂投产技术。
安东的合作伙伴（亚太地区唯一）ELY公司是一家专业从事页岩气藏压裂改造的服务公司，在页岩气藏清水压裂改造方面具有丰富的经验。 ELY主要从事完井、增产作业、油藏等领域的整体设计、现场施工作业及现场监督。 在页岩气压裂方面，ELY也具有20多年的研究经历以及超过1000口页岩气井的现场压裂经验。 在页岩气压裂服务的公司包括Chevron USA Production 、 Shell Oil Company、 Shell Western E&P, Inc、Mitchell Energy等等。
1.2～1.6
1.6～2.6
0.4～1.1
TOC，%
4.5
4～9.8
0.5～4.0
1～14
1～20
1～25
0.45～3.5
1.7～3.75
1.88～9.36
>2
石英+钙质%
35～50
60～80
20～41
50
50～70
40～55
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总孔隙度，%
4～5
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3～9
9
10～14
3～5.5
目 录
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页岩气藏特点
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安东页岩气服务能力
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页岩气资源分布
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页岩气开发技术
致密性和天然气的特性要求页岩气开采最大程度地暴露页岩地层到井眼的接触面积，需要的主要技术如下：
页岩气术语和定义
页岩气术语和定义一、页岩气页岩气是一种从页岩中释放出来的天然气。
它是一种非常重要的能源资源，被广泛应用于工业和家庭用途。
页岩气的开采和利用对于能源供应和环境保护都具有重要意义。
二、页岩页岩是一种由粘土和矿物质组成的岩石，具有高含量的有机质。
它通常呈现出黑色或灰色，并且质地坚硬。
页岩是页岩气的主要来源，通过破碎和释放有机质，可以获得可用的天然气。
三、水力压裂水力压裂是一种开采页岩气的技术。
它通过将高压液体注入页岩层，使岩石破裂并释放出天然气。
这种技术可以提高天然气的产量，并扩大开采范围。
四、水力压裂液水力压裂液是在水力压裂过程中使用的液体。
它主要由水、沙子和化学添加剂组成。
水的作用是传递压力和冲击力，沙子的作用是支撑破裂的岩石，而化学添加剂的作用是促进破裂和提高天然气的释放。
五、水力压裂井水力压裂井是用于水力压裂的井口。
它通常是一口深井，通过井下设备将水力压裂液注入岩石层。
水力压裂井的设计和施工是确保水力压裂过程顺利进行的关键。
六、产能测试产能测试是评估页岩气井产能的过程。
它通过测量井口流量和压力来确定井的产能。
这个过程可以帮助石油公司评估井的潜在产量，并制定相应的开采计划。
七、页岩气藏页岩气藏是储存页岩气的地下岩石层。
它通常位于上百到上千米的地下深处。
页岩气藏的勘探和开发是确定页岩气储量和可开采性的关键。
八、页岩气储量页岩气储量是指在特定地质条件下，页岩气藏中可经济开采的天然气总量。
它是评估页岩气资源潜力的重要指标。
九、页岩气开发页岩气开发是指对页岩气资源的开采和利用过程。
它包括勘探、钻井、水力压裂和生产等环节。
页岩气开发需要综合考虑地质、工程和经济等因素。
十、环境影响评价环境影响评价是对页岩气开发可能对环境造成的影响进行评估和预测的过程。
它包括对水资源、大气、土壤和生物多样性等方面的影响进行评估，并提出相应的环保措施。
十一、页岩气价格页岩气价格是指购买和销售页岩气的价格。
它受到供需关系、市场竞争和地缘政治等因素的影响。
页岩气开采技术与开发现状分析
３２ 北 美页 岩气 开发 应用 现状 ．
裂 、清水压裂 、同步压裂、水力喷射压裂和重复压 裂是 目前 页 岩气 压裂 常用 的技 术 【 ３ 】 。 页岩气井周围紧密排列的裂缝能够加快天然气
开采 速 度 。通 常在 中等 深度 （ 般 在 １５４ ３０ ８ｉ 一 ２ ￣ ４ ｎ 之 间 ）的高 压 页岩 中泵 入低 黏度 水基 减 阻 流体 和支 撑 剂进 行增 产处 理 。而 在深度 较 浅或 油 气藏 压力 较 低 的 页岩 中 ，则 泵入 氮 泡沫 压裂 液 。高 压 条件 下泵 人 的液 体在 页岩 中产 生 裂缝 ，这 些裂 缝 可 以从井 筒
向外在页岩 中延伸上千英尺 （ 英尺＝ ． ４ ） １ ０３ １ 。 ０ ８１ １
２４ 裂 缝监 测技 术 ．
裂 缝监 测技 术 主要 包括 地 面倾斜 监 测 、井 下倾 斜 监测 和微 地 震监测 。微地 震 监测技 术 是 近年 来在 低 渗透 油气 藏 压裂 改造 领域 中的一项 重 要新 技 术 ， 是 利用 监测 井 与测试 井 之 间发 生信 号转 换 ，将 地震
图 １ 全 球 页 岩 气 资 源 分布 位 置
岩气 ：康菲石 油公 司将 在波 兰展开 页岩气勘 探工 作 ：中国石油天然气集 团公司和壳牌宣布将联手开 发 四川 的页岩气资源 ：挪威 国家石油公司 、美 国页
岩 气 开 发 最 为 成 功 的切 萨 皮 克 能 源 公 司 （ ｈｓ— Ｃ ｅａ
３１ 全 球 页岩气 资 源分 布 ．
页岩气的开发和利用
頁岩气的开发和利用随着人口的不断增长和科技的不断进步，能源需求的日益增长成为全球面临的一个重要问题。
传统能源的供应方式已经不能满足社会的需求，因此寻找新的能源来源成为当前重要的任务之一。
而在这个领域中，頁岩气开采已成为发展的热门领域之一，其具有广泛应用的前景和良好的经济效益，因此受到了越来越多的关注。
本文将探讨頁岩气开发和利用的相关问题。
一、頁岩气概述頁岩气，也称为致密天然气，是一种存在于頁岩岩石层中的天然气，以甲烷为主要成分，同时含有其他烃类物质。
頁岩气的开发利用技术主要是水力压裂技术，即在高压条件下将大量的水和砂岩等填充物质压入岩层中，使之裂开，从而释放頁岩气。
与传统自然气勘探不同的是，頁岩气勘探需要通过水力压裂技术来开采，这使得勘探成本增加，但开采量也随之增加。
二、頁岩气的开发利用1、頁岩气的应用领域頁岩气的应用领域较为广泛，其中最主要的是发电、工业和家庭供气等。
頁岩气的产量相对较大，并且利用技术较为成熟，因此可用于取代传统煤炭和石油等能源，有效降低对环境和健康的影响。
2、頁岩气的利益分配在頁岩气的开发过程中，利益分配是一个关键的问题，因为勘探和开发技术需要投入大量资金和人力资源，并且相关政策和法律条款也需要满足一定的要求。
通常，利益分配的主要参与方包括政府、勘探公司和居民。
政府通常会通过税收、准入条件等方式参与利益分配，勘探公司则通过销售收益和开采成本的调整来获得利益，而居民则通过土地使用权、矿产资源权利等来获得一定的收益。
3、頁岩气的环境问题与其他能源开发一样，頁岩气的勘探和开发可能会对环境造成影响。
许多人担忧水力压裂技术可能会导致水污染，而且开发过程可能会对当地家庭和自然资源产生负面影响。
但实际上，只要采取正确的管理策略和技术，减少环境影响并保护当地生态和自然环境是完全可行的。
三、頁岩气的未来頁岩气开采和利用已经成为了一个越来越重要的话题，在未来的发展中也将继续发挥着重要的作用。
随着技术和管理策略的不断发展，頁岩气的开采和利用也将变得更加高效和环保，同时也将创造更多的就业机会和经济效益。
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石 油 工 程 学 院
对页岩气开发技术的描述与总结
石工 09-11 订单班 余 涵 2009043324
摘 要：本文概述了页岩气开采方面的先进技术以及成功经验。近年 来，作为非常规天然气的页岩气开发异军突起，已成为全球油气资源 开发的新亮点。它是一种优质、清洁、高效的能源。随着世界对能源 需求的攀升、能源压力的增加以及环保意识的加强，页岩气的开发具 有一定的必要性和紧迫性。我们必须依靠成熟的开发生产技术以及完 善的管网设施,使页岩气开采成本仅仅略高于常规气,因此学习先进 的开发技术，对我国今后的页岩气开发具有一定的指导意义。 关键词：超临界 CO2 技术；页岩气藏模拟技术；射孔优化技术；水力 压裂技术 一、 超临界 CO2 页岩气开采技术
大多数气藏模拟器都是对常规气藏进行模拟分析，常规气藏中天 然气储存在单一孔隙系统中。但是页岩气藏模拟则需要采取不同的方 法。有限差分模拟器认为天然气储存在致密页岩基质的孔隙空间内， 并吸附在页岩有机物上，游离气则蕴藏在页岩地层的天然裂缝内。
上图为ECLIPSE油气藏模拟。标色后的页岩层模型显示九口垂直气井 开采15年后的压力衰竭趋势。水力压裂裂缝以及天然裂缝相互交错组 成网络通道，天然气通过这些通道从地层流入井内建立气藏单井和整 个气田模型时，这些气藏模拟器可以使作业者将所掌握的有关岩石的 全部信息都包括进去。气藏的特性，如产层有效厚度、气藏压力、温 度、气含量、含水饱和度、天然裂缝几何形状、岩石基质孔隙度、总 有机质含量以及甲烷吸附等温线函数等都可以容易地包括在模型中。 以上信息为作业者评估天然气地质储量奠定了基础。还可以将来源于 增产后模拟和微地震解释的基质渗透率测量数据及水力压裂裂缝几 何形状数据结合到模型中。根据实际天然气和水产量对模型进行调整， 可以评估系统渗透率。通过建立完全符合实际油气井生产动态的模型，
参考文献
1.超临界CO2 开发页岩气技术 王海柱 沈忠厚 李根生 2.页岩气开发技术的几点看法 罗平亚 关德师 牛嘉玉. 中国非常规油气地质
[M]. 北京 : 石油工业出版社,1995:116~120. 3. Oil&Gas Journal,Compositional Variety Complicates Processing Plama For Us
Shale Gas[ ER/OL ].(2009-03-09) [2010-03-02]
超临界流体既不同于气体, 也不同于液体, 具有许多独特的物 理化学性质。 1.超临界CO2 具有接近于液体的密度, 同时, 其黏度与气体接近, 扩散系数比液体大, 具有良好的传质性能另外, 超临界CO2的表面张 力为零, 因此它们可以进入到任何大于超临界CO2 分子的空间。在临 界温度以下, 不断压缩CO2 气体会有液相出现, 然而压缩超临界CO2 仅仅导致其密度的增加, 不会形成液相。在临界点附近,CO2 流体的 性质有突变性和可调性, 即压力和温度的微小变化会显著影响CO2 流体的性质, 如密度、黏度、扩散系数和溶剂化能力等因此, 它在页 岩气开发方面存在诸多优势。 2.超临界CO2 流体不含固相颗粒, 也不含水, 钻井过程中不会对储
层造成任何污染, 还能改善近井地带的油气渗流通道。同时, 利用超 临界CO2 流体进行储层喷射压裂改造时, 其低黏特性能够使储层产 生诸多微裂缝, 从而最大限度地沟通天然裂缝, 进一步提高裂缝的 导流能力, 达到增产和提高采收率超临界CO2 流体密度大, 有很强 的溶剂化能力, 能够溶解近井地带的重油组分和其他污染物, 减小 近井地带油气的采收率由于页岩气开发难度较大, 单井产量和采收 率低, 因此超临界CO2流体开发页岩气具有较强的经济优势。 3.超临界CO2 对储层没有任何污染, 钻开储层时不但不会增大表皮 系数, 反而会使其下降,投产前无需对近井地带进行改造, 节约了费 用。 二、页岩气藏模拟技术
性差，要想突破开发瓶颈，尚需要大量的勘探工作量和资金投入。美 国页岩气开发走在世界前列，已经探索出一套先进的页岩气开采技术。 吸引有资质的国外石油公司把人才、技术、资金、管理等生产要素投 入到国内页岩气开发中来，选择较成熟的页岩区开展先导试验，可以 加快建立符合我国页岩气藏特点的勘探开发配套技术。
作业者能够预测一个地区的估算最终采收率通过油气藏模拟可以实 施多种类型的敏感性分析，这一点尤其重要。分析包括优化井设计， 权衡水平井与直井之间的利弊，优化增产设计的次数与规模，根据不 同的布井方案确定最佳钻井井位。 三、水力压裂技术
页岩气开采压裂技术主要以清水压裂和重复压裂为主。研究表明： 一次完井只能采出页岩地质储量的10%，重复压裂可以使采收率提高 8%—10%，在直井中进行原层复射和用比一次压裂液量大25%的规模处 理即可获得更好的增产效果。清水压裂是现阶段我国页岩气开发储层 改造的适用技术，对于开采长度（厚度）大的页岩气井，可以使用多 级分段清水压裂压裂。而同步压裂技术则是规模化的页岩气开发的客 观需要。页岩气开发水力压裂原理就是利用储层的天然或诱导裂缝系 统，使用含有各种添加剂的压裂液在高压下注入地层，是储层裂缝网 络扩大，并依靠支撑剂支撑裂缝，从而改善储层裂缝网络系统，达到 增产目的。 四、射孔优化技术
隙度区、石英富集区和富干酪根区，采用大孔径射孔可以有效减少井 筒附近流体的阻力。在对水平井射孔时，射孔垂直向上或向下。
中国页岩气的发展正处于起步阶段。由于中国需求，也由于北美页岩气 勘探开发的成功经验，如何加快页岩气产业的发展步伐，成为各界讨 论的热点。
目前我国已在地震储集层预测、大型压裂应用于低渗透气藏储集 层改造、裂缝性油藏压裂产能评价以及微地震监测技术等方面积累了 丰富的经验。但目前的技术储备尚难以解决我国的页岩气勘探开发问 题。
要遵循我国的页岩气资源地质条件、成藏特点等客观规律，加大 地质理论与配套关键技术的研究力度，应充分利用技术上的“后发优 势”，引进吸收和提高创新地球物理、地球化学、钻探完井和压裂等 技术方法、页岩气储层评价技术、射孔优化技术、水平井技术和压裂 技术、提高页岩气勘探开发技术水平。页岩气资源开发难度大、经济