美国页岩气体积改造技术现状及对我国的启示

第３３卷第２期２０１１年３月石油钻秉工艺

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文章编号：１０００一７３９３（２０１１）０２—０００１一０７

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吴奇１’２胥云２’３刘玉章２’３丁云宏２’３王晓泉１王腾飞２’３（１．中国石油勘探与生产分公司，北京ｌｏｏ００７；２．ｃＮＰｃ油气藏改造重点实验室，河北廊坊０６５００７；３．中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊０６５００７）

摘要：概述了美国页岩气改造技术发展历程，对微地震技术推动页岩气改造技术的进步进行了综述，对国外提出的油藏改造体积概念进行了技术定义，分析了体积改造技术的内涵及作用。对实现体积改造的储层条件、天然裂缝的影响及起裂特征等进行了分析，总结出实现体积改造的关键技术以及对我国页岩气改造技术发展的启示。对比了火山岩、碳酸盐岩等天然裂缝发育储层的常规改造与体积改造的不同理念，并提出了页岩气储层改造技术未来发展方向。

关键词：页岩气；体积改造；微地震；水平井；天然裂缝；分簇射孔；滑溜水中图分类号：ＴＥ３５７．１２文献标识码：Ａ

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美国非常规气一百多年的发展历程是一个充满探索、试验、进步的过程。２００６年以来，水平井分段改造技术的突破，推动了技术进步，不仅大幅度提升了非常规气的产量，还由此改变了世界能源格局。２００９年美国天然气产量达到５９３４×１０８ｍ３，成为世界第一大产气大国，其中，非常规天然气产量达３０８５亿ｍ３，占总产量的５２％。在非常规天然气中，页岩气产量上升迅猛，２０００年美国页岩气年产量仅为１２２亿ｍ３，而２００９年则达到８７８亿ｍ３，占当年天然气产量的１５％。实现“页岩气革命”的关键就是

基金项目：国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”（编号：２００８ｚｘ０５０１５）项目资助。作者简介：吴奇，１９５８年生。１９８２年毕业于大庆石油学院钻井专业，现任副总经理，从事管理及钻井、储层改造等技术研究工作，教授级高级工程师。Ｂｍ砌：ｗｏｏｑｉ＠脚ｈｉ眠ｃｏｍ．饥。

万方数据２石油钻采工艺２０１１年３月（第３３卷）第２期储层改造技术的突破与快速发展。因此，分析美国页岩气储层改造技术发展历程及技术特点，对推动我国页岩气储层改造技术进步具有重要意义。１美国页岩气改造技术历经４个发展阶段，技术不断进步在美国的页岩气储层中，Ｂ锄ｅｔｔ页岩的开发历史最为悠久，产量占全美页岩气产量的７０％以上，储层改造技术的研究与应用发展历程最具代表性。截至２００９年…，Ｂａｍｅｔｔ页岩气井总数量１３７４０口，其中２００９年新钻井３６９４口，水平井完井超过了９５％，水平井及水平井分段改造技术已经成为页岩气开发的关键技术。总结美国Ｂａｍｅｎ页岩气的改造技术发展历程，可以划分为以下４个阶段旧。５Ｊ。１．１第ｌ阶艮—一直井大规模水力压裂（ＭＨＦ）技术（１９９７年前）上世纪８０年代初期，大多采用常规羟丙基瓜胶压裂技术，也试验应用过氮气泡沫压裂技术，到ｌ９８６年开始采用氮气助排的大型压裂技术，压裂液１９００ｍ３左右，２０／４０目支撑剂似６８０ｔ，施丁排量大于６ｍ３／ｍｉｎ。１９９０年以来，Ｂａｍｅｔｔ页岩气井全部采用大型压裂技术，典型井产量（１．５５～１．９４）×１０４ｍ３／ｄ；１９９２进行第１口水平井压裂。１．２第２阶段——直井大规模滑溜水压裂为主（１９９７—２００２年）１９９７年，美国借鉴棉花谷致密气压裂成功经验，将滑溜水压裂技术引入到页岩气压裂中，最初的滑溜水压裂，用水量大于６０００ｍ３，支撑剂用量一般超过１００ｍ３，施工成本降低２５％；１９９８年，大规模采用滑溜水压裂技术，其效果显著比大型冻胶压裂好，产量增加约２５％，达到３．５４×１０４ｍ３／ｄ。１．３第３阶段一一水平井分段压裂技术开始试验（２００２—２００７年）２００２年以来，许多公司尝试水平井压裂（水平段长４５０～１５００ｍ），水平井产量一般是垂直井的３倍多。２００４年，水平井分段改造和滑溜水压裂技术得到快速普及，采用水平井多段滑溜水压裂能获得更好效果，产量可达到６．３７×１０４ｍ３／ｄ；２００５年，开始试验称之为“工厂化”作业的两井同步压裂技术∞Ｊ，或者是交叉式压裂技术（ｚｉｐｐｅｒ觚ｔＬｌｒｉｎｇ，又称拉链式压裂）。这种施Ｔ方式可促使产生更复杂的缝网，增加储层改造体积（ｓＲＶ），平均产量比单独压裂可类比井提高２１％、，５５％，成本降低５０％以上。１．４第４阶段——水平井套管完井及分段压裂技术逐渐成为主体技术模式（２００７年以来）随着水平井分段压裂和“工厂化”作业见到显著效果，２００７年成为水平井为主导大面积应用的起点。２００８年北美超过８０％的水平井采用套管完井技术，２００９年有超过９５％的井采用水平井完井。美国Ｂａｍｅｔｔ页岩储层改造技术经过近３０年的探索，水平井分段工具及技术理念的突破使得水平井分段改造技术得到大量应用与快速推广。如Ｍａｒｃｅｌｌｕｓ、ｗｂｏｄｆｌｏｒｄ、Ｆａｙｅｔｔｅｖｉｌｌｅ、Ｈａｙｎｅｓｖｉｌｌｅ等区域的页岩气改造一般经过３年的探索，就迅速地进入到大面积应用阶段，Ｅａｇｌｅｆｂｒｄ则在２００９年以来的页岩气与致密油领域应用水平井改造技术取得显著效果，技术指标不断提升…。

２微地震裂缝诊断技术是水平井技术大面积应用的助推器

２００２年，Ｓ．Ｃ．Ｍａｘｗｅｌｌ［引、Ｍ．Ｋ．Ｆｉｓｈｅｒ［９１等人针对测斜仪及微地震监测技术在Ｂ锄ｅｔｔ页岩滑溜

水压裂中的应用，系统研究了压裂过程中的裂缝扩展形态及动态变化过程，发现裂缝在平面和纵向上的扩展呈复杂网状形态，不是单一对称裂缝，并发现增大注入液量以及采用水平井改造可以获得更大的改造体积，促使人们认识到水平井及水平井分段改造技术有可能是大幅度提高页岩气的关键技术。由此产生了增大油藏改造体积技术的雏形，笔者将这个阶段定义为体积改造技术的启蒙阶段。２００４年Ｍ．Ｋ．Ｆｉｓｈｅｒ¨引等人研究了利用微地震裂缝监测技术来优化完善Ｂａｎｌｅｔｔ页岩水平井压裂技术等问题，大量的裂缝测试表明横切缝是产生裂缝体积的主要部分，同时给出了直井网络裂缝典型图，并用“通道长度”和“通道宽度”来表征裂缝扩展的长度和宽度，数据表明这些通道长度可达１６００ｍ，宽度可达３６６ｍ。Ｍ．Ｊ．Ｍａｖｅｒｈｏｆｅｒ等人¨¨２００６年研究了Ｂａｍｅｔｔ页岩的微地震技术与压裂裂缝变化时，第１次用到

改造的油藏体积（ＳｔｉｍｕｌａｔｅｄＲｅｓｅⅣｏｉｒＶｏｌｕｍｅ，简称ＳＲＶ）这个概念，研究了不同ＳＲＶ与累积产量的关系，以及相应的裂缝间距、导流等参数，总结提出了通过增加水平井筒长度、增大施工规模、增加改造段数、转向、多井同步压裂、重复压裂等方式实现增大改造体积、提高采出程度的技术思路。大量研究表明，储层改造体积越大，增产效果越明显，储层的改造体积与增产效果具有显著的正相关性¨２Ｉ。Ｍ．Ｊ．

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