美国页岩油开发技术

LOGO信息计算机研究所信息计算机研究所Companyname概念™页岩油：是储存于页岩夹层内粉砂岩和灰岩中的原油，是一种非常规能源。其开采方法与页岩气相似，位于北达克他的贝肯(Bakken)是美国昀大的页岩油生产地。™油页岩：又称油母页岩，是一种固体可燃的有机岩，经过低温干馏可以提取石油。开采方式有两种:·露天/坑道开采（类似于采煤）；·地下/原位开采（注空气燃烧加热）。Companyname美国页岩油的兴起™2007年，借鉴巴内特页岩气开发经验，尝试在美国的北达科他州和蒙大拿州的巴肯地层（Bakken）采用大规模水力压裂，获得巨大成功。™昀初人们以为巴肯只是特例，但随后在伊格福特（Eaglefort）和尼尔布拉勒(Niobrara)页岩油层应用相似技术，使原来的难采储层获得了10倍以上的高产。™由于原油比天然气更粘稠且分子更大，人们昀开始并不相信页岩气技术能用于页岩油，但钻井技术进步（钻遇更多裂缝）和液体体系的优化使页岩油开发取得了突破。Companyname美国页岩油的兴起™2007年，借鉴巴内特页岩气开发经验，尝试在美国的北达科他州和蒙大拿州的巴肯地层（Bakken）采用大规模水力压裂，获得巨大成功。™昀初人们以为巴肯只是特例，但随后在伊格福特（Eaglefort）和尼尔布拉勒(Niobrara)页岩油层应用相似技术，使原来的难采储层获得了10倍以上的高产。™页岩油的成功吸引了大量中小型石油公司在以上地区投资购买土地和开展钻探，其中一大部分是原来在页岩气开采中获得收益的公司，如EOG、Chesapeake等。™自2009年起，页岩油产量的提升扭转了美国23年来国内产油量下滑的劣势，在未来5年内，页岩油开采将使美国产量提高20%，未来10年内，可使美国进口原油下降50%。Companyname巴肯(Bakken)Companyname™跨跃加拿大延至美国的北达科他和蒙大拿，位于威利斯顿盆地(Williston)；™1995年勘探发现242万m3储量，随着技术发展，目前可采储量584亿m3，成为美国第二大油田(第一是阿拉斯加的ArticNationalWildlifeRefuge油田，储量1600亿m3)；™昀大的连续石油储集。巴肯(Bakken)Companyname巴肯(Bakken)Companyname巴肯(Bakken)Companyname巴肯(Bakken)™中段产量昀高，一种极细-细颗粒，含泥质，含白云岩的砂岩或粉砂岩，厚度5-30m。™上部和下部页岩是易碎、非钙质储层，富含有机质，颜色为深灰-棕黑-黑色。™上部页岩相对较薄。™上部为密西西比系Lodgepole层，下部为上泥盆系三叉层。™基质渗透率0.01-0.5md；水饱和度50%；孔隙度在5%-12%Companyname巴肯(Bakken)Companyname加拿大巴肯(Bakken)·Viewfield巴肯区与盆地中部(位于北达可他州)区块不同的是，层更浅，温度更低，更易产水。·巴肯中部层深度1500m·压力梯度为15.4kPa/m·地层静态温度约为65℃Companyname™开发历史：z北达科他巴肯层于1950年开始采油。z1980年代开始对直井采用支撑剂压裂。z1990年才开始采用原油凝胶作为压裂液。z1990-2000年压裂液主要采用胍胶或其衍生聚合物制成的清水凝胶液。z2000年初井始钻水平井，但直到2005年后才大规模采用。加拿大巴肯(Bakken)Companyname™对加拿大萨斯喀彻温省东南部Viewfield油田42个区域内水平段长度为400-1350m的462口单分支水平井进行了3900段压裂措施，然后进行研究。™研究目的是确定施工参数和完井方式对油井产量的影响。(虽然研究对象仅限于单分支，但是作者认为研究结果也同样适用于多分支井)加拿大巴肯(Bakken)Companyname)生产时间4个月，累积产量如图加拿大巴肯(Bakken)Companyname™对比了多种压裂参数对产量的影响，以确定昀佳的压裂方法。1)压裂液68%采用了锆交联体系，其它采用硼交联体系。加拿大巴肯(Bakken)z两种液体增产效果都比较好，硼交联体系比锆体系高8%。z由于环保要求严格，其中40%的措施井采用了产出水做为基液，两种体系都可以由产出液成功配制。Companyname)支撑剂浓度对油井产量有影响，多数支撑剂采用台阶式加入。加拿大巴肯(Bakken)Companyname)施工排量为防止压窜水层，采取小排量限制缝高，对产液量影响很小。加拿大巴肯(Bakken)Companyname)前置液类型189口采用了线性凝胶，可以改善产油量，同时降低产水。加拿大巴肯(Bakken)Companyname)压裂级数、水平段长度和两级间距z水平段长度在400-1350m之间，平均长度1050m。z两级间距在30-250m之间，平均间距130m。z每个水平段压裂级数在4-20之间，平均为8级。加拿大巴肯(Bakken)Companyname加拿大巴肯(Bakken)表1不同时期的压裂参数变化z单井总产液量提高，而产油量相对稳定。z水平段长度和两级间距呈降低趋势。z单井压裂级数和线性胶前置液使用增加。Companyname加拿大巴肯(Bakken)z两级间距的减少只是提高了产水量，产油并未上升。图10压裂级间距与产量的关系Companyname)井筒方向昀小水平应力方向为北-西20°，导致裂缝延伸方向为北-东70°。主要有两个方向，北-南15°或东-西5°。z与产油量间没有太大关联，显示北-南方向相对更好些。加拿大巴肯(Bakken)Companyname™7)完井方式z97%采用裸眼封隔器和投球滑套完井，13口井采用了衬管固井+磨蚀(喷砂)射孔+连续油管带封隔器完井。z两种技术的产量差异很小。裸眼完井压裂后裸眼流动可以补充产量，衬管固井射孔后井筒更稳定、可以确定起裂点，减少多裂缝间的干扰。加拿大巴肯(Bakken)Companyname美国巴肯(Bakken)开发历程——勘探史Companyname美国巴肯(Bakken)开发历程——勘探史Companyname美国巴肯(Bakken)开发历程——开发史Companyname美国巴肯(Bakken)开发历程——资源评价Companyname美国巴肯(Bakken)开发历程——产量Companyname组——最新发展情况Williston盆地主要开发活动历史Companyname组——最新发展情况Companyname美国巴肯(Bakken)——最新发展情况™2011年8月，Continental大陆资源公司、MagnumHunter资源公司、EOG公司等各公司公布近期投产的水平井，产量普遍在160-350m3/d之间。Companyname美国巴肯(Bakken)——最新发展情况™Brigham勘探公司公布其Bakken层两口井产量：1)Storvik7-6#1H：2011年6月完井。压后试油24小时产量：293m3/d油和3万m3气，完井采用了34级压裂。2)Charley10-15#1H：146m3/d油和2.4万m3气，完井采用36级水力压裂。™79口长水平段井压后产量都达到320m3/d。Companyname美国巴肯(Bakken)——最新发展情况™Brigham公司认识：™四项关键技术：地质导向钻井遇油/水膨胀封射孔+桥塞多级压裂陶粒支撑剂Companyname美国巴肯(Bakken)——最新发展情况™压裂级数增加，产量相应增加。Companyname美国巴肯(Bakken)——最新发展情况™三维地震解释表明：裂缝扩展在井筒150m之内，多数在井筒90m范围内。Companyname美国巴肯(Bakken)——最新发展情况™其它压裂关键技术：1)加密钻井，同一井场钻多口水平井。2)同步压裂/连锁压裂：采用在短时间内两口井先后压裂(桥塞+射孔方式：一口井压裂，另一口井射孔，然后交换)，根据目前的结果：两口井同时压裂，产量可以提高75%，三口井同时压裂，产量提高130%。Companyname美国巴肯(Bakken)——最新发展情况™其它压裂关键技术：3)目前，Brigham勘探公司（BEXP）已从哈里伯顿和贝克休斯公司引进了滑套多级压裂技术，正在开展30级压裂对比试验：·井1：15级滑套压裂+15级桥塞压裂·井2：30级全用桥塞压裂。（试验结果尚无）Companyname伊格福特(Eaglefort)Companyname伊格福特(Eaglefort)——地理位置™从美国-墨西哥边界到德克萨斯西南部的地区。Companyname伊格福特(Eaglefort)——概况™属于古生代下白垩纪。地层深度从北至南为1800-4500m，厚度90-120m。™开发主要依赖两种技术：水平井钻井和多级水力压裂。™2008-2011年快速发展，™2010-2011年，完钻1103口井。Companyname伊格福特(Eaglefort)——概况Companyname伊格福特(Eaglefort)——概况Companyname伊格福特(Eaglefort)™关心的问题：1.昀优的压裂程序是什么？2.昀优的井筒结构是什么？3.昀优的完井级数是多少？4.一级完井昀佳长度是多少？5.每级应有几簇射孔炮眼？6.相邻两簇射孔段之间间距多少昀佳？7.昀佳的压裂液是什么？8.每级注入多少支撑剂为佳？9.每一级注入多少液量为佳？Companyname伊格福特(Eaglefort)™2008-2011年4月30日，贝克休斯公司对EagleFord的80口井1000多级压裂进行了分析。™为了分析方便，从地理上将研究井分为A，B，C三个区，以下分析结果均是针对A区油井2010.2-2011.3的