三 頁(yè)巖氣藏的開采.doc

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1、頁(yè)巖氣藏的開采技術(shù)過去150年所鉆的數(shù)百萬口油氣井在達(dá)到其目標(biāo)深度之前，都鉆透了大量頁(yè)巖層段。既然頁(yè)巖層段的暴露如此普遍，是否每口干井實(shí)際上都是潛在的頁(yè)巖氣井呢？當(dāng)然不是，頁(yè)巖氣只有在某些特定條件下才可以被開采出來。頁(yè)巖是一種滲透率極其低的沉積巖，通常被認(rèn)為是油氣運(yùn)移的天然遮擋。在含氣油頁(yè)巖中，氣產(chǎn)自其本身，頁(yè)巖既是氣源巖，又是儲(chǔ)層。天然氣可以儲(chǔ)存在頁(yè)巖巖石顆粒之間的孔隙空間或裂縫中，也可以吸附在頁(yè)巖中有機(jī)物的表面上。對(duì)常規(guī)氣藏而言，天然氣從氣源巖運(yùn)移到砂巖或碳酸鹽巖地層中，并聚集在構(gòu)造或地層圈閉內(nèi)，其下通常是氣水界面。因此，與常規(guī)氣

2、藏相比，將含氣頁(yè)巖看作非常規(guī)氣藏也就理所當(dāng)然了。美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）認(rèn)為，頁(yè)巖氣產(chǎn)自連續(xù)的氣藏。USGS列舉了16個(gè)特征，所有這些特征都可能在連續(xù)氣藏中出現(xiàn)。與含氣頁(yè)巖有關(guān)的獨(dú)特特征包括區(qū)域性分布，缺少明顯的蓋層和圈閉，無清晰的氣水界面，天然裂縫發(fā)育，估算最終采收率（EUR）通常低于常規(guī)氣藏，以及極低的基巖滲透率。此外，其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量在很大程度上還依賴于完井技術(shù)。盡管頁(yè)巖具有很多明顯的不利因素，但是美國(guó)已經(jīng)將某些具有合適頁(yè)巖類型、有機(jī)質(zhì)含量、成熟度、孔隙度、滲透率、含氣飽和度以及裂縫發(fā)育等綜合條件的頁(yè)巖作為開采目標(biāo)。一旦經(jīng)濟(jì)上可行，

3、非常規(guī)天然氣開采活動(dòng)將呈現(xiàn)出一派繁榮的景象。天然氣需求的日益增長(zhǎng)以及油田新技術(shù)的不斷發(fā)展，促進(jìn)了頁(yè)巖氣遠(yuǎn)景區(qū)的勘探與開發(fā)。在美國(guó)這一趨勢(shì)正在擴(kuò)大，天然氣價(jià)格的不斷上揚(yáng)和每年23萬億英尺3（651.82億米3）的天然氣消耗量推動(dòng)了其陸上鉆井活動(dòng)的發(fā)展。勘探與生產(chǎn)公司正在租賃數(shù)十萬英畝的礦區(qū)鉆井權(quán)，而先進(jìn)的鉆完井技術(shù)正在幫助作業(yè)者擴(kuò)大已知頁(yè)巖氣盆地的范圍。這些遠(yuǎn)景區(qū)同時(shí)也促進(jìn)了技術(shù)的發(fā)展，使人們對(duì)這種普通的碎屑巖有了更深入的認(rèn)識(shí)，并且推動(dòng)了評(píng)價(jià)頁(yè)巖資源的新設(shè)備、新技術(shù)的發(fā)展。氣藏開發(fā)巖石內(nèi)必須具備足夠的通道以使天然氣流入井筒，產(chǎn)至地面。在

4、頁(yè)巖中，氣源巖中裂縫引起的滲透性在一定程度上可以補(bǔ)償基質(zhì)的低滲透率。因此將頁(yè)巖作為開采目標(biāo)的作業(yè)者應(yīng)事先考慮系統(tǒng)滲透率，即由頁(yè)巖基質(zhì)和天然裂縫的綜合滲透率。為了更好地利用儲(chǔ)層中的天然裂縫，并且使井筒穿越更多儲(chǔ)層，越來越多的作業(yè)者都在應(yīng)用水平鉆井技術(shù)（下圖）。雖然該技術(shù)在石油工業(yè)中并不是一項(xiàng)新技術(shù)，但它對(duì)擴(kuò)大頁(yè)巖氣成功開發(fā)的戰(zhàn)果卻有著重大的意義。鉆井穿過裂縫。FMI全井眼微電阻率掃描成像測(cè)井顯示出水平井鉆遇的裂縫和層理特征。鉆井誘發(fā)的裂縫沿著鉆井軌跡頂部和底部出現(xiàn)，但沿著該井筒側(cè)面終止，井筒側(cè)面的應(yīng)力最高。井筒鉆穿的原有天然裂縫以垂直線

5、的形態(tài)穿過井筒的頂部、底部和側(cè)面。圖中顏色較深的黃鐵礦結(jié)核非常明顯，與層理面平行出現(xiàn)。通過得克薩斯州中北部FortWorth盆地Barnett頁(yè)巖的開發(fā)進(jìn)程可以清楚地看到水平鉆井的作用。1981年，Mitchell能源公司開始在該地區(qū)鉆了第一口直井，15年以后井的數(shù)量才超過300口。2002年，在收購(gòu)Mitchell公司后，丹文能源公司開始在該地區(qū)鉆水平井。截至2005年，水平井?dāng)?shù)量已超過2000口。此外，Barnett頁(yè)巖實(shí)際鉆井經(jīng)驗(yàn)表明，從水平井中獲得的估計(jì)最終采收率大約是直井的三倍，而費(fèi)用只相當(dāng)于直井的兩倍。除水平井技術(shù)之外，其

6、它技術(shù)也發(fā)揮了重要作用。如作業(yè)者通過采用三維地震解釋技術(shù)能夠更好地設(shè)計(jì)水平井軌跡。由于采用了該技術(shù)，作業(yè)者將Barnett頁(yè)巖鉆井活動(dòng)擴(kuò)展了那些原來被一直誤認(rèn)為沒有產(chǎn)能、含水且位于頁(yè)巖下方的喀斯特白云巖區(qū)域。一般情況下，作業(yè)者通過沿垂直于最大水平應(yīng)力方向鉆井的方法來增加井筒與裂縫相交的可能性，從而打開更多的頁(yè)巖表面進(jìn)行開采。但是，常規(guī)的定向鉆井技術(shù)可能受到扭矩和阻力的影響，扭矩和阻力通常是司鉆在井筒造斜過程中由滑動(dòng)和旋轉(zhuǎn)所造成的。在更復(fù)雜的井眼軌跡中，扭矩和阻力可能限制橫向位移，加大測(cè)井難度。為了避免上述問題的發(fā)生，在開采較直的、曲折

7、度不大的井時(shí)，可采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)。某些情況下，從水平段底部到頂部的傾角變化低于0.5°。諸如geoVISION隨鉆成像之類的隨鉆測(cè)井系統(tǒng)已應(yīng)用于某些油氣井，以解決水平井測(cè)井存在的一些問題。應(yīng)用該系統(tǒng)后可以在整個(gè)井筒長(zhǎng)度范圍內(nèi)產(chǎn)生電阻率成像和井筒地層傾角分析。成像測(cè)井提供構(gòu)造信息、地層信息和力學(xué)特性信息，用于優(yōu)化隨后的完井作業(yè)。例如，成像能夠?qū)⒌貙犹烊涣芽p和鉆井誘發(fā)裂縫進(jìn)行比較，幫助作業(yè)者確定射孔和油井增產(chǎn)的最佳目標(biāo)。在Barnett頁(yè)巖遠(yuǎn)景區(qū)，利用這些測(cè)井得到的成像資料來識(shí)別地震資料無法識(shí)別的斷層以及與之相關(guān)的從下伏喀斯特白云巖中產(chǎn)水

8、的天然裂縫群。在進(jìn)行加密鉆井時(shí)，井眼成像有助于識(shí)別鄰井中的水力裂縫，從而幫助作業(yè)者將注意力集中在儲(chǔ)層中原先未被壓裂部分的增產(chǎn)措施上。井中有無鉆井誘發(fā)裂縫的存在及鉆井誘發(fā)裂縫的方向?qū)Υ_定整個(gè)水平井的應(yīng)力變化及力學(xué)特性非常有