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1、关于我国页岩气与煤层气储层关于我国页岩气与煤层气储层压裂增产技术的探讨压裂增产技术的探讨西南石油大学西南石油大学西南石油大学西南石油大学杨兆中杨兆中杨兆中杨兆中20122012年年年年5 5月月月月 汇报提纲汇报提纲l1.非常规天然气资源概述非常规天然气资源概述l2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术l3.煤层气增产及配套技术煤层气增产及配套技术非常规天然气是指在成藏机理、赋存状态、分布规律或勘探非常规天然气是指在成藏机理、赋存状态、分布规律或勘探非常规天然气是指在成藏机理、赋存状态、分布规律或勘探非常规天然气是指在成藏机理、赋存状态、分布规律或勘探开发方式等方面有别于常规天然气的烃类开
2、发方式等方面有别于常规天然气的烃类开发方式等方面有别于常规天然气的烃类开发方式等方面有别于常规天然气的烃类(或非烃类或非烃类或非烃类或非烃类)资源，主要资源，主要资源，主要资源，主要指指指指页岩气、煤层气、致密砂岩气和天然气水合物页岩气、煤层气、致密砂岩气和天然气水合物页岩气、煤层气、致密砂岩气和天然气水合物页岩气、煤层气、致密砂岩气和天然气水合物等。等。等。等。1.非常规天然气资源概述非常规天然气资源概述1.1全球非常规天然气资源量全球非常规天然气资源量 世界世界常规天然气总资源量为常规天然气总资源量为436万亿立方米万亿立方米，2010年年产天然气约产天然气约3万亿万亿立方米，立方米，储采
3、比保持在储采比保持在60以上以上；世界世界非常规天然气总资源量非常规天然气总资源量921万亿方万亿方，是常规天然气，是常规天然气2倍多（其中，倍多（其中，致密气致密气209.6万亿方、煤层气万亿方、煤层气256.1万亿方、页岩气万亿方、页岩气456万亿方），但万亿方），但产量产量只占只占1/7左右左右；天然气水合物资源量超过天然气水合物资源量超过2万万亿方，是目前化石能源资源总量万万亿方，是目前化石能源资源总量2倍以倍以上。上。其中仅页岩气其中仅页岩气456万亿方就大于万亿方就大于常规天然气总资源量常规天然气总资源量436万亿万亿1.非常规天然气资源概述非常规天然气资源概述致密砂岩气、煤层气、
4、页岩气和火山岩气资源量约致密砂岩气、煤层气、页岩气和火山岩气资源量约84.5万亿方，是万亿方，是常规气资源量常规气资源量1.5倍。倍。中国非常规油气可采资源中国非常规油气可采资源1.2中国非常规天然气发展前景广阔中国非常规天然气发展前景广阔种类种类资源量资源量备注备注非常规气非常规气(万亿方万亿方)致密砂岩气致密砂岩气12主要包括鄂尔多斯和四川盆地主要包括鄂尔多斯和四川盆地煤层气煤层气36.8国土资源部新一轮资评，国土资源部新一轮资评，2006年年页岩气页岩气30.72008年年火成岩气火成岩气52010年年天然气水合物天然气水合物80主要指南海主要指南海1.非常规天然气资源概述非常规天然气资
5、源概述2.1页岩气的概念及储层特点页岩气的概念及储层特点页岩气定义页岩气定义页岩气储层基本特点页岩气储层基本特点2.2国外页岩气增产技术进展国外页岩气增产技术进展2.3对中国页岩气开发的建议对中国页岩气开发的建议2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术2.1页岩气的概念及储层特点页岩气的概念及储层特点 页岩气定义页岩气定义页岩气是一种特殊的非常规天然气，赋存于页岩气是一种特殊的非常规天然气，赋存于泥岩或页岩泥岩或页岩中，具有中，具有自生自储、自生自储、无气水界面、大面积连续成藏、低孔、低渗无气水界面、大面积连续成藏、低孔、低渗等特征，一般等特征，一般无自然产能或低产无自然产能或低产，需，需
6、要大型水力压裂和水平井技术才能进行经济开采，单井生产周期长。要大型水力压裂和水平井技术才能进行经济开采，单井生产周期长。页岩气储层基本特征页岩气储层基本特征储层低渗致密，纳米级孔隙发育；储层低渗致密，纳米级孔隙发育；储气模式以游离气和吸附气为主；由于页岩气储层比表储气模式以游离气和吸附气为主；由于页岩气储层比表面比常规砂岩储层大很多，其面比常规砂岩储层大很多，其吸附气量远大于砂岩吸附气量吸附气量远大于砂岩吸附气量，因此需要通过大规模压裂，因此需要通过大规模压裂，增大改造体积。增大改造体积。岩性及矿物组分复杂；储层所含的硅质矿物、碳酸盐岩矿物、粘土矿物不同，导致储层岩岩性及矿物组分复杂；储层所含
7、的硅质矿物、碳酸盐岩矿物、粘土矿物不同，导致储层岩石的脆性程度不同，从而引起改造模式和改造效果不同；石的脆性程度不同，从而引起改造模式和改造效果不同；储层的脆性越强，压裂时越易实储层的脆性越强，压裂时越易实现脆性断裂形成网状裂缝现脆性断裂形成网状裂缝，从而实现体积改造。，从而实现体积改造。天然裂缝系统发育；如果天然裂缝不发育或不能通过大型压裂形成复杂的多缝或网络裂缝，天然裂缝系统发育；如果天然裂缝不发育或不能通过大型压裂形成复杂的多缝或网络裂缝，页岩气储层很难成为有效储层。页岩气储层很难成为有效储层。脆性和天然裂缝发育的地层脆性和天然裂缝发育的地层中容易实现体积改造，而塑性中容易实现体积改造，
8、而塑性较强地层实现体积改造比较困难。较强地层实现体积改造比较困难。2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术BHN计算公式及美国不同油藏岩心计算公式及美国不同油藏岩心BHN值值摘自（摘自（SPE142959）u岩石的脆性指数表征方式可用岩心或者岩屑的布氏硬度（岩石的脆性指数表征方式可用岩心或者岩屑的布氏硬度（BHNBHN）2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术2.1页岩气的概念及储层特点页岩气的概念及储层特点2.2国外页岩气增产技术进展国外页岩气增产技术进展2.3对中国页岩气开发的建议对中国页岩气开发的建议2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术2.2 2.2 国外页岩气增产技术进
9、展国外页岩气增产技术进展u直井连续油管分层压裂技术（直井连续油管分层压裂技术（SPE 107060SPE 107060）较早的页岩气开发主要是在浅层，以直井为主，其压裂技术具有较早的页岩气开发主要是在浅层，以直井为主，其压裂技术具有3 3个特个特征，即征，即连续油管、水力喷砂射孔、环空加砂连续油管、水力喷砂射孔、环空加砂 。该技术是用高速和高压流体通过。该技术是用高速和高压流体通过连续油管进行射孔，打开地层与井筒之间的通道后，环空加注携砂液体，从而在连续油管进行射孔，打开地层与井筒之间的通道后，环空加注携砂液体，从而在地层中压开裂缝。其技术要点为水力喷砂射孔，环空加砂，然后填砂封堵已压裂地层中
10、压开裂缝。其技术要点为水力喷砂射孔，环空加砂，然后填砂封堵已压裂层段，上提连续油管至下一目的层段，重复上述步骤直至结束施工，施工结束后层段，上提连续油管至下一目的层段，重复上述步骤直至结束施工，施工结束后用连续油管进行冲砂、返排。该技术具有用连续油管进行冲砂、返排。该技术具有作业周期短、成本低、排量选择范围广、作业周期短、成本低、排量选择范围广、连续油管磨损小、井下工具简单和成功率高连续油管磨损小、井下工具简单和成功率高等特点，目前在页岩气直井开发中得等特点，目前在页岩气直井开发中得到了很好的应用。到了很好的应用。2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术u水平井分段压裂技术水平井分段压裂技
11、术1.1.水平井多级可钻式桥塞封隔分段压裂技术（水平井多级可钻式桥塞封隔分段压裂技术（SPE 100674SPE 100674）水平井多级可钻式桥塞封隔分段压裂技术的主要特点是水平井多级可钻式桥塞封隔分段压裂技术的主要特点是套管压裂多段分簇射套管压裂多段分簇射孔、可钻式桥塞孔、可钻式桥塞。一般目的层水平井段被分成。一般目的层水平井段被分成8 81515段，每段水平段长度为段，每段水平段长度为100 150 m100 150 m，每段射孔，每段射孔4 46 6簇，每射孔簇跨度为簇，每射孔簇跨度为0.460.460.77 m0.77 m，簇间距，簇间距202030 m30 m，压裂施工结束后快速钻
12、掉桥塞进行测试、生产。，压裂施工结束后快速钻掉桥塞进行测试、生产。2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术2.2.水平井多级滑套封隔器分段压裂技术（水平井多级滑套封隔器分段压裂技术（SPE 100674SPE 100674）该技术通过井口落球系统操控滑套，其原理与直井应用的投球压差式封隔器相同，采该技术通过井口落球系统操控滑套，其原理与直井应用的投球压差式封隔器相同，采用机械式封隔器，主要适用于用机械式封隔器，主要适用于套管完井套管完井。该类封隔器需要压力坐封或者工具坐封，因此工。该类封隔器需要压力坐封或者工具坐封，因此工艺过程复杂，下入工具串次数较多，对于水平井施工风险较大，任何一个环节
13、处理不当就艺过程复杂，下入工具串次数较多，对于水平井施工风险较大，任何一个环节处理不当就会导致施工失败，造成大修。目前由于可钻式桥塞分隔技术的应用，该技术的应用逐年减会导致施工失败，造成大修。目前由于可钻式桥塞分隔技术的应用，该技术的应用逐年减少。少。（下图为投球滑套环空封隔多级压裂示意图）（下图为投球滑套环空封隔多级压裂示意图）2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术3.3.水平井膨胀式封隔器分段压裂技术水平井膨胀式封隔器分段压裂技术由于水平井开发的特殊性，部分水平井由于水平井开发的特殊性，部分水平井裸眼完井裸眼完井，规封隔器难以满足后期压，规封隔器难以满足后期压裂施工的需要，为此研制开
14、发了裂施工的需要，为此研制开发了遇油遇油(遇水遇水)膨胀封隔器膨胀封隔器。其工作原理为封隔器下其工作原理为封隔器下入井底预定位置后，遇到油气或水后可膨胀橡胶即可快速膨胀，橡胶膨胀至井壁入井底预定位置后，遇到油气或水后可膨胀橡胶即可快速膨胀，橡胶膨胀至井壁位置后继续膨胀而产生接触应力，从而实现密封。位置后继续膨胀而产生接触应力，从而实现密封。该技术具有可靠性高、成本和作业风险低、压裂后能很快转入试油投产等优该技术具有可靠性高、成本和作业风险低、压裂后能很快转入试油投产等优点。所以，目前在国外已经得到大规模的应用点。所以，目前在国外已经得到大规模的应用在在120120多口井上应用，改造层多口井上应
15、用，改造层段超过段超过850850段。段。2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术4.4.连续油管跨式封隔器分段压裂技术（连续油管跨式封隔器分段压裂技术（SPE 150949SPE 150949）该技术可实现在压裂设备未安置好之前完成所有射孔程序，这样减少了非生该技术可实现在压裂设备未安置好之前完成所有射孔程序，这样减少了非生产时间的消耗。射孔可以采用连续油管传输、电线传输或者水力喷射。跨式封隔产时间的消耗。射孔可以采用连续油管传输、电线传输或者水力喷射。跨式封隔器组合工具可以隔离每个单独射孔簇提供，所有压裂流体都通过连续油管注入。器组合工具可以隔离每个单独射孔簇提供，所有压裂流体都通过连
16、续油管注入。当出现早期脱砂时，杯状上部封隔器实现足够的返回能力。该技术最大的优点与当出现早期脱砂时，杯状上部封隔器实现足够的返回能力。该技术最大的优点与增能或泡沫压裂液配伍，适用于薄层、低应力、中低温环境和裂缝间距较小或射增能或泡沫压裂液配伍，适用于薄层、低应力、中低温环境和裂缝间距较小或射孔簇数较多的塑性地层。孔簇数较多的塑性地层。2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术5.5.水平井水力喷射分段压裂技术（水平井水力喷射分段压裂技术（SPE 94098SPE 94098、150949150949）该技术是该技术是集射孔、压裂、封隔于一体集射孔、压裂、封隔于一体的新型增产改造技术。利用水力
17、喷射工的新型增产改造技术。利用水力喷射工具实施分段压裂，不需封隔器和桥塞等封隔工具，自动封堵，封隔准确。水力喷具实施分段压裂，不需封隔器和桥塞等封隔工具，自动封堵，封隔准确。水力喷射分段压裂技术可以选用射分段压裂技术可以选用油管或连续油管油管或连续油管作为作业管柱，使用范围广，套管完井、作为作业管柱，使用范围广，套管完井、筛管完井和裸眼完井都适用。筛管完井和裸眼完井都适用。水力喷射环空压裂水力喷射环空压裂+支撑剂桥塞支撑剂桥塞水力喷射油管压裂水力喷射油管压裂2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术6.水平井水力喷射水平井水力喷射+井下混合分段压裂技术（井下混合分段压裂技术（SPE14295
18、9）该方法该方法采用水力射孔，然后采用水力射孔，然后“液态支撑剂液态支撑剂”（12-24lbm/gal）由连续油管低速注入由连续油管低速注入（35ft/sec），而，而无无支撑剂支撑剂流体由环空高速注入。当环空高速泵入无流体由环空高速注入。当环空高速泵入无支撑剂支撑剂流体时流体时，防止连防止连续油管磨破的限制速度续油管磨破的限制速度（35ft/sec）可以大大提高可以大大提高，这样就在孔眼处形成高速混砂流体，实，这样就在孔眼处形成高速混砂流体，实现支撑剂深穿透、裂缝分支以及支撑剂墩导流。具体施工步骤：现支撑剂深穿透、裂缝分支以及支撑剂墩导流。具体施工步骤：1.安置水力喷射井下集成安置水力喷射井
19、下集成装置到最远处的射孔簇进行改造装置到最远处的射孔簇进行改造；2.在第一段射孔簇进行水力射孔和起裂在第一段射孔簇进行水力射孔和起裂；3.从从BHA移出移出球球，带到地表以便循环带到地表以便循环；4.环空开始泵入滑溜水环空开始泵入滑溜水，获取一个设计的速度获取一个设计的速度；5.连续油管开始泵连续油管开始泵入液态支撑剂入液态支撑剂；6.减少环空注入速度减少环空注入速度，提高支撑剂浓度提高支撑剂浓度；7.恢复设计的环空速度用滑溜水顶恢复设计的环空速度用滑溜水顶替支撑剂段塞替支撑剂段塞；8.重复重复6至至7步实现所需的净压力或微地震监测的裂缝分支效应步实现所需的净压力或微地震监测的裂缝分支效应；9
20、.缓慢减少缓慢减少环空注入速度在孔眼处形成高浓度支撑剂充填层环空注入速度在孔眼处形成高浓度支撑剂充填层；10.移动水力喷射移动水力喷射BHA到下一段压裂目标到下一段压裂目标处处；11.支撑剂回流（如果需要）支撑剂回流（如果需要）；12.通过连续油管下入球到通过连续油管下入球到BHA上上；13.重复重复1至至12步直到步直到各射孔簇被改造完各射孔簇被改造完。2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术u水平井多井同步压裂技术水平井多井同步压裂技术（摘自（摘自SPE116124）邻井间同步压裂技术是指大致平行的两口或两口以上水平井同时进行压裂改邻井间同步压裂技术是指大致平行的两口或两口以上水平井同
21、时进行压裂改造。其目的是在页岩气层中产生更大压力造。其目的是在页岩气层中产生更大压力，创造出更复杂的三维裂缝网络系统创造出更复杂的三维裂缝网络系统，增加裂缝系统表面积。这是单井压裂所不能实现的。增加裂缝系统表面积。这是单井压裂所不能实现的。2006年年，该技术首先在美国该技术首先在美国Ft.Worth盆地的盆地的Barnett页岩中实施。施工作业者在水平井段相隔页岩中实施。施工作业者在水平井段相隔152305m的两的两口大致平行的水平配对井之间进行同步压裂口大致平行的水平配对井之间进行同步压裂，两井均得到高速生产。其中一口井两井均得到高速生产。其中一口井以以的速度持续生产的速度持续生产30天天
22、，而其它未而其它未压裂的只有压裂的只有。四口水平井同步压裂微地震监测图四口水平井同步压裂微地震监测图摘自摘自SPE（119635）2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术u水平井分段德洲水平井分段德洲“两步跳两步跳”压裂技术压裂技术 （摘自（摘自 SPE 130043SPE 130043）德洲两步跳是非常流行的舞蹈德洲两步跳是非常流行的舞蹈，结合乡村和西部音乐结合乡村和西部音乐两步向前两步向前，一步在一步在后。该技术的目标：在多段压裂中后。该技术的目标：在多段压裂中，改变岩石的应力场改变岩石的应力场，实现主分支缝与诱导的实现主分支缝与诱导的应力松弛缝相连通。应力松弛缝相连通。该技术手在无分
23、支水平井段中常规压裂单个射孔簇该技术手在无分支水平井段中常规压裂单个射孔簇。但是但是，要改变施工的先后顺序。从水平井要改变施工的先后顺序。从水平井最远最远端开始起端开始起，首先进行压裂增产首先进行压裂增产；然后向井然后向井跟移动跟移动，改造第改造第二次，二次，这样可以使得两段裂缝间一定程度的应力干扰。随后这样可以使得两段裂缝间一定程度的应力干扰。随后，改改变向井跟的方向变向井跟的方向，第三第三次次压裂在前两段之间进行压裂在前两段之间进行，以利用应力改变的岩石和连通以利用应力改变的岩石和连通创造的应力松弛缝。创造的应力松弛缝。2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术u水平井分段通道压裂技术水
24、平井分段通道压裂技术 通道压裂技术依靠水力压裂过程中通道压裂技术依靠水力压裂过程中，高频交替注入多级支撑剂冻胶液和不含高频交替注入多级支撑剂冻胶液和不含支撑剂的冻胶液支撑剂的冻胶液，以实现支撑剂的非均匀铺置和形成开启的通道。同时以实现支撑剂的非均匀铺置和形成开启的通道。同时，冻胶液冻胶液在被施工设备泵入过程中在被施工设备泵入过程中，加入可降解的纤维材料可以减少支撑剂脉冲在完井处加入可降解的纤维材料可以减少支撑剂脉冲在完井处以及地下裂缝过程的耗散以及地下裂缝过程的耗散，在一个确定的泵注程序和油藏性质条件下在一个确定的泵注程序和油藏性质条件下，可利用岩可利用岩石物理模型来进行通道压裂设计。由此石物
25、理模型来进行通道压裂设计。由此，可形成如可形成如下下图所示的导流通。图所示的导流通。该技术应该技术应用到用到Hawkville油田伊格福特页岩地层中，使得产量比常规增产技术提高了油田伊格福特页岩地层中，使得产量比常规增产技术提高了32%至至68%。通道压裂施工泵注程序示意图通道压裂施工泵注程序示意图摘自摘自SPE（141708）通道压裂形成超高导流能力示意图通道压裂形成超高导流能力示意图 摘自摘自 http:/ 基质渗透率基质渗透率 压裂施工净压压裂施工净压 工作液粘度工作液粘度 主裂缝及分支裂缝导流能力主裂缝及分支裂缝导流能力2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术页岩气压裂设计选择标准
26、页岩气压裂设计选择标准压裂方式选择压裂方式选择基于岩石性质的多级压裂选择原则（基于岩石性质的多级压裂选择原则（SPE150949）2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术PerfandPlug射孔和桥塞技术射孔和桥塞技术;BASS投球滑套封隔技术；投球滑套封隔技术；CTSP连续油管跨式连续油管跨式封隔技术；封隔技术；HJAF水力喷射辅助压裂技术；水力喷射辅助压裂技术；HP-ACT水力喷射水力喷射+连续油管环空压裂技连续油管环空压裂技术；术；HP-DM水力喷射水力喷射+地下混合压裂技术地下混合压裂技术不同压裂方法的施工参数比较（不同压裂方法的施工参数比较（SPE150949SPE150949
27、）2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术页岩气压裂设计选择标准页岩气压裂设计选择标准施工参数选择施工参数选择摘自摘自 薛承瑾薛承瑾页岩气压裂技术现状及发展建议页岩气压裂技术现状及发展建议2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术页岩气压裂液体系页岩气压裂液体系页岩气储层特点不同，其选择的压裂液也不同。目前所使用的压裂液有滑溜页岩气储层特点不同，其选择的压裂液也不同。目前所使用的压裂液有滑溜水线性水线性胶、交联液和泡沫等，而滑溜水和复合压裂液是日前主要压裂液体系。胶、交联液和泡沫等，而滑溜水和复合压裂液是日前主要压裂液体系。滑溜水压裂液体系滑溜水压裂液体系 该液体体系主要适用于无水敏、储
28、层天然裂缝较发育、脆性较高地层。其该液体体系主要适用于无水敏、储层天然裂缝较发育、脆性较高地层。其主要特点为：适用于裂缝性地层；提高形成剪切缝和网状缝的概率；使用少量稠主要特点为：适用于裂缝性地层；提高形成剪切缝和网状缝的概率；使用少量稠化剂降阻，对地层伤害小，支撑剂用量少；成本低，在相同作业规模下，滑溜水化剂降阻，对地层伤害小，支撑剂用量少；成本低，在相同作业规模下，滑溜水压裂比常规冻胶压裂其成本可以降低压裂比常规冻胶压裂其成本可以降低40%40%一一60%60%。复合压裂液体系复合压裂液体系 复合压裂或混合压裂主要是针对黏土含量高，塑性较强的页岩气储层。注复合压裂或混合压裂主要是针对黏土含
29、量高，塑性较强的页岩气储层。注入复合压裂液既可保证形成一定的缝宽，又保证有一定的携砂能力。复合压裂液入复合压裂液既可保证形成一定的缝宽，又保证有一定的携砂能力。复合压裂液的注入顺序一般为：前置液滑溜水与冻胶交替注入，支撑剂先为小粒径，后为中的注入顺序一般为：前置液滑溜水与冻胶交替注入，支撑剂先为小粒径，后为中等粒径，低粘度活性水携砂在冻胶液中发生粘滞指进现象，从而减缓支撑剂沉降，等粒径，低粘度活性水携砂在冻胶液中发生粘滞指进现象，从而减缓支撑剂沉降，确保裂缝的导流能力。确保裂缝的导流能力。2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术微地震监测微地震监测 监测裂缝的方法包括监测裂缝的方法包括化学
30、示踪剂法、物理示踪剂法、微地震监测化学示踪剂法、物理示踪剂法、微地震监测以及以及测斜测斜仪监测仪监测，应用较广泛的是微地震监测。微地震监测又分为同井监测和邻井监，应用较广泛的是微地震监测。微地震监测又分为同井监测和邻井监测，其原理主要是通过邻井放置多个检波器，记录在裂缝起裂和闭合过程中所发测，其原理主要是通过邻井放置多个检波器，记录在裂缝起裂和闭合过程中所发生的微地震事件，计算压裂改造所得到的改造体积及预测压后产量。生的微地震事件，计算压裂改造所得到的改造体积及预测压后产量。2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术水平井分段压裂微地震事件16微地震事件解释172.3对中国页岩气开发的建议对
31、中国页岩气开发的建议经经过过30多多年年的的发发展展，美美国国从从初初期期的的大大规规模模水水力力压压裂裂(MHF、交交联联压压裂裂液液)技技术术发发展展到到现现在在的的水水平平井井完完井井、水水平平井井多多簇簇射射孔孔、分分段段大大规规模模减减阻阻水水力力压压裂裂、同同步步压压裂裂和和复复合合压压裂裂等等系系列列技技术术，并并目目取取得得了了巨巨大大成成功功，同同时时带带动动了了微微地地震震监监测测技技术术、大大功功率率泵泵车车、高高效效降降阻阻剂剂和和低低密密度度支撑剂及连续混配技术的发展。支撑剂及连续混配技术的发展。国国内内页页岩岩气气的的开开发发刚刚刚刚起起步步，没没有有成成型型的的页
32、页岩岩气气开开发发配配套套技技术术。目目前前，国国内内比比较较成成熟熟的的常常规规压压裂裂技技术术主主要要有有直直井井分分压压合合采采技技术术、直直井井大大型型压压裂裂技技术术、直直井井连连续续油油管管分分段段压压裂裂技技术术、水水平平井井分分段段压压裂裂改改造造技技术术和和超超低低浓浓度度羧羧甲甲基基胍胍胶胶压压裂裂液液技技术术等等，这这些些常常规规技技术术对对页页岩岩气气压压裂裂能能够够提提供供一一定定的的借借鉴鉴和和参参考考。根根据据国国内内外外页页岩岩气气压压裂裂技技术术发发展展现现状状和和动态，建议我国从以下几方面加强动态，建议我国从以下几方面加强.2.页岩气增产及配套技术页岩气增产
33、及配套技术1.1.页岩气水平井多段压裂技术研究。页岩气水平井多段压裂技术研究。包括页岩气水平井分段压裂工程地质包括页岩气水平井分段压裂工程地质评价、水平井压裂选段及射孔参数优化、滑套式喷射器开发与研制、水评价、水平井压裂选段及射孔参数优化、滑套式喷射器开发与研制、水平井测试压裂设计与解释方法研究、水平井多段压裂优化设计方法研究平井测试压裂设计与解释方法研究、水平井多段压裂优化设计方法研究和现场试验。和现场试验。2.2.页岩气体积压裂技术研究。页岩气体积压裂技术研究。包括体积缝网形成的力学机理及裂缝延伸模包括体积缝网形成的力学机理及裂缝延伸模式、压裂工艺（同步压裂、德洲式、压裂工艺（同步压裂、德
34、洲“两步跳两步跳”等）形成大规模体积缝、裂等）形成大规模体积缝、裂缝网络参数优化设计方法、裂缝监测技术（尤其是微地震裂缝监测和解缝网络参数优化设计方法、裂缝监测技术（尤其是微地震裂缝监测和解释）、压后产能评价方法和现场试验。释）、压后产能评价方法和现场试验。3.3.页岩气压裂材料和工具设备研究。页岩气压裂材料和工具设备研究。包括压裂液液体系优选及配方研究，包括压裂液液体系优选及配方研究，超低密度支撑剂研究。实现大规模压裂的泵车；能够承受地下复杂环境超低密度支撑剂研究。实现大规模压裂的泵车；能够承受地下复杂环境的管柱和一些工具（如水力喷射的喷嘴）。的管柱和一些工具（如水力喷射的喷嘴）。4.4.页
35、岩气压裂还要注意环境保护问题。页岩气压裂还要注意环境保护问题。2.页岩气增产及配套技术页岩气增产及配套技术3.煤层气压裂增产与配套技术煤层气压裂增产与配套技术3.1煤层气储层特征及压裂难点煤层气储层特征及压裂难点煤层气赋存特征煤层气赋存特征储渗结构特征储渗结构特征岩石力学特征岩石力学特征工程材料应用工程材料应用3.2国内外煤层气增产技术现状国内外煤层气增产技术现状3.3煤层气增产技术发展趋势煤层气增产技术发展趋势p煤煤层层气气赋赋存及渗流状存及渗流状态态复复杂杂，单单井井产产量量差异大差异大3.1.1煤层气赋存及渗流特征煤层气赋存及渗流特征煤层中四种气体煤层中四种气体赋存形式赋存形式：煤颗粒内
36、表面的煤颗粒内表面的吸附气吸附气；基质孔隙空间内的基质孔隙空间内的自由气自由气；水中的水中的溶解气溶解气；割理系统中的自由气割理系统中的自由气煤层气煤层气渗流特性渗流特性：基质孔隙内气体多为非连续相，渗流不基质孔隙内气体多为非连续相，渗流不满足达西定律。满足达西定律。煤层中气泡的聚并、膨胀以及运移过程煤层中气泡的聚并、膨胀以及运移过程复杂，并不能用传统相渗实验准确模拟。复杂，并不能用传统相渗实验准确模拟。压裂液中有机物吸附影响煤层气的渗流。压裂液中有机物吸附影响煤层气的渗流。3.煤层气压裂增产与配套技术煤层气压裂增产与配套技术p储储渗结构渗结构复杂，压裂液复杂，压裂液滤失滤失突出，煤层突出，煤
37、层易伤害易伤害煤岩基质的孔隙度和渗透率很低煤岩基质的孔隙度和渗透率很低裂缝系统（割理和微裂隙）发育状况复杂裂缝系统（割理和微裂隙）发育状况复杂3.1.2储渗结构特征储渗结构特征微孔微孔小孔小孔中孔中孔大孔大孔d0.10.01mD1-0.1md1m3.煤层气压裂增产与配套技术煤层气压裂增产与配套技术p对各向裂缝发育的煤层压裂：对各向裂缝发育的煤层压裂：天然裂缝重新开启，使煤层渗透率增加。天然裂缝重新开启，使煤层渗透率增加。压裂液粘度控制的滤失系数和地层流体压缩性控制的滤失系压裂液粘度控制的滤失系数和地层流体压缩性控制的滤失系数，都与渗透率和孔隙度的平方根成正比。数，都与渗透率和孔隙度的平方根成正
38、比。压裂液滤失进入基质孔隙和微裂隙，压裂液滤失进入基质孔隙和微裂隙，形成液锁形成液锁。3.煤层气压裂增产与配套技术煤层气压裂增产与配套技术3.1.3岩石力学特征岩石力学特征p岩石力学岩石力学性质性质复杂，裂缝复杂，裂缝起裂及延伸规律起裂及延伸规律复杂的双重复杂性复杂的双重复杂性初始阶段弯曲，表明煤对煤岩的不断初始阶段弯曲，表明煤对煤岩的不断压实过程；压实过程；在直线段煤岩接近在直线段煤岩接近弹性变形弹性变形阶段；阶段；在压力最高点达到弹性极限，煤岩存在压力最高点达到弹性极限，煤岩存在不可恢复的在不可恢复的塑性变形塑性变形发生破裂；发生破裂；岩石内薄弱面以及充填物质的影响，岩石内薄弱面以及充填物
39、质的影响，变形及断裂模式差异明显（如变形及断裂模式差异明显（如A1、A4）3.煤层气压裂增产与配套技术煤层气压裂增产与配套技术裂缝延伸受地应力和天然裂缝（割理）双重控制，表现为双翼、单翼和网状裂缝延伸受地应力和天然裂缝（割理）双重控制，表现为双翼、单翼和网状等不同延伸形式等不同延伸形式人工裂缝扩张极不规则，人工裂缝扩张极不规则，曲折延伸且缝面呈阶梯状曲折延伸且缝面呈阶梯状网状缝网状缝对称双翼缝对称双翼缝单翼缝单翼缝3.煤层气压裂增产与配套技术煤层气压裂增产与配套技术单学军等，单学军等，2005实际监测的裂缝形态实际监测的裂缝形态对称对称不等长双翼缝不等长双翼缝单翼缝单翼缝水平与垂直交错缝水平与
40、垂直交错缝3.煤层气压裂增产与配套技术煤层气压裂增产与配套技术压裂液压裂液压裂液压裂液活性水压裂：价格便宜，对煤层伤害小；但活性水压裂：价格便宜，对煤层伤害小；但携砂差，难以实现携砂差，难以实现现有支撑剂的长距离输送；现有支撑剂的长距离输送；线性胶及冻胶压裂液线性胶及冻胶压裂液 ：粘度高，携砂强，但：粘度高，携砂强，但有残渣、伤害大；有残渣、伤害大；清洁压裂液清洁压裂液 ：携砂好，易破胶，伤害小，但：携砂好，易破胶，伤害小，但价格贵且存在表面价格贵且存在表面活性剂化学吸附；活性剂化学吸附；二氧化碳压裂：携砂好，伤害小，价格贵，二氧化碳压裂：携砂好，伤害小，价格贵，有助于煤层气的解有助于煤层气的
41、解吸。吸。3.1.4工程材料与工艺方法的不足工程材料与工艺方法的不足3.煤层气压裂增产与配套技术煤层气压裂增产与配套技术砂堵：砂堵：支撑剂颗粒密度与压裂液密度支撑剂颗粒密度与压裂液密度差异，压裂液滤失等控制差异，压裂液滤失等控制嵌入：嵌入：支撑剂几何、机械与表面支撑剂几何、机械与表面特性影响特性影响回流反吐：回流反吐：煤层机械特性、后期煤层机械特性、后期（抽吸）排采影响（抽吸）排采影响有效支撑有效支撑有效导流有效导流支撑剂支撑剂支撑剂支撑剂 陶粒：陶粒：陶粒：陶粒：颗粒相对密度可达颗粒相对密度可达3.0以上以上 石英砂：石英砂：石英砂：石英砂：颗粒相对密度颗粒相对密度2.65 纤维加砂、树脂包
42、裹：纤维加砂、树脂包裹：纤维加砂、树脂包裹：纤维加砂、树脂包裹：防嵌入与回流反吐防嵌入与回流反吐核心目标：核心目标：建立导流能力建立导流能力两道难题：两道难题：输送到位、有效支撑输送到位、有效支撑3.煤层气压裂增产与配套技术煤层气压裂增产与配套技术工艺方法工艺方法工艺方法工艺方法 常规的主流方法：常规的主流方法：常规的主流方法：常规的主流方法：单井水力加砂压裂单井水力加砂压裂（包括采用特殊（包括采用特殊（包括采用特殊（包括采用特殊压裂液等工压裂液等工压裂液等工压裂液等工艺艺艺艺方法），致力于形成长裂缝，但目标难以实现（动态缝杂乱、方法），致力于形成长裂缝，但目标难以实现（动态缝杂乱、方法），致
43、力于形成长裂缝，但目标难以实现（动态缝杂乱、方法），致力于形成长裂缝，但目标难以实现（动态缝杂乱、支撑缝短小）支撑缝短小）支撑缝短小）支撑缝短小）主流方法的演化：从主流方法的演化：从主流方法的演化：从主流方法的演化：从单井压裂到多井同步大排量水力诱导单井压裂到多井同步大排量水力诱导，利用利用利用利用煤层节理发育的特点，但不适合在高构造挤压部位或层状煤。煤层节理发育的特点，但不适合在高构造挤压部位或层状煤。煤层节理发育的特点，但不适合在高构造挤压部位或层状煤。煤层节理发育的特点，但不适合在高构造挤压部位或层状煤。新兴技术的初步研究：新兴技术的初步研究：新兴技术的初步研究：新兴技术的初步研究：高压
44、水射流高压水射流 （成孔）压裂技术（成孔）压裂技术，理论上优，理论上优，理论上优，理论上优势明显，缺乏实践支撑，防坍塌、防煤粉反吐是有效成孔的关键。势明显，缺乏实践支撑，防坍塌、防煤粉反吐是有效成孔的关键。势明显，缺乏实践支撑，防坍塌、防煤粉反吐是有效成孔的关键。势明显，缺乏实践支撑，防坍塌、防煤粉反吐是有效成孔的关键。3.煤层气压裂增产与配套技术煤层气压裂增产与配套技术3.1煤层气储层特征及压裂难点煤层气储层特征及压裂难点3.2国内外煤层气增产技术现状国内外煤层气增产技术现状国外煤层气增产技术发展现状国外煤层气增产技术发展现状国内煤层气增产技术发展现状国内煤层气增产技术发展现状目前存在的问题
45、目前存在的问题3.3煤层气增产技术发展趋势煤层气增产技术发展趋势3.煤层气压裂增产与配套技术煤层气压裂增产与配套技术美国美国从从8080年代初开始进行煤层气的勘探和开发，是世界上第一年代初开始进行煤层气的勘探和开发，是世界上第一个率先成功实现个率先成功实现煤层气商业性开发煤层气商业性开发的国家。的国家。3.2.1国外煤层气增产技术发展现状国外煤层气增产技术发展现状u美国美国3.煤层气压裂增产与配套技术煤层气压裂增产与配套技术煤层气开采早期，煤层气开采早期，大井组直井压裂技术大井组直井压裂技术曾广泛应用于圣胡安、曾广泛应用于圣胡安、黑勇士中煤阶含煤盆地的煤层气开发之中，其技术关键在于黑勇士中煤阶
46、含煤盆地的煤层气开发之中，其技术关键在于钻大井钻大井组压裂后长期、连续抽排组压裂后长期、连续抽排，大面积降压后煤层吸附的甲烷气大量解，大面积降压后煤层吸附的甲烷气大量解吸而产出。吸而产出。1989-2003年形成了针对不同地质背景的理论与开发技术，最年形成了针对不同地质背景的理论与开发技术，最大限度地大限度地保护储层，降低伤害保护储层，降低伤害是不同技术的共同特征。是不同技术的共同特征。圣胡安盆地以圣胡安盆地以裸眼洞穴法完井裸眼洞穴法完井为主，为主，黑勇士盆地、拉顿盆地等以黑勇士盆地、拉顿盆地等以套管完井加压裂套管完井加压裂为主，为主，粉河盆地以粉河盆地以钻井钻井-洗井技术洗井技术为主，为主，
47、阿巴拉契亚盆地采用阿巴拉契亚盆地采用羽状水平井技术羽状水平井技术。3.煤层气压裂增产与配套技术煤层气压裂增产与配套技术集钻井、增产集钻井、增产技术于一身技术于一身以以CDX公司羽状水平井公司羽状水平井为代表，在西弗吉尼亚石炭系（焦煤为代表，在西弗吉尼亚石炭系（焦煤Ro1.5%、煤厚煤厚1.22-2m、煤层含气量、煤层含气量8.5-15.6m3/t、煤层渗透率、煤层渗透率3-4md）进行开采，）进行开采，单井日产气单井日产气3.4-5.6万万m3，较前期产量提高，较前期产量提高10倍，倍，8年采出可采储量年采出可采储量85%。3.煤层气压裂增产与配套技术煤层气压裂增产与配套技术上世纪九十年代中后
48、期，上世纪九十年代中后期，采用新技术开发新盆地采用新技术开发新盆地，是美国煤层气产，是美国煤层气产量大幅度增长的主要因素量大幅度增长的主要因素粉河盆地低煤阶粉河盆地低煤阶洞穴完井技术洞穴完井技术，2004年产量年产量95亿亿m3；中阿巴拉契亚高煤阶中阿巴拉契亚高煤阶定向羽状水平井技术定向羽状水平井技术，2004年产量年产量20亿亿m3。3.煤层气压裂增产与配套技术煤层气压裂增产与配套技术煤层气煤层气新型压裂液技术新型压裂液技术&连续油管压裂连续油管压裂针对煤层开发新型压裂液技术，针对煤层开发新型压裂液技术，加强煤层脱水加强煤层脱水，不仅能够，不仅能够保持煤层表面的润保持煤层表面的润湿性，湿性，
49、还能还能减少微粒运移减少微粒运移（黑勇士煤层气井使用该技术产量增加（黑勇士煤层气井使用该技术产量增加38%38%）。）。连续油管的应用可以使有效处理的单井净产层百分率提高连续油管的应用可以使有效处理的单井净产层百分率提高10%10%22%22%。根据现。根据现场作业经验，场作业经验，CTCT压裂提高了工作效率。压裂提高了工作效率。3.煤层气压裂增产与配套技术煤层气压裂增产与配套技术加拿大加拿大煤层气开发的起步时间基本与中国开展煤层气工作的时间煤层气开发的起步时间基本与中国开展煤层气工作的时间相当，勘探工作始于相当，勘探工作始于19761976年。年。21 21 世纪初以来，根据煤层气地质条件世
50、纪初以来，根据煤层气地质条件 (以低变质煤为主，多煤层、以低变质煤为主，多煤层、含水少含水少)，注重发展，注重发展连续油管压裂、二氧化碳注入、多分支水平羽状井、连续油管压裂、二氧化碳注入、多分支水平羽状井、煤与瓦斯共采煤与瓦斯共采等技术，降低了煤层气开采成本。等技术，降低了煤层气开采成本。3.煤层气压裂增产与配套技术煤层气压裂增产与配套技术3.2.1国外煤层气增产技术发展现状国外煤层气增产技术发展现状u加拿大加拿大Mist-FracSM：采用采用高效泡沫加砂压裂高效泡沫加砂压裂，压裂液，压裂液对煤层几乎没有伤害，比用纯氮气压对煤层几乎没有伤害，比用纯氮气压裂获得的产量高。裂获得的产量高。优点：