美国页岩气勘探开发关键技术.pdf

石油机械
—78—CHINAPETROLEUMMACHINERY2011年第39卷第9期

国外石油机械

美国页岩气勘探开发关键技术

黎红胜1，2汪海阁1纪国栋1，2温慧芸3
(1.中国石油集团钻井工程技术研究院2.中国石油勘探开发研究院3.中国石油大学(北京))

摘要近10年来，随着新技术的推广应用，美国页岩气产量迅速增长，目前已经占到天然气
总产量的13%～15%。总结了美国页岩气开发取得如此大的成就的原因，介绍了以下几项关键技
术:前期的页岩气藏分析、地层评价、岩石机械特性地质力学分析、中期的钻井技术、完井技术
以及后期的压裂增产技术，其中压裂技术方面又分别介绍了清水压裂技术、重复压裂技术、水平
井分段压裂技术以及同步压裂技术。美国页岩气勘探开发的这些关键技术将对国内页岩气的开发
有一定的借鉴意义。

关键词页岩气勘探开发地层评价钻井完井压裂

产并有所下降，生产寿命可达25a以上。美国页岩
0引言气资源丰富，致密页岩分布范围广，有效厚度大，
有机质丰富，含气量大，裂缝系统发育，原始地质
美国页岩气资源量达16.9万亿m3，可开采资储量丰富，岩石埋深和粘度含量相对较低，有利于
源量7.47万亿m3。至20世纪90年代末，美国页实施水力压裂，规模生产效果比较好。美国已经将
岩气产量一直徘徊在(30～50)亿m3/a。2000年具有合适页岩气类型、有机质含量、成熟度、孔隙
新技术的应用及推广，使得页岩气产量迅速增长。度、渗透率、含气饱和度以及裂缝发育等综合条件
［］
2005年进入大规模勘探开发，成功开发了沃思堡的页岩作为开采目标1。
等5个盆地的页岩气田，产量以100亿m3/a的速
度增长。2008年产量达到600亿m3，占美国天然2地层评价
气总产量的8%，相当于中国石油当年天然气总产
量，目前则已占到天然气总产量的13%～15%。页岩气藏评价是一套综合的石油物理方法，主
截至2008年底，美国累计生产页岩气3316亿m3。要是通过结合对页岩岩样的地球化学分析以及对测
预计2015年美国页岩气产量将达到2800亿m3。井资料的详细评价结果来完成。主要目的是为了确
自2009年以来，北美的页岩气开发发生了革命性定岩样是否含有丰富的有机质，以及是否可以形成
的变化，目前美国已取代俄罗斯成为世界最大的天碳氢化合物。
然气生产国，实现了自给自足并能连续开采上百成功页岩气藏产生的因素可以概括为“五高、
年。美国页岩气快速发展是技术进步、需求推动和二低、一体”，即:高孔隙度，高基质渗透率，高
政策支持等多种因素合力作用的结果。从技术进步有机质含量和成熟度，高的水力压裂裂缝接触范
角度来看，则主要得益于以下几方面的关键技术:围;低岩石敏感性，低压裂后颗粒产出;大范围的
前期的页岩气藏分析、地层评价、岩石力学分析、均质连续岩体。通过分析岩心和测井资料，地质学
后期的钻完井技术以及压裂增产技术。家可以评价井筒范围的非均质性。通过对岩屑进行
岩石力学分析可以确定页岩类型，再结合多井
1美国页岩气藏特点分析TOC测量数据和测井分析，能够对盆地中储层潜
力进行初步评估。许多地球化学实验室都采用法国
美国页岩气藏具有典型的衰竭特点，初始产量石油研究院开发的程序化热解技术来描述有机物的
高，前3年急剧下降，随后在很长的时间里保持稳丰富程度。也可以通过镜质体反射率鉴定样品的热
2011年第39卷第9期黎红胜等:美国页岩气勘探开发关键技术—79—

成熟度。由于形成气窗的温度范围要比形成油窗的比。泊松比=横向应变/轴向应变，轴向应变=长
温度范围大，所以气的热成熟度值要大于油的度变化量初始长度，横向应变宽度变化量初始
Ro/=/
值成熟度值高()表示干气占主导宽度通过单轴抗压强度测试可以得出应力与应变
Ro。Ro＞1.5%。
地位，成熟度值中等()表示在的关系通常情况下人们对于岩石应力一般采用各
1.1%＜Ro＜1.5%。
该范围内的低端，气有不断向油转化的趋势。在向同性应力公式，但实际上各向异性对岩石的力学
范围内能够发现湿气值低性质和应力都有影响下面分别是各向同性和各向
0.8%＜Ro＜1.1%。Ro。
()时油占主导地位，而异性情况下的最小水平主应力公式
0.6%＜Ro＜0.8%Ro＜。
0.6%时干酪根发育不成熟。常见的成熟度指标有基各向同性应力:
于显微镜测量的孢子颜色热变指数和热解温度评估。v
σ=(σ－αp)+αp(1)
通过测井可以对页岩的其他性质进行评价，一般情h1－vobrr
况下含气页岩测井结果与普通页岩相比，含气页岩各向异性应力:
具有自然伽马高电阻率大地层体积密度和光电Ev
、、σ=HV(σ－αp)+αp(2)
hE1－vobrr
效应低等特征。通过测井资料还可以确定页岩中复VH
式中，表示最小水平主应力，表示泊松