CN103161434A - 一种页岩气等低渗透油气藏开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明页岩气等低渗透油气藏开采方法，包括：设置一口主井，在主井周围的储层内设立不少于三个的辅助洞穴，在洞穴内主要通过聚能爆破进行储层改造；从而增加裂隙,并使裂隙与主井相互沟通；洞穴改造完成后保留洞穴并封井，通过主井进行生产排采。洞穴的完井方式可为分支定向井或丛式井或为两者的组合。洞穴之间以及洞穴与主井之间的距离为10～2000米，洞穴直径不小于150毫米。该发明克服了开发低渗透油气藏必须打水平井、多段压裂等技术偏见，为全面推进低渗透油气的产业化，提供了一种施工简单，对技术设备要求低，不大量依赖水源，占地面积小，应用面广的新井型、新方法。

Description

一种页岩气等低渗透油气藏开采方法

技术领域

本发明属于油气藏开采技术，涉及一种低渗透油气藏开采方法。

背景技术

能源是社会和经济发展的基础,是人类的生活和生产要素。日本大地震后核电危机的影响，进一步加剧了全球对传统能源的重视和依赖。页岩气等低渗透油气藏的一个显著特点就是低渗透率，难以采用常规油气井的开采方法进行生产排采。中国的低渗透油气资源非常丰富，仅页岩气资源面积就达300万平方公里,具有巨大的资源潜力和勘探开发远景。它们的成功开发不仅将改善中国能源结构，缓解油气资源的需求压力，实现能源供给的多元化，向清洁能源经济模式转变，而且还会进一步保障国家能源安全。

然而，页岩气等低渗透油气藏的开采一般都属于天然气工业中最前沿的技术。以页岩气为例，它被束缚在致密的、几乎没有孔隙和裂缝的页岩(烃源岩)里，须通过人工制造裂缝，形成气体通道，让气体流入井筒，进入采集系统，最后进入集输管道。这其间的技术难度，使页岩气的开发利用一直可望而不可即。即使目前，世界上也只有少数北美国家(主要是美国，有五万多口页岩气生产井)实现了页岩气的商业化开采。美国的页岩气开采技术，主要有水平井＋多段压裂、清水压裂、重复压裂以及近年来出现的同步压裂技术。其核心技术就是水平井技术和多段压裂技术。中国目前还处于探索阶段，仅施工不足百口的探井，在生产开发上处于“空白”。

在常规油藏开采中，中国已经采用水平钻井与水力压裂，但对于如何应用于页岩层，尤其是十几段以上的压裂技术还没有取得突破。上天容易，入地难。水平井技术本身风险较高。页岩层长水平井段钻井过程中井壁垮塌是制约水平段钻井的重要技术难题,中国已施工的探井水平段无一例外均遭遇钻井液漏失，缩径、憋泵、糊钻、卡钻、埋钻等工程事故，若处理不好会导致价值不菲的水平井钻具埋藏于地下。即便技术和经验相对领先的美国，近年来在页岩气开发中也屡遭挫折。埃克森美孚公司2012年2月初宣布该公司在波兰的两口页岩气勘探井产气情况很不理想，未能达到商业开采标准。而此前在匈牙利，该公司的一口页岩气勘探井也因开采出的几乎全是水而被迫放弃，导致超过7500万美元的投资化为乌有。采用成熟工艺、简单设备，降低工程风险就意味着降低成本。

压裂技术主要是通过地面设备向地下输送压裂液以达到破碎储层的目的。这种方式会给水资源的保护、水体污染和环境保护带来巨大挑战。美国目前有32个州采用水力压裂法开采页岩气。美国巴奈特地区一口水平井的用水量至少为1.37万吨，并随着井深的增加而增加。与此同时，平均只有10%的压裂能够一次起到作用，一些水平井需要压裂十多次，一口页岩气井最终需水20多万吨。如此巨大的用水量，带来的是用水来源与废水回收等一系列问题。由于水中添加了用于辅助破坏储层的化学物质，渗入地下的水存在回流到地表的可能性，如果防卫措施不到位，会污染土地及地下水源。另外，在水平井钻井、完井及压裂过程中会产生甲烷气泄漏，污染环境。美国的一些人口较稠密的州,如纽约州就通过法律手段禁止通过压裂技术开采城市周围的页岩气，避免环境破坏。在欧洲数个小规模页岩气项目都因存在环境隐患而被叫停，如法国议会立法禁用水力压裂法开采页岩气。中国人均占有土地和水资源的数量远逊于美国，在很多地区，水资源已经严重短缺且质量低下，长期过度的开发将使中国生态环境更脆弱。资料显示，页岩气井场面积为常规天然气的十几倍，井网密度是常规天然气的10倍，钻井数量则是常规天然气的上百倍。在中国坚守18亿亩耕地红线的前提下，减少钻井数量必然与页岩气开发相矛盾。

压裂本身属于大型工程，风险、成本高。在美国的页岩气开采区，数以万计立方米的水通过卡车输送到压裂井场，以美国的约翰逊县为例，一口水平井压裂需要配备100名运输作业者。另外，压裂技术在理论及生产实践上，也存在一些缺陷，如存在逢间干扰以及以水为主的压裂液会引起一些泥页岩膨胀堵塞孔隙；压裂裂隙的扩展方向受地层主应力导向明显，呈条带状，主应力垂直方向则裂隙较少，分布极不均匀；高分贝的压裂噪声会影响周围居民的健康，在保护区附近，可能会引起一些濒危动物的迁徙。

要开发新兴的非常规能源，需要先进的技术。要掌握先进的技术其中一种方式就是与国外公司合作，引进、消化他们的技术。这种方式除了在能源外包方面存在的一些弊端，还存在外国现有技术对中国复杂地质情况的适应性问题。研究表明，中国页岩气形成的地质背景比北美地区复杂，多期次构造运动叠加、改造，储层埋深大，断层、褶皱远较美国发育，美国现有技术能否适用于中国有待于验证，中国目前已完工的探井也表明出气率较差。

中国专利201110064277.7公开了一种通过爆炸方式增加页岩气采收率的方法及装置，受保护井筒及设备的限制，药量不能太大，故爆破影响范围有限，可动用的储量较少。

发明内容

本发明的目的是提供一种全新的、并且施工简单，对技术设备要求低，风险低、污染少、消耗少、占地少、成本低、效率高的页岩气等低渗透油气藏开采方法。 

本发明页岩气等低渗透油气藏开采方法；包括：设置一口主井，在主井周围的储层内设立不少于三个的辅助洞穴，在所述洞穴内主要通过爆破进行储层改造；从而增加裂隙,并使裂隙与主井相互沟通；辅助洞穴改造后保留洞穴并封井，主井进行生产排采。

此外，作为优化所述主井的完井方式可以为直井或斜井。所述辅助洞穴的完井方式可为分支定向井或丛式井或为两者的组合。所述辅助洞穴之间的水平距离，以及辅助洞穴与主井之间的水平距离为10～2000米，辅助洞穴直径不小于150毫米。所述辅助洞穴改造完成后保留洞穴并封井。所述储层改造还包括裂隙的监测与评估。所述辅助洞穴还包括洞穴间距、洞穴水平位移、洞穴分布型式、洞穴直径、洞穴个数、爆破药量的设计以及辅助洞穴井封井设计。

本发明页岩气等低渗透油气藏开采方法的爆破方式主要为聚能爆破，聚能方向为储层延伸方向。作为优化所述聚能爆破对于厚层储层采用自下而上方式依次进行。所述聚能爆破对于多储层，先完成下部储层聚能爆破并封井后，再对上部储层完成造穴及聚能爆破。所述聚能爆破对于坚硬不易垮塌的储层进行两次或两次以上重复爆破。所述储层改造还包括高能气体压裂、层内爆破、水力压裂、酸化压裂。所述聚能爆破，可通过油管或测井电缆进行。

完成本发明的主要工艺有：直井和定向斜井设计及钻井、建造洞穴，爆破，“架桥”封孔，裂隙监测与评估，固井射孔及压裂等。直井、定向斜井设计及钻井均为现有成熟钻井工艺；建造洞穴，爆破，“架桥”封孔，裂隙监测与评估，固井射孔和直井及斜井压裂等均为现有技术。其中，直井和定向斜井的工艺参数和井身结构与现有常规油气井基本相同，不同之处是本发明的定向斜井主要功能是储层改造，一般不用于排采；辅助洞穴直径不小于150毫米；洞穴间距（相邻洞穴之间的距离）和洞穴水平位移（洞穴距离主井的距离）在10～2000米之间；洞穴布置有三角形网、矩形网、菱形网、圆形网、椭圆形网和以及其它不规则多边形等。不同的区域，应根据地质及储层情况进行优化，确定最佳的洞穴直径、洞穴水平位移、洞穴间距、靶区范围、爆破药量和洞穴分部样式、个数以及辅助洞穴井封井设计。聚能爆破：使爆破产生的裂隙延伸方向平行于储层延伸方向。可采用固体或液体炸药，并进行重复爆破，或配合高能气体压裂以及层内爆破。直井或斜井压裂则根据造穴及爆破效果，确定是否需要，以及合适的压裂规模、压裂材料等。该压裂不是必需的，只是一种辅助手段，且压裂规模也远小于水平井压裂。

本发明具有的突出的实质性特点和显著效果如下：

1、本发明工程施工风险低。由于采用现有成熟工艺，常规设备，能大大降低工程风险。即使某处洞穴改造失败，也不会影响其它洞穴改造效果，更不会造成全井报废。

2、本发明克服技术偏见。它采用多点建造洞穴，洞穴内聚能爆破，能保持裂缝系统的连续性和有效性，进而扩大改造范围和排采面积；多次重复聚能爆破，可以使裂隙发育更全面，更广泛，避免了压裂裂隙的片面性和局部性；克服了开发低渗透油气藏必须打水平井、多段压裂等现有技术偏见；由于较少采用水力压裂，避免了一些岩层遇水膨胀堵塞油气通道问题；由于储层改造是在距离主井眼一定距离的范围内进行，能避免主井坍塌影响排采，可以保护主井眼，减少主井维修。

3、成本低。本发明单井有效排采面积大，能减少生产井眼，从而减少井场和占地面积，降低井网密度，降低钻前工程（如修路等）、设备搬迁、地面管线等，也便于后期管理；不受环境地形影响，能避开有地质问题的地层钻进；工艺简单，并且不大量依赖水源；炸药成本远比压裂成本低，而且高效。

4、有利于环境保护，提高综合效益。井网密度低，占地面积少，修路少，对地表环境破坏少；压裂规模小压裂次数少甚至不需要，减少了对地下水的污染；钻井及完井过程中，不像水平井多段压裂那样造成大量天然气泄漏，对大气污染少。

5、应用范围广。本发明除了可用于提高低渗透的页岩气藏的渗透率，从而提高采收率外，还可用于其它诸如致密砂岩气、碳酸岩气、盆地中心气、煤层气和低渗透油藏；可用于改造一些已完工但产能比较低或不产油气的生产井；不仅能显著提高低渗透油气藏的采收率，还有可能把一些目前还不可采的低渗透油气藏改造成可采资源；不仅可用于陆面，更可用于水上。

附图说明

图1为本发明页岩气等低渗透油气藏开采方法井型示意图。

具体实施方式

下面结合实施例说明本发明。

（1）某页岩气储层，埋深1000米，厚度50米。如图1所示，为本发明井型示意图。在所述主井(1)周围的储层内，通过定向井建造辅助洞穴(2)，在洞穴(2)内进行以聚能爆破为主的储层改造，制造人工裂缝，然后封闭储层（10）以上的地层；在主井周围一定范围的储层（10）内，通过多处造穴爆破改造储层（10）；储层（10）在聚能爆破过程中产生拉张裂隙，由于洞穴存在一定空间，后期应力均衡过程中，继续发生张性与剪切破坏，产生新裂缝，大大增大了储层的天然裂隙网络和储层的比表面积，最终形成主井眼周围大面积渗流通道；扩大了有效排采面积，降低井网密度。

主要工艺有：直井和定向斜井钻井、建造洞穴，爆破，“架桥”封孔，固井射孔及压裂等。其中主井为直井，技术参数与常规天然气生产直井相同；辅助洞穴井为分支定向井和丛式井，辅助洞穴56个，分支定向井和丛式井钻井及造穴采用油基钻井液，洞穴直径为1.20米；洞穴间距和洞穴水平位移最小为10米，最大为620米。聚能爆破每米药量56千克（重复爆破），单穴药量2800千克，总需炸药156800千克。其中四个距离主井最近的辅助洞穴内辅以高能气体压裂的方式。单井控制面积1.20平方公里。

(2)某致密砂岩气储层，埋深1800米，厚度20米。

钻完井工艺基本同实施例（1），也可采用水基钻井液。其中主井为直井，技术参数与常规天然气生产直井相同；辅助洞穴井为分支定向井，辅助洞穴40个，洞穴直径1.00米，洞穴间距和洞穴水平位移最小为40米，最大为500米。聚能爆破每米药量56千克（重复爆破），单穴药量1120千克，共需炸药44800千克。其中四个辅助洞穴内采用先聚能爆破，后水力压裂的方式。单井控制面积1.10平方公里。

(3)某碳酸盐岩储层（两层），埋深2000和2100米，厚度12米和10米。

钻完井工艺基本同实施例（1），可采用水基钻井液。其中主井为直井，技术参数与常规油气藏生产直井相同；辅助洞穴井为分支定向井，每层辅助洞穴26个，共计52个，施工顺序先下后上；洞穴间距和洞穴水平位移最小为20米，最大为460米，洞穴直径0.80米，聚能爆破每米药量56千克（重复爆破），共需炸药32032千克。其中六个辅助洞穴内（上下两层各三个）采用先聚能爆破，后压裂的方式。在洞穴改造完成后，封闭前进行酸化压裂处理。单层控制面积0.66平方公里，单井双层合计控制面积1.32平方公里。

(4)某页岩油储层，埋深1800米，厚度30米。

钻完井工艺基本同实施例（1），采用油基钻井液。其中主井为直井，技术参数与常规油藏生产直井相同；辅助洞穴井为分支定向井，辅助洞穴45个，洞穴直径1.50米，洞穴间距和洞穴水平位移最小为30米，最大为550米。聚能爆破每米药量56千克（重复爆破），单穴药量1680千克，聚能爆破共需炸药75600千克。其中四个辅助洞穴内采用先聚能爆破，后层内爆破的方式。单井控制面积0.95平方公里。

尽管已结合多个实例详细地说明了本发明，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的人均可从本发明的附图、说明书和权力要求书中看出本发明的其它优点，进而可轻易想到做出各种改变或替换，如钻完井技术的改变、辅助洞穴分布样式的调整、钻井液的变化、压裂液和压裂材料的改进、爆破方式和酸化液体的变化、洞穴与主井的施工顺序等等，都涵盖在本发明的保护范围之内。本发明包括属于其权利要求书范围内的所有改变或变形。

Claims (9)

1.一种页岩气等低渗透油气藏开采方法；其特征在于包括：设置一口主井，在主井周围的储层内设立不少于三个的辅助洞穴，在所述洞穴内主要通过爆破进行储层改造；从而增加裂隙,并使裂隙与主井相互沟通；辅助洞穴改造后保留洞穴封井，主井进行生产排采。

2.根据权利要求1所述的开采方法，其特征在于所述主井的完井方式为直井或斜井。

3.根据权利要求1所述的开采方法，其特征在于所述辅助洞穴的完井方式为分支定向井或丛式井或为两者的组合。

4.根据权利要求1、3所述的开采方法，其特征在于所述辅助洞穴之间的水平距离，以及辅助洞穴与主井之间的水平距离为10～2000米，辅助洞穴直径不小于150毫米。

5.根据权利要求1所述的开采方法，其特征在于所述爆破为聚能爆破，聚能方向为储层延伸方向。

6.根据权利要求1所述的开采方法，其特征在于所述辅助洞穴改造后封井是指封闭洞穴井储层以上地层，保留储层内洞穴。

7.根据权利要求1所述的开采方法，其特征在于所述储层改造还包括高能气体压裂、层内爆破、水力压裂、酸化压裂。

8.根据权利要求5所述的开采方法，其特征在于所述聚能爆破对于厚层储层采用自下而上方式依次进行；所述聚能爆破对于多储层，先完成下部储层聚能爆破保留洞穴并封井后，再对上部储层完成造穴及聚能爆破。

9.根据权利要求5、8所述的开采方法，其特征在于所述聚能爆破对于坚硬不易垮塌的储层进行两次或两次以上重复爆破。

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