專利名稱：一種頁(yè)巖氣等低滲透油氣藏開采方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油氣藏開采技術(shù)，涉及一種低滲透油氣藏開采方法。
背景技術(shù)：
能源是社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，是人類的生活和生產(chǎn)要素。日本大地震后核電危機(jī)的影響，進(jìn)一步加劇了全球?qū)鹘y(tǒng)能源的重視和依賴。頁(yè)巖氣等低滲透油氣藏的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是低滲透率，難以采用常規(guī)油氣井的開采方法進(jìn)行生產(chǎn)排采。中國(guó)的低滲透油氣資源非常豐富，僅頁(yè)巖氣資源面積就達(dá)300萬(wàn)平方公里，具有巨大的資源潛力和勘探開發(fā)遠(yuǎn)景。它們的成功開發(fā)不僅將改善中國(guó)能源結(jié)構(gòu)，緩解油氣資源的需求壓力，實(shí)現(xiàn)能源供給的多元化，向清潔能源經(jīng)濟(jì)模式轉(zhuǎn)變，而且還會(huì)進(jìn)一步保障國(guó)家能源安全。然而，頁(yè)巖氣等低滲透油氣藏的開采一般都屬于天然氣工業(yè)中最前沿的技術(shù)。以頁(yè)巖氣為例，它被束縛在致密的、幾乎沒有孔隙和裂縫的頁(yè)巖(烴源巖)里，須通過人工制造裂縫，形成氣體通道，讓氣體流入井筒，進(jìn)入采集系統(tǒng)，最后進(jìn)入集輸管道。這其間的技術(shù)難度，使頁(yè)巖氣的開發(fā)利用一直可望而不可即。即使目前，世界上也只有少數(shù)北美國(guó)家(主要是美國(guó)，有五萬(wàn)多口頁(yè)巖氣生產(chǎn)井)實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖氣的商業(yè)化開采。美國(guó)的頁(yè)巖氣開采技術(shù)，主要有水平井+多段壓裂、清水壓裂、重復(fù)壓裂以及近年來出現(xiàn)的同步壓裂技術(shù)。其核心技術(shù)就是水平井技術(shù)和多段壓裂技術(shù)。中國(guó)目前還處于探索階段，僅施工不足百口的探井，在生產(chǎn)開發(fā)上處于“空白”。在常規(guī)油藏開采中，中國(guó)已經(jīng)采用水平鉆井與水力壓裂，但對(duì)于如何應(yīng)用于頁(yè)巖層，尤其是十幾段以上的壓裂技術(shù)還沒有取得突破。上天容易，入地難。水平井技術(shù)本身風(fēng)險(xiǎn)較高。頁(yè)巖層長(zhǎng)水平井段鉆井過程中井壁垮塌是制約水平段鉆井的重要技術(shù)難題，中國(guó)已施工的探井水平段無一例外均遭遇鉆井液漏失，縮徑、憋泵、糊鉆、卡鉆、埋鉆等工程事故，若處理不好會(huì)導(dǎo)致價(jià)值不菲的水平井鉆具埋藏于地下。即便技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)相對(duì)領(lǐng)先的美國(guó)，近年來在頁(yè)巖氣開發(fā)中也屢遭挫折。?？松梨诠?012年2月初宣布該公司在波蘭的兩口頁(yè)巖氣勘探井產(chǎn)氣情況很不理想，未能達(dá)到商業(yè)開采標(biāo)準(zhǔn)。而此前在匈牙利，該公司的一口頁(yè)巖氣勘探井也因開采出的幾乎全是水而被迫放棄，導(dǎo)致超過7500萬(wàn)美元的投資化為烏有。采用成熟工藝、簡(jiǎn)單設(shè)備，降低工程風(fēng)險(xiǎn)就意味著降低成本。壓裂技術(shù)主要是通過地面設(shè)備向地下輸送壓裂液以達(dá)到破碎儲(chǔ)層的目的。這種方式會(huì)給水資源的保護(hù)、水體污染和環(huán)境保護(hù)帶來巨大挑戰(zhàn)。美國(guó)目前有32個(gè)州采用水力壓裂法開采頁(yè)巖氣。美國(guó)巴奈特地區(qū)一口水平井的用水量至少為1.37萬(wàn)噸，并隨著井深的增加而增加。與此同時(shí)，平均只有10%的壓裂能夠一次起到作用，一些水平井需要壓裂十多次，一口頁(yè)巖氣井最終需水20多萬(wàn)噸。如此巨大的用水量，帶來的是用水來源與廢水回收等一系列問題。由于水中添加了用于輔助破壞儲(chǔ)層的化學(xué)物質(zhì)，滲入地下的水存在回流到地表的可能性，如果防衛(wèi)措施不到位，會(huì)污染土地及地下水源。另外，在水平井鉆井、完井及壓裂過程中會(huì)產(chǎn)生甲烷氣泄漏，污染環(huán)境。美國(guó)的一些人口較稠密的州，如紐約州就通過法律手段禁止通過壓裂技術(shù)開采城市周圍的頁(yè)巖氣，避免環(huán)境破壞。在歐洲數(shù)個(gè)小規(guī)模頁(yè)巖氣項(xiàng)目都因存在環(huán)境隱患而被叫停，如法國(guó)議會(huì)立法禁用水力壓裂法開采頁(yè)巖氣。中國(guó)人均占有土地和水資源的數(shù)量遠(yuǎn)遜于美國(guó)，在很多地區(qū)，水資源已經(jīng)嚴(yán)重短缺且質(zhì)量低下，長(zhǎng)期過度的開發(fā)將使中國(guó)生態(tài)環(huán)境更脆弱。資料顯示，頁(yè)巖氣井場(chǎng)面積為常規(guī)天然氣的十幾倍，井網(wǎng)密度是常規(guī)天然氣的10倍，鉆井?dāng)?shù)量則是常規(guī)天然氣的上百倍。在中國(guó)堅(jiān)守18億畝耕地紅線的前提下，減少鉆井?dāng)?shù)量必然與頁(yè)巖氣開發(fā)相矛盾。壓裂本身屬于大型工程，風(fēng)險(xiǎn)、成本高。在美國(guó)的頁(yè)巖氣開采區(qū)，數(shù)以萬(wàn)計(jì)立方米的水通過卡車輸送到壓裂井場(chǎng)，以美國(guó)的約翰遜縣為例，一口水平井壓裂需要配備100名運(yùn)輸作業(yè)者。另外，壓裂技術(shù)在理論及生產(chǎn)實(shí)踐上，也存在一些缺陷，如存在逢間干擾以及以水為主的壓裂液會(huì)引起一些泥頁(yè)巖膨脹堵塞孔隙；壓裂裂隙的擴(kuò)展方向受地層主應(yīng)力導(dǎo)向明顯，呈條帶狀，主應(yīng)力垂直方向則裂隙較少，分布極不均勻；高分貝的壓裂噪聲會(huì)影響周圍居民的健康，在保護(hù)區(qū)附近，可能會(huì)引起一些瀕危動(dòng)物的遷徙。要開發(fā)新興的非常規(guī)能源，需要先進(jìn)的技術(shù)。要掌握先進(jìn)的技術(shù)其中一種方式就是與國(guó)外公司合作，引進(jìn)、消化他們的技術(shù)。這種方式除了在能源外包方面存在的一些弊端，還存在外國(guó)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)中國(guó)復(fù)雜地質(zhì)情況的適應(yīng)性問題。研究表明，中國(guó)頁(yè)巖氣形成的地質(zhì)背景比北美地區(qū)復(fù)雜，多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加、改造，儲(chǔ)層埋深大，斷層、褶皺遠(yuǎn)較美國(guó)發(fā)育，美國(guó)現(xiàn)有技術(shù)能否適用于中國(guó)有待于驗(yàn)證，中國(guó)目前已完工的探井也表明出氣率較差。中國(guó)專利201110064277.7公開了一種通過爆炸方式增加頁(yè)巖氣采收率的方法及裝置，受保護(hù)井筒及設(shè)備的限制，藥量不能太大，故爆破影響范圍有限，可動(dòng)用的儲(chǔ)量較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種全新的、并且施工簡(jiǎn)單，對(duì)技術(shù)設(shè)備要求低，風(fēng)險(xiǎn)低、污染少、消耗少、占地少、成本低、效率高的頁(yè)巖氣等低滲透油氣藏開采方法。本發(fā)明頁(yè)巖氣等低滲透油氣藏開采方法；包括:設(shè)置一口主井，在主井周圍的儲(chǔ)層內(nèi)設(shè)立不少于三個(gè)的輔助洞穴，在所述洞穴內(nèi)主要通過爆破進(jìn)行儲(chǔ)層改造；從而增加裂隙，并使裂隙與主井相互溝通；輔助洞穴改造后保留洞穴并封井，主井進(jìn)行生產(chǎn)排采。此外，作為優(yōu)化所述主井的完井方式可以為直井或斜井。所述輔助洞穴的完井方式可為分支定向井或叢式井或?yàn)閮烧叩慕M合。所述輔助洞穴之間的水平距離，以及輔助洞穴與主井之間的水平距離為10 2000米，輔助洞穴直徑不小于150毫米。所述輔助洞穴改造完成后保留洞穴并封井。所述儲(chǔ)層改造還包括裂隙的監(jiān)測(cè)與評(píng)估。所述輔助洞穴還包括洞穴間距、洞穴水平位移、洞穴分布型式、洞穴直徑、洞穴個(gè)數(shù)、爆破藥量的設(shè)計(jì)以及輔助洞穴井封井設(shè)計(jì)。本發(fā)明頁(yè)巖氣等低滲透油氣藏開采方法的爆破方式主要為聚能爆破，聚能方向?yàn)閮?chǔ)層延伸方向。作為優(yōu)化所述聚能爆破對(duì)于厚層儲(chǔ)層采用自下而上方式依次進(jìn)行。所述聚能爆破對(duì)于多儲(chǔ)層，先完成下部?jī)?chǔ)層聚能爆破并封井后，再對(duì)上部?jī)?chǔ)層完成造穴及聚能爆破。所述聚能爆破對(duì)于堅(jiān)硬不易垮塌的儲(chǔ)層進(jìn)行兩次或兩次以上重復(fù)爆破。所述儲(chǔ)層改造還包括高能氣體壓裂、層內(nèi)爆破、水力壓裂、酸化壓裂。所述聚能爆破，可通過油管或測(cè)井電纜進(jìn)行。完成本發(fā)明的主要工藝有:直井和定向斜井設(shè)計(jì)及鉆井、建造洞穴，爆破，“架橋”封孔，裂隙監(jiān)測(cè)與評(píng)估，固井射孔及壓裂等。直井、定向斜井設(shè)計(jì)及鉆井均為現(xiàn)有成熟鉆井工藝；建造洞穴，爆破，“架橋”封孔，裂隙監(jiān)測(cè)與評(píng)估，固井射孔和直井及斜井壓裂等均為現(xiàn)有技術(shù)。其中，直井和定向斜井的工藝參數(shù)和井身結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有常規(guī)油氣井基本相同，不同之處是本發(fā)明的定向斜井主要功能是儲(chǔ)層改造，一般不用于排采；輔助洞穴直徑不小于150毫米；洞穴間距(相鄰洞穴之間的距離)和洞穴水平位移(洞穴距離主井的距離)在10 2000米之間；洞穴布置有三角形網(wǎng)、矩形網(wǎng)、菱形網(wǎng)、圓形網(wǎng)、橢圓形網(wǎng)和以及其它不規(guī)則多邊形等。不同的區(qū)域，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)及儲(chǔ)層情況進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳的洞穴直徑、洞穴水平位移、洞穴間距、靶區(qū)范圍、爆破藥量和洞穴分部樣式、個(gè)數(shù)以及輔助洞穴井封井設(shè)計(jì)。聚能爆破:使爆破產(chǎn)生的裂隙延伸方向平行于儲(chǔ)層延伸方向?？刹捎霉腆w或液體炸藥，并進(jìn)行重復(fù)爆破，或配合高能氣體壓裂以及層內(nèi)爆破。直井或斜井壓裂則根據(jù)造穴及爆破效果，確定是否需要，以及合適的壓裂規(guī)模、壓裂材料等。該壓裂不是必需的，只是一種輔助手段，且壓裂規(guī)模也遠(yuǎn)小于水平井壓裂。本發(fā)明具有的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著效果如下:
1、本發(fā)明工程施工風(fēng)險(xiǎn)低。由于采用現(xiàn)有成熟工藝，常規(guī)設(shè)備，能大大降低工程風(fēng)險(xiǎn)。即使某處洞穴改造失敗，也不會(huì)影響其它洞穴改造效果，更不會(huì)造成全井報(bào)廢。2、本發(fā)明克服技術(shù)偏見。它采用多點(diǎn)建造洞穴，洞穴內(nèi)聚能爆破，能保持裂縫系統(tǒng)的連續(xù)性和有效性，進(jìn)而擴(kuò)大改造范圍和排采面積；多次重復(fù)聚能爆破，可以使裂隙發(fā)育更全面，更廣泛，避免了壓裂裂隙的片面性和局部性；克服了開發(fā)低滲透油氣藏必須打水平井、多段壓裂等現(xiàn)有技術(shù)偏見；由于較少采用水力壓裂，避免了一些巖層遇水膨脹堵塞油氣通道問題；由于儲(chǔ)層改造是在距離主井眼一定距離的范圍內(nèi)進(jìn)行，能避免主井坍塌影響排采，可以保護(hù)主井眼，減少主井維修。3、成本低。本發(fā)明單井有效排采面積大，能減少生產(chǎn)井眼，從而減少井場(chǎng)和占地面積，降低井網(wǎng)密度，降低鉆前工程(如修路等)、設(shè)備搬遷、地面管線等，也便于后期管理；不受環(huán)境地形影響，能避開有地質(zhì)問題的地層鉆進(jìn)；工藝簡(jiǎn)單，并且不大量依賴水源；炸藥成本遠(yuǎn)比壓裂成本低，而且高效。4、有利于環(huán)境保護(hù)，提高綜合效益。井網(wǎng)密度低，占地面積少，修路少，對(duì)地表環(huán)境破壞少；壓裂規(guī)模小壓裂次數(shù)少甚至不需要，減少了對(duì)地下水的污染；鉆井及完井過程中，不像水平井多段壓裂那樣造成大量天然氣泄漏，對(duì)大氣污染少。5、應(yīng)用范圍廣。本發(fā)明除了可用于提高低滲透的頁(yè)巖氣藏的滲透率，從而提高采收率外，還可用于其它諸如致密砂巖氣、碳酸巖氣、盆地中心氣、煤層氣和低滲透油藏；可用于改造一些已完工但產(chǎn)能比較低或不產(chǎn)油氣的生產(chǎn)井；不僅能顯著提高低滲透油氣藏的采收率，還有可能把一些目前還不可采的低滲透油氣藏改造成可采資源；不僅可用于陸面，更可用于水上。


圖1為本發(fā)明頁(yè)巖氣等低滲透油氣藏開采方法井型示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例說明本發(fā)明。(I)某頁(yè)巖氣儲(chǔ)層，埋深1000米，厚度50米。如圖1所示，為本發(fā)明井型示意圖。在所述主井⑴周圍的儲(chǔ)層內(nèi)，通過定向井建造輔助洞穴(2)，在洞穴⑵內(nèi)進(jìn)行以聚能爆破為主的儲(chǔ)層改造，制造人工裂縫，然后封閉儲(chǔ)層(10)以上的地層；在主井周圍一定范圍的儲(chǔ)層(10)內(nèi)，通過多處造穴爆破改造儲(chǔ)層(10);儲(chǔ)層(10)在聚能爆破過程中產(chǎn)生拉張裂隙，由于洞穴存在一定空間，后期應(yīng)力均衡過程中，繼續(xù)發(fā)生張性與剪切破壞，產(chǎn)生新裂縫，大大增大了儲(chǔ)層的天然裂隙網(wǎng)絡(luò)和儲(chǔ)層的比表面積，最終形成主井眼周圍大面積滲流通道；擴(kuò)大了有效排采面積，降低井網(wǎng)密度。主要工藝有:直井和定向斜井鉆井、建造洞穴，爆破，“架橋”封孔，固井射孔及壓裂等。其中主井為直井，技術(shù)參數(shù)與常規(guī)天然氣生產(chǎn)直井相同；輔助洞穴井為分支定向井和叢式井，輔助洞穴56個(gè)，分支定向井和叢式井鉆井及造穴采用油基鉆井液，洞穴直徑為1.20米；洞穴間距和洞穴水平位移最小為10米，最大為620米。聚能爆破每米藥量56千克(重復(fù)爆破)，單穴藥量2800千克，總需炸藥156800千克。其中四個(gè)距離主井最近的輔助洞穴內(nèi)輔以高能氣體壓裂的方式。單井控制面積1.20平方公里。(2)某致密砂巖氣儲(chǔ)層，埋深1800米，厚度20米。鉆完井工藝基本同實(shí)施例(I )，也可采用水基鉆井液。其中主井為直井，技術(shù)參數(shù)與常規(guī)天然氣生產(chǎn)直井相同；輔助洞穴井為分支定向井，輔助洞穴40個(gè)，洞穴直徑1.00米，洞穴間距和洞穴水平位移最小為40米，最大為500米。聚能爆破每米藥量56千克(重復(fù)爆破)，單穴藥量1120千克，共需炸藥44800千克。其中四個(gè)輔助洞穴內(nèi)采用先聚能爆破，后水力壓裂的方式。單井控制面積1.10平方公里。(3)某碳酸鹽巖儲(chǔ)層(兩層)，埋深2000和2100米，厚度12米和10米。鉆完井工藝基本同實(shí)施例(I )，可采用水基鉆井液。其中主井為直井，技術(shù)參數(shù)與常規(guī)油氣藏生產(chǎn)直井相同；輔助洞穴井為分支定向井，每層輔助洞穴26個(gè)，共計(jì)52個(gè)，施工順序先下后上；洞穴間距和洞穴水平位移最小為20米，最大為460米，洞穴直徑0.80米，聚能爆破每米藥量56千克(重復(fù)爆破)，共需炸藥32032千克。其中六個(gè)輔助洞穴內(nèi)(上下兩層各三個(gè))采用先聚能爆破，后壓裂的方式。在洞穴改造完成后，封閉前進(jìn)行酸化壓裂處理。單層控制面積0.66平方公里，單井雙層合計(jì)控制面積1.32平方公里。(4)某頁(yè)巖油儲(chǔ)層，埋深1800米，厚度30米。鉆完井工藝基本同實(shí)施例(I )，采用油基鉆井液。其中主井為直井，技術(shù)參數(shù)與常規(guī)油藏生產(chǎn)直井相同；輔助洞穴井為分支定向井，輔助洞穴45個(gè)，洞穴直徑1.50米，洞穴間距和洞穴水平位移最小為30米，最大為550米。聚能爆破每米藥量56千克(重復(fù)爆破)，單穴藥量1680千克，聚能爆破共需炸藥75600千克。其中四個(gè)輔助洞穴內(nèi)采用先聚能爆破，后層內(nèi)爆破的方式。單井控制面積0.95平方公里。盡管已結(jié)合多個(gè)實(shí)例詳細(xì)地說明了本發(fā)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人均可從本發(fā)明的附圖、說明書和權(quán)力要求書中看出本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而可輕易想到做出各種改變或替換，如鉆完井技術(shù)的改變、輔助洞穴分布樣式的調(diào)整、鉆井液的變化、壓裂液和壓裂材料的改進(jìn)、爆破方式和酸化液體的變化、洞穴與主井的施工順序等等，都涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明包括屬于其權(quán)利要求書范圍內(nèi)的所有改變或變形。
權(quán)利要求
1.一種頁(yè)巖氣等低滲透油氣藏開采方法；其特征在于包括:設(shè)置一口主井，在主井周圍的儲(chǔ)層內(nèi)設(shè)立不少于三個(gè)的輔助洞穴，在所述洞穴內(nèi)主要通過爆破進(jìn)行儲(chǔ)層改造；從而增加裂隙，并使裂隙與主井相互溝通；輔助洞穴改造后保留洞穴封井，主井進(jìn)行生產(chǎn)排采。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開采方法，其特征在于所述主井的完井方式為直井或斜井。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開采方法，其特征在于所述輔助洞穴的完井方式為分支定向井或叢式井或?yàn)閮烧叩慕M合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的開采方法，其特征在于所述輔助洞穴之間的水平距離，以及輔助洞穴與主井之間的水平距離為10 2000米，輔助洞穴直徑不小于150毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開采方法，其特征在于所述爆破為聚能爆破，聚能方向?yàn)閮?chǔ)層延伸方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開采方法，其特征在于所述輔助洞穴改造后封井是指封閉洞穴井儲(chǔ)層以上地層，保留儲(chǔ)層內(nèi)洞穴。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開采方法，其特征在于所述儲(chǔ)層改造還包括高能氣體壓裂、層內(nèi)爆破、水力壓裂、酸化壓裂。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開采方法，其特征在于所述聚能爆破對(duì)于厚層儲(chǔ)層采用自下而上方式依次進(jìn)行；所述聚能爆破對(duì)于多儲(chǔ)層，先完成下部?jī)?chǔ)層聚能爆破保留洞穴并封井后，再對(duì)上部?jī)?chǔ)層完成造穴及聚能爆破。
9.根據(jù)權(quán)利要求5、8所述的開采方法，其特征在于所述聚能爆破對(duì)于堅(jiān)硬不易垮塌的儲(chǔ)層進(jìn)行兩次或兩次以上重復(fù)爆破。
全文摘要
本發(fā)明頁(yè)巖氣等低滲透油氣藏開采方法，包括設(shè)置一口主井，在主井周圍的儲(chǔ)層內(nèi)設(shè)立不少于三個(gè)的輔助洞穴，在洞穴內(nèi)主要通過聚能爆破進(jìn)行儲(chǔ)層改造；從而增加裂隙,并使裂隙與主井相互溝通；洞穴改造完成后保留洞穴并封井，通過主井進(jìn)行生產(chǎn)排采。洞穴的完井方式可為分支定向井或叢式井或?yàn)閮烧叩慕M合。洞穴之間以及洞穴與主井之間的距離為10～2000米，洞穴直徑不小于150毫米。該發(fā)明克服了開發(fā)低滲透油氣藏必須打水平井、多段壓裂等技術(shù)偏見，為全面推進(jìn)低滲透油氣的產(chǎn)業(yè)化，提供了一種施工簡(jiǎn)單，對(duì)技術(shù)設(shè)備要求低，不大量依賴水源，占地面積小，應(yīng)用面廣的新井型、新方法。
文檔編號(hào)E21B43/00GK103161434SQ201310117450
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者趙萬(wàn)福, 湯振清 申請(qǐng)人:趙萬(wàn)福