摘要

摘要

本报告是根据大赛组委会提供的气藏地面概况资料、实验室资料、页岩气现场生产动态资料的综合分析、研究基础之上，通过查阅大量的理论资料，并结合我国涪陵焦石坝开发施工现场编制而成的。设计方案包括完井、射孔、压裂、油管尺寸选择、排采工艺等一整套设计方案。

根据该页岩区块特点及页岩气水平井完井方式的优缺点，选择有利于后期多段压裂的套管固井后射孔完井的完井方式。低孔低渗的页岩气井生产前需要进行水力压裂，在进行页岩储层可压性评价的基础上，对比分析了页岩气水平井压裂工艺的技术特点及适用范围，采用桥塞分段压裂技术，泵注方式采用套管注入，对于长1200m的水平井段间距80m合适。根据分段压裂技术及各射孔的特点，推荐采用分簇射孔，再进行射孔参数优选、确定射孔位置。采用混合压裂液，30/50目和40/70目支撑剂，针对YY3井进行压裂施工参数优化，利用Meyer软件中MShale模块对设计进行验证，模拟裂缝形态。选择27/8 in的油管，Y型采气树，KQ180/78-105MPa型井口。对于高压压裂后进行生产的高压井口进行了井口安全控制系统的设计。对于有足够能量的页岩气井，通过自喷能够将压裂液返排到地面，对返排液的处理进行了优化设计。该页岩气井中天然水含有H2S、CO2，需要进行水合物的预测及预防。本报告还根据涪陵焦石坝页岩区块资料进行了投资概况预算。

关键词：完井 射孔 压裂 油管尺寸 返排液 水合物

ABSTRACT

This report is based on the ground before gas reservoir data provided by the Organizing Committee, laboratory data, a comprehensive analysis of shale gas field production performance data, based on research by consulting a large number of theoretical data, combined with China Fuling focal Dam development compiled from the construction site.Design including completion, perforating, fracturing, tubing size selection, drainage technology such as a set design.

According to the characteristics and advantages and disadvantages of the shale blocks horizontal shale gas well completion methods, a choice for the latter part of the multi-stage fracturing completion after perforating casing cementing completions.Former low porosity and permeability of shale gas production needs for hydraulic fracturing, shale reservoirs can be preed during basic evaluation of the comparative analysis of the technical characteristics and the scope of horizontal shale gas well fracturing proce, the use of bridge Cypriots staged fracturing technology infusion cannula injection method using, for horizontal well spacing 1200m length of 80m appropriate.According staged fracturing technology and various features perforation, perforation cluster is recommended, then perforating parameter optimization, to determine the position of the perforation.Mixed fracturing fluid 30/50 mesh and 40/70 mesh proppant, parameter optimization for YY3 wells fracturing by Meyer MShale software module design verification, simulation of fracture morphology.Choose 27/8 in the tubing, Y-Xmas Tree, KQ180 / 78-105MPa type wellhead.For the high-preure fracturing production of high-preure wellhead was designed wellhead safety control system.There is enough energy for shale gas wells by fracturing fluid from the spray can be routed back to the ground, for flowback proce was optimized.The shale gas wells in the natural water containing H2S, CO2, need to hydrate prediction and prevention.The report also Fuling focal Dam shale blocks according to data of the investment profile budget.Keywords: completion perforating fracturing tubing size flowback hydrate

绪论

1.1研究目的和意义 1.1.1研究目的

根据大赛组委会提供的关于页岩Ⅰ区块气田的地面概况资料、实验室或现场测量资料、现场生产动态资料的综合分析基础之上，通过查阅大量的文献资料，并结合我国涪陵焦石坝开发施工现场，完成了该区块的采气工程方案设计。设计方案包括从完井设计的优选、压裂工艺优选、油管尺寸的选择、采气井口装置、排采工艺、天然水合物的预测与预防、防腐防垢设计、修井、储层保护和采气工艺投资概算等一整套设计方案。完井工程设计是进行完井方式的优选。对该区块页岩储层进行可压性评价分析后建议通过裂缝对储层实施改造。水力压裂工艺通过对比优缺点优选压裂工艺，根据压裂工艺确定射孔技术，进而选择合适该储层的射孔枪、射孔弹并对射孔参数进行优化，确定合适的射孔位置和适合该页岩区块的射孔液。选择适应该页岩区块的压裂液和支撑剂，设计了泵注程序并利用Meyer软件进行模型优化；通过生产系统节点分析、油管的抗冲蚀能力及油管的摩阻损失选择合适的油管尺寸。优选合适的采气树。分析排水采气方式后对返排液的处理进行了对比和适应性分析，根据天然水合物的生成条件和影响因素对天然水合物进行预测，通过井下节流预防天然水合物，选择合理的油嘴和最小下入深度。参考基础数据及页岩气开发经验确定了防腐防垢的方法；根据页岩气井特点，选择了修井措施，储层保护技术，进行了生产动态管理和监测。对采气工艺进行了投资概算。编制的全部内容兼顾各部分的衔接、协调和优化，确保整个区块的合理高效开发。 1.1.2研究意义

页岩气是清洁、低碳的新兴能源，我国页岩气资源丰富，加快页岩气勘探开发能够直接增加我国天然气供应、缓解减排压力、优化能源结构、提高能源利用效率、保障能源供应安全、拉动油气装备制造业发展、带动基础设施建设，以及培育新的经济增长点。随着能源消费需求不断攀升，能源供应形势严峻；能源对外依存度逐年升高，能源安全形势严峻；天然气供需缺口逐年加大，气源亟需多元化，需加强对页岩气的开发。据国土资源部《全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选》初步成果显示，我国页岩气地质资源潜力134万亿立方米，可采资源潜力25万亿立方米，与我国陆域常规天然气相当。国内页岩气资源主要分布在四川、鄂尔多斯、渤海湾、松辽、江汉、吐哈、塔里木和准噶尔等含油气盆地。加快页岩气开发有利于缓解天然气供应压力，保障国家能源供应及安全；有利于调整能源结构，推进节能减排；有利于推动油气勘探理论创新和技术进步，并拉动油气装备制造业发展，创造新的经济增长点；有利于带动关联产业发展及基础设施建设，促进区域经济发展；有利于开展分布式就近利用与天然气发电，提高能源利用效率；由于我国页岩气地质赋存条件复杂，且普遍存在渗透率低、孔隙度低等特点，造成页岩气开发只在局部富集区优选区块取得成功，且单井产量低。主要原因是未找到适合我国页岩气地质条件的生产技术和工艺。为了经济有效开发页岩气资源，降低开发风险，进行合理采气工程方案设计是必要的。因此课题通过对各种工艺进行优选，选择适合该页岩区块的完井方式，压裂工艺，压裂液和支撑剂，以最大程度地合理有效开发页岩气资源。 1.2研究现状

压裂是提高采收率的重要手段，通过对该地区压裂工艺的选择，压裂液和支撑剂的优选，以及泵注程序的设计，从而提高气田的采收率。由此可知，压裂工艺设计是采气工程的核心。近年来，国内外石油工作者针对压裂工艺做了大量富有成效的探索和研究。 1.2.1 国外研究现状分析

美国是世界上页岩气工业起步最早、发展最快、年产量最大的国家，美国页岩气开采最早可追溯到1821年，20世纪20年代开始现代化工业生产，70年代中期步入规模化发展阶段，美国页岩气年产约19.6×108m3，1980年对页岩气进行全面系统研究，20世纪90年代，特别是2000年以来，相关勘探开发技术得到广泛应用，年产量和经济、技术可采储量迅速攀升。随着水平井和水力分段压裂技术在德克萨斯州Barnett区块实现系统综合应用，页岩气单井产量突破性增长，开发成本及风险大幅降低，至2006年，美国有页岩气井40000余口，参与页岩气开发的石油企业，从2005年的23家发展到2007年的64家。页岩气产量占天然气总产量的比例从2007年的12%上升到2012年的37%，为保障其国家能源安全起到重要作用。2009年，美国页岩气产量约为880.66×108m3，占美国天然气总产量的14%，预计到2030年这一比例将上升到55%，在未来能源格局中会扮演更重要的角色。近年来，美国页岩气年产量一直超过中国全部国产天然气年产量，并使得美国超过俄罗斯成为全球第一大天然气生产国。美国页岩气勘探开发正由东北部地区盆地向中西部盆地以及圣胡安丹佛（Niobrara白垩岩）、富特沃斯、阿纳达科（Woodford页岩）等盆地扩展。

这些年来，随着压裂技术的不断提高，人们开始关注开采成本，陆续开发出了一些以降低成本为主要目标的压裂工艺技术。页岩气藏储层渗透率低、孔隙度低，直接开采会存在不能采出或采收率很低的情况，为了减少费用和提高气井产量，研究出了适合页岩储层开采的压裂技术，压裂液，支撑剂及泵组程序。使页岩气开采朝着更低的成本，更高的采收率方向发展。 1.2.2 国内研究现状分析

我国页岩气资源十分丰富，页岩气可采量为25万亿m3，超过常规天然气资源。截至2011年底，我国已开发15口页岩气直井，9口见气，证实了我国页岩气具有开发前景。2011年6月，国土资源部首次推行页岩气探矿权出让公开招标，2012年进行第二轮页岩气探矿权招标，引入市场机制，更多符合条件且具备一定实力的民营企业参与页岩气矿业权竞标，页岩气上游勘探开发引入更多竞争主体参与。2012年3月，国家发布页岩气发展“十二五”规划，提出到2015年全国页岩气产量达到65亿m3。

多级压裂能够针对储层特点进行有针对性的施工，目标准确，压裂效果明显。多级压裂有2种方式，一是滑套封隔器分段压裂，二是可钻式桥塞分段压裂。目前，在美国页岩气生产井中，有85%的井采用水平井和多级压裂技术结合的方式开采，增产效果显著。2006年美国Newfield公司在Woodford页岩中的部分开发井采用5~7段式的分段压裂技术，结果表明，由于压裂井段增加，与早期压裂的水平井相比，新压裂的井取得了较大的成功。

1997年，Mitchell能源公司首次将清水压裂应用在Barnett页岩的开发作业中，在此之前清水压裂工艺已成功用于Cotton 峡谷致密砂岩的开发。2010年5月，中国石化使用清水压裂技术对方深1井页岩层段进行压裂，历时5h，共注入压裂液2121m3，加砂270t，压裂作业成功。

2006年，同步压裂首先在美国Ft.Worth盆地的Barnett页岩中实施。同步压裂能够让被压裂的2口井的裂缝都达到最大化，相对依次压裂来说，获得收益的速度更快。

2005年，水力喷射压裂技术第一次使用在美国Barnett页岩中，作业者使用水力喷射环空压裂工艺对Barnett页岩中的53口井进行了压裂，通过对增产效果评价，其中26口井取得了技术和经济上的成功，压裂后页岩气井的产量比压裂前产量明显增加，并且在持续生产一定时间后效果更加明显，其中有21口井被认定为技术成功。

水力压裂工艺技术经过多年的研究、试验、应用，已经的到了全面的提高，现在为了使其更进一步的发展又进行了工艺的优化设计。结合复杂的地质条件和煤层气的实际开发情况，常规的压裂工艺已经达不到要求，人们开始研究多级压裂工艺、射孔压裂联作工艺，取得了很好的成效。 1.3研究任务和重点任务 1.3.1研究任务

根据该页岩区块的基础数据及参考相关资料，结合国内外相关类似气田的先进的技术和开发经验，熟悉采气工程方案设计的主要内容；掌握油套管尺寸的确定方法；掌握采气工艺设计方法；熟悉储层改造工艺方法，完成该区块的采气工程方案设计。 1.3.2重点任务 （1）收集页岩区块页岩气单井气藏资料，查阅与页岩气完井方式、压裂工艺、排水采气工艺方式优选相关的中英文献资料，进行英文翻译，写出开题报告；

（2）对页岩气开发常用的完井方式、压裂工艺、排水采气措施的对比分析，优选出适应该页岩区块页岩气开采的各种工艺。

（3）优选完井方式参数，压裂作业中的压裂液、支撑剂、泵注程序，排采中的各类参数和强度校核。

（4）天然水合物的预测与预防，进行防腐防垢设计，储层保护技术及采气工程HSE设计。

2 地质与气藏工程概况

2.1

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