《頁巖氣壓裂技術》全書共分8章,主要介紹了頁巖氣壓裂前儲層評價、頁巖裂縫起裂與擴展、頁巖氣壓裂材料、頁巖氣壓裂優(yōu)化設計、頁巖氣壓裂工藝技術、裂縫診斷及壓裂后評估技術,除此之外還介紹了頁巖氣壓裂案例分析。
《中國能源新戰(zhàn)略頁巖氣出版工程》包括頁巖氣地質(zhì)理論與勘探評價、頁巖氣地球物理勘探方法與技術、頁巖氣開發(fā)工程與技術、頁巖氣技術經(jīng)濟與環(huán)境政策等4卷20分冊。叢書對頁巖氣產(chǎn)業(yè)鏈相關理論、方法及技術等進行了全面系統(tǒng)的梳理、闡述與討論。
《頁巖氣壓裂技術》系統(tǒng)地闡明了頁巖氣壓裂技術體系,包括壓前頁巖儲層特性參數(shù)的評估、誘導應力場研究、頁巖裂縫起裂與擴展規(guī)律、頁巖氣壓裂優(yōu)化設計及現(xiàn)場壓裂工藝等多個環(huán)節(jié)。本書既可作為高等院校高年級本科生和研究生的教材,也可供業(yè)內(nèi)從事頁巖氣壓裂工作的研究與管理人員學習參考。
《中國能源新戰(zhàn)略頁巖氣出版工程》策劃于國家《能源發(fā)展十二五規(guī)劃》及《頁巖氣發(fā)展規(guī)劃(20112015 年)》公布之時,跨越十二五到十三五,契合新發(fā)布的《頁巖氣發(fā)展規(guī)劃(20162020 年)》。這套叢書的出版希望能從國家層面為我國能源政策提供決策參考,為我國頁巖氣的大規(guī)模、高質(zhì)量開發(fā)利用提供助推燃料,為中國能源生產(chǎn)與消費革命提供政策輿論支持。
叢書的出版得到了國內(nèi)頁巖氣領域?qū)<业闹С,叢書編委包括:中國科學院趙鵬大院士、戴金星院士、金之鈞院士,中國工程院康玉柱院士、胡文瑞院士推薦作序;張金川教授任叢書主編;張大偉、董寧、董本京任叢書副主編。叢書獲國家出版基金年檢優(yōu)秀,得到上海市新聞出版專項、上海高校服務國家重大戰(zhàn)略出版工程資助。
《頁巖氣壓裂技術》一書為《中國能源新戰(zhàn)略頁巖氣出版工程》第12分冊。
頁巖氣在全球范圍內(nèi)分布廣泛,且開發(fā)潛力巨大。據(jù)測算,全球頁巖氣資源量約為4561012 m3。頁巖氣的勘探開發(fā)使美國天然氣儲量增加了40%。2015年美國頁巖氣產(chǎn)量約4 291108 m3,約占美國當年天然氣總產(chǎn)量的46.1%,頁巖氣已經(jīng)成為美國主力氣源之一。
從美國頁巖氣發(fā)展歷史可以看出,在評價頁巖地質(zhì)情況的基礎上,選擇與之匹配的生產(chǎn)工藝,并朝著低成本、高效率、工廠化作業(yè)、對環(huán)境友好的方向發(fā)展,從而當水平井技術和水力壓裂技術實現(xiàn)突破之后,顯著促進了頁巖氣的開發(fā)。
國內(nèi)頁巖氣的勘探開發(fā)尚處于起步階段,但發(fā)展迅速。目前已經(jīng)在中國渤海灣及松遼、四川和吐哈等盆地發(fā)現(xiàn)了高含量有機碳的頁巖。據(jù)預測,中國頁巖氣潛在資源量約301012 m3,開發(fā)潛力巨大。不過頁巖氣的發(fā)展不可能一蹴而就,雖然中國可以引進或?qū)W習美國的先進技術和經(jīng)驗,但畢竟中美兩國的地質(zhì)條件存在巨大差異,需要在深入研究國內(nèi)頁巖氣發(fā)育特點的基礎上,消化吸收并發(fā)展國外先進的技術,探索一條中國的頁巖氣發(fā)展之路。
與北美頁巖氣相比,中國的頁巖氣地質(zhì)條件與地表條件都更為復雜。一是北美大部分頁巖氣為海相沉積,中國則有陸相、海陸過度相和海相等多種沉積類型。二是我國頁巖氣埋藏深。美國頁巖氣普遍在3 000 m以內(nèi),很多在1 000~2 000 m。我國頁巖氣埋藏基本都在3 000 m以上(3 000~6 000 m)。三是我國地質(zhì)構(gòu)造條件比較復雜,存在多期的構(gòu)造運動,多組斷裂,給勘探開發(fā)帶來了更大困難。四是地表條件復雜,我國頁巖氣所分布的區(qū)域,以丘陵地區(qū)為多,加之西部沙漠、黃土塬、戈壁也比較多。相對而言,美國頁巖氣多分布在平原地區(qū),勘探開發(fā)容易得多。五是我國頁巖氣勘探開發(fā)剛剛起步,適合中國山區(qū)丘陵條件的頁巖氣開發(fā)設備和技術儲備還不足,在勘探開發(fā)過程中還要面對我國脆弱的水文條件和環(huán)保條件。以上幾個方面決定了我國頁巖氣勘探開發(fā)的難度比美國要大,存在較大的投資風險。
盡管如此,中國的頁巖氣壓裂也有諸多有利條件,如目前對外合作與交流的機制比較靈活,可以快速將國外最先進、適用的壓裂技術進行消化、吸收和再創(chuàng)新,可建立類似的壓裂學習曲線,快速縮短與國外的技術差距;國家對頁巖氣有一定的政策性補貼,并允許民營企業(yè)參與頁巖氣的招投標與勘探開發(fā),建立了國企與民企有序競爭的良性氛圍,這就有利于技術的創(chuàng)新及應用;另外,已有一定的技術基礎,如中石油在長寧、威遠、昭通等地區(qū),中石化在涪陵焦石壩等地區(qū),都取得了頁巖氣壓裂的技術突破,壓后效果也超過預期。
值此中國頁巖氣勘探開發(fā)風起云涌的大好形勢和契機,筆者傾情奉獻系統(tǒng)的頁巖氣壓裂技術體系知識,包括壓前頁巖儲層特性參數(shù)的評估、誘導應力場研究、頁巖裂縫起裂與擴展規(guī)律、頁巖氣壓裂優(yōu)化設計及現(xiàn)場壓裂工藝等多個環(huán)節(jié),希望能對業(yè)內(nèi)從事頁巖氣壓裂工作的研究與管理人員,提供必要的技術儲備,希望能對他們所從事的頁巖氣勘探開發(fā)的偉大實踐有所裨益。
本書由蔣廷學、鄒洪嵐主編,王海濤參與了第3、5、6、8章編寫,李雙明參與了第5、6、8章編寫,卞曉冰參與了第7、8章編寫,姚奕明及王寶峰參與了第4章編寫,賈長貴參與了第3、4、5、6、7章的審校工作。全書最后由蔣廷學統(tǒng)稿。
由于筆者水平有限,加之時間倉促,文中疏漏不可避免,懇求廣大專家、學者批評指正。
《中國能源新戰(zhàn)略頁巖氣出版工程》叢書主編張金川教授,第376 次香山科學會議(中國頁巖氣資源基礎及勘探開發(fā)基礎問題)、頁巖氣國際學術研討會等會議的執(zhí)行主席,中國較早開始引進并系統(tǒng)研究我國頁巖氣的學者。
《頁巖氣壓裂技術》主編蔣廷學教授,博士,教授級高工。中國石化集團公司高級專家,SPE會員,釆油釆氣行業(yè)專標委委員,《石油鉆探技術》編委。從事儲層改造技術研發(fā)及應用工作二十五年多。獲省部級科技成果16項,發(fā)表國內(nèi)外論文174篇,授權(quán)專利20項。
第1章 緒論 001
1.1 壓裂對頁巖氣開發(fā)的意義 003
1.2 頁巖氣壓裂與常規(guī)油氣壓裂的區(qū)別 004
1.2.1 目標函數(shù) 005
1.2.2 裂縫的性質(zhì) 005
1.2.3 壓裂設計部分參數(shù)的概念 006
1.2.4 射孔方式 006
1.2.5 壓裂工作液 006
1.2.6 支撐劑 007
1.2.7 壓裂的泵注程序 007
1.3 頁巖氣壓裂關鍵技術 008
1.3.1 壓前儲層評價技術 008
1.3.2 頁巖的裂縫起裂與擴展規(guī)律 008
1.3.3 誘導應力場研究 009
1.3.4 網(wǎng)絡裂縫導流能力特性研究 009
1.3.5 小型測試壓裂設計 009
1.3.6 滑溜水與膠液的注入模式 010
參考文獻 010
第2章 頁巖氣壓裂前儲層評價 011
2.1 頁巖氣關鍵特征參數(shù) 013
2.2 頁巖氣關鍵特征參數(shù)求取方法 017
2.2.1 頁巖氣儲存特征 017
2.2.2 頁巖巖相類型 017
2.2.3 有機物特征 018
2.2.4 無機礦物特征 018
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