（1）岩石力学特性的应用
•压裂液的选择
随着页岩脆性的增加，裂缝形态变得更加复杂，在高脆性 页岩气层中，支撑剂会像楔子那样形成高导流能力的网状裂缝， 而随着地层塑性的增加，形成的裂缝形状则类似于传统的两翼 裂缝。
3、页岩气藏压裂设计研究
（1）岩石力学特性的应用
塑性页岩（低弹性模量、高泊松 比）压裂裂缝形状
3、页岩气藏压裂设计研究
（3）“体积压裂 “（SRV）的应用
“压裂体积“（SRV）与产量及压力分布关系（Barnett）
SRV与水平井产量的关系
1年、15年后SRV裂缝网络模拟压力分布
B arnett页岩100万gal清水压裂
产生的压裂体积（SRV）： 裂缝半长Xf=1750ft 区域宽度Fw=785ft 压裂高度h=400ft The SRV=64100万ft3
Xf=44（bbl）1/3 压裂面积=Xf（FW）(π)/2
FW= Xf/2
压裂体积=4/3 （FW/2）h/2(Xf)
3、页岩气藏压裂设计研究
（2）岩石组成与化学特性的应用
压裂设计需要对岩心进行相关岩石化学方面实验
测试，这一步的主要目的是取得页岩储层矿物组成、
酸溶解度、页岩气藏流体敏感性、总有机碳及油母岩
类型。如果储层对压裂流体敏感性较强，则需要更进 一步测试，以减少流体与地层的不配伍性而造成的伤 害。
3、页岩气藏压裂设计研究
2、国外页岩气藏开发现状
美国页岩气盆地分布图
2、国外页岩气藏开发现状
Barnett与 Marcellus页岩气产量分别是美国第二大和第十三大气源 美国页岩气预计储量为2000万亿立方尺（56.6万亿立方米） 新钻的页岩气井产量为25百万方英尺（7.08×104m3/day）
2、国外页岩气藏开发现状
2、国外页岩气藏开发现状
美国页岩气开发现状
美国2000-2008年天然气与页岩气产量对比表
年份 页岩气产量（108m3） 天然气产量（108m3） 页岩气产量/天然气产量 （%）
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 112 126 149 174 186 196 204 400 500
页岩气藏压裂设计研究
页岩气藏开发完井方式 页岩气藏压裂施工工艺
1、页岩气藏特点
页岩气是以吸附和游离 状态于泥岩和页岩地层 中的天然气聚集体，成 份以甲烷为主。
页岩气是从页岩油母中 产生，页岩的典型渗透 率为0.01-0.000001md， 须压裂改造才能投产 总的产能和潜在有机碳 含量直接相关
3、页岩气藏压裂设计研究 （2）岩石组成与化学特性分析的应用
即使在Barnett页岩气藏其 矿物组成也是不一样的，图中 显示了四种岩性地层： 石英、粘土无碳酸盐类型-井2 碳酸盐为主含少量石英和粘土井3 石英为主含少量碳酸盐和粘土井4 石英、粘土为主含量变化的碳 酸盐-井5 Barrnet四口井三元矿物组成图
2、国外页岩气藏开发现状
页岩气藏开发关键储层8要素（据斯伦贝谢、shelton harding、 ）
页岩气开发与地质选区技术较为特殊、复杂，需考虑有机质含量、 演化程度、埋藏深度、单层厚度、硅质含量和储层物性等参数指标,这 些指标大部分需要从实验中得到，其核心是储层分析和含气性分析。
2、国外页岩气藏开发现状
岩石力学模型 岩石力学模型 岩石力学模型 岩石力学模型
岩石化学相关因素
岩石矿物组成 水敏 能否酸化 支撑剂返排 表面活性剂的使用
关联性
压裂液的选择 水基压裂液盐度 酸蚀程度 气体产量 裂缝导流能力
确定的方法
X光衍射(XRD） 毛管吸收时间测试（CST） 酸溶解度测试（AST） 现场测试 流动测试
3、页岩气藏压裂设计研究
压裂液 类型
— 滑溜水 — 滑溜水
支撑剂 尺寸
— 30/50 — 30/50
支撑剂 类型
— Sand — Sand
是否 压裂
否 是 否 是
E
F G
18
22 45
85
40 350
6350
6040 5600
是
是 否
0
0 0.038
—
— 滑溜水
—
— 30/50
—
— Sand
否
否 是
根据对测井曲线的岩石力学特性分析，在压裂设计中确定压裂层位，压裂液 类型，支撑剂类型及支撑及尺寸等参数。
美国页岩气开发现状
600
页岩气产量（亿立方米）
页岩气产 量大幅度 上升
500 400 300 200 100 0 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08
美国页岩气历年产量
•支撑剂的选择 基于裂缝闭合应 力的支撑剂的选 择
3、页岩气藏压裂设计研究
（1）岩石力学特性的应用
•清水压裂支撑剂输送方式
清水压裂支撑剂的输送并非仅与悬浮时间有关，当早期进入的支撑剂在裂缝底部 沉积后会形成一个砂层面，后期进入裂缝的砂子会沿着这个层面向前输送，因此， 即使粒度、密度较大的砂子也可以在裂缝中传递到较远距离。
3、页岩气藏压裂设计研究
每一种页岩气藏都有自身的特点，它们并非都是Barnett页岩的“克 隆”，在实际储层改造过程中，应该充分考虑到每一种页岩气藏的岩石 物理与化学特性，从而做到有针对性的压裂施工。
3、页岩气藏压裂设计研究
（3）“体积压裂 “（SRV）的应用
页岩储层极低的渗透率决定了其一般采取缝网压裂技术，这就涉及到“压裂体 积”的概念，它可定义为裂缝网所能沟通区域的整体储层体积。
2007
2008 2009
7000
9000 13000
钻探1500口井水平井
完成5000口水平井完井，环境保护，水循环利用，重复压裂测试 保产量，低成本运作，提高效率
2、国外页岩气藏开发现状
加拿大页岩气藏开发
早期采用直井开发，产量9-18桶/天 目前大多采用水平井开发，产量400-600桶/天
完成情况
完成 完成
年 份 2010
3
4
国内页岩气藏改造技术现状 页岩气藏压裂改造发展趋势研 究
各项内容完善提高、总结
完成
完成
提出符合中国页岩气藏特点的压裂改造 配套技术，并分析其可行性。
达到各项技术指标及资料归档质量、数 量要求。
5
完成
汇报内容
一、国外页岩气藏压裂改造关键技术进展
页岩气藏特点 页岩气藏开发现状
年份
1970 1981 1984 1985 1988 1991 1995 1998 1999 2001 2002 2003 2004 2005 2006
累积井数
5 6 17 49 62 76 200 300 450 750 1700 2600 3500 4500 5500
说明
钻探5口井 二氧化碳泡沫压裂 XL 凝胶，3ppg砂比，氮气助排 XL 凝胶，第一口为1500英寸裂缝半长，1mm粒径砂 Denton 公司开发 钻探第一口水平测试井 2 口水平井，降低了水平井压裂液中凝胶含量 第一次应用清水压裂，500000gal液体，200000磅砂 上部页岩重复压裂，并第一次应用测斜仪裂缝检测技术 增加压裂体积1-2MMgal，支撑剂用量500000磅，首次应用微地震检测 200 口井重复压裂 85口水平井，117口大斜度定向井，719口直井 钻探150口水平井，2-4级水平井压裂 新钻600口井水平井，新技术的应用加快了钻井周期 钻探1000口井水平井，探索多级清水压裂所需大量水的循环利用
3、页岩气藏压裂设计研究
酸溶解度和毛管吸收时间及X光衍射方法的联合应用，对 于Barnett页岩压裂改造提供了很好的指导作用。 对于石英-粘土类岩性地层，这种地层无酸敏、中等水敏， 使用酸液降破压而不会造成储层损害。虽然CST测试表明中 等水敏，但这种作用可以被储层高脆性而形成的网状裂缝 克服。对这种特性的储层一般应用较大规模的清水压裂， 并可以加入小量低浓度支撑剂。对这种储层，还可以应用 弱酸加表面活性剂的压裂液处理，而不会造成储层伤害。 第二类岩性地层显示了一个高的酸溶解度，在高碳酸盐 含量地层，可以使用酸化压裂工艺，但在碳酸盐含量较低 地层酸化，在近井筒附近产生的颗粒可能会堵塞孔眼，污 染地层。
3、页岩气藏压裂设计研究
（1）岩石力学特性的应用
通过测井曲线分析的页岩矿物组成，页岩脆性，闭合应力，上下隔 层，泊松比，杨氏模量等岩石力学参数，将Barrnet某页岩气井分为 A-G层，为压裂设计提供参考。
3、页岩气藏压裂设计研究
（1）岩石力学特性的应用
层位 A B C D 脆度 % 15.3 56 18 59 厚度ft 400 82 103 91 闭合应力psi 6134 4650 6261 5150 是否遮挡 层 是 否 是 否 裂缝宽度 in At 100bbl/min 0 0.038 0 0.038 Recommendation
页岩气在全球分布广泛，资源量约456万 ×108m3，相当于煤层气和致密砂岩气的总和。 大部分产气页岩分布范围广、厚度大，使得页 岩气田开发寿命一般可达30～50年，甚至更长。 页岩气开采难度较大，美国和加拿大是仅有的 两个实现页岩气商业开采的国家。
2009年全球页岩气产量超过800亿立方米。
脆性页岩（高弹性模量、低泊松 比）压裂裂缝形状
塑性较强的页岩层一般具有低“可压裂能力”（fracability），而脆性页岩 则具有较强的“可压裂能力”，进而较易形成页岩气藏开发需要的网状裂缝， 显著增加“压裂体积”（Stimulated resevoir volume）
3、页岩气藏压裂设计研究
（1）岩石力学特性的应用