美国1947~2010年间水力压裂的分布及钻井所用压裂液、添加剂、支撑剂和用水量趋势——数据分析及文献对比

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水力压裂是目前低渗透性非常规油气藏油气生产的主要改造技术。本文对美国自1947年引入水力压裂以来到2010间约100万口水力压裂井和所实施的约180万次水力压裂作业记录(汇总在868数据系列中)的数据进行了时空分析,用来确定美国在水力压裂的钻探方法和所用到的支撑剂、压裂液、添加剂和用水量上所呈现的变化趋势。并将这些趋势与相关文献进行对比,以期对水力压裂中所使用的钻井方法、压裂液和化学添加剂上所存在的差异以及新技术如何影响用水量和水力压裂的区域分布情况等信息达成共识。

1 前言

本报告的目标就是不但对采用水力压裂获取常规或低渗透、低孔隙度储层中的其他非常规、连续型油气资源的时间和空间数据进行分析,而且还对采用水力压裂从页岩气藏中获取天然气的时间和空间数据进行分析。

2 原始数据源及分析

2.1 数据源

水力压裂数据的原始来源是包含美国油气生产和钻井数据的商业性IHS数据库。

2.2 分析

IHS油气生产数据库中的数据被用于构建衍生数据集。

3 数据与文献的对比结果

3.1 水力压裂的位置

据从原始IHS数据库中得出的数据显示,1947年至2010年间美国共钻探了约98.66多万口井(参见图1)并且接受了176.38多万次水力压裂改造。

图1  1947~2010年间在美国本土钻探的 986600口水力压裂井分布图 ,海上及阿拉斯加的油井均未显示

图3显示的是美国本土2000~2010年钻取的27.8万多口水力压裂井的近期空间分布。表1和图4显示的是2000~2010年间对井进行水力压裂超过5000次的地质区域。

图2  1947~2010年间美国水力压裂井(蓝色)和水力压裂改造(红色)

图3  2000~2010年间美国本土钻探的约278000口水力压裂井

图4  水力压裂改造记录次数达5000次以上的地质省

表1  与2000~2010年间的钻井有关的水力压裂改造记录次数达5000次以上的地质省

图5

图5  1947~2010年间与井关联的水力压裂改造记录总数以及用量占95%以上的支撑剂、压裂液和添加剂类型

IHS数据库中报道的与水力压裂改造相关的95%以上的特征在图5中有进一步的描述。

3.2 压裂液、添加剂、支撑剂以及钻孔方向

水力压裂液必须有足够粘度才能够打开裂隙,并能够在相应的压强下运输并分布式支撑剂。通常会联合采用几种添加剂来制成不同类型的压裂液。

3.3 水基压裂液用量

图5B中的一些名称被用来对数据库中的水力压裂液进行表述。表2显示的是这些用水量的数据。

表2  1947~2010年间用于钻探水力压裂油气井的水基压裂液用量的统计数据

4 衍生数据结果与建议

对从IHS数据库获得的总数据进行全国范围内的空间和时间分析与文献中报道的水力压裂倾向特征相吻合,包括压裂液类型、添加剂类型、支撑剂类型、用水量、钻井方向以及在美国的使用频率

根据这些分析,在考虑了其优势和局限性之后,从IHS数据库原始数据中得到的数据能够像其他数据库一样使用。

5 小结

以上分析表明水力压裂改造既不会在时间上对等,也不会在空间上对等。最近的水力压裂增产方法使得油气生产有了极大的提高。2000~2010年间,水力压裂使用数量最多的区域是阿巴拉契亚盆地、墨西哥湾沿岸盆地以及二叠纪盆地,但是水力压裂在美国很多主要油气盆地中被广泛用于开发非常规、连续型油气藏以及液化天然气藏。通过定向/水平钻井和水力压裂技术对这些资源进行开发,也提升了美国的能源储量。尽管水力压裂仍旧主要应用在垂直钻井中,结合水力压裂法开展水平钻井的应用已经迅速崛起,对水资源量的需求也逐步上升。

资料来源: Gallegos, T. J., and Varela, B.A., 2015, Trends in hydraulic fracturing distributions and treatment fluids, additives, proppants, and water volumes applied to wells drilled in the United States from 1947 through 2010—Data analysis and comparison to the literature: U.S. Geological Survey Scientific Investigations Report 2014–5131, 15 p., http://dx.doi.org/10.3133/sir20145131.

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