致密气藏复杂裂缝压裂技术

大庆油田深层致密砂砾岩储层直井采用常规凝胶加砂压裂技术施工13口井,存在施工规模大、压裂后产量低的问题。分析认为由于储层致密,有效渗流距离短且应力差大,压裂形成单一裂缝,导致改造体积较小。因此,结合储层岩石脆性高的特点,利用水平井人工裂缝的相互干扰来降低应力差,并采用复杂裂缝压裂工艺扩大裂缝改造体积,提高单井产能。通过参数对比,水平井施工规模为直井7.8倍,压裂后产量是直井的17倍。应用情况表明该压裂增产工艺技术可行,为致密气储层的高效勘探开发提供了有力的技术支持。     

确定压裂裂缝部分闭合的现代产量递减分析方法及应用

现有的压裂井产量递减分析商业软件中没有考虑压裂缝闭合对油气产量的影响,所解释的压裂井裂缝长度远小于实际压裂缝长度。基于压裂井裂缝部分闭合和裂缝流量不均匀特征,建立了考虑裂缝部分闭合的压裂井产量递减模型,通过Newman乘积、空间变换与数值反演得到压裂井不稳定产量解,绘制了产量递减理论图版。与常规压裂井产量递减模型对比发现:新模型由于考虑了闭合裂缝的影响,不稳定流阶段产量递减速率比常规递减模型降低30%~50%;进入边界控制流阶段后,两种模型的曲线大致重合;当裂缝部分闭合长度增大时,递减速率降低的幅度也将变大。新模型在苏里格、大牛地等致密气藏的压裂井产量递减分析中拟合效果较常规递减模型好,解释得到的远井段闭合裂缝长度可以用来预测裂缝部分闭合对压裂井产量的影响。     

川中地区秋林区块沙溪庙组致密砂岩气藏储层高强度体积压裂之路

为了解决四川盆地中部秋林区块中侏罗统沙溪庙组致密砂岩气藏储层体积压裂改造的难题,探索高强度体积压裂技术的适应性,选取该区块沙溪庙组致密砂岩露头岩样,开展真三轴水力压裂物理模拟实验,并采用分段多簇压裂水平井的产量预测模型对水平井分簇射孔进行优化设计;然后,基于控液提砂模式,在该区域致密砂岩储层开展了三轮先导性试验。研究结果表明:(1)秋林区块沙溪庙组致密砂岩储层天然裂缝欠发育,水力压裂裂缝形态以对称双翼裂缝为主,难以形成复杂裂缝网络,并且储层具有中等—偏强水敏性,常规的体积压裂在该区域储层改造中不适用;(2)高强度体积压裂技术的内涵是通过段内多簇射孔形成多条独立的双翼裂缝,实施控液提砂的加砂模式,在保证高强度加砂的前提下减少入井液量,从而降低入井流体对地层的伤害;(3)秋林207-5-H2井压裂段数为10段,每段7～12簇,施工排量介于16～18 m~3/min,按照控液提砂模式累计泵注滑溜水12146m~3、支撑剂4 170 t,该井压裂后测试气产量达83.88×10~4 m~3/d,天然气无阻流量达214.05×10~4 m~3/d;(4)随着簇间距减小,累计产气量逐渐提高,但当簇间距小于15 m以后,累计产气量增幅变小;(5)当加砂强度低于6 t/m时,随着加砂强度增大,水平井千米改造段长测试气产量整体呈现增大的趋势;加砂强度超过6 t/m后,随着加砂强度增大,千米改造段长测试气产量上升不明显;(6)随着井眼轨迹与水平最大主应力方向的夹角增大,千米改造段长测试气产量整体呈现增大的趋势,当水力裂缝与井眼呈近垂直的情况时,获得的有效泄流面积最大,千米改造段长测试气产量也最高。结论认为,该区高产井的压裂模式为:大夹角井眼轨迹、10 m左右射孔簇间距、5 t/m加砂强度、大排量滑溜水+组合粒径支撑剂连续加砂。     

密切割分段压裂工艺在深层页岩气Zi2井的应用

深层页岩储集层高温、高地应力、高水平应力差特征明显,常规分段压裂后,储集层改造体积偏低,裂缝复杂程度偏低,气井测试产量偏低。主要原因是,深层页岩气井压裂施工期间高泵注压力、低施工排量在常规分段参数条件下不利于提高裂缝复杂程度,导致簇间储量动用不充分。为提高工艺技术适用性及储集层改造效果,开展了深层页岩气压裂工艺优化研究,结果表明,密切割分段压裂工艺有利于增加簇间应力干扰,提高裂缝复杂程度,提升簇间资源动用效率。Zi2井初期采用常规分段压裂工艺,在压裂设计指标执行率较低的情况下,开展了密切割分段压裂工艺现场试验,裂缝复杂程度及单井储集层改造体积提升明显,证明了密切割分段压裂工艺在研究区深层页岩气井中的适用性。     

多井同步体积压裂技术研究

多井同步体积压裂是对两口或两口以上的配对井同时进行体积压裂,以增加水力压裂裂缝网络的密度及表面积,达到初期高产和长期稳产的目的。探讨了多井同步压裂井间裂缝网络连通机理,对井间变应力压裂原理进行了分析,并从实例角度给出了多井同步体积压裂的实现方法。现场应用表明,同步压裂能够大幅度提高配对井初始产量和最终采收率。     

致密砂岩气藏水平井体积压裂新技术

针对致密砂岩气藏常规缝间距80~100 m分段压裂导致单井剩余可采储量多的问题。基于体积压裂理念,改变传统致密砂岩水平井等分段理念,将均匀布段改为针对"甜点"的加密分段,采用Y341封隔器和不限级数滑套分段新工艺,对每个射孔段针对性压裂,实现了不动管柱多段分段压裂改造;同时,通过加砂压裂工艺和施工参数优化,实施"长、宽、高"三维立体压裂,提高储层的改造程度,以达到体积压裂和提高压后天然气产量的目的。该技术在川西低孔—特低孔、超致密砂岩储层水平井GX井成功进行了不动管柱19级分段压裂试验,一次性下入压裂管柱,连续施工,创下了国内不动管柱滑套分段数最多的记录,段间距22~76 m,平均45 m,压后在油压23 MPa下测试气产量12.64×10~4 m~3/d,是地质预期的2~3倍,比采用常规分段、测井与录井显示更好的同井场邻井的压后测试产气量更高。该井生产296 d,累计产气量是邻井的2.17倍,动态储量是邻井的1.3倍。加密分段及分段压裂新工艺为低孔—特低孔、超致密气藏提高开发效果提供了重要的技术支撑。     

鄂尔多斯盆地低压海相页岩气储层体积压裂及排液技术

天然气资源量丰富的鄂尔多斯盆地中奥陶统乌拉力克组海相页岩气藏,是中国石油长庆油田公司油气增储上产的重要资源基础,但较之于国内外其他页岩气藏,前者地层压力系数低、储层物性及含气性较差、提产难度更大。为此,在前期直井试验的基础上,开展了水平井体积压裂研究与试验,总体按照长水平井分段多簇大规模压裂的技术思路,立足鄂尔多斯盆地页岩气储层压裂的地质特征,开展了裂缝扩展机理与形态特征研究与分析;在此基础上,优选建立全三维裂缝模型进行参数优化,试验井ZP1井压裂15段103簇,压后形成了较为复杂的裂缝网络,裂缝复杂指数介于0.4～0.6,微地震监测带长579 m、带宽266 m、缝高146 m。针对该盆地低压页岩气大液量压裂后面临的排液难题,开展了气体增能压裂试验,考虑储层物性、含气性和分段裂缝等特征,在试验水平井压裂时分段注入液氮805 m3,根据压力恢复数据测试地层压力系数由0.7～0.8提升到1.88;建立了井筒气液流动模型,优化了长周期控压排液参数;升级配套了地面关键设备,实现了精确计量与安全环保。研究和实践结果表明:(1)通过技术创新优化,试验井ZP1井实现了94天连续气液两相流,试采产量和压力稳定,井口测试日产页岩气6.42×104m3;(2)试验井压后页岩气无阻流量达到26.4×104 m3/d,较同区块直井试气产量提高超过10倍,实现了中国北方海相页岩气勘探的重大突破。     

页岩气压裂工艺优选

不同于常规砂岩储层压裂,页岩气压裂裂缝纵横交错,形成无规则的缝网。波及体积越大,页岩吸附气和游离气产量越大。页岩气压裂的施工参数优选对于研究体积压裂缝网形成有积极的作用,对国内页岩气压裂的现场工艺实践提供参考依据。     

油井实施小型水力压裂增产措施

1998年下半年,贝克石油公司利用H2O-FRAO(水压)技术对加州SanJoaquin河谷Telon稠油油田的1口生产井进行了小型水力压裂.这次水力压裂显著地曾加了油井的初期产量和稳定产量,成为南加州稠油地区经济有效的油井增产措施.Stockdale油气公司的Tejon104井水力压裂后油井的初期产量增加5倍,稳定产量增加4倍.而从前这个油田的凝胶压裂效果很差而且无效益.     

水平井“多段分簇”压裂簇间干扰的数值模拟

水平井"多段分簇"压裂是开发低渗透和非常规油气藏的关键技术,能够大幅度提升压裂改造的体积,达到提高油气产量和最终采收率的目的。为了研究水平井"多段分簇"压裂簇间裂缝的干扰规律,基于多孔介质流—固耦合的基本方程,根据损伤力学基本理论,利用零厚度黏结单元模拟压裂过程中压裂裂缝起裂、延伸造成的损伤,建立了低渗透油气藏水平井"多段分簇"压裂裂缝扩展的三维有限元模型。利用该模型研究了射孔簇数、射孔簇间距、储层参数、施工参数等对水平井"多段分簇"压裂簇间裂缝干扰的影响。模拟计算结果表明:射孔簇数和射孔簇间距是影响水平井"多段分簇"压裂簇间裂缝干扰的最大的影响因素。利用该模型对某水平井压裂的射孔簇间距进行了优化,使得该井的油气产量比邻井明显提高,证明了模型对于水平井"多段分簇"压裂优化的可行性和可靠性。     

非对称3D压裂和裂缝无序性压裂设计理念与实践——以四川盆地川西致密砂岩气藏为例

目前致密气藏改造存在传统大型压裂与体积压裂两种技术模式,如何选取适合储层特征的改造方式令人困惑。基于对致密气藏、页岩气藏的储层地质特征、渗流特征的分析,阐释了致密气藏与页岩气藏改造理念的差异,提出致密气藏改造方式的选取应以储层地质特征、渗流特征为依据,以最大程度改善储层渗流能力为目标。据此理念,以四川盆地川西地区两套致密气储层为例提出了2种压裂设计方法:对于中浅层上侏罗统蓬莱镇组"叠覆型"储层采用水力裂缝与储层砂体空间展布、渗流能力相匹配的非对称3D压裂设计;对于中深层上三叠统须家河组五段"砂页岩交互"储层采用增加裂缝无序性的体积压裂设计。应用结果表明:采用非对称3D压裂设计方法的水平井压后平均产量较同区水平井提高了41%,该方法适用于对蓬莱镇组气藏的开发;采用增加裂缝无序性体积压裂设计方法的单井压后平均产量为2.25×10~4 m~3/d,该方法为须五段气藏的开发提供了有力的技术支撑。     

四川盆地长宁地区页岩气水平井组“拉链式”压裂实践

经过几年的探索和实践,在四川长宁—威远国家级页岩气示范区内相继完成一批直井和水平井体积压裂改造并获得工业产能,初步形成了自主页岩气储层改造技术,下一步需要探索解决的就是如何通过"工厂化"模式来提高压裂作业效率的问题。为此,介绍了我国第一个页岩气丛式水平井井组长宁A平台的部署情况,针对该平台压裂改造工艺要求和四川盆地山地地形特点,对该平台"工厂化"作业模式进行了优化设计,在国内首次采用"拉链式"压裂作业模式对该平台开展了"工厂化"压裂。通过地面标准化流程、拉链式施工、流水线作业和井下交错布缝、微地震实时监测,实现了每天平均压裂3.16段,最大限度增加储层改造体积,充分体现了"工厂化"压裂对页岩气丛式水平井平台大规模体积压裂改造的提速、提效作用。同时还针对该井组"拉链式"压裂的施工工艺、作业模式、地面配套以及压后初步评价进行了综合研究分析,"拉链式"压裂实践表明:2口井的"拉链式"压裂相对于该地区前期水平井单井压裂作业而言,效率提高78%、增产改造体积增加了50%。     

深层页岩气水平井储层压裂改造技术

四川盆地南部深层页岩气资源量大,但由于埋藏深、构造复杂,适于3 500 m以浅页岩气储层的分段体积压裂主体工艺技术在3 500 m以深页岩气储层的压裂改造中出现了不适应性,难以形成复杂缝网。为此,借鉴埋深为3 500 m以浅的页岩气实现规模效益开发的压裂工艺技术,结合深层页岩的构造与储层特征,形成了一套适合于深层复杂构造页岩气水平井的储层改造技术,并在渝西地区深层页岩气井的压裂改造中进行了现场实践。研究结果表明:①天然裂缝综合预测技术实现了对天然裂缝带的精细刻画及天然裂缝发育强度的定量预测,为后续压裂施工优化提供了依据;②在页岩储层可压性评价参数中,脆性指数、缝网扩展能力指数及含气性指数越大,储层可改造潜力越大、气井增产效果越好;③采用大规模前置液工艺,"高强度注液、低孔数、低浓度段塞式加砂"工艺,以及实施暂堵转向的缝网复杂度提升工艺,单井储层增产改造体积(SRV)与产能得到了有效提升。结论认为,所形成的储层改造技术适用于深层页岩气储层的压裂改造作业,可以为同类型页岩气井的压裂施工提供借鉴。     

四川盆地页岩气水平井分段压裂技术系列国产化研究及应用

随着四川盆地页岩气勘探开发的持续深入,实施水平井分段压裂改造已成为页岩气这种非常规气藏有效开发的必要手段。针对四川长宁—威远国家级页岩气示范区水平井储层特点,结合套管固井完井方式,通过开展自主攻关与现场试验,在页岩气水平井压裂改造方面逐步形成了一套完整的技术系列,包括:新型复合桥塞分段工具、高效降阻滑溜水体系、优化分段设计技术、体积压裂工艺、连续油管钻磨技术、连续混配、连续供砂、连续作业技术、返排液重复利用技术等,从而实现了页岩气水平井储层改造的最优化体积和效果。应用结果表明:自主研发的页岩气水平井复合桥塞优化分段、滑溜水体积压裂工艺及工程配套技术,能够有效提高工程时效和增加井口产能,为页岩气水平井规模效益开发提供了技术保障,为下一步四川盆地页岩气工厂化压裂的实施提供了技术支撑。     

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??Deep shale gas reservoirs buried underground with depth being more than 3 500 m are characterized by high in-situ stress, large horizontal stress difference, complex distribution of bedding and natural cracks, and strong rock plasticity. Thus, during hydraulic fracturing, these reservoirs often reveal difficult fracture extension, low fracture complexity, low stimulated reservoir volume (SRV), low conductivity and fast decline, which hinder greatly the economic and effective development of deep shale gas. In this paper, a specific and feasible technique of volume fracturing of deep shale gas horizontal wells is presented. In addition to planar perforation, multi-scale fracturing, full-scale fracture filling, and control over extension of high-angle natural fractures, some supporting techniques are proposed, including multi-stage alternate injection (of acid fluid, slick water and gel) and the mixed- and small-grained proppant to be injected with variable viscosity and displacement. These techniques help to increase the effective stimulated reservoir volume (ESRV) for deep gas production. Some of the techniques have been successfully used in the fracturing of deep shale gas horizontal wells in Yongchuan, Weiyuan and southern Jiaoshiba blocks in the Sichuan Basin. As a result, Wells YY1HF and WY1HF yielded initially 14.1×104 m3/d and 17.5×104 m3/d after fracturing. The volume fracturing of deep shale gas horizontal well is meaningful in achieving the productivity of 50×108 m3 gas from the interval of 3 500–4 000 m in Phase II development of Fuling and also in commercial production of huge shale gas resources at a vertical depth of less than 6 000 m.     

国内外页岩气勘探开发技术研究现状及进展

页岩气是二十一世纪潜力巨大的非常规天然气资源,可以作为常规能源的重要补充,能够有效地缓解世界能源压力。页岩气开采对于中国来讲既是机遇又是挑战。页岩气存储于泥页岩中,具有自生、自储、自保的特性,且每个页岩气藏都其自身勘探开发的特性。国外页岩气开发正处于发展阶段,先后经历了直井、单支水平井、多分支水平井、丛式井、PAD水平井钻井的发展历程,水平井及欠平衡钻井技术的应用加速了页岩气的开发进程,页岩气固井主要采用泡沫水泥固井技术,完井方式以套管固井后射孔完井为主。在增产方面,采用了大型水力压裂技术,包括清水压裂、直井压裂、水平井分段压裂、重复压裂和同步压裂等,并对裂缝进行实时监测以提高采收率。     

页岩气藏水平井分段压裂渗流特征数值模拟

页岩气藏具有独特的存储和低渗透特征,其开采技术也有别于常规气藏的开采技术,水平井完井技术和分段压裂技术是成功开发页岩气藏的两大关键技术。水平井完井和分段压裂后形成的复杂裂缝网络体系以及吸附气的解吸作用等因素,都给页岩气井的渗流机理研究带来极大挑战。研究表明,利用数值模拟软件来模拟页岩气井的裂缝网络系统,不仅能模拟页岩气的渗流机理,也能为编制页岩气藏开发方案提供可靠的理论依据。因此以Eclipse2010.1数值模拟软件为研究平台,建立了３种考虑吸附气解吸的页岩气分段压裂水平井数值模型,能够模拟页岩气藏水平井的生产动态,对体积压裂后形成的裂缝参数进行优化模拟。结论认为：只有通过增加水平井的数量和储层改造体积（SRV）、选取异常高压区钻井和压裂出具有充分导流能力的裂缝,才能有效提高页岩气藏的采收率,实现页岩气藏的有效开发。     

页岩气水平井高产主控因素定量评价及应用

针对相同地质条件或施工工艺下,页岩气水平井产能差异较大的问题,以威远页岩气田WH平台为例,筛选出12项参数,利用主成分分析法,明确产量主控因素。结果表明:利用主成分分析法提取的2个主成分综合反映了原始参数94.09%的信息;压裂长度、优质储层厚度、压裂段数、压裂液用量、优质储层钻遇长度和优质储层压裂长度为WH平台水平井高产主控因素。以优质储层厚度、优质储层压裂长度和压裂液用量为代表构建了一种同时考虑SRV 3个维度的综合性参数“SRV因子”,通过与产量进行标定,建立了气井产量预测模型,实现产量快速准确预测。该研究为气井精细施工、产量预测及合理开发技术制订提供了参考。     

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??Due to downhole complexities, shale-gas horizontal well fracturing in the Sichuan Basin suffered from casing deformation and failure to apply the technique of cable-conveyed perforation bridge plug. In view of these problems, a new technique of staged volume fracturing with temporary plugging by sand filling is employed. Based on theoretical analyses and field tests, a design of optimized parameters of coiled tubing multi-cluster sand-blasting perforation and temporary plugging by sand filling was proposed. It was applied in the horizontal Well ZJ-1 in which casing deformation occurred. The following results are achieved in field operations. First, this technique enables selective staged fracturing in horizontal sections. Second, this technique can realize massive staged fracturing credibly without mechanical plugging, with the operating efficiency equivalent to the conventional bridge plug staged fracturing. Third, full-hole is preserved after fracturing, thus it is possible to directly conduct an open flow test without time consumption of a wiper trip. The staged volume fracturing with temporary plugging by sand filling facilitated the 14-stage fracturing in Well ZJ-1, with similar SRV to that achieved by conventional bridge plug staged fracturing and higher gas yield than neighboring wells at the same platform. Thus, a new and effective technique is presented in multi-cluster staged volume fracturing of shale gas horizontal wells.