页岩气井水力压裂技术及其应用分析

页岩储层孔隙度小、渗透率低,页岩气井完井后需要经过储层改造才能获得理想的产量,而水力压裂是页岩气开发的核心技术之一。在研究水力压裂技术开发页岩气原理的基础上,剖析了国外的应用实例,分析了各种水力压裂技术(多级压裂、清水压裂、水力喷射压裂、重复压裂以及同步压裂技术)的特点和适用性,探讨了天然裂缝系统和压裂液配制在水力压裂中的作用。研究表明,中国现阶段页岩气勘探开发水力压裂应从老井重复压裂和新井水力压裂两个方面着手,对经过资料复查、具有页岩气显示的老井可采用现代水力压裂技术重复压裂;埋深在1500m以浅的有利储层或勘探浅井可采用氮气泡沫压裂,埋深在1500～3000m的井可采用清水压裂,埋深超过3000m的储层暂不考虑开发。     

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。     

美国页岩气勘探开发最新进展

页岩气储层的基质渗透率非常低,并且存在次生矿物填充的簇状“天然”裂缝。页岩气藏储量包括基质吸附的天然气量和裂缝、孔隙中储存的自由气量。美国的页岩气作为一个全球规模的能源安全源和长期供气源,其水平井钻井技术和低黏度水力压裂技术开启了原来被认为是没有商业价值的页岩气这个巨大的储备资源宝库。为此,从ALL咨询公司整理的报告以及SPE网站公布的论文入手,对比并评估了煤层气、常规天然气和页岩气储层的关键参数,阐述了美国页岩气的最新勘探开发状况,对主要页岩气藏的重要参数进行了归纳分析,重点对推动页岩气开发的水平井钻井技术和水力压裂技术进行了剖析,以期达到对我国的页岩气勘探开发提供借鉴的目的。     

中国页岩气勘探开发适用技术探讨

页岩气藏因其储层物性差、孔隙度和渗透率低，使其开采难度大，需要应用特殊的勘探开发技术。美国在页岩气勘探开发中采用了致密岩石分析技术、录井和测井技术、水平井钻井技术、特殊的完井工艺以及水力压裂等储层改造技术。通过借鉴国外的页岩气技术，分析技术适应条件，结合国内现有技术，提出适合我国的页岩气勘探开发技术设想及未来发展方向。     

页岩气钻完井工程技术现状

介绍了页岩气的性质、特点及全球分布情况,针对页岩气储层物性差、开采难度大的特点,重点介绍了北美页岩气开采过程中所采用的水平井钻井技术、特殊的完井工艺以及水力压裂等储层改造技术。通过文献调研得知,美国页岩气勘探开发已进入商业化模式,集成应用了先进的钻完井技术和井下工具。我国页岩气地质储量丰富,但是勘探开发技术尚在探索起步阶段,需要克服的困难还很多。文章借鉴国外先进页岩气钻完井技术,结合国内现有技术,提出适合我国页岩气勘探开发的理论依据和技术思路。     

技术进步是推动美国页岩气快速发展的关键

近年来,美国页岩气的勘探开发步入大规模快速发展阶段。除了得益于天然气市场需求的增长、国家政策扶持等因素外,技术进步是推动美国页岩气快速发展的关键因素,其中钻井、完井与增产技术的进步,尤其是水平井钻井、水力多段压裂、重复压裂、同步压裂以及裂缝综合监测等技术的突破与广泛运用起着极为重要的作用。美国页岩气勘探开发的巨大成功表明,只要突破传统的勘探思想,坚持不懈地开展技术创新,仍然能够使分布广泛的页岩气资源量逐步转化为经济和技术可采储量。     

页岩气多级压裂水平井不稳定产量递减探讨

由于水平井钻井技术及水力压裂工艺的进步,页岩气藏已经可以开采得到工业气流。基于页岩气藏特殊渗流机理及解吸扩散规律,建立了在水平井钻井及多级压裂生产条件下综合考虑井筒储集、表皮效应、水力裂缝参数等多种因素影响下的双重介质页岩气多级压裂水平井不稳定渗流模型。通过运用点源函数法、Laplace变换、特征值法、正交变换法及Stehfest数值反演得到了双重介质页岩气多级压裂水平井产量递减特征曲线,分析了产量递减特征曲线对于表皮因子、吸附因子、裂缝条数、水平井长度以及裂缝渗透率的敏感性。该模型及研究可以用于更精确有效地预测页岩气多级压裂水平井产量动态变化。     

美国页岩气压裂返排液处理技术现状及启示

水力压裂技术是目前页岩气开发依靠的主要储层改造手段,但采用该技术开采页岩气对水资源的消耗情况和压裂施工完成后返排液如何处置则引起了人们广泛的关注。为此,以美国Marcellus页岩区和Barnett页岩区为例,分析整理了其压裂返排液的水质特点与处置方式。在系统归纳美国页岩气开发过程中形成的返排液管理路线的基础上,从处理回用和处理外排两个方面介绍了返排液处理技术现状及研究进展。结论认为：从目前国外应用和研究现状来看,页岩气压裂返排液处理的理论和技术是相对成熟的。进而结合我国页岩气开发的形势,提出了符合实际的压裂返排液处理技术研究框架,明确了研究主题,提出了研究方向和目标建议：①完善页岩气压裂返排液深井灌注技术标准体系;②开展页岩气压裂返排液处理回用技术研究,研发耐盐耐硬度压裂液体系及配方;③开展其他废水回用配制页岩气压裂液体系或无水压裂可行性研究;④探索压裂返排液外排技术应用的可能性。以期为上述热点问题的最终解决提供技术思路。     

页岩气开发水管理对策分析

目前,我国页岩气开发水管理面临的主要问题是水力压裂耗水量大,以及采出水成分复杂、污染物多。根据国外页岩气开发水管理经验,总结了页岩气开发对水资源的影响和采出水处置的主要方式,并结合国情提出了我国页岩气开发水源应多渠道选择的基本对策,以及采出水处置应以回用于水力压裂为首选方式的基本水管理思路。最后,提出了目前我国页岩气开发水管理的首要任务,即开展采出水回用水处理理论研究和工艺技术设备开发,并跟踪高盐水脱盐新技术和新工艺的发展动向。     

页岩气藏压裂技术及我国适应性分析

我国对页岩气的研究与勘探开发还处于探索阶段,美国通过压裂等开发技术的进步,使页岩气的勘探开发步入大规模快速发展阶段。通过借鉴国外的页岩气藏压裂技术,结合我国四川盆地页岩气藏的储层特性及已有的压裂基础,分析我国页岩气藏压裂的适应性,指出压裂的约束条件。认为在引进国外技术的同时应加强理论研究,这样才能使我国的页岩气藏开发进入新的发展阶段。     

水力射孔射流压裂工艺在长庆油田的应用

水力射孔射流压裂集水力喷砂射孔和射流加砂压裂于一体，是一项重大革新型的增产工艺。该工艺采用水力喷射专用工具，首先依靠高速射流作用实现套管射孔，并在射流状态下直接进行压裂作业，既可用于水平井多段压裂改造，也可用于直井单段或多段压裂改造。现场应用表明，对于水平井，该工艺可缩短施工周期、降低施工费用、提高作业安全性；对于直井，除具有传统压裂的作用之外，可在近井地带产生高导流缝穴，有利于增产和稳产。该工艺具有施工高效性、经济性、安全性以及明显的增产能力，对于低渗透油气田的开发意义较大。     

非常规油气CO2压裂技术进展及应用实践

非常规油气是我国重要的接替资源,由于油气储层物性普遍较差,大规模水力压裂是目前比较有效的储层改造技术,但存在耗水量大、储层伤害大、环境污染等问题。CO₂压裂技术充分利用CO₂自身扩散能力强、储层配伍性好、可增加地层能量等特点,具有节水、保护环境、埋存CO₂以及增产等优势。室内实验及现场实践证明,CO₂压裂技术可有效降低储层伤害、改善储层物性,降低岩石起裂压力,促进形成复杂缝网,同时可以高效置换吸附气、降低原油黏度,提高单井产量,CO₂压裂技术相对于水力压裂,压后返排率可提高25%以上,平均单井产量可提高1.9倍以上。通过进一步优化工艺技术,研发配套设备及制定相关标准,探索区块整体开发模式,CO₂压裂技术必将极大地促进我国非常规油气绿色和高效开发。     

富有机质页岩储层热激致裂增渗的有利条件

页岩气藏的经济开发成为了当前非常规天然气开发关注的焦点。页岩气藏开发方式以"水平井+水力压裂"为核心技术,水力压裂过程中存在"大量压裂液滞留储层,难以返排,形成水相圈闭损害,阻碍气体产出"的工程难题。此外,水力压裂能形成大规模复杂缝网,沟通了微米级裂缝,而基块纳米级孔隙中气体仍然难以进入裂缝。从室内实验和矿场试验两方面概述了储层高温热处理的研究进展,提出了与水力压裂技术协调的富有机质页岩储层热激致裂的方法,从页岩储层地质特征与工程实际分析了页岩储层适合热激增渗的有利条件。研究认为,热激条件下有机质生烃增压、丰富多样的矿物组分差异热膨胀、微米-纳米级孔隙压力仓作用是页岩热致裂的有利地质条件;基于页岩气井体积改造形成的裂缝网络,滞留压裂液不仅能提高页岩导热能力,且在热激条件下水热增压、热液溶蚀作用可为页岩致裂增渗提供重要的工程条件。充分利用页岩储层独特的地质优势和有利的工程条件,包括热液作用、矿物组分非均匀膨胀致裂和热促吸附气解吸的热激法对压裂后的页岩储层进行改造,能够有效缓解甚至解除水相圈闭等储层损害,促使水力裂缝或天然裂缝两侧基质岩石热致裂,改善裂缝网络,增强页岩储层基质-天然缝-人工缝多尺度传质能力,同时实现压裂液的回收再利用,这将是一种环境友好型的有效开发页岩气藏的新方法。     

红台204井致密气藏大型压裂技术应用实践

针对红台区块小草湖洼陷低压低渗致密气藏自然产能极低,常规加砂压裂改造方法增产效果差的现状,在红台204井研究应用了大型压裂改造技术,主要包括裂缝规模合理确定、大型压裂施工参数优化设计以及低伤害助排压裂液等关键技术。入井压裂液772.6m3、砂量100.6m3,压后初期最高产气量达16×104m3/d,稳定产气量达9.6×104m3/d,凝析油8.3m3/d,是压前产气量的14倍,增产效果和经济效益显著。大型压裂技术的成功应用,使红台气藏勘探获得重大突破,可采储量得到升级,为类似气藏的开发提供了经验。     

高压低渗气藏水平井水力喷射分段压裂工艺技术

新场上沙溪庙组气藏为典型的低孔、低渗高压致密气藏,水平井分段压裂技术是该类储层高效开发的有效手段。针对地层压力高、分段手段有限等难点,将水力喷射压裂与多级滑套分层压裂工具相结合,形成了高压低渗气藏水平井水力喷射分段压裂工艺技术。该技术具有不动管柱连续分段改造、不带封隔器、管柱容易起出等特点。在xs311H和XS21—1...     

水力压裂技术现状及发展展望

本文对国内外目前常用的低渗透油藏总体优化压裂技术、致密气藏大型水力压裂技术、深井、超深井压裂酸化配套技术、煤层甲烷气压裂技术以及近几年国外开始研究用于高渗层和重复压裂的高砂比和端部脱砂压裂技术的技术发展、现状及未来趋势作了较详细的分析介绍。     

水力压裂基础研究进展及发展建议

中国低渗透、页岩、致密等难开采油气资源比较丰富,高效开发这类油气资源已成为保障国内油气供给的重要举措之一。水力压裂在难开采油气储层改造中得到了广泛应用,取得了显著的增储增产效果。为了更好地研究和发展水力压裂技术,介绍了国内外近年来水力压裂新工艺和水力裂缝起裂与扩展理论研究、数值模拟、物理模拟等基础研究成果,指出目前研究中存在的不足,分析认为工程与地质的匹配性、稳定与非稳态注入方式的选择性、水力压裂物理模拟与现场原型的相似性,是有效实施水力压裂新工艺的关键所在,并对未来循环注入和波动注入水力压裂研究方向提出了重点研究内容建议,包括非稳态注入流体形成机制研究、井筒压力波动行为研究、储层岩石起裂与扩展机理研究、压裂物理模拟试验与先导性试验、井下管柱动力学及控制技术研究等,以期尽快形成适合中国低渗透、页岩、致密等储层岩性的非稳态水力压裂工艺基础理论及配套技术,并制定非稳态水力压裂设计准则与施工规范。     

川西深层须家河组气藏压裂改造难点和工艺技术对策

川西地区须家河组砂岩气藏埋藏深,温度高,异常高压,岩性致密,作为勘探开发核心技术的压裂改造技术能否获得突破,将直接制约深层气藏的勘探开发进程。通过工程地质特征分析,指出压裂改造的主要难点是破裂压力超高、闭合压力超高、施工压力超高、压裂液综合性能要求高和排量提升困难。详细分析了川合148井测试压裂和主压裂的成功作业过程和川合139井不成功的压裂作业。通过这2口井现场试验的对比分析,认为深层须家河组气藏的加砂压裂改造是可行的,但由于异常复杂的地质特征,压裂改造的难度仍然很大。为了有效解决这些技术难题,提出了一系列有针对性的工艺技术对策,以期能为深层气藏下一步压裂改造技术攻关提供有益的参考。