川南深层页岩气水平井体积压裂关键技术

针对川南深层页岩气水平井压裂技术不成熟、关键参数不合理和压裂后单井产量低的问题,在综合分析已压裂井压裂效果的基础上,结合川南深层页岩储层地质工程特点,以提高缝网复杂程度、增大裂缝改造体积、维持裂缝长期导流能力为核心,采用室内试验与数值模拟相结合的方式,优化了压裂工艺和关键参数,形成了以"密切割分段+短簇距布缝、大孔径等孔径射孔、大排量低黏滑溜水加砂、高强度小粒径组合支撑剂、大规模高强度改造"为主的深层页岩气水平井体积压裂关键技术。Z3井应用该技术后,获得了21.3×10⁴ m³/d的产气量,较同区块未用该技术的井提高1倍以上;川南地区多口深层页岩气水平井应用该技术后获得高产,说明该技术有较好的适应性,可推广应用。川南深层页岩气水平井体积压裂关键技术为3 500～4 500 m页岩气资源的有效动用奠定了基础。     

页岩气储层体积缝网压裂技术新进展

体积缝网压裂是以在储层中形成大规模复杂裂缝网络为目的的压裂工艺技术,是低渗、特低渗页岩气储层实现工业开采最有效的增产措施。介绍了近期提出的同步压裂(或拉链式压裂)、交替压裂(或"德州两步跳"压裂)和改进拉链式压裂技术工艺原理及其实现方法,对比分析了其各自存在的优缺点,简要阐述了成功实现页岩气储层体积缝网压裂的关键辅助技术(清水压裂技术、微地震监测技术及参数优化方法等)。研究发现,改进拉链式压裂利用同步压裂和交替压裂优点的同时规避了它们各自的不足,使其压后效果相比于同步压裂和交替压裂更好,为页岩气的进一步开发提供了新思路。最后,针对目前尚存在的问题,分析了其可能原因并指出了未来发展方向,对我国页岩气高效开发具有重要指导意义。     

煤岩T型缝压裂实验及压力曲线分析

煤层气的水力压裂会形成煤层内多裂缝共存的复杂裂缝系统,有利于提高煤层气产能,而压裂实验可以分析复杂裂缝系统的形成。采集山西保德区块原始煤岩制成规则形状的煤样,利用设计的三轴可变应力压裂实验设备对煤样进行了室内水力压裂模拟,实验时分别设定了煤样的三轴应力,实验后得到了煤层T型缝,分析了压裂压力曲线及压裂后的煤样。实验条件下生成T型缝的压裂压力出现了2个峰值,其后裂缝开始延伸。分析认为,当压裂受煤岩原生裂缝影响时,压裂曲线会出现多个峰值,且峰值之间差别较小。压裂曲线的特征有助于现场压裂时复杂裂缝的判断。     

四川盆地龙马溪组页岩气缝网压裂改造甜点识别新方法

压裂改造甜点的准确识别是页岩气储层水力压裂实现经济产能的关键之一。以四川盆地奥陶系五峰组—志留系龙马溪组一段页岩为研究对象,考虑储层成层性、脆性矿物和天然弱面发育特征等压裂改造关键影响因素,引入综合脆性指数、储层层理与裂缝指数和缝网扩展指数,整合为缝网压裂甜点指数,建立四川盆地龙马溪组页岩气缝网压裂改造甜点识别方法。研究表明：储层层理与裂缝指数介于0.5~0.6之间,综合脆性指数介于0.55~0.6之间,缝网扩展指数大于0.6,缝网压裂甜点指数大于0.55的储层,层理发育明显、基质碳酸盐矿物较多、天然裂缝发育适度且充填程度高的页岩可获得较好压裂改造效果,最具改造潜力,能有效改造储层实现缝网压裂,是体积压裂改造的甜点。研究成果与矿场微地震监测和产气剖面解释结果较为一致,对储层压裂改造的选层选段和压裂方案设计具有理论支撑和现场指导意义。     

段塞式加砂技术在页岩气缝网压裂中的应用

页岩储层裂缝扩展及延伸机理不同于常规储层,且微裂缝发育,压裂液滤失量大,常规的连续阶梯状加砂压裂工艺在页岩气开发中不适用。段塞式加砂工艺采用段塞＋中顶＋段塞的不连续加砂模式,具有降低近井摩阻、提高裂缝复杂程度实现缝网压裂、提高施工成功率等作用。此技术在国内某页岩气井压裂施工中得到了应用,施工一次成功率100％,并取得了较好的产能。     

页岩气藏压裂改造难点与技术关键

我国的页岩气资源储量非常可观,国外成功开发的经验表明,压裂改造是实现页岩气高效、经济开发的重要技术步骤。为此,在详细调研和总结国内外相关成果的基础上,从压裂改造的角度分析了页岩气储层基本特征,阐述了页岩气藏压裂理论、材料和工艺3个方面所面临的难题和挑战,进而提出了页岩气藏改造技术关键。结论认为：剪切作用有利于形成复杂裂缝网络;页岩中的气体以吸附、游离和溶解状态存在,在非达西流动状态下,气体渗流机理更为复杂;以微地震数据为基础,通过离散裂缝网络模型描述缝网是目前计算页岩气产能的主流方法;滑溜水压裂应根据储层条件研制和筛选支撑剂和添加剂,开发井下工具,并优化泵注程序和压裂工艺,以形成高导流能力的大型复杂裂缝网络为改造作业目标。     

页岩气水平井分段压裂优化设计方法——以川西页岩气藏某水平井为例

页岩储层需要水力压裂才能获得理想的产能,压裂时在追求较大改造体积的同时也应注重形成与储层相匹配的缝网导流能力,以提高改造体积渗透率。基于Warren Root模型,将压裂后形成的缝网考虑为高渗透带,利用等效渗流理论建立了等效高渗透带模型,在地质模型中利用体积及等效渗透率对压裂缝网进行表征,通过产能模拟并借助净现值理论对高渗透带长度、等效渗透率等参数进行优选,并以优选的高渗透带参数为目标,结合缝网模拟便可得到目标条件下的最优施工参数。针对川西页岩气藏某水平井使用该方法得到最优高渗透带长度为200～220 m,最优等效渗透率为4～5 mD。结合缝网模拟得到目标条件下的施工参数为：总液量为1 600 m³,总砂量为53 m³,平均砂比为10%,最高砂比为28%,施工排量为10 m³/min。该设计为页岩气储层改造作业提供了技术支撑。     

复合页岩气藏压裂水平井压力动态分析

压裂改造体积SRV是评价储层改造效果的重要指标,是影响压力动态的关键因素。基于页岩气吸附解吸、扩散和渗流等多重运移机制,考虑压裂改造区的影响,建立内外区均为双重介质的复合页岩气藏压裂水平井试井模型。利用源函数思想,结合Laplace变换、叠加原理等方法,采用半解析法求取无限导流压裂水平井的井底压力响应。应用Duhamel原理考虑井筒储集和表皮效应的影响,结合Stehfest数值反演,绘制复合页岩气藏压裂水平井试井典型曲线,划分流动阶段。定义新无因次变量,分析SRV半径、裂缝条数、裂缝半长、裂缝间距、扩散系数、储容比、吸附解吸系数、渗透率系数及流度比等参数对压力动态的影响,该结果可为页岩气藏的合理高效开发提供理论依据。     

基于结构弱面及缝间干扰的页岩缝网压裂技术

为明确页岩储层中层理、天然裂缝等结构弱面和缝间干扰对缝网压裂效果的影响机制,根据全三维物模实验所观察到的裂缝扩展现象,理论分析了结构弱面控制下和缝间干扰影响下复杂裂缝的形成机制,并结合数模研究对现场有助于形成复杂裂缝的多种施工工艺和方法进行了探讨。最终得出：结构弱面可使与之相遇的水力裂缝停止、转向或产生新缝,结构弱面发生剪切错动或张开后均可成为页岩气流动通道;此外,缝间干扰会影响后续裂缝的几何形态,从而改变其与结构弱面的逼近角;2级主裂缝间可以产生分支缝,有利于增加裂缝复杂度,适当降低裂缝间距可在一定程度上增强缝间干扰。目前已进行矿场试验的大排量低黏压裂液、暂堵转向、平台“拉链式”压裂等措施取得了较好的监测结果,作业方式的改进和不同压裂技术的综合应用也是增加裂缝复杂度的有效途径。     

基于缝网导流有效性评价的深层页岩气压裂支撑剂优化设计

深层页岩气储层埋藏深、温度高、地层应力大、岩石塑性强,导致压裂缝网复杂度低,缝网导流能力不足,极大影响了深层页岩气储层的压裂效果。评价深层页岩气压裂缝网的有效性,可以指导深层页岩气储层通过高效地压裂改造获得稳定高产的页岩气产能,具有重要的商业价值。基于川东南丁山地区深层页岩地质条件与裂缝导流能力实验,开展了深层页岩高闭合应力条件下裂缝导流有效性评价。结果表明：随着闭合应力的增大,自支撑裂缝与支撑裂缝导流能力呈快速递减的趋势,当闭合应力达到55 MPa时,自支撑裂缝的导流能力仅为0.1μm²·cm,反映了深层条件下剪切裂缝难以满足流体流动的现状;在铺砂条件下,当闭合应力大于69 MPa时,粒径为40/70目的陶粒可有效满足主裂缝的导流要求,粒径为70/120目的陶粒与石英砂均可达到分支裂缝的导流要求;同时定量计算了满足主裂缝与分支裂缝导流要求的最低铺砂浓度,并绘制了不同类型、粒径的支撑剂用量设计图版。研究成果为深层页岩气储层压裂的支撑剂选择与优化提供了技术参考。     

页岩气水平井投球暂堵压裂裂缝数模研究

在非均质性强、地应力差大的页岩气储层,常规段内多簇压裂工艺难以沟通储层中的天然裂缝形成复杂的水力裂缝网络.在四川盆地长宁、威远区块套管井试验了暂堵球分段压裂工艺,通过缩短簇间距、增大单段内的裂缝数目成功地实现了对套变影响段的有效改造,实现了页岩气井控储量的有效动用.为进一歩明确页岩气水平井段内投球暂堵压裂后水力裂缝的扩...     

页岩气体积改造人工缝网优化设计

威远页岩气区块储层致密,天然裂缝局部发育,储层非均质性较强,常规的水平井分段压裂技术无法满足产能需求。针对该问题,以威AH1平台为例,基于地质工程一体化技术思路,综合地质属性模型和地质力学模型,建立了威AH1平台的一体化压裂模型。利用模型对压裂排量、压裂液量、砂比、分簇数量、支撑剂配比与注入方式进行了分析,确定了压裂施工最优化参数。该研究结果在威AH1平台应用了8口井,与压裂前相比,日产气量提高了30%。该研究可为威远地区页岩气一体化开发提供技术支持。     

水平井缝网压裂裂缝间距的优化

为了让致密油气藏分段压裂时形成的水力裂缝和天然裂缝相沟通,形成复杂缝网,提高水力压裂增产效果,采用数值模拟方法研究了水平井缝网压裂的缝间距优化问题。建立了均质、各向同性储层内二维水力裂缝的诱导应力差模型;根据裂缝转向机理,推导出了缝间最大诱导应力公式,确定了最优间距。结合现场数据,计算了泊松比为0.2~0.5、缝间距为40~90 m时的缝间诱导应力。计算结果表明:地层的泊松比越小,裂缝的诱导应力差越大,诱导应力的传播距离越远;随着与裂缝距离的增加,诱导应力差呈现先增大后减小的趋势;当2条裂缝之间的距离为最优间距时,缝间的诱导应力差最大。研究表明,优化裂缝之间的缝间距,可以使裂缝之间的诱导应力差达到最大值,形成复杂的裂缝网格,提高油气与井筒之间的连通性。研究结果为低渗透油气藏缝网压裂时的裂缝优化设计提供了参考。      

缝网压裂技术及其现场应用

针对低渗透、特低渗透储层的缝网压裂技术,完善了缝网压裂的概念,指出缝网压裂是在达到预期目标支撑缝长的主裂缝基础上,形成多缝直至形成“缝网”系统。对不同类型的储层,根据弹性力学假设,采用不同的平面模型,分析了形成缝网的力学条件。当施工时裂缝内净压力超过水平主应力差值与岩石抗张强度之和后,可在原始裂缝的基础上形成新裂缝,实现缝网。研究了各种缝网压裂施工方式,提出了目前可应用的缝网压裂施工方法,并指出缝网压裂的发展方向。采用缝网压裂设计理论对F1-15井进行了缝网压裂设计,施工取得成功。试验结果表明,压裂后效果显著,分析显示有多缝形成。     

形成复杂缝网体积(ESRV)的影响因素分析

基于室内真三轴水力压裂模拟实验、现场压裂实践和理论分析的方法,从储层岩石的脆性指数、水平应力差、天然裂缝的力学特征和发育程度、液体黏度和施工参数等方面分析了储层形成复杂裂缝网络的受控因素,初步建议以多因素耦合的复杂缝网体积(或有效地改造储层的体积ESRV)来表征水力压裂对储层的改造程度。复杂缝网体积,既包括了裂缝总面积与储层体积的比表面积(裂缝的密度)的作用也包括了裂缝所触及到改造体积(裂缝体积)的作用。研究表明,储层的水力压裂复杂缝网指数受到地质因素和工程因素的双重影响。     

Y151井区水平井缝网压裂参数优化研究

低渗-超低渗透Y151井区采用缝网压裂水平井进行开发,但目前,针对缝网压裂水平井特征参数优化的研究很少,因此,文中使用Eclipse数值模拟软件,考虑等效导流能力和局部多重网格加密方法建立缝网压裂网络模型,同时利用"主裂缝+SRV区域渗透率"的小尺度缝网模拟方法,开展次缝、支缝与主缝之间的导流匹配研究,确定了Y151井区水平井缝网压裂的裂缝形态、井筒与裂缝延伸方向、水平段长度等参数。为Y151井区以及低渗-超低渗致密油藏缝网压裂水平井开发有着指导意义。     

多级压裂页岩气水平井的不稳定生产数据分析

页岩气藏因其储层具有超低渗透特点,使得多级水力压裂水平井（MFHW）完井技术用于开发这些非常规资源变得经济可行,从而降低了天然气成本。所提出的多级压裂水平井不稳定生产数据分析方法有别于常规的页岩气藏分析方法,在气藏的孔隙度（φ）、渗透率（K）、储层厚度（h）和井的泄流面积（A）不确定的情况下,也能计算压裂气体体积（SRV）直线流的孔隙体积（V_p）和原始地质储量（OGIP）。该方法利用生产数据m(p_i)-m(p_wf / q_g和时间t的双对数曲线计算分析多级压裂水平页岩气井的V_p和OGIP。研究表明：该方法适用于单相气体流动,如果有两相以上流体流动,则需要对模型进行修改。     

缝网压裂施工工艺的现场探索

为进一步提高缝网压裂现场实施的有效性，首先分析了以往采用蜡球实现缝内封堵的不足之处，认为主要在于影响泵效、封堵强度不够和蜡球溶解致裂缝导流能力降低。然后通过筛选对比多种暂堵剂的性能，并结合室内支撑剂性能及导流能力实验，提出选用大粒径支撑剂作为缝内封堵剂。此外将端部脱砂压裂作为缝网压裂的实施技术应用到现场中，现场实施了9口井16层。压后分析显示2种方法都有效地提升了缝内净压力。缝网压裂试验井效果显著，与邻井相比，投产前3个月的日产油量分别提高了101.2%、103.8%、133.3%。该技术为低渗/特低渗储层的有效动用提供了有效的手段。     

运用压力恢复典型曲线对压裂后气井进行测试分析

ＲａｖｅｎｓｐｕｒｎＳｏｕｔｈ气田曾对压裂后的井进行测试。用含有非达西效应和真实气体性质的特征压力恢复典型曲线对裂缝传导性和裂缝长度进行了最佳评价。