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。     

页岩气体积压裂缝网模型分析及应用

对低渗透页岩储层进行体积压裂改造以形成复杂裂缝网络是获得页岩气经济产能的关键,压裂改造体积和缝网导流能力是评价体积压裂施工效果的关键指标,同时对压裂优化设计、压后产能预测及经济评价也具有重要意义。为此,在分析页岩气体积压裂特点的基础上,对两种主要页岩气体积压裂缝网模型的假设、数学方程及参数优化方法进行了比较分析,并结合美国Marcellus页岩区块现场参数对页岩储层压裂方案进行了优选。结果表明：离散化缝网模型及线网模型均能有效表征复杂缝网几何特征,模拟缝网的扩展规律和缝网中压裂液流动及支撑剂运移,获得缝网几何形态参数,可优选压裂施工方案;天然裂缝发育的页岩层是体积压裂改造的重点,水平地应力差越小则越易形成复杂缝网,施工排量越大,压裂液泵入总量越大,则储层改造体积范围越大,缝网导流能力越高,页岩气产能就越高。     

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Ⅰ区块体积压裂缝网模拟研究

为解决页岩Ⅰ区块气藏渗透率低、气体流动困难的问题,对该区块体积压裂缝网进行模拟计算,验证是否能够形成体积缝网。在分析体积压裂缝网形成的地质、力学、工程条件基础上,采用数值模拟方法得到页岩Ⅰ区块体积压裂的最优裂缝参数:裂缝半长200 m、裂缝段数为10段、裂缝导流能力为10 μm2·cm。以优化的裂缝参数为目标,采用数值模拟的方法计算得最佳铺砂浓度为4 kg/m3,主裂缝导流能力为10 μm2·cm,并且能够形成体积缝网形态。研究结果表明,页岩Ⅰ区块能够进行有效的体积压裂,形成有效缝网。     

页岩气井体积压裂技术在我国的应用建议

页岩气因其储层渗透率超低、气体赋存状态多样等特点,决定了采用常规的压裂形成单一裂缝的增产改造技术已不能适应页岩气藏的改造,必须探索研究新型的压裂改造技术,方能使其获得经济有效地开发。为此,在总结分析美国页岩气储层的岩性、物性、天然裂缝与力学性质特征的基础上,依据复杂裂缝形成机理,提出了压裂形成复杂缝网、增大改造体积的基本地层条件的观点,归纳了直井和水平井体积压裂改造工艺技术方法等。实践表明:页岩气储层获得体积压裂后不仅初期产量高,而且更有利于长期稳产;在我国压裂增产改造将是开发页岩气最重要的技术手段。建议分海相、陆相两大类型开展体积压裂适应性、体积压裂优化设计技术与实施工艺技术、压后监测与评估技术等攻关研究。     

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。     

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。     

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。     

川南页岩气体积压裂技术发展与应用

我国四川盆地页岩气资源丰富,经过10余年探索,中国石油在川南地区实现页岩气的规模效益开发,掌握了页岩气勘探开发核心技术,页岩气压裂理论、技术和方法从无到有,从单一到配套,实现了从跟跑到部分领跑的全面进步。2010年至今,川南地区页岩气压裂经历了先导试验、自主研发、系统完善、技术升级4个发展阶段,形成了以体积压裂工艺技术、体积压裂配套技术、压裂裂缝监测与压裂后效果评价技术、工厂化压裂技术为核心的3500m以浅页岩气水平井体积压裂技术体系。研究总结了现阶段页岩气压裂技术进展和应用成效,分析了已有技术的局限性、川南地区压裂难点,提出需要针对不同埋深的页岩储层地质特征开展针对性的压裂理论深化研究与技术攻关,需攻关3500m以浅老区提高采收率、3500m以浅新井提高产量和储量动用程度、3500m以深页岩气提高单井产量及复杂防控等领域,以支撑未来页岩气高效开发。     

页岩气网络压裂设计方法研究

页岩气能否有效产出,很大程度上取决于压裂裂缝和压裂过程中诱导天然裂缝开启而形成的相互交错的网络裂缝面积大小,其与页岩气井生产指数具有一定的相关性,因此,页岩气压裂设计的根本出发点在于如何形成有效的网络裂缝。在借鉴国外海相页岩气压裂成功经验的基础上,针对国内陆相页岩气的特殊性,进行了网络压裂的探索性研究。确立了页岩气网络压裂设计原则及相关理论基础,阐述了网络压裂设计的基本思路及优化方法,包括射孔方案、小型测试方案、压裂材料优选、施工参数及压后返排参数优化等,并围绕页岩气网络裂缝的主控因素（页岩可压性、诱导应力场、主裂缝净压力优化及控制等）进行了系统的模拟分析。基于所提出的优化设计方法,对河南油田某页岩气井实施了小型测试压裂和主压裂施工,获得成功并取得了很好的效果。      

页岩油气水平井压裂裂缝复杂性指数研究及应用展望

为了评价页岩水平井压裂效果,将适用于直井的裂缝复杂性指数概念拓展到页岩水平井分段压裂中,考虑缝宽的非平面扩展、缝高的垂向延伸、主缝长的充分扩展和分段压裂的缝间应力干扰因子等因素,研究了不同裂缝类型对应的裂缝复杂性指数范围。对如何提高裂缝复杂性指数,进行了实施控制方法上的系统探索。结果表明,要增加裂缝的复杂性指数,一是要有一定的有利地质条件,二是需要优化压裂施工参数及现场实施控制技术。研究结果在四川盆地周缘4口水平井进行了应用和验证,每口井分段压裂10~22段,共实施65段140簇压裂,单段最大加砂量126 m3,最大用液量达4.6×104 m3。压裂后复杂裂缝出现的概率为40%左右,部分井增产效果明显。      

页岩气网络压裂支撑剂导流特性评价

页岩气水平井长缝网络压裂支撑剂铺置浓度低,嵌入伤害大,导流特性与常规油气藏不同,与北美页岩气水平井中短缝压裂也有明显差异。为评价不同类型支撑剂在低铺砂浓度下的导流特性,采集龙马溪组地层页岩露头制作试验岩样,使用 FCES-100 裂缝导流仪对陶粒、石英砂、覆膜砂3种类型支撑剂在不同粒径、不同铺砂浓度和不同闭合压力条件下的导流特性进行了评价。结果表明:支撑剂类型、闭合压力和铺砂浓度对页岩支撑裂缝的导流能力影响较大;中高闭合压力和低铺砂浓度条件下,覆膜砂的导流能力最大,陶粒次之,石英砂最小。评价结果可为页岩气ESRV（effective stimulation reservoir volume）网络压裂裂缝导流能力的优化、支撑剂的优选和压裂设计提供依据。      

丁山地区页岩储层裂缝分布预测及页岩气保存条件评价

针对丁山地区龙马溪组裂缝发育分布及页岩气保存条件影响认识不清的问题,通过三轴岩石力学实验,对研究区进行古构造应力场模拟,并通过莫尔-库伦准则计算岩体破裂系数,对研究区裂缝分布规律进行预测,并优选页岩气勘探目标有利区.结果表明:差应力较小的区域以及二级或三级裂缝发育区为页岩气储层裂缝优势发育区,具有良好的保存效果;在裂缝...     

页岩气储层水力压裂物理模拟试验研究

为了给彭水地区页岩气开发提供技术支持,进行了页岩储层水力压裂物理模拟试验研究,建立了一套页岩储层水力压裂大型物理模拟试验方法。利用声发射监测系统实时监测了页岩压裂裂缝的产生与扩展演化过程,观察了水力压裂裂缝形态,并探讨了压裂液黏度、地应力差异系数、压裂液泵注排量等因素对水力裂缝形态及其扩展的影响。试验结果表明,随着压裂液黏度降低、地应力差异系数减小,水力裂缝沿着天然裂缝方向延伸,将原有天然裂缝沟通并形成网络裂缝。根据泵压曲线变化结果,提出在实际压裂施工过程中采用变排量的方式提高压裂改造体积,这可为页岩气压裂优化设计提供依据。      

Shale Gas Well Completions and Maximizing Gas Recoveries

It is shown that stress fields within the earth are the principle control for hydraulic fracture direction in horizontal shale gas wells. Hydraulic fracturing is a process of increasing permeability within gas shales and involves a sophisticated organization of technology, good planning and proper management of equipment over a very short time period to be successful. The direction and extent of the induced fractures can be determined in near real-time at the well site via application of earthquake seismology theory in a now common process known as frac mapping. Next to the horizontal lateral azimuth, the total volume of slurry pumped into the well is a major factor in determining well EURs. Vertical fracture growth can be controlled and is important in concentration of the slurry within the main zone target zone that has the high TOC and porosity. Cemented casing with perforations is currently the most used method for zone isolation. New open-hole sleeve packers may eventually provide more flexibility in fracture design while also providing a means for refracturing multi-stage fractured horizontal wells, a technique not now commonly available. Multi-Stage fracture design requires incorporating rock properties with fracturing effect simulations and then verifying results using 3D reservoir simulations. Maximizing the gas recovery factors and EURs can be accomplished through use of closely spaced laterals with inter-fingered fracture stages and exploiting the stress shadow fracturing phenomenon. Even greater EURs may be possible if the wells can be refractured thereby opening up additional permeability channels. Shale gas development has progressed in an environmentally sensitive manner within the U.S. and will continue in this manner. During the past ten years, all of these technologies have been either newly developed or were the advancement of existing technology with modifications. The opportunity exists to take these proven technologies to other areas of the world for exploitation of shale gas reservoirs.     

致密砂岩裂缝性气藏缝网压裂裂缝复杂程度评价方法

微地震是评价致密砂岩裂缝性油气藏缝网压裂裂缝形态及几何尺寸的有效方法和手段,但其适用条件受限,且成本较高.为此,需要一种快速的、经济适用的方法来评价缝网压裂裂缝复杂程度.基于压裂泵停泵后的压降数据,利用视均质型、线性裂缝型、复杂裂缝型致密砂岩裂缝性储层渗流方程分析储层渗流模式,利用G函数分析储层裂缝形态,从而综合评价缝...     

页岩气探井测试压裂方案设计与评价

由于各探区页岩气成藏条件、岩性、物性、含气性和有机地化指标等存在差异,具体压裂方案也大不相同。为正确认识压裂目的层的地质特征、明确主压裂设计目标,探井在正式加砂压裂之前有必要先进行测试压裂。在对比某页岩气探井(A井)关键地层参数指标与美国页岩气开发成熟参数指标的基础上,分析了页岩层可压性条件,提出了测试压裂具体设计思路及方案,并对测试压裂监测结果进行了系统解释与评价。分析评价可知,页岩气井测试压裂所需排量和用液量高于常规测试压裂设计水平;通过分析测试压裂,除了可以得到大量关于主压裂设计施工所需的地层压力、渗透性、闭合应力、裂缝起裂及扩展行为等参数信息外,还可用来判断页岩可压性和网络裂缝形成条件。      

深层页岩气储层岩石力学特性及对压裂改造的影响

赋存深度对页岩储层岩石力学特性具有显著影响.研究深层页岩的形变破坏机理,获得赋存深度对岩石力学参数的影响规律,能够为页岩油气开发提供至关重要的基础参数.采用不同深度页岩岩样系统开展了岩石力学实验,分析了深层页岩的关键力学性质,得到了其强度参数及形变模量的变化规律.结果表明:深层页岩在力学强度、抗形变破坏能力、破裂方式等...