常压页岩气压裂技术现状及高效压裂技术对策

针对常压页岩气经济开发面临的压裂改造效果差、多簇均衡扩展控制及配套暂堵机制认识不清、低成本高效压裂技术体系尚未形成等问题，基于常压页岩气储层特征及压裂技术现状开展常压页岩气低成本高效压裂技术对策的研究。研究认为低成本、密切割、多级暂堵、高强度连续加砂及提高有效改造体积是常压页岩气高效压裂需持续优化的重要方向；优化压裂费用构成及采用新工艺、新方法是降本增效的有效途径，其中多级固井滑套压裂技术很可能是有效途径之一；簇间距对压裂效果影响较大，推荐范围为5～10 m；提高暂堵球数量、暂堵次数及采取中前期投球暂堵可提高缝口暂堵效果；应力差越高所需要的缝内暂堵次数越多；天然裂缝密度>0.5条/m时，施工中期加入暂堵剂，天然裂缝密度<0.5条/m时，施工前期加入暂堵剂对提高缝内暂堵效果有利；采用粒径小于40/70目的暂堵剂，用黏度大于12 mPa·s的压裂液在12 m³/min及以上的排量以小于0.1的体积分数进行投放可以增强缝内暂堵效果；采用140/200目(10%)+70/140目(30%)+40/70目(60%)的石英砂组合及7%的综合砂液比既能保证导流能力需...     

致密油藏水平井体积压裂裂缝扩展及产能模拟

阐述了地质因素和工程因素对体积压裂裂缝形态的影响;利用数值模拟方法,模拟了不同储层条件下水平井体积压裂裂缝扩展情况,分析了不同裂缝参数下水平井产能变化规律。结果表明:1对于高水平主应力差且天然裂缝欠发育储层,增加射孔簇数有利于提高裂缝复杂性;对于低水平主应力差且天然裂缝较发育储层,适当减少射孔簇数有利于增强体积压裂效果。2水平井体积压裂后产能比常规压裂有大幅增加,改造体积越大、导流能力越高,则产能越大;当地层渗透率从0.1×10-3μm2降低至0.001×10-3μm2时,次裂缝对产能的贡献程度从近1/6增加至近1/3。3当储层渗透率大于0.01×10-3μm2时,较大的簇间距(30 m)能减弱缝间压力干扰,保持较高产能;当储层渗透率小于0.01×10-3μm2时,压力传播速度慢,压力干扰相对较弱,较小的簇间距(15 m)有利于获得较高产能。     

缝面位移控制压裂裂缝同步扩展数值模拟

分段多簇压裂是非常规油气藏有效动用的重要工艺,压裂裂缝的复杂程度是提高单井产量和控制储量的基础,储层裂缝的扩展形态受地层物性,压裂工艺参数影响较为复杂。因此,为探索压裂裂缝同步扩展的形态特征及影响因素,建立了分段压裂缝面位移参数控制裂缝扩展数学模型,通过典型井取心岩心力学实验和数值模拟,结果表明：分段压裂簇裂缝的同步扩展形态与井斜角密切相关。井斜角在90°减小至0°时,裂缝扩展形态特征由双翼对称向双翼非对称转变,90°时簇裂缝向外侧发生偏转,且在裂缝尖端和应力阴影区,最大、最小主应力方向均发生转向,更利于复杂缝网的形成;小于90°时,裂缝向内侧发生偏转。分段压裂簇间的应力干扰作用强度与压裂排量值正相关、与簇间距离值负相关。压裂排量大小对提高裂缝的缝长和缝宽的扩展距离作用明显,能有效提高单井控制储量范围,但缝宽的扩展存在上限;簇间距10 m时,每孔排量不低于0.12 m³/min才能有效形成簇间应力干扰;排量0.18 m³/min,簇间距离小于20 m时,裂缝间的应力干扰显著,最大与最小主应力方向均发生转向,更好形成复杂缝网,簇间距离大于20 ...     

大佛寺井田煤层气井压裂参数优化方案

为有效优化彬长矿区大佛寺井田煤层气井压裂施工工艺,对井田内24口煤层气直井产气情况和压裂施工参数进行统计分析,研究了煤层气直井压裂施工对其产能的影响,并将产能效果较好的气井压裂施工参数进行了分析对比。研究发现,在煤储层地质因素一致的情况下,影响压裂效果的主要工程参数有施工排量、压裂液用量、加砂强度以及砂比等。大佛寺井田煤层气直井采用活性水压裂液,支撑剂为石英砂,压裂施工排量为5. 4～8. 5 m~3/min,压裂液用量616. 00～1 193. 25 m3,加砂强度为3. 26～13. 00 m~3/m,砂比为6. 9%～17. 1%.结合气井历史排采资料和相关地质资料,以日均产气量和稳定日产量1 000 m~3为压裂效果产能下限,得到适合大佛寺井田煤层气直井的压裂参数优化配置,建议压裂工艺优化方案设计如下:施工排量建议为8～10 m~3/min;细砂段塞1～2个;压裂液用量建议为950～1 100 m~3(前置液占25%～40%);加砂强度建议为5～7 m~3/m(煤厚 12 m)或8～9 m~3/m(煤厚12 m);砂比建议为10%～11%;支撑剂中中砂/粗砂比值建议为2～3.该方案可为井田后期煤层气井的压裂施工提供一定的工程依据。     

威远页岩气水平井压裂参数优化

使用Petrel软件建立了威远20XHXX平台的三维地质模型,优化了页岩气水平井分段压裂参数.研究表明不同的压裂段长与射孔簇数有合理的匹配关系,而且存在最优的用液强度和加砂强度,随着压裂段长、射孔簇数的增加,需要合理调减水平井间距.针对威远页岩气水平井压裂,建议增加射孔簇数缩小簇间距,提高施工排量,不同压裂段长时采用优...     

考虑支撑剂嵌入和地层砂运移的支撑剂指数法

南海东部主要为疏松砂岩储层,含蜡量大,出砂严重,常采用压裂充填技术作为增产防砂一体化措施。支撑剂嵌入以及地层砂运移会对裂缝导流能力产生较大的影响,但现有裂缝设计方法没有考虑这些影响。针对这一问题,本研究提出一种考虑支撑剂嵌入和地层砂运移的支撑剂指数法,通过数值迭代求解,对裂缝几何参数进行优化设计。通过南海东部某口井实例计算发现,设定支撑剂体积为20-30m3,传统支撑剂指数法优化的裂缝宽度为2.2-2.7cm,裂缝长度为18.0-22.0m;考虑微粒运移和支撑剂嵌入时,新方法优化的裂缝宽度为3. 5-4.2cm,优化的裂缝长度为11.6-14.2m。地层砂运移和支撑剂嵌入程度越深,优化的裂缝长度有所下降,优化的裂缝宽度有所增加。新方法考虑地层砂运移、支撑剂嵌入的影响,对储层的压裂充填工艺参数设计具有一定的指导意义。     

通道压裂裂缝导流能力影响因素研究

为了研究高速通道压裂裂缝内的支撑规律及裂缝导流能力,利用FCES-100导流仪对砂岩岩板进行室内导流能力测试。对比通道压裂铺砂与连续铺砂裂缝导游能力的差异,分析了纤维浓度、铺砂方式和支撑剂类型对通道压裂裂缝导流能力的影响。实验结果表明:低闭合压力下,通道压裂裂缝比连续铺砂裂缝导流能力大,随着闭合压力增加,通道压裂裂缝导流能力下降速度更快;纤维缠绕支撑剂形成网状结构,增加支撑剂团的稳定性,压裂液中最佳纤维质量分数为0.5%;支撑剂团的面积变化系数越大,通道压裂裂缝导流能力越低;支撑剂团块总面积大有利于增大通道压裂裂缝承压能力,但总面积过大裂缝导流能力反而会降低;对比通道压裂中3种支撑剂,覆膜砂的效果最好,其次是陶粒,石英砂效果最差。     

砂泥岩交互储层支撑剂导流能力实验及应用

在砂泥岩互层的压裂施工中,由于压裂层数多且薄,所造缝的缝宽较窄,且由于支撑剂的大量嵌入,导致支撑裂缝导流能力进一步变差。为使裂缝参数与地层参数相匹配,在对不同粒径、铺砂浓度和支撑剂嵌入等复杂条件下的导流能力进行评价的基础上,进行了组合粒径实验研究,结果表明:尽管在闭合压力较小时,20/40目与16/30目组合粒径导流能力均与16/30目支撑剂有较大差距,但随着闭合压力的升高,使用组合粒径(20/40:16/30=3:1)获得的裂缝导流能力已经接近单一粒径(16/30目)的导流能力。现场对Y34-38井优化得到了组合粒径的最佳比例,压裂施工后取得了显著效果。研究成果对胜利油田滩坝砂岩储层的压裂改造有重要的指导意义。     

致密油压裂套管变形应力特征数值模拟

我国非常规油气资源丰富,是重要的接替资源之一,但由于其储层的致密性,主要通过大规模体积压裂获得工业生产油气流,压裂过程中套管发生复杂的应力变化特征,油气井套管变形也越来越严重,目前对于套管内外壁、射孔簇间、段间等特征的认识尚不清晰。为此,基于压裂特点,提出数值模拟方法,利用实际典型套变井的压裂参数进行模拟和验证。结果表明：1、在压裂和返排阶段,射孔孔眼处均产生应力集中,但应力梯度变化不大;返排时在射孔簇间套管段与射孔同轴线方向的外壁形成高度应力集中,存在发生椭圆形变形危险;射孔段到射孔簇间段过渡区间,等效应力存在突变拐点,压裂阶段先突减后骤增,返排阶段先突增后骤减,返排时该段剪切应力集中达到峰值,易发生剪切破坏,形成套管错断。2、压裂阶段水泥环除在射孔孔眼处形成应力集中外,在射孔簇间段的水泥环的环向截面在轴线方位也存在较高的应力分布,造成水泥环一定程度的破坏,返排时水泥环破坏程度被加强,套损率较高。3、在相同压裂排量条件下,适当提高射孔簇长度、缩短射孔簇间距离、缩短压裂段间距能够有效提高套管的安全性,三塘湖M56区建议5 1/2 in P110套管射孔簇长度为1.5-3.0 m,射孔簇间距小于10 m,段间距小于30 m。     

水平井多段分簇压裂裂缝扩展形态数值模拟

水平井多段分簇压裂技术已成为低渗透油气增产的关键技术,能够大幅度增加储层的泄油面积,最大限度地提高采收率,而射孔簇间的应力干扰是影响水平井多段分簇压裂的关键因素。为了提高储层改造体积,研究簇间裂缝扩展的规律,根据流-固耦合及岩石断裂力学理论,利用ABAQUS扩展有限元法建立水平井多段分簇水力压裂二维模型,并利用数值模拟结果对现场2口井的压裂参数进行优化。数值模拟结果表明:水力裂缝长度、簇间距、水平应力差、压裂次序对水力裂缝形态影响显著;裂缝诱导应力场对裂缝形态影响程度随裂缝长度增加逐渐增强,随簇间距和水平应力差的增大逐渐降低;水力压裂次序可以明显改变诱导应力场分布,合理利用能增加有效裂缝长度。现场压裂参数优化后的2口井产能得到明显提高,证明了数值模型的可行性。     

美国Appalachian盆地Marcellus页岩气藏开发模式综述

随水平井钻井和分段压裂技术的进步,北美页岩气成功迈入商业化开发阶段,且大型页岩气藏不断涌现,其中以Appalachian盆地的Marcellus页岩气藏最为引人注目。在深入广泛调研国外相关文献的基础上,从地质特征、储层特征、钻井工程、水力压裂、气井生产动态等方面综述了Marcellus页岩气藏的开发模式;并对该气藏的技术进步和开发前景进行了总结。研究结果表明:Marcellus页岩气藏资源量及可采储量巨大,储层物性较好,核心区地层轻微超压、地层主要发育东北和西北走向两组天然裂缝;水平井组是目前主要布井方式,主要采用三段井身结构,水平井段长600~1 800 m;气藏开发初期井距为0.77~1.54口/km2,后期井网加密后井距可达3.09~6.18口/km2;水平井分段压裂段数为4~8段,压裂措施用水量超过18 000 m3,支撑剂用量113~340 t,泵入速度4.77~15.90 m3/min;水平井初期产气量在(4.0~25.0)×104m3/d,单井最终可采储量(0.17~1.13)×108m3。除水平井钻井和分段压裂技术外,其它多项技术也得以发展和进步。Marcellus页岩气藏开发模式综述可为国内页岩气藏的开发提供参考。     

吉木萨尔致密储层压裂多缝干扰产能分析

针对吉木萨尔区块致密油薄互层储层的细分切割多簇压裂改造工艺措施,使用斯伦贝谢地质工程一体化软件Mangrove进行了缝间干扰压裂模拟,探究了在两种不同工况条件下簇间距、单段射孔簇数及加砂强度对裂缝发育形态、储层改造效率、裂缝规模和施工压力的影响,并对各种施工方式的经济性进行了对比评价。研究发现,簇间距是影响缝间干扰的主要因素,单段射孔簇数的影响较弱。缝间干扰越严重,裂缝形态越复杂,施工压力越高,储层整体改造效果越好,但也有出现裂缝无法起裂的情况,具体施工设计要依据现场实际情况调整。     

鄂尔多斯盆地陆相页岩气压裂技术现状

鄂尔多斯盆地三叠系延长组陆相油页岩是延长组页岩气的生、储层位.延长陆相页岩具有埋藏深度浅、分布稳定,厚度较大,孔隙度、基质渗透率极低,岩性脆等特点.延长油田结合自身陆相页岩气储层的特点,通过对页岩气储层改造方式、增产机理、区域层位选择等论证优化后,经过三年多时间的室内实验研究及现场试验,优化出了适合陆相页岩储层的压裂液体系,并首次将CO2压裂工艺技术应用于陆相页岩气压裂,逐步形成了一套适合延长组陆相页岩气储层压裂改造工艺技术,并在延长油田多口页岩气井现场应用,取得了陆相页岩气储层改造的技术突破.     

鄂尔多斯盆地富县页岩气缝网压裂适应性研究

页岩气开发是近几年国内外研究的热点,缝网压裂是目前页岩气开发的主要技术手段。文章对比分析了美国页岩气与富县延长组页岩气成藏条件,认为鄂尔多斯盆地富县区块延长组长7段具有页岩气开发的潜力。进行了富县与美国各大盆地岩石矿物组成对比分析研究,分析了石英、长石、粘土矿物等组分对缝网形成条件的影响,确定富县区块延长组长7段储层进行缝网压裂的可行性。通过杨氏模量和泊松比计算出长7段页岩脆性范围为54.3%-67.4%,对比结果表明富县延长组长7段页岩使用缝网压裂能够形成较为复杂的网状裂缝;在此基础上,针对富县区块延长组长7段的储层特征提出了缝网压裂的初步方案,即使用低粘度压裂液和低密度支撑剂,大液量、大排量、小粒径和低砂比的压裂工艺,在页岩中形成大规模的裂缝网络,提高油气动用程度,扩大可采储量,对富县区块延长组长7段页岩气改造具有一定的指导意义。     

页岩气藏水平井分段多簇压裂与流动数值模拟

为探究页岩气藏水平井压裂参数对产气量的影响,开展了分段多簇压裂与流动的数值模拟研究。裂缝扩展模型考虑应力阴影作用,利用位移不连续方法求解应力与位移不连续量。耦合井筒和裂缝中流体流动,并采用牛顿迭代法求解;考虑页岩气的黏性流、Knudsen扩散和吸附解吸,采用离散裂缝模型对压裂后页岩气的流动进行了求解。模拟结果表明:多簇裂缝同步扩展时裂缝间距越小,两侧裂缝偏离最大水平主地应力方向角度越大,中间裂缝宽度越小;随着水平井压裂段数增加,累积产气量增加,但增加幅度逐步降低;至于压裂段,三簇压裂比两簇压裂累积产气量高;裂缝间距越大时,累积产气量越高。     

页岩气藏压裂缝网扩展流动一体化模拟技术

页岩气藏天然裂缝分布复杂,地层非均质性强,水平井压裂技术是开发的必要手段,建立页岩气藏压裂缝网扩展与流动一体化模拟方法对于制定生产方案及评价压裂措施具有重要的现实意义。采用基于闪电模拟的油藏压裂裂缝网络扩展计算方法来模拟页岩气藏多分支裂缝网络形态,在此基础上进一步运用嵌入式离散裂缝模型（EDFM）来定量表征页岩气藏有机质-无机质-裂缝网络之间的复杂流动机制,从而实现页岩气藏压裂缝网扩展流动一体化模拟。基于该方法建立了200 m×200 m的地质模型进行缝网形态模拟以及流动表征,通过缝网扩展模拟方法得到裂缝网络分布规律,在此基础上基于嵌入式离散裂缝模型进行流动模拟,得到模型生产200 d后的含气饱和度分布以及产气量分布曲线。同时,基于本文模型分析了压裂液注入压力、分形概率指数、压裂液黏度以及裂缝网格精细程度等参数对裂缝网络形态、含气饱和度分布以及页岩气产量的影响。研究表明,压裂液注入压力越高分形概率指数越小、压裂液黏度越小裂缝扩展范围越大、含气饱和度下降范围越大单井产量越高,裂缝模拟精度会显著影响产量误差。基于该页岩气藏压裂缝网扩展流动一体化模型可以大规模模拟页岩气藏缝网形态以及多重介质复杂流动,为评价页岩气藏压裂施工好坏以及产量预测提供了有效的帮助。     

考虑氧化作用的富有机质页岩吸附水量

页岩气井大型水力压裂后压裂液返排率普遍较低,滞留压裂液可能诱发页岩产生裂缝,但在水力裂缝与天然裂缝中占据有效气体传输通道,影响压裂效果。选取四川盆地龙马溪组典型富有机质页岩,采用填砂管与粒状页岩模拟体积改造的页岩气层,开展了蒸馏水与氧化液体积改造后页岩气层吸附水量的对比实验,明确了氧化对压裂液渗吸分散到裂缝附近基块孔隙的作用与机理。结果表明,与蒸馏水相比,氧化作用可以增强页岩渗吸分散水相作用,降低页岩孔隙空间内的自由水量,增加页岩吸附水量;富有机质页岩氧化作用消耗有机质,分解有机黏土复合体,裂缝与孔喉壁面更多的黏土矿物接触压裂液,增加黏土矿物吸附水量,降低裂缝面及基块孔隙含水饱和度,释放渗流空间。建议根据具体工程地质特征,优选氧化性流体的加入时间及用量,充分发挥滞留氧化性压裂液的造缝能力,促进压裂液渗吸分散,实现压裂液少返排或零返排,增大气体在裂缝中有效渗流通道。     

基于多级反渗透的页岩气压裂返排液处理技术

针对页岩气压裂返排液处理过程中常规反渗透膜脱盐难以满足高总溶解性固体含量(total dissolved solids,TDS)需要,结晶蒸发存在换热器结垢,而氧化处理不能实现脱盐效果等问题和页岩气压裂返排液急需处理的现状,分析了川南页岩气压裂返排液的水质,并以水质软化与絮凝沉降、多级过滤为预处理工艺,高、低压反渗透膜串联为深度处理工艺,形成了一种基于多级反渗透脱盐的页岩气压裂返排液处理技术.返排液预处理后的硬度降至120 mg/L,悬浮物含量(total suspended sotids,TSS)降至7～20 mg/L;利用超级反渗透(SRO)膜与反渗透(RO)膜串联,依靠其导流盘设置的大量凸点,使滤液形成湍流,避免膜堵塞,实现了TDS达6×104 mg/L的返排液脱盐处理.该技术在长宁页岩气区块开展了现场试验,结果表明:TDS为2×104～6×104 mg/L的返排液采用该技术进行处理后,清水产率达56.5％～ 81.36％,清水的TSS、氯化物含量、化学耗氧量(chemical oxygen demand,COD)、氨氮等指标均达到GB8978-1996和DB51/190-93的一级指标要求,实现了页岩气压裂返排液的减量化外排处理.