页岩气水平井重复压裂关键技术进展及启示

由于页岩气水平井初始增产措施的种种不利因素，产量达不到预期，加之目前低迷的油价背景，页岩气水平井重复压裂技术越来越受到页岩气资源开发的关注。随着压裂技术的不断发展，许多页岩气区块已经成功实施了这一技术，以提高生产率，并增加页岩气井的最终采收率。综述了页岩气水平井重复压裂优化选井的程序，并讨论了关键工艺技术和监测分析技术，最后，结合目前不同技术的研究现状，对今后页岩气水平井重复压裂技术的研究方向进行了展望，提出了结合“大数据”技术选井、套损变形井柔性修复、基于损伤力学的裂缝监测以及新型材料的压裂液和支撑剂等技术攻关的建议。中国页岩气资源潜力巨大，加速形成适合中国页岩气水平井重复压裂配套技术，会对未来中国页岩气商业开发起到促进作用。     

基于压裂效果评价的页岩气井井距优化研究

针对页岩气藏最优井距很大程度上受限于压裂效果后评估的问题，开展了多段压裂水平井改造参数解释研究，并在此基础上开展井距优化。通过建立的渗流数学模型明确页岩气井生产时地层中存在的流态，形成基于线性流识别和特征线诊断技术的压裂参数解释方法，并对参数解释的不确定性进行了分析论证。之后通过定义百米地层累产气进行均匀压裂情况下井距优化。研究表明，地层进入边界控制流后能准确确定裂缝半长，且不影响气井的产能预测；井距的决定性因素是裂缝半长，二者之间的比例关系受SRV内外区相对物性和裂缝导流能力的影响，据此可指导现场井距优化及开发技术政策制定。     

伊陕斜坡东南部延长组页岩气地球化学特征分析

鄂尔多斯盆地陆相页岩气勘探潜力巨大,但对于陆相页岩气成因类型的研究相对滞后,限制了对页岩气的进一步勘探和开发。通过综合化学组分分析和碳、氢同位素分析的手段对伊陕斜坡东南部延长组页岩气和原油伴生气的地球化学特征及成因进行研究。研究结果表明延长组页岩气(生产气和真空解吸气)和原油伴生气都以烷烃类气体为主,其中甲烷含量都小于95%,非烃气体含量比较低。页岩解吸气中,非烃气体比例相对较高,且氧气含量异常高,这与解吸装置密封性不好或者装置本身残留空气清除不彻底有关。页岩气和原油伴生气的甲烷含量低、干燥系数(C_1/C_(1~5))主要集中在0.6~0.9之间、C_2/C_3都小于3,δ~(13)C_1值分布于-52.0‰~-44.9‰之间、δ~(13)C_2值都小于-29‰,δ~(13)C_3值都小于-25.5‰和δD_1都小于-150‰,指示研究区页岩气和原油伴生气以陆相环境热成因的热解湿气(油型气)为主。页岩气和原油伴生气样品有相对高的正庚烷含量和正构烷烃(nC_(5-7))含量,δ~(13)C_2值分布于-41.1‰~-31.1‰之间,说明延长组页岩气与原油伴生气都属于偏腐泥型天然气。此外,延长组页岩气和原油伴生气碳同位素系列基本都属正碳同位素系列,且δ~(13)C_1与δ~(13)C_2值,δ~(13)C_2值与δ~(13)C_3值有较好的正相关关系,这也表明页岩气和原油伴生气具有相同或相似的母质来源。     

我国页岩气勘探开发的要点及层位

我国页岩气资源潜力巨大,利用页岩气有利于缓解环境污染,降低我国油气的对外依存度,保证国家能源安全.在设计页岩气井时,埋深、产状和厚度是要点,即井深大于500 m,页岩单层厚度不小于30 m,页岩层倾角不能大于30°,井位离断层不能小于3 km,至少要离开地面出露的岩体面积3倍.地震勘探不仅能获得页岩的埋深、产状和厚度,而且能获得页岩气开发时所需的地层物理力学参数,因此,地震勘探成为页岩气勘探开发时最重要的手段,地震勘探的要点:放炮孔深3~5 m,孔深及炸药量要做试验,排列道间距20 m,炮间距40 m,256道滚动接收,64次覆盖,25炮/km.我国页岩气层位以志留系、二叠系、三叠系、新生代的古近纪地层为主,且海相地层的成藏条件优于海陆交互相、陆相地层的成藏条件.上述要点能为企业在页岩气区块投入勘探开发实物工作量及未来投标国家页岩气区块时参考.     

龙马溪组页岩应力敏感性实验评价

X射线衍射和全应力-应变结果表明龙马溪组页岩具有明显的硬脆性特征,破裂前曲线均呈现明显的线弹性变形。在5 MPa和10 MPa围压下,平行层理方向与垂直层理方向岩芯力学性质表现明显不同,平行层理方向的微裂缝由于受到张力作用而导致页岩突然破裂而完全失去承载能力;当围压达到20 MPa时,由于层理微裂缝的闭合,页岩的力学性质表现相似。氮气脉冲压力延迟测试结果表明:平行层理方向取芯页岩的应力敏感性更强,当有效应力增至10 MPa时,垂直层理方向岩芯渗透率下降1~2个数量级,而平行于页岩层理方向岩芯渗透率下降2~3个数量级;方解石充填的天然裂缝可提高岩芯整体渗透率2~3个数量级,且闭合型页岩天然裂缝应力敏感性强于张开型天然裂缝岩芯。     

南堡凹陷泥页岩孔裂隙特征及影响因素分析

为了更好地评价南堡凹陷页岩油气资源潜力,综合运用地质、地球物理资料,通过岩心及薄片观察、扫描电镜观察、X衍射矿物分析等实验方法,对南堡凹陷泥页岩储层孔裂隙特征及影响因素进行了研究。研究表明,泥页岩储层发育的裂缝分为四种类型:构造缝、异常压力缝、成岩收缩缝和层间微裂缝,其中以高角度构造裂缝为主。孔隙结构复杂,组合形式多样,孔隙类型包括:有机质孔隙、粒间孔、粒内孔。影响泥岩裂缝形成的机制主要有四个方面,即沉积作用、构造运动、地层超压和成岩作用。其中构造运动控制裂缝的发育数量和展布,是南堡1号、2号和5号构造带以及高柳地区泥页岩裂缝发育的主控因素。     

三向应力状态下层理性泥页岩地层井壁稳定性研究

层理性泥页岩地层钻进过程中,极易发生井壁失稳问题,严重影响了钻井作业效率,增加了勘探开发的成本。探索了层理性泥页岩地层的井壁失稳机理,开展了考虑钻井液作用下层理性泥页岩地层在真实三向应力状态下的井壁稳定性预测模型研究。研究表明:忽略中间主应力的影响不能准确预测层理性泥页岩地层坍塌的风险;钻井液滤液沿层理面的渗流会降低层理面的黏聚力和内摩擦角;并随时间的变化显现出快速降低和平缓降低两个阶段;改进的层理性泥页岩地层井壁稳定性分析模型能够真实反映地应力状态和井壁岩石的力学特性,现场应用表明其能够比较准确的预测层理性泥页岩地层的井壁稳定性。     

富有机质泥页岩有机质孔隙研究进展

泥页岩有机质孔隙是页岩气储层的主要孔隙类型,是页岩气的富集关键因素之一。近年来对有机质孔隙成因、控制因素及页岩气储层的储渗性能研究取得了较大的进展,研究表明:有机质孔隙的成因包括干酪根生烃形成的孔隙与沥青裂解形成的孔隙2种类型。根据有机质孔隙大小,可分为大孔、中孔(介孔)与微孔。页岩气以吸附态赋存在微孔、介孔中,以游离态保存在大孔中。吸附态主要发生在孔径10nm的孔隙中,大孔中游离态烃以非达西渗流方式流动。有机质的成熟度处于0.9%~3.6%、腐泥组与镜质组显微组分、有机碳质量分数2.0%是有机质孔隙发育的有利条件;压实程度较高、较高的流体压力、脆性矿物含量高的泥页岩是有机质孔隙保存的有利条件。     

湘中-湘东南拗陷泥页岩层系沉积模式及储层特征

中扬子地区湘中、湘东南拗陷泥盆系-二叠系主要发育4套泥页岩层系,其中泥盆系佘田桥组与棋梓桥组泥页岩主要发育于海相台盆内,二叠系龙潭组、石炭系测水组泥页岩则主要发育于海陆交互环境中的滨海-沼泽相内。利用X射线衍射技术、扫描电镜技术、等温吸附技术,并结合区域沉积背景,对湘中、湘东南拗陷页岩层系储层特征进行了全面的分析研究。结果表明,湘中、湘东南拗陷泥页岩层系的岩石矿物成分中石英、碳酸盐矿物、黏土矿物的平均质量分数分别为29.4%、21.2%和44.6%。孔隙类型中既包括连通性较好的格架孔、有机质孔、生物体腔孔等,也包括连通性较差的溶蚀孔。整体孔喉关系较好。湘中地区吸附气量Langmuir体积平均为1.72cm3/g;湘东南地区吸附气量Langmuir体积平均为1.775cm3/g。对比美国Barnett页岩储层特征,认为湘中、湘东南地区泥页岩层系具有良好的储层特征及含气性,具有较高的勘探开发潜力。     

沧东凹陷孔二段泥页岩特征及页岩油勘探潜力

沧东凹陷孔二段泥页岩具有有机质丰度高、热演化程度适中、厚度大、脆性矿物含量高的特点,页岩油勘探开发潜力巨大;但泥页岩非均质性较强,准确评价页岩油储层含油性和脆性的难度较大。综合岩心描述、镜下薄片观察、X射线衍射全岩矿物分析技术和热解分析,明确了孔二段泥页岩的矿物组成、沉积构造类型以及有机质丰度等沉积特征,并在此基础之上划分了岩相类型。研究表明,孔二段泥页岩的矿物成分主要为石英、斜长石、白云石和黏土矿物,黑色纹层状泥岩相、深灰色层状泥岩相、深灰色层状云质泥岩相、灰褐色层状泥质云岩和棕褐色块状白云岩是研究区主要的五种岩相类型;不同岩相有机质丰度存在较大差异,其中黑色纹层状泥岩有机质丰度最高,其次是棕褐色块状白云岩和灰褐色层状泥质云岩,深灰色层状泥岩与深灰色层状云质泥岩有机质丰度最低。