压裂用支撑剂的现状与展望

水平井和水力压裂的技术突破,决定了美国页岩气革命的成功,在当时极大缓解了美国的能源危机.随着全球非常规页岩气和致密油的开发日渐风靡,作为压裂技术中不可忽略的支撑剂的相关选择、携带和运移等问题,也得到越来越多的关注.本文回顾支撑剂的发展历史,综述常用支撑剂的种类、优缺点和研发趋势,结合实例对包覆类、超高强、超轻、自悬浮、新型棒状等新型支撑剂进行介绍,并展望其发展和应用趋势.我国非常规油气资源丰富,但低渗、低压且低丰度的储层特点对压裂开采技术提出新挑战.未来支撑剂材料的研发将面向高性能、多功能、小尺寸和智能化四个大方向.     

北美超低渗致密油藏提高采收率技术现状

在过去的十年中，北美致密油气的开发技术日渐成熟，其中，最具代表性的技术是水力压裂和水平钻井技术的结合。然而，现有依靠天然能量的衰竭式开发只能采出超低渗储层中的少部分原油（采出程度低于10%），导致致密储层中仍存在大量剩余油。因此，非常规超低渗油藏提高采收率技术的研究日趋重要。目前，全世界90%以上的致密油产量来自美国，其开采技术在非常规致密油的开发领域具有明显优势。并且，在过去的十年间，北美的石油公司已经对针对致密低渗油藏的提高采收率（EOR）技术进行了许多现场测试。鉴于美国在非常规致密油的勘探开发中具有领先地位，重点对北美致密油资源开发中提高采收率措施的现场经验进行了总结和评价，并指出了其目前面临的主要困难和挑战。此项研究对于中国未来超低渗致密油藏提高采收率技术的发展具有指导和借鉴意义。     

二叠盆地Wolfcamp统致密油成藏特征及主控因素

在分析二叠盆地Wolfcamp统构造、沉积特征的基础上，通过烃源岩、储层等方面的系统研究，深入剖析了Wolfcamp统致密油成藏条件，探讨了致密油成藏主控因素。研究结果表明，Wolfcamp统具有致密油富集的优良地质条件，发育一套优质烃源岩，以硅质泥岩和钙质泥岩为主，并和储层呈现"下源上储、源储互层"的优良配置关系。致密油产层和产能分布主要受烃源岩、储层和源储配置控制。烃源岩特征为最核心的控制因素，它决定了资源丰度；储层特征和优良的源储配置关系决定了致密油主要产层、油气运移方式和排烃效率，是致密油富集的关键因素。     

鄂尔多斯盆地南部延长组长7段致密油成藏条件与富集主控因素

为评价鄂尔多斯盆地南部延长组长7段致密油的勘探前景,以地化分析测试、场发射扫描电镜、平衡深度法等研究手段,通过对烃源岩、储层、油气运移等方面的研究,深入探究该区长7段致密油各项成藏条件并进行潜力评价。结果表明,该区长7段优质烃源岩分布稳定,生油能力强,且上下邻近砂岩发育,具有良好的源储配置条件;该区致密油藏在早白垩世大规模形成,属于晚期成藏;在形成和聚集过程中主要受沉积微相和物性条件控制;根据评价结果可知,长71亚段油层组I类,Ⅱ类有利区发育较多。研究后认为,长7段致密油藏富集的主控因素有:源储配置是致密油形成的关键因素,各类孔隙发育是致密油富集的重要前提,顶部盖层和侧向遮挡是致密油保存的必要条件。     

新型缝网压裂技术在镇北致密储层的研究与应用

北美非常规油气藏的成功开发为长庆致密油藏改造开辟了新的技术途径。在与北美巴肯致密油藏特征进行对比分析的基础上,指出镇北长X致密储层具有天然裂缝发育、岩石脆性程度高、水平两向应力差适中的特点,具备大规模体积压裂形成复杂网状裂缝的条件。因此,以体积压裂为理念,在该区块开展了的"高排量、大液量、低黏压裂液、小粒径支撑剂"技术模式的新型缝网压裂先导性试验,取得了较好的增产效果,为长庆油田0.3mD以下致密油藏压裂改造积累了重要的经验。     

致密油藏渗流机理及开发方式研究进展

随着非常规能源开发越来越受到人们的重视,如何开发致密油藏成为学者们关注的话题。基于对加拿大致密D油藏研究和文献调研,提出了致密油藏的特点及与常规油藏的区别,分析了致密油藏微观孔隙结构和渗流机理,综述了致密油藏提高采收率和补充地层能量的方法,包括水平井多段压裂技术、体积压裂技术、CO2混相驱和水气交替注入开发技术等。总结出致密油藏在开发过程中应注意的问题及下一步发展方向,为我国致密油藏的开发提供借鉴价值。     

致密气藏多尺度支撑机理研究与应用

致密砂岩气作为重要的非常规天然气资源,需经过压裂改造才能实现有效开发。选取四川盆地致密砂岩露头岩芯,雕刻制作粗糙裂缝面岩板开展多尺度裂缝导流能力和支撑剂回流实验,分析导流能力及支撑剂回流的影响规律。研究表明,为了获得较高且稳定的导流能力,近井主裂缝需要有足够的支撑剂以提供更大的剩余缝宽,远井剪切裂缝只加入少量小粒径支撑剂也能有效改善高闭合应力条件下的导流能力;对于支撑剂充填的主裂缝,裂缝导流能力随着闭合应力和支撑剂浓度的变化存在临界闭合应力及临界支撑剂浓度。在支撑剂充填层中加入纤维,临界出砂流速呈数量级增长,可以有效预防压后裂缝的支撑剂回流。致密气藏多尺度支撑理念在四川盆地川西拗陷致密气储层开展的压裂工程实践取得了显著的增产效果,为中国致密气藏经济高效开发提供了有效支撑和借鉴。     

通道压裂支撑剂改性研究

针对当下非常规油气资源开发难度大、采收率低、常规水力压裂效果不佳的特点，经过大量实验和生产实践，筛选硅油类改性剂和烷烃类改性剂作为支撑剂的表面改性剂，并通过支撑剂表面覆膜、表面固化等先进技术使支撑剂表面改性，以达到疏水效果。疏水支撑剂在压裂过程中有控水稳油、有效作用时间长、返排率高、导油能力强等优点，在国外已经得到广泛应用，但国内对疏水支撑剂技术的研究相对起步晚，实践应用少。通过室内实验评价方法对筛选出的复配改性剂制备的改性支撑剂进行了评价，结果表明，该改性支撑剂完全满足支撑剂性能评价标准中对密度、抗破碎能力、浊度、酸溶解度的要求，且具有良好的耐温性、渗透性、粉砂吸附性和导流能力。     

陆相致密油藏差异化含油特征与控制因素

探讨陆相致密油藏差异化含油特征与控制因素可支撑致密油藏储层评价、深化致密油藏储层认识。通过致密油藏宏观分布、岩芯观察、油藏条件、单井产能4个方面对比分析,揭示海相、陆相致密油藏均普遍存在差异化含油现象,陆相致密油藏差异化含油具有“分布散、范围宽、差异大”的特点;通过岩芯描述、薄片鉴定、测井解释、开发区解剖等方式,阐明了准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组致密油藏不同尺度条件下均表现出强烈的差异化含油特性,在井位优选、井轨迹和压裂改造设计中正越来越受到重视;进行了致密油藏差异化含油控制因素探讨,提出沉积相、成岩相、断裂体系及源储配置等因素决定了致密油藏含油性的宏观差异化分布,储层层理、物性、孔隙结构、微裂缝等因素控制了致密油藏储层局部含油性差异化分布。     

中国非常规天然气远景

非常规天然气资源主要包括煤层气、页岩气、水溶气、天然气水合物、无机气、浅层生物气及致密砂岩气等。中国非常规天然气资源潜力巨大,具有广阔的开发远景。随着经济和技术条件的改善,它们将逐渐转化为常规天然气。通过对中国非常规气成藏条件的分析,结合国外勘探开发和产量预测经验,预测了中国非常规天然气的资源远景及未来的产量趋势。中国非常规天然气资源量为200×1012～380×1012m3,远远超过了现今的常规天然气储量;15～20a后,煤层气和致密砂岩气将逐渐转化为常规天然气;30～50a后,页岩气和水溶气将成为常规天然气的重要组成部分;50～100a后,甲烷水合物将会成为天然气勘探开发的重点。     

低渗低压水平气井压裂研究及实践

水平井技术已逐渐成为油田提高采收率和开发综合效益的重要手段,国内外应用情况表明,钻遇在低渗透油藏的水平井,不经过压裂酸化改造很难达到工业开采价值。从区域地质特征及井况条件出发,充分研究了压裂液、支撑剂选择、压裂管柱结构以及压裂规模等方面,通过优化设计,确定了适合低渗低压水平井的压裂的前置多段塞、大排量造缝、降排量携砂及施工方案优化等压裂技术措施。对红台2-17井进行了大型压裂施工试验,取得了较好的增产效果,为国内低渗储层低压水平气井压裂提供了宝贵的经验。     

鄂尔多斯盆地非常规资源微孔隙储层测井评价

鄂尔多斯盆地处于中国中西部结合部位,是中国大型叠合含油气盆地之一,油气资源极为丰富.经过多年的勘探开发,鄂尔多斯盆地形成了"南油北气"的开发局面,建成了多个大型油气田.为了保持油气田的可持续开采,需要积极寻找可接替区域和层位.利用烃源岩资料、岩心资料及大量测井资料和试气资料对研究区潜在油气层位的储集性能、运移通道及测井响应特征进行了分析.结果 表明研究区太原组致密灰岩、本溪组铝土质泥岩、延长组长7"张家滩页岩"、太原组、山西组和延安组煤层普遍微孔隙发育,具备一定的储集能力,加之研究区烃源岩丰富,在油气运移的过程中,这些地层在适当的条件下能够形成不同于常规致密砂岩的非常规储层,具有成为可接替层位的潜力.     

新型纳米复合纤维基清水压裂液体系配方优化与评价

页岩气藏储层具有不同于常规油气储层的岩性和物性特征。选择适合的压裂液体系对于页岩气藏的高效开发具有重要意义。基于新型纳米复合纤维,研究了纳米复合纤维基清水压裂液体系。通过实验确定纤维的最佳质量分数为0.4%~0.7%,最佳长度为6~12 mm。对纳米复合纤维基清水压裂液体系开展了室内评价,结果显示此压裂液体系在预防支撑剂回流、降低滤失、增强携砂性能、降低摩阻等方面效果显著;且对支撑剂层的导流能力伤害较小。此体系对于国内页岩气储层的有效开发具有一定参考价值。     

二次加砂压裂技术在海上低孔渗砂岩气藏的应用

东海低渗储层具有埋藏深、温度高、边底水发育、平台空间小等特点,采用传统加砂压裂方式初期产量低、压后压降快、有效产能低,无法满足海上经济有效开发的需求。因此,基于平台化压裂的技术瓶颈,开展二次加砂压裂增产机理及适应性评估,通过技术优化研究,确定了二次加砂压裂施工排量、加砂规模、二次加砂比例、中途停泵时间等关键参数,优选评价了压裂液和支撑剂材料,并评估了平台空间综合利用,形成了一种适合海上低渗平台开发的增产技术。DX-B5井的实施效果表明:二次加砂压裂技术首次应用于海上低渗油气田,并取得显著的增产效果,相比邻井初期产量增加了2倍,累计产量增加了3倍,针对类似储层条件的油气井,可推广应用于东海及国内其他海域的低渗储层增产开发。     

致密油储层孔喉微观结构表征技术研究进展

 致密油储层中孔隙是储集油气的空间与渗流发生的主要场所，且其孔隙分布呈现多种尺度，储层微观孔隙结构精确表征是非常规油气研究的重点与难点。对目前致密油储层孔隙结构表征技术进行了分类，总结了实验数据分析技术、图像分析技术与数字岩心技术的内涵及发展，并指出了其测试孔隙大小范围和优缺点；展望了致密油储层微观孔隙结构表征技术的发展趋势。     

压裂液侵入对页岩储层导流能力伤害

大规模水力分段压裂是页岩气等非常规资源高效开发的关键技术。页岩气井返排率一般较低,大量的压裂液长期滞留地层对储层岩石、支撑剂强度等造成一定的伤害,影响页岩储层压裂改造长期效果。针对该问题,通过室内试验模拟研究现场压裂前后气测导流的变化规律,对压裂液伤害程度进行表征。结果表明:压裂液侵入降低了支撑剂、页岩岩石强度,导致支撑剂破碎率、岩石嵌入程度加剧,导流能力伤害达到60%以上;使用大粒径支撑剂、较高铺砂浓度,优选破胶性能好、低残渣、防膨性强的压裂液,能有效提高导流能力,降低压裂液伤害程度。研究结果对页岩地层压裂设计,降低压裂液伤害提高产量提供参考。     

致密薄互层水力压裂裂缝垂面扩展施工因素数值模拟

中国具有丰富的致密油气藏储量,必将成为中国接替的油气资源。致密油藏开发主要依靠水力压裂技术,对于致密薄互层,施工因素作为可控因素,对于现场施工具有重要意义。因此,本文研究针对鄂尔多斯盆地致密储层,低孔低渗、储层厚度薄等特点,以该地区L井F12地层为例,采用Abaqus有限元软件进行了模拟计算,研究了施工过程中的排量以及压裂液黏度对裂缝垂面扩展规律的影响,并且根据实际情况对模型进行验证,确定了模型和模拟方法的准确性。研究结果表明：压裂液的排量对于裂缝的扩展具有重大影响,排量越大,裂缝的扩展速度越快,裂缝的缝高和缝宽越大;压裂液黏度对裂缝的扩展行为影响微乎其微。并进一步分析发现,针对致密薄互层,仅仅只改变压裂液排量和黏度并不能将裂缝控制在储层内,采用变排量控缝高技术辅以其他控缝高手段能够更好地将裂缝控制在储层内,为现场压裂施工提供了基础。