基于权重分配的页岩气储层可压性评价新方法

为了解决现有页岩气储层可压性评价方法无法连续评价页岩气储层可压性的问题,考虑地质甜点和工程甜点双重因素,通过定量评价地质甜点参数,综合矿物组分含量、细观力学参数计算工程甜点参数,运用标准化、归一化、调和平均和算数平均方法建立了基于权重分配的页岩气储层可压性评价模型。该评价模型充分考虑了页岩储层含气性和易改造性的潜力,确定总有机碳含量、镜质体反射率、剪切模量和断裂韧度4个参数作为评价可压性的关键参数:当总有机碳含量大于2%、镜质体反射率大于1.3%、硅质矿物含量为20%~60%、碳酸盐岩矿物含量为10%~30%、黏土矿物含量为30%~50%时,页岩气储层最适合进行压裂改造。利用建立的评价模型评价了四川盆地威远地区某页岩气井W井储层段的可压性,并根据评价结果指导了该井的压裂设计与施工,压后微地震监测显示,产生了较多裂缝,实现了体积压裂。这表明,利用该评价模型可以连续评价储层的可压性,根据计算结果可以更加准确地划分有效压裂层段和遮挡层段,可操作性强,具有工程应用价值。      

深层页岩气分段压裂技术现状及发展建议

中国深层页岩气资源潜力巨大,近年来少数探井产气量取得了突破,但大多数探井页岩储层压后产气量低且递减快,达不到经济开发要求,总体上还未形成深层页岩气商业开发的格局。在总结分析Haynesville区块和Cana Woodford区块深层页岩地质特征、压裂工艺技术特点、压裂材料及工程成本的基础上,分析了国内外深层页岩可压性的差异,指出国外深层页岩气地层的孔隙度、含气量、脆性指数和地应力差等参数要远优于目前国内深层页岩气地层,认为良好的储层地质与工程条件、量身定制的压裂工艺技术以及较低的单井综合成本是实现深层页岩气经济开发的关键,提出了开展深层页岩网络裂缝形成机制研究,高应力条件下大规模、高导流、体积压裂技术研究以及耐高温、低摩阻压裂流体体系研究等技术攻关的建议,以尽快形成适合中国深层页岩气开发要求的配套压裂技术,促进中国各个深层页岩气区块实现商业化开发。      

页岩气储层可压性评价新方法

可压性是表征页岩储层能被有效改造的难易程度。根据页岩储层缝网压裂施工实践,通过具体化页岩储层"有效压裂"概念,明确了页岩储层可压性的实际意义,即在相同压裂工艺技术条件下,页岩气储层中形成复杂裂缝网络并获得足够大的储层改造体积的概率以及获取高经济效益的能力。现有评价方法由于分析因素不够全面导致评价效果不理想。通过综合页岩脆性、断裂韧性和天然弱面3个方面特性,提出了能全面、科学表征页岩气可压性的评价方法,摒弃了现有方法的不足。基于储层各参数特征,可将该方法的可压性程度分为三级:可压性系数介于0~0.225之间,可压性程度较低,压裂效果差;可压性系数介于0.225~0.5之间,可压性程度一般,压裂效果较好;可压性系数介于0.5~0.8之间,可压性程度较高,缝网压裂效果理想。采用新的评价方法计算得出四川盆地下志留统龙马溪组页岩可压性系数为0.392 8,可压性程度一般,与该区域页岩气井缝网压裂改造时的微地震监测结果一致,说明新方法计算准确,现场应用方便,可为压裂选井、选层提供前期指导。     

页岩可压性指数评价新方法及应用

脆性指数是评价页岩可压性的基础,国外的脆性指数研究只局限于近井筒参数。为了更全面地表征页岩的可压性,以压裂施工参数为基础,从能量的角度提出了一种新的页岩脆性指数综合评价方法,并建立了地质参数与工程参数有机结合的可压性指数综合模型;同时应用归一化方法,建立了利用等效支撑剂量与等效压裂液量的比值表征可压性指数的新模型。实例计算表明,采用该方法计算的脆性指数及可压性指数与压后产气效果关联度较强,能够准确反映裂缝的延伸性,其值大小可作为优选压裂段簇位置的依据,并具有较高的可信度和现场实用性。建议在现场推广应用,以促进国内页岩气的勘探开发效果及水平。      

基于层次分析法的致密砂岩储层可压性综合评价

可压性是评价页岩储层体积压裂可行性的重要指标。致密砂岩储层与页岩储层具有相似性,可借助可压性评价指标判断致密砂岩储层体积压裂的难易程度。但通过现有可压性评价指标判断致密砂岩储层改造存在评价效果不理想的问题,评价储层可压性的参数众多,常规单因素评价结果经常出现部分参数满足体积压裂要求,而另一些参数却不满足,难以完成最终的可压性评价。对此提出采用模糊数学中的层次分析法,充分考虑岩石力学脆性、矿物脆性、天然裂缝、水平主应力差异、断裂韧性以及隔层遮挡效应等多个因素,构造等价矩阵确定各因素权重,利用参数标准化后形成的可压指数,对致密砂岩储层体积压裂可压性进行综合评价。与传统评价方法相比,层次分析法更有利于指导选井选层,综合地质工程双甜点因素,评价其含气潜力和易改造潜力,对致密砂岩储层压裂优化设计和施工具有参考价值。     

深层页岩气水平井储层压裂改造技术

四川盆地南部深层页岩气资源量大,但由于埋藏深、构造复杂,适于3 500 m以浅页岩气储层的分段体积压裂主体工艺技术在3 500 m以深页岩气储层的压裂改造中出现了不适应性,难以形成复杂缝网。为此,借鉴埋深为3 500 m以浅的页岩气实现规模效益开发的压裂工艺技术,结合深层页岩的构造与储层特征,形成了一套适合于深层复杂构造页岩气水平井的储层改造技术,并在渝西地区深层页岩气井的压裂改造中进行了现场实践。研究结果表明:①天然裂缝综合预测技术实现了对天然裂缝带的精细刻画及天然裂缝发育强度的定量预测,为后续压裂施工优化提供了依据;②在页岩储层可压性评价参数中,脆性指数、缝网扩展能力指数及含气性指数越大,储层可改造潜力越大、气井增产效果越好;③采用大规模前置液工艺,"高强度注液、低孔数、低浓度段塞式加砂"工艺,以及实施暂堵转向的缝网复杂度提升工艺,单井储层增产改造体积(SRV)与产能得到了有效提升。结论认为,所形成的储层改造技术适用于深层页岩气储层的压裂改造作业,可以为同类型页岩气井的压裂施工提供借鉴。     

页岩储层可压性剖面模型研究及应用

水力压裂是有效开发页岩储层的关键技术,页岩的可压裂性是评价页岩储层被有效压裂程度的一个定性指标。岩石力学实验、全岩分析等常规方法因受取心层段、成本等限制,求取的可压性指数存在片面、不连续等缺点。借助测井方法代替常规方法求取目标储层岩石力学参数与矿物组成,结合岩石脆性、矿物组分、成岩作用等影响因素建立了单井可压性剖面模型,利用模型计算了孔南地区页岩储层可压性剖面并对其进行了定量评价,模型方法与实验方法的计算结果较为一致。可压性剖面模型的应用,实现了对整个储层的连续评价,可为页岩储层有效开发提供准确参考依据。     

深层页岩气双“甜点”参数地震预测技术

要实现页岩气有效建产,首先要存在页岩气的富集区,其次要能对页岩储层进行有效的压裂改造,前者表现为页岩的地质“甜点”,后者则表现为页岩的工程“甜点”,地质工程双“甜点”的预测与评价是页岩气效益开发的基础。为此以四川盆地南部某地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩储层为例,根据岩性、电性、生物化石分布规律、TOC变化以及含气性等,将该储层底部优质页岩层划分为9个小层,从下到上编号①～⑨,以三维地震为依托,对该段页岩储层开展地质工程双“甜点”参数地震预测,以评价其勘探开发潜力,以期为页岩气水平井的部署论证及压裂设计提供依据。预测结果表明：①在该区页岩气勘探的初始阶段,地震主要预测页岩气的地质“甜点”,即通过平面上预测的优质页岩厚度、TOC、孔隙度及含气量等参数,结合埋深、构造样式、断裂发育情况等,进行页岩气的分区选带,以明确页岩气富集有利区;②页岩气工程“甜点”参数的运用较为微观,其在地质甜点区的基础上,结合工程施工能力,利用脆性、水平应力差异、裂缝发育情况等因素优选出压裂能产生最好效果的区域和小层,并进一步指导页岩气水平井轨设计以及水力压裂的分段分簇设计。     

川南威远地区筇竹寺组页岩力学性质及可压性评价

川南龙马溪页岩气规模开发已取得理想效果,但由于页岩气开采具有明显的快速产量递减规律,因此探索新层系的勘探开发和压裂潜力必须提前谋划。文章以川南威远地区筇竹寺组页岩为研究对象,通过X衍射分析、电子显微镜扫描、岩石强度试验、地应力大小测试等方法,综合分析了该地区筇竹寺组页岩力学性质及可压性,并与龙马溪组页岩进行了对比。结果表明：威远地区筇竹寺组页岩为硅质页岩,脆性矿物含量高,天然微裂缝发育,具有良好的储层改造基础物性;页岩层理面内不同方位力学参数变化小,抗拉/抗压强度比值低,且地应力差异系数较小,具有产生复杂裂缝的力学条件;结合微观特征和力学特征的综合可压性评价认为,威远地区筇竹寺组页岩可压性优于龙马溪组页岩,展示了良好的资源接替潜力。     

深层页岩缝网压裂关键力学理论研究进展

随着埋藏深度的增加,构造复杂程度、地层温度和压力增加,地层闭合压力、地应力差、杨氏模量和抗压强度等力学参数也都有不同程度的增大,水平井分段多簇压裂技术在深层页岩气勘探开发中遭遇重大挑战,面临着以下亟待解决的问题:①深层高应力下页岩脆性与可压性评价;②高应力、工作液扰动和各向异性条件下多簇裂缝起裂与扩展;③缝网裂缝中支撑剂输送与铺置;④高应力水化条件下裂缝网络的长效支撑;⑤页岩多组分微观结构的力学作用机理。为了给深层页岩气储层压裂形成有效的裂缝改造体积提供理论支撑,基于页岩脆性与可压性评价、多裂缝网络竞争起裂扩展、裂缝网络中支撑剂输送、高应力下裂缝网络的支撑和水岩作用机理等深层页岩压裂关键力学理论,系统分析和阐述了相关理论的研究进展和发展趋势,进而指出了深层页岩气储层压裂关键力学理论的发展方向:①高温高应力下流固耦合的页岩脆性模型和可压裂性评价模型;②高温高应力水岩作用下页岩的本构方程和各向异性页岩破裂压力预测模型;③支撑剂输送下的三维裂缝网络扩展模拟;④裂缝网络中支撑剂转向输送机制和粗糙弯曲裂缝网络中支撑剂输送模拟;⑤缝网中各级裂缝导流能力综合优化;⑥页岩软化机制和水化微裂缝起裂扩展机理。结论认为,该研究成果对于推动和促进深层页岩气储层相关压裂理论的发展和压裂技术的进步具有借鉴和参考作用。     

涪陵页岩气优质储层测井综合评价方法

为了准确评价涪陵页岩气田地质与工程“双优”储层,首先定性分析了气田试气资料与地质、工程评价参数的关系,并采用欧式距离方法聚类分析了各评价参数的重要程度,优选出评价优质储层的地质和工程参数;然后,选择岩心化验分析资料和测井资料,采用“岩心刻度测井技术”建立了地质与工程“双优”储层的测井评价模型;最后,利用产气剖面测试资料,运用灰度关联理论确定“双优”储层评价参数的权重,计算页岩气储层地质和工程指数,进而建立“双优”储层综合评价图版,形成了页岩气地质与工程“双优”储层测井综合评价方法。利用该方法计算了涪陵页岩气田平桥区块28口井储层的综合评价指数,结果表明,页岩气储层单段和单井产量与综合评价指数、双优储层穿行长度具有明显的正相关关系。这表明,可以用构建的页岩气地质与工程“双优”储层综合测井评价方法评价页岩气储层,为页岩气水平井设计和分段压裂提供依据。      

湖南保靖区块龙马溪组岩石力学特征及可压性评价

为评价保靖区块龙马溪组生气潜力和产能,完井后需要对该地区龙马溪组优质页岩进行可压裂性评价,为后期压裂改造和试气提供依据。借助研究区测井、录井、岩心化验数据的分析和处理,对保靖区块龙马溪组页岩储层特征和对岩石可压性影响的关键因素进行研究,获得对可压性有影响的正相关指标和负相关指标,采用相关性分析和层次分析法建立可定量评价研究区页岩储层可压裂性的数学模型,研究结果表明:龙马溪组储层具有有机质丰富、低孔低渗、脆性矿物含量高,杨氏模量较高,泊松比中等,地应力差小的特点,具备一定的页岩气勘探潜力和压裂改造条件,利用可压性系数,将研究区的页岩可压裂性分为3个级别,即可压裂性差(可压裂系数为0.1～0.4)、可压裂性中等(可压裂系数为0.4～0.6)和可压裂性好(可压裂系数0.6),应选择可压裂系数大于0.4的页岩层进行水力压裂。运用可压裂系数模型计算研究区页岩储层的可压性中等,保页3井可压裂系数较高,是研究区页岩较理想的压裂候选井,保页1井可压性系数较低、压裂改造较为困难,评价结果与后期压裂施工效果较为吻合,研究成果可为今后页岩气、煤层气可压性定量评价和压裂施工提供借鉴。     

突变理论在页岩储层可压性评价中的应用

页岩储层可压性评价方法较多,但是将突变理论应用于页岩储层可压性评价则比较少见。为此,首先在分析突变理论的基础上,综合考虑储层因素和地质因素,根据层次分析法原理建立了由目标层、准则层和指标层组成的页岩储层可压性评价多层次结构模型,确定了页岩储层可压性评价突变模型。然后,基于5口井的数据,运用突变理论对其可压性进行了评价,确定了其可压性优劣程度及其顺序,并与利用层次分析法确定权重所计算的结果进行了对比。最后,讨论了突变理论的适用性、可行性以及局限性。研究结果表明,突变理论评价方法与传统的层次分析法结果一致。该方法减少了以往评价模型的人为主观性,评价方法更为简单,评价结果更加可靠,为页岩储层可压性评价提供了一条新途径,对于页岩气开发的压前评价具有一定的指导意义。     

页岩气水平井产量主控因素分析及产能预测

通过W地区国家级页岩气产业示范区2个平台的水平井开发实例,从页岩气储层测井评价入手,结合W地区页岩气水平井的测试、生产数据,研究分析页岩储层总有机碳含量、矿物组份、孔隙度、饱和度、含气量、脆性指数等储层参数,以及井眼轨迹、压裂效果等因素与水平井产量的关系,评估这些因素对水平井产量的影响程度。综合考虑上述参数,定义用于评价页岩气水平井产能的表征参数,建立W地区页岩气水平井产能预测的数理统计和神经网络模型。2个模型在W地区页岩气水平井产能预测应用结果表明,数理统计模型预测产能平均相对误差为18.10%,神经网络模型预测产能平均相对误差为0.54%。     

考虑解吸扩散的页岩气藏气水两相压裂数值模拟

水力压裂是实现页岩储层有效开发的重要技术手段,而准确预测页岩气藏压裂井产量是保证页岩气高效开发的基础。以油气藏数值模拟和数值计算方法为工具,在考虑页岩基质块解吸扩散和窜流条件下,建立了页岩气藏气水两相压裂渗流数学模型,推导了数值计算模型,并研制了页岩气藏压裂产能模拟器,定量分析了裂缝参数、物性参数和解吸扩散参数对页岩气压裂井产量的影响。研究表明：水力压裂能有效提高单井产量,是页岩气藏高效开发的有效措施;压裂裂缝导流能力和天然裂缝渗透率是页岩气开采的主控因素,日产气量和日产水量随压裂裂缝导流能力和天然裂缝渗透率增加而增加;基质渗透率和扩散系数对产量的影响相对较小。     

测控技术在深层、常压页岩气勘探开发中的应用

深层、常压页岩气是中国石化页岩气增储上产的重点领域。面临效益开发的困难，对井筒测控技术提出了提速降本、提产增效的更高要求。为了准确评价页岩气储层，开展了储层微观特征定量表征、孔隙压力系数预测、含气量计算、低阻页岩评价和可压性评价研究，形成了比较成熟的页岩气“双甜点”精细评价技术。为了提高深层优质页岩钻遇率，打造了定测录导一体化工作模式，基于多属性地质建模，测录震多专业融合，形成了复杂构造区水平井地质导向技术。针对不同工区工程地质特征的差异，明确了旋转导向和螺杆+MWD两种提速技术的适用范围，实现分类施策提速提效。为了配合大规模体积压裂，研发应用了多级射孔桥塞联作、等孔径射孔、高温井下微地震监测和“牵引器+DAS光纤”压裂监测等多项技术。研究形成的页岩气“双甜点”精细评价技术、提高储层钻遇率技术、钻井提速和压裂提产配套技术，在深层、常压页岩气领域得到广泛应用，较好地支撑了勘探开发。下一步，需要进一步发挥定测录导一体化优势，不断推进测控技术创新，在新层系/新类型页岩气解释评价、高温测控仪器和工具研制、基础资料录取等方向持续攻关，全力保障深层、常压页岩气高质量勘探与效益开发。     

从工程技术角度浅析页岩气的开采

从工程技术角度提出了页岩气有效开采的工程关键主要在于深入理解压裂机理、储层可压性评价、低成本实现大的压裂裂缝体积和“工厂化”作业实施等。剖析了页岩气的压裂改造机理,提出了低、中、高渗透储层和致密储层的压裂改造分类新方法及其主要实现策略。提出储层可压性是页岩气“甜点”选择过程中的重要因素之一,主要内容是评价裂缝和层理、页岩脆性、水平应力差。实现低成本、但产生足够大而有效的压裂裂缝体积是页岩气有效产出的关键,提出了低成本裂缝优化设计的基本思路。阐述了“工厂化”作业的主要做法,从地质条件、工程技术现状、地面和水资源方面分析了中国“工厂化”作业施工与北美地区的主要差距,提出了实施要点。     

鄂尔多斯盆地页岩油水平井细切割体积压裂技术

鄂尔多斯盆地页岩油资源丰富，而受储层物性致密、原始油藏压力系数低和湖相沉积非均质性强等因素影响，常规直井开发单井产量极低。2011年以来针对页岩油Ⅰ与Ⅱ类储层，水平井+分段体积压裂技术攻关试验成功，单井产量突破10 t/d，但仍面临规模开发单井产量递减大、低油价下效益差的问题，资源向储量、储量向产量和产量向效益转化速度极慢。为进一步提高单井产量和采出程度，从水力裂缝扩展规律及裂缝形态综合认识评价入手，瞄准优质储量裂缝最大化控制，综合岩性、物性、含油性和可压性评价，建立了水平段储层品质和工程品质一体化分级评价标准；创新了基于水平段分类的非均匀细切割多簇裂缝设计和缝控体积压裂参数优化方法；利用限流和架桥原理，集成配套了极限分簇射孔、动态暂堵转向等裂缝控制技术提高多簇有效性；采用可溶桥塞压裂工具、低成本滑溜水压裂液和组合粒径石英砂支撑剂，实现细切割体积压裂成本控降。通过研究与实践，形成了页岩油Ⅰ与Ⅱ类储层规模效益开发的长水平井细切割体积压裂技术模式，2017~2018年共实施85口水平井，初期日产油达到16 t以上，12个月累产油达到4 850 t，较前期提高1 120 t，第一年递减率下降15%，预测单井产量可提高近1×10⁴ t，盈亏平衡点由63美元/桶下降至42美元/桶。矿场实践证实，采用长水平井+细切割压裂+高强度改造是实现页岩油效益开发的有效技术途径，该技术为其它页岩油资源高效动用和效益开发提供了借鉴。     

页岩气储层缝网压裂理论与技术研究新进展

为破解页岩气开发技术的瓶颈,借鉴北美地区页岩气开发已取得的成果与经验,基于我国自2005年来页岩气开发技术的探索与实践认识,并结合最新的研究成果,综合分析了页岩气储层缝网可压性评价、缝网扩展机理、压裂改造体积评价、压裂液研制等方面的理论新进展,主要包括：页岩脆性从建立矿物、力学的半定量门限值测定发展到整合了岩石组分、弹性力学、天然裂缝发育特征的综合评价;缝网扩展从定向延伸理论发展到随机天然裂缝分布下的缝网形成模拟;储层改造体积从依赖微地震监测等仪器技术发展到依托于离散裂缝网络、扩展有限元的数学理论评价方法;压裂液从滑溜水（减阻水）和线性胶压裂液体系的泛用到少水或无水等新型压裂液的研制与应用。在此基础上,指出了页岩气储层缝网可压裂性综合评价、深层页岩气压裂、页岩气压裂施工曲线诊断、页岩气重复压裂理论、新型压裂液体系研制及其返排控制等理论和技术所面临的挑战,并预测了相关技术的发展趋势,以期为我国后续页岩气高效开发提供理论与技术指导。     

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。