页岩气钻采技术现状及展望

作为发展迅速的非常规能源,页岩气已成为全球能源界的焦点。页岩气钻采技术不同于普通油气井。本文回顾了页岩气钻井发展过程,介绍了页岩气开发中的水平井技术。组合式桥塞完井、水力喷射射孔完井、机械式组合完井是页岩气井完井的主要方式。页岩气开发的核心技术之一是压裂技术,主要包括水平井多级压裂、重复压裂、清水压裂、水力喷射压裂、同步压裂等。最后本文对页岩气的水平井钻井技术和压裂技术的发展方向进行了展望。     

页岩气井暂堵重复压裂技术研究进展

我国页岩气井重复压裂技术较国外有明显差距。近几年国内页岩气田的部分压裂井出现了产量递减快、井口压力低于输压的情况,亟需采用重复压裂技术进行有效增产。在调研国外页岩气暂堵重复压裂选井标准、工艺设计方法、现场施工及重复压裂监测诊断与评估技术研究进展的基础上,系统总结了国外暂堵重复压裂的先进经验。基于对页岩气井重复压裂面临技术挑战的分析,对我国重复压裂技术的研究提出了建议。     

页岩气试井技术在分段压裂水平井中的应用

目前已掀起页岩气勘探开发的热潮,针对页岩气的研究主要集中在地质及钻完井,而针对页岩气试井动态方面的研究几乎是空白,研究具一定的先导性。建立了页岩气藏无限导流分段压裂水平井评价模型,讨论了扩散、吸附等参数对压力动态的影响,分析了均质页岩气藏中无限导流分段压裂水平井的压力动态特征,解决了无法确定页岩气藏分段压裂水平井动态参数的难题,形成了均质页岩气藏分段压裂水平井的典型曲线。研究成果可为页岩气藏分段压裂水平井的合理高效开发提供技术支持。     

延长陆相页岩气水平井体积压裂新进展及其应用

页岩气是常规油气的重要接替资源,是一个新的资源领域,开采寿命和生产周期较长,可以提高延长石油集团等油气资源企业的服务年限,实现相对较高的经济价值。根据国内外页岩气勘探开发经验,水平井采用体积压裂技术进行压裂施工。鄂尔多斯盆地延长组陆相页岩储层岩相变化快、脆性矿物含量低、泥质含量高、物性差。比国内外海相页岩气井压裂施工难度更大,本文根据该区储层地质特点,对延长陆相页岩气水平井体积压裂技术进行了研究,形成了适合延长陆相页岩气水平井的体积压裂技术,并进行了现场应用,取得了较好的改造效果。为延长陆相页岩气的高效压裂奠定了基础,有望形成具有指导意义和推广价值的陆相页岩气水平井体积压裂技术,最终在延长石油集团非常规油气领域推广,促进延长非常规油气产业快速发展。     

页岩气压裂增产技术的研究与探讨

页岩气是商业价值巨大的非常规天然气,国外对其的开发技术已非常成熟,而我国对页岩气的开采技术还处于起步阶段。页岩气的储藏特性及地质环境决定了只有采取储层改造措施才能实现增产。目前的增产主要以压裂技术为主,根据不同的地质环境采取不同的压裂技术。本文阐述了我国页岩气开发的前景,对现有的增产措施即水平井分段压裂技术、重复压裂技术、同步压裂技术、清水压裂技术和新型压裂技术进行分析总结,对我国的页岩气勘探开发有一定的指导作用。     

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。     

页岩气压裂增产机理与施工技术分析

能源是制约中国经济发展的重要因素,但中国常规油气资源基本上都已经进入了产量递减期,开发页岩气是一条势在必行之路。在页岩气开发中压裂又是最为关键的环节,它直接关系到了气井的产能、采收率和经济效益。较为全面地介绍了页岩气的压裂增产机理和施工技术,对中国的页岩气开发提出一些有益的建议。从地质入手分析了页岩的地质概况,建议加强对脆性和天然裂缝的评价;并详细阐述了改造体积增产理论,简要分析了影响页岩气井产能的因素;结合改造体积增产机理,对页岩气压裂中需要应用到的各项技术进行了分析,提出了一些新的观点以及研究建议。     

考虑吸附效应的非达西流压裂水平井试井分析

页岩气藏渗透率较低,流动过程中存在边界层影响和吸附解吸现象。在建立页岩气藏压裂水平井试井模型过程中,非压裂区域考虑为存在吸附效应的非达西流动,压裂区域考虑为双重孔隙介质达西流动,水力压裂裂缝区为达西流动。基于油气渗流理论和数学物理方法,建立了考虑吸附效应的非达西流压裂水平井试井模型,求解得到了考虑井筒存储和表皮效应的压裂水平井井底压力响应,并进行了压力响应参数敏感性分析。结果表明:启动压力梯度主要影响特征曲线后期上翘程度;窜流系数主要影响"凹槽"的位置,当同时考虑启动压力梯度和吸附解吸时,窜流系数还影响着解吸时间的长短;解吸系数主要反映解吸扩散程度,随着压力降低,页岩气解吸效果越明显,特征曲线中的"凹槽"宽度和下凹程度越大。研究对于页岩气藏压裂水平井的开发与动态监测具有一定的指导意义。     

页岩气藏开发的关键因素

 页岩气藏是一种非常规气藏,属连续型气藏,其储层结构复杂,为低孔、低渗型,对开发技术要求很高。本文简述国内外页岩气开发现状,对北美页岩气藏开展研究并总结其勘探开发成功经验,认为其有效开发的关键是甜点区优选及储层压裂改造,综合地质评价是页岩气资源投入开发的基础,储层改造技术是动用页岩气储量的核心。介绍了开发目标区优选的主要地质参数及钻完井优化的主要内容,同时结合中国页岩气井地质及工程参数实际对比,提出了页岩气成功开发的工作思路,即在水平段储层评价基础上,进行有针对性压裂射孔设计,采用适合工程参数以增大缝网改造体积和效率,进而提高单井产量。     

致密油藏水平井井网参数耦合影响分析方法研究

水平井与压裂技术结合是目前致密油藏规模有效开发的重要基础。然而压裂水平井井网由于受到压裂裂缝参数和水平井参数等多因素的耦合影响,因素之间相互关联与干扰,传统的单一因素分析难以定量描述水平井井网对其产能影响的主次顺序和显著程度。因此井网设计难以实现最优化结果。根据实际设计,将井网类型、裂缝形态和水平井长度对采出程度的影响进行正交设计分析。分析所得到的主次关系结果,优选了不同水平井井网类型下裂缝形态和水平井长度的最佳组合方案,并建立了致密油藏水平井井网参数耦合影响分析方法,对于目前正处于探索阶段的致密油藏水平井开发井网具有一定实际指导意义。     

复杂结构井在页岩气开发中的应用进展

复杂结构井作为一种高效、先进的钻井工艺,能够很好地挖掘各种油气藏的潜能,在北美页岩气工业化、商业化开采过程中,产生了显著地经济效益。在概述复杂结构井的类型、适用条件的基础上,结合国外页岩气开发中复杂结构井的应用情况,分析了复杂结构井在中国页岩气开发中的应用前景。考虑到中国页岩气藏多分布于地表和地下条件复杂的山区,紧紧围绕页岩气开发产能和成本这一核心问题,建议重点发展小井眼连续管一体化钻完井、丛式水平井批量钻井和多分支水平井技术,来减少井场占地面积、优化资源配置管理、降低开发成本、最大限度提高页岩气藏整体效益,实现中国山区页岩气高效、低成本开发。     

川东南五峰组-龙马溪组页岩气目标评价及水平井设计技术

川东南地区五峰组-龙马溪组具有良好的页岩气勘探开发潜力，利用实验、地震、测井、钻井及压裂等资料，以页岩气甜点目标评价为主线，开展地质-物探、地质-工程一体化研究，结合勘探开发实践，明确了地质综合评价、甜点目标评价体系及水平井地质-工程一体化设计等目标评价技术系列。甜点目标评价体系是以“三因素控气”地质认识为指导，建立甜点目标评价体系和标准，优选有利目标。水平井地质-工程一体化设计技术是通过优化水平井部署和压裂设计，穿好层、压好缝，提高单井产量。通过目标评价技术集成及应用，形成固定做法、固化成熟技术，高效指导川东南地区五峰组-龙马溪组页岩气勘探开发。     

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。     

页岩气水平井油井水泥的原位增韧技术研究

针对页岩气水平井开发过程中油井水泥作为一种非均质多孔脆性复合材料，难以承受大型水力压裂带来的非均质载荷，导致水泥环的力学完整性失效破坏问题，开展了油井水泥原位增韧技术研究。研究中采用了固相烧结法和球形重淬技术，获得了微晶铁铝酸钙（MB）作为原位增韧材料。研究结果表明，制备的原位增韧材料在提升力学性能的基础上降低了水泥石的弹性模量，养护7 d后的抗压强度可达24 MPa，抗拉强度提升50%，弹性模量降至5.55 GPa。微晶铁铝酸钙的增韧机制为：“裂纹偏转”、“裂纹终止”、“消耗断裂能”。该研究的开展对满足以页岩气开采条件下的油井水泥服役要求，延长页岩气井寿命，增加页岩气产能具有重要意义。     

页岩气储层水力压裂机理研究

水平井分段压裂技术是现阶段页岩气成功开发的关键技术,并逐渐形成了一系列以实现"体积改造"为目的的页岩气压裂技术,其"体积改造"的理念颠覆了经典水力压裂理论,是现代非常规储层压裂理论发展的基础。到目前为止,页岩气储层水力压裂缝网形成与扩展机理等基础理论还不完善;通过室内大型真三轴水力压裂物理模拟实验,在室内模拟出含裂缝的页岩地层,研究了裂缝性地层水力压裂过程中天然裂缝对水力裂缝扩展的影响;并分析了水力裂缝在该类型地层中的扩展模式及其影响因素。     

含砾砂岩储层重复压裂新方法及机理分析

重复压裂技术广泛应用于老油田开发过程,尤其适用于致密砂岩、页岩等典型储层,而含砾砂岩储层中重复压裂方法的有效性还有待研究。针对重复压裂含砾砂岩储层产生复杂裂缝网络的压裂方法问题,基于动态载荷促进裂缝分叉、易渗透压裂液明显降低岩石有效应力的作用机理,本文提出“变排量、分阶段多压裂液组合”的重复压裂方法。为验证该方法的合理性,本文以人工预制的含砾砂岩试件为实验对象,通过变排量、分阶段注入不同性质压裂液进行了室内真三轴压裂模拟实验,总结了压裂机理。研究表明：变排量压裂方式产生的裂缝条数至少是定排量压裂方式产生裂缝条数的3倍;分阶段多压裂液组合压裂方法产生水力裂缝的条数是单一类型压裂液压裂产生裂缝条数的3倍。变排量、分阶段多压裂液组合的压裂方法将对含砾砂岩储层进行重复压裂产生复杂裂缝具有一定的借鉴意义。     

多级压裂水泥环界面密封失效数值模拟

四川地区页岩气开发过程中环空带压现象严重,严重影响页岩气井的高效开发,因此准确了解页岩气井多级压裂过程中固井界面微环隙的产生机理具有重要意义。考虑到页岩气改造压裂级数多的特点,采用有限元方法,基于内聚力单元,构建了周期载荷作用下的水泥环界面密封性评价数值模型,研究了多级压裂过程中的水泥环界面胶结失效演变规律。研究结果表明:第一次循环结束后,后期循环加载过程中水泥环界面位移的累计增长程度较小,控制水泥环初次加载过程中的塑性变形可以提高维持水泥环密封完整性的压裂次数;降低水泥环弹性模量,适当提高水泥环的泊松比可以有效增加水泥环的长期密封能力,进而降低多级压裂过程中油气井环空带压的现象。研究成果可为页岩气井多级压裂过程中油气井环空带压的有效控制提供理论参考。