页岩气网络压裂支撑剂导流特性评价

页岩气水平井长缝网络压裂支撑剂铺置浓度低,嵌入伤害大,导流特性与常规油气藏不同,与北美页岩气水平井中短缝压裂也有明显差异。为评价不同类型支撑剂在低铺砂浓度下的导流特性,采集龙马溪组地层页岩露头制作试验岩样,使用 FCES-100 裂缝导流仪对陶粒、石英砂、覆膜砂3种类型支撑剂在不同粒径、不同铺砂浓度和不同闭合压力条件下的导流特性进行了评价。结果表明:支撑剂类型、闭合压力和铺砂浓度对页岩支撑裂缝的导流能力影响较大;中高闭合压力和低铺砂浓度条件下,覆膜砂的导流能力最大,陶粒次之,石英砂最小。评价结果可为页岩气ESRV（effective stimulation reservoir volume）网络压裂裂缝导流能力的优化、支撑剂的优选和压裂设计提供依据。      

玛18井区压裂支撑剂适应性研究

为了研究玛18井区压裂支撑剂的适应性,在不同铺置方式和不同闭合压力下,对不同压裂支撑剂的导流能力与压裂后效果进行分析评价,根据小型压裂测试、闭合后分析等解释结果,进行储层压裂后特性分析,并对石英砂部分代替陶粒效果进行论证。结果表明:当高闭合应力时,增大铺砂浓度可有效提高裂缝导流能力,但分段式铺砂不能提高裂缝导流能力;混合支撑剂和全陶粒支撑剂的改造井地层能量与裂缝类型均类似,但混合支撑剂井的地层系数、动态储量均不如全陶粒井,且日均压降高于全陶粒井。研究认为,石英砂替代陶粒效果较差,主要原因在于:在裂缝改造类型相同时,由于储层埋深较大,地应力较高,混合支撑剂无法满足所处深度的地应力。通过计算动态储量可知,长期开采时陶粒支撑剂比石英砂支撑剂更有利于节省成本,建议在玛18区块继续采用全陶粒支撑剂。     

新型超低密度支撑剂实验评价与可行性研究

针对深层页岩气勘探开发的客观需要和压裂支持剂的研究现状和发展趋势,提出以聚合物为基体,复合无机粒子制备超低密高强度的新思路,对新型超低密度支撑剂的支撑剂性能、导流能力、静态沉降、支撑剂缝内流动等进行室内实验评价,在此基础上与现有陶粒支撑剂进行对比分析,并利用压裂软件开展现场应用模拟研究。结果表明,新型超低密度支撑剂密度、酸溶解度、破碎率等方面具有明显优势,导流能力略高于陶粒支撑剂,静态沉降速率大约为陶粒支撑剂的1/20,缝内流动实验表明能有效地向裂缝深处运移,软件模拟有效支撑裂缝长度为陶粒支撑剂的2.29倍,有利于增加有效的改造体积,为深页岩气压裂改造提供了新的思路和方法,确保深层页岩气开发有序进行。     

石英砂用于页岩气储层压裂的经济适应性

四川盆地长宁—威远地区页岩气储层最小主应力介于44~68 MPa,一直使用可在高闭合压力下保持高导流能力的40~70目陶粒作为主要的支撑剂,但用量大、成本高。为了进一步降低支撑剂的成本,在采用气藏数值模拟方法论证储层所需的支撑裂缝导流能力的基础上,利用页岩气井生产分析结果和人工裂缝模拟结果研究储层作用在支撑剂上的有效应力、有效应力的加载速度和支撑剂的铺置浓度,提出了适合该区页岩气井压裂支撑剂导流的实验方法,评价了石英砂的导流能力及其对页岩气产能的影响,并利用该方法进行了支撑剂的筛选和现场试验。结果表明:(1)页岩基质渗透率小于6.0×10-4 m D时,主裂缝导流能力介于0.8~1.0 D·cm、分支裂缝导流能力介于0.05~0.10 D·cm即可满足生产需求;(2)当主裂缝垂直于最小主应力方向、分支裂缝垂直于主裂缝时,该地区页岩储层作用在主裂缝内支撑剂上的有效应力最大值为54 MPa,作用在分支裂缝内支撑剂上的最大有效应力约为69 MPa;(3)对标准支撑剂导流能力评价实验方法进行了修改——应力加载速度为1.0 MPa/min,支撑剂铺置浓度为2.5 kg/m2,最高加载压力设定为70MPa;(4)优选70/140目石英砂能够满足该区页岩气井压裂需求。在该区2个平台4口井的应用效果表明,将石英砂比例从30%提高到70%~80%,单段产气量无明显变化,单井可以节约支撑剂成本60万元~100万元,如果石英砂本地化,则成本可进一步降低。结论认为,该项成果为在基质渗透率极低的致密油气储层中采用石英砂替代陶粒以降低成本提供了技术支撑。     

长宁地区石英砂替代陶粒先导性试验及效果评价

为应对国际低油价冲击,北美页岩气开发区块大幅提高了石英砂使用比例,而国内页岩气井压裂主体采用70/140目石英砂+40/70陶粒组合支撑剂,陶粒约占70%。开展了石英砂室内导流能力测定,结合长宁地区页岩储层渗透率参数,采用数值模拟论证了石英砂替代陶粒在长宁地区可行。基于单井累计产量最大化的目标函数,明确了压裂试验参数:单段1 800 m~3压裂液,160 t支撑剂,70/140目石英砂:40/70目石英砂=3∶7。先导性试验方案顺利实施后,降本增效显著,与地质参数相当的邻井相比,试验井折算1 500 m改造段长测试产量提高67%,单井折算1 500 m改造段长支撑剂成本降低145万元。进一步论证了试验方案的可行性,为后期石英砂替代陶粒推广应用积累了宝贵的现场经验。     

通道压裂支撑裂缝影响因素分析

为了检测通道压裂所能提供导流能力大小及裂缝的有效性,利用某地层构造的砂岩、页岩进行室内导流能力测试。实验结果表明:通道压裂纤维用量为0.6%比较合适;支撑剂粒径对裂缝的导流能力影响较弱,在相同铺砂浓度下,不同粒径间支撑剂的导流能力差别很小;铺砂浓度对通道压裂导流能力影响较大,大量的支撑剂嵌入对低铺砂浓度导流能力伤害较为明显,高闭合压力下易造成明显的导流能力损失;陶粒、石英砂、覆膜砂3种支撑剂,在相同铺砂浓度下,随着闭合压力的增加,导流能力逐渐下降,覆膜砂的导流能力优于陶粒、石英砂;在相同铺砂条件下,支撑剂在砂岩中的嵌入程度高于页岩,导致其导流能力低于页岩中的导流能力。同时全面分析总结了在通道压裂中,影响支撑剂嵌入的各种因素,从而对优化通道压裂具有一定指导意义。     

基于缝网导流有效性评价的深层页岩气压裂支撑剂优化设计

深层页岩气储层埋藏深、温度高、地层应力大、岩石塑性强,导致压裂缝网复杂度低,缝网导流能力不足,极大影响了深层页岩气储层的压裂效果。评价深层页岩气压裂缝网的有效性,可以指导深层页岩气储层通过高效地压裂改造获得稳定高产的页岩气产能,具有重要的商业价值。基于川东南丁山地区深层页岩地质条件与裂缝导流能力实验,开展了深层页岩高闭合应力条件下裂缝导流有效性评价。结果表明：随着闭合应力的增大,自支撑裂缝与支撑裂缝导流能力呈快速递减的趋势,当闭合应力达到55 MPa时,自支撑裂缝的导流能力仅为0.1μm²·cm,反映了深层条件下剪切裂缝难以满足流体流动的现状;在铺砂条件下,当闭合应力大于69 MPa时,粒径为40/70目的陶粒可有效满足主裂缝的导流要求,粒径为70/120目的陶粒与石英砂均可达到分支裂缝的导流要求;同时定量计算了满足主裂缝与分支裂缝导流要求的最低铺砂浓度,并绘制了不同类型、粒径的支撑剂用量设计图版。研究成果为深层页岩气储层压裂的支撑剂选择与优化提供了技术参考。     

酸液溶蚀作用对支撑剂性能的影响

前置酸液加砂压裂是提高致密储层有效动用的技术之一。注入酸液能有效降低储层破裂压力、清洁地层、提高压裂效果,但酸液同时也会与裂缝中的支撑剂接触而发生化学反应,从而降低支撑剂抗压性能,不利于维持较高的导流能力。文中模拟现场压裂施工方案,进行支撑剂酸溶解度测试实验,评价了酸液溶蚀作用对支撑剂抗压强度、导流能力的伤害程度。结果表明:酸液配比对酸溶解度影响最大,其次为接触反应时间;大粒径支撑剂酸溶解度较小,但酸溶蚀作用对大粒径支撑剂抗压强度、导流能力伤害较大;受酸液作用时,石英砂性能相比陶粒支撑剂稳定性好。实验结果为支撑剂的优选、合理控制酸液用量及注入时间等提供了依据。     

页岩储层水力压裂支撑裂缝导流能力影响因素

支撑裂缝的导流能力是评价页岩储层水力压裂施工效果的一项重要参数,其大小受到多种因素影响。文中开展了支撑剂类型、颗粒大小、铺砂浓度等对支撑裂缝导流能力影响的室内实验研究。结果表明:陶粒的导流能力明显高于石英砂和覆膜砂,在低闭合压力条件下,20~40目陶粒的导流能力最大,在高闭合压力条件下,组合支撑剂的导流能力明显高于单一支撑剂;铺砂浓度越大,裂缝导流能力越大;循环应力加载模式下,裂缝导流能力比稳载时下降了31.7%,经过滑溜水和胍胶压裂返排液污染后,裂缝导流能力分别下降了33.9%和76.5%。研究成果指导了X-4井的现场压裂施工,该井措施后产气量较高且稳定生产,压裂增产效果较好。     

致密碳酸盐岩储层水力加砂支撑裂缝导流能力实验研究

水力加砂压裂效果在一定程度上取决于裂缝的导流能力,对于致密碳酸盐岩储层,受地层岩性、支撑剂类型及闭合压力的影响,裂缝导流能力下降较快,影响采出程度,如何在高闭合压力下合理地选择压裂所用支撑剂,对致密碳酸盐岩储层水力加砂压裂设计非常重要。运用多功能裂缝导流能力测试分析系统,选用不同类型的支撑剂,进行致密碳酸盐岩水力加砂支撑裂缝导流能力评价实验。结果表明,对于中强、高强陶粒支撑剂,随着闭合压力的增大,大粒径(16/30目)中强陶粒支撑剂导流能力下降速度明显高于中等粒径(20/40目)中强陶粒支撑剂导流能力;当闭合压力超过69 MPa时,两者相差不大;而这2种粒径的高强陶粒支撑剂的导流能力则相差较大。组合粒径高强陶粒支撑剂的导流能力与16/30目单一粒径高强陶粒支撑剂的导流能力接近,但是单一粒径高强陶粒支撑剂的破碎率大,对地层的伤害也大;在高闭合压力下,对不同组合粒径高强陶粒支撑剂的导流能力进行了实验测定,优选出最佳的组合粒径高强陶粒支撑剂,其组成为16/30目(60%)+20/40目(20%)+30/50目(20%)。     

不同闭合压力下包衣支撑剂导流能力变化特征的试验研究

为了评价包衣石英砂和包衣陶粒用作压裂支撑剂的性能,对包衣支撑剂在不同闭合压力下的导流能力变化特征进行了试验研究,并通过电镜对试验后支撑剂的破碎情况进行了观察。结果表明,包衣支撑剂的导流能力随闭合压力的增加而降低,包衣支撑剂只有当闭合压力大于一定值时,其导流能力才高于原支撑剂,石英砂和高强度陶粒包衣效果最好;试验后电镜照片也反映了不同包衣支撑剂的破碎情况。研究结果对包衣支撑剂的现场用具有指导意义。     

新型自悬浮支撑剂性能评价与现场应用

针对常规胍胶压裂液压裂时残渣对低渗油藏储层伤害大、配液流程复杂、作业强度大的问题,以覆膜石英砂为支撑剂核心、膨胀性树脂为悬浮性材料制备了自悬浮支撑剂,对其性能进行了评价,并开展了清水压裂试验。室内性能评价结果表明:自悬浮支撑剂的理化性能与陶粒、覆膜石英砂相当,导流能力与覆膜石英砂相当,可以在140 s内形成悬浮状态,在110℃下静置120 min不会分层;在540 s-1剪切速率下,剪切10 min后,稳定时间为27 min,而且破胶后胶液的黏度只有4 mPa·s。该自悬浮支撑剂在6口井的清水压裂中进行了应用,施工成功率100%,达到了国内常规冻胶压裂液加砂压裂的技术指标。研究结果表明,自悬浮支撑剂可以满足清水压裂施工的需求,能达到节省胍胶、简化配液流程、减轻储层伤害的目的,具有良好的经济效益和广阔的应用前景。      

石英砂支撑剂长期导流能力变化规律实验研究

利用石英砂代替陶粒支撑剂能有效降低施工成本,在致密油气藏压裂改造中广为应用。为探究石英砂支撑剂对裂缝长期导流能力的影响规律,选用20～40目、40～70目和70～140目石英砂,开展长期导流能力测试实验,探究有效应力、铺砂浓度、粒径组合、铺置模式等因素对石英砂长期导流能力的影响并拟合参数化经验模型。研究认为：长期导流能力随铺砂浓度的增加,先升高再降低,反映了从“支撑”到“封堵”的演化;在低铺砂浓度条件下,大粒径石英砂易破碎堵塞流道,因此可在高闭合压力储层优选细砂,在低闭合压力储层优选中砂或粗砂;在考虑混合铺置时,应先采用低黏度压裂液泵送大粒径石英砂,后采用高黏度压裂液泵送小粒径石英砂,文中给出的混合铺置导流能力预测模型适用于混合铺置支撑剂粒径及比例的优化设计。     

预固化树脂覆膜砂的研究

开发了一种制备预固化树脂覆膜石英砂支撑剂的方法。石英砂加热至110～350℃，置于混砂机内搅拌。依次往石英砂中加入偶联剂、树脂和增韧剂。搅拌10～20s后，加入固化剂使其表面覆膜树脂开始固化。搅拌60～120S后，加入硬脂酸钙。继续搅拌60～180s后，覆膜石英砂颗粒流动自如。冷却、过筛即可得到树脂覆膜石英砂。讨论了树脂的种类和含量、偶联剂和增韧剂对石英砂表面光滑度、圆度、球度、密度、酸溶解度、破碎率及导流能力的影响。石英砂被覆膜树脂后同中密度的陶粒支撑剂（52MPa）相比，具有密度小、酸溶解度低、抗破碎能力强和短期导流能力好等特性。预固化树脂砂的价格和施工成本都比陶粒低，现场施工已证明。使用预固化树脂砂不仅提高了原油产率，而且延长了压裂后的时效性，是一种具有发展前景的压裂支撑剂。     

双壳型覆膜支撑剂DSCP的研制及现场试验

压裂深层页岩气井时,要求所用支撑剂具有良好的抗压强度和导流能力。为了寻找一种抗压强度高、导流能力好且价格适中的适用于高闭合压力油气井压裂的支撑剂,以酚醛树脂、多元醇聚合物和固化剂等为原材料,采用物理表面涂覆和化学改性相结合的方法,按照一定质量比制备了双壳型覆膜支撑剂DSCP。DSCP内壳的主要成分为酚醛树脂,用于提高抗压强度;外壳的主要成分是惰性合成树脂,在进一步提高抗压强度的同时,提高支撑剂的导流能力。室内评价了DSCP的抗压强度、导流能力等性能,结果为,DSCP在压力69和86 MPa下的破碎率分别为1.21%和2.35%,在温度90 ℃、压力90 MPa下的导流能力为3.12 mD·cm,表明其具有良好的抗压强度和导流能力。现场试验表明,相较于使用陶粒压裂的水平井,在达到相同压裂规模和相当工艺参数的前提下,使用DSCP时支撑剂费用降低30%左右。研究结果表明,DSCP能够在高闭合压力井压裂中使用,具有较好的推广应用前景。      

页岩气水平井大型压裂设备配套及应用

为满足页岩气水平井分段大型压裂施工的需要,根据施工井的具体情况对主要压裂设备（压裂机组）进行了优化配置,并配套了压裂液混配设备、低压供液系统、立式砂罐等辅助压裂设备,满足了勘探阶段页岩气水平井大型压裂大排量、大液量、大砂量、使用多种液体和多种粒径支撑剂、施工时间长的工艺要求。涪页HF-1井、彭页HF-1井、延页平1井等3口页岩气水平井的成功压裂作业,为页岩气水平井大型压裂施工设备配套及应用积累了经验,增强了页岩气水平井大型压裂施工服务的能力。对今后页岩气 “井工厂”模式的开发,目前的压裂设备配套与压裂工艺对设备的需求还有一定的距离,需要加以完善。     

树脂涂层砂在压裂上的应用

油层压裂中传统使用的支撑剂为石英砂或陶粒。这两种支撑剂都不能防止压裂作业后井筒周围的支撑剂吐出或裂缝排空,以及压碎支撑剂和嵌入较软地层。国外七十年代将研制的树脂涂层砂用于水力压裂,它具有石英砂和陶粒所缺乏的优点,称之为中等强度支撑剂。室内评价了这种支撑剂,与石英砂及陶粒做了对比,并进行了现场试验,本文综合了评价简况。     

一种超低密度支撑剂的可用性评价

常规支撑剂的密度一般比较大,严重影响着有效水力裂缝的形成,并难以应用于长缝压裂,超低密度支撑剂的使用能够增加裂缝有效长度,提高压裂井的增产效益。采用室内实验与软件模拟相结合的评价手段,对一种新型空心覆膜陶粒支撑剂（ST-I）进行酸溶解度、抗破碎率等基本性能评价,分析了其导流能力在不同闭合压力、铺砂浓度下的变化规律。同时将这种超低密度支撑剂与普通陶粒支撑剂进行性能比较,测试了其在不同压裂液黏度下的沉降特性。结果表明,该支撑剂具有较好的物理、导流性能,在压裂液中的沉降速度较普通陶粒支撑剂明显较慢,完全满足长缝压裂的基本要求。通过后期合理的压裂施工设计,能够形成有效支撑半缝长达到180 m 左右的裂缝。     

清洁压裂液在辽河外围探井的初步应用

根据国内外清洁压裂液发展现状及应用情况,结合辽河外围探区储层特点,优选了清洁压裂液配方体系,并进行了支撑剂的筛选、设计及工艺技术的优化。在强x井实施后,压裂效果显著。应用情况表明,新型低温压裂液体系满足该区大型压裂施工的要求,可在该区推广;支撑剂选用石英砂+陶粒组合支撑的方式,其中陶粒比例为20%,既节约了成本,又提供较高的导流能力。清洁压裂液压裂工艺的成功对该区的储量申报起到了重要的作用,使辽河外围探区低孔低渗储层改造取得突破性进展,增强了外围勘探的信心。     

支撑剂沉降规律对页岩气压裂水平井产能的影响

压裂工艺后支撑剂的分布及裂缝形态对页岩气井的产能有很大影响。为了研究支撑剂沉降规律,建立了综合考虑页岩气吸附解吸附及应力敏感的气藏数值模型,并在模型中提出了表征支撑剂沉降的方法。通过对比分析不同射孔位置、不同沉降程度、裂缝导流能力、储层基质渗透率等参数变量,考虑了支撑剂沉降的页岩气藏压力分布和产能特征,得出影响支撑剂沉降后气井产能的主控因素。结果表明,支撑剂沉降大幅度降低了气井产能;考虑压裂过程中支撑剂运移沉降,应在油气藏中下部进行射孔;页岩气藏裂缝导流能力达到4 μm2·cm即可满足气井的有效开采,选用40/70目支撑剂进行压裂施工,建议优先造主缝;基质渗透率越高,支撑剂沉降对气井产能影响越大,高渗带要采取防止支撑剂沉降的措施。此模型考虑了支撑剂沉降的特性,对页岩气井产能的预测和现场压裂施工具有重要指导意义。