页岩气网络压裂设计方法研究

页岩气能否有效产出,很大程度上取决于压裂裂缝和压裂过程中诱导天然裂缝开启而形成的相互交错的网络裂缝面积大小,其与页岩气井生产指数具有一定的相关性,因此,页岩气压裂设计的根本出发点在于如何形成有效的网络裂缝。在借鉴国外海相页岩气压裂成功经验的基础上,针对国内陆相页岩气的特殊性,进行了网络压裂的探索性研究。确立了页岩气网络压裂设计原则及相关理论基础,阐述了网络压裂设计的基本思路及优化方法,包括射孔方案、小型测试方案、压裂材料优选、施工参数及压后返排参数优化等,并围绕页岩气网络裂缝的主控因素（页岩可压性、诱导应力场、主裂缝净压力优化及控制等）进行了系统的模拟分析。基于所提出的优化设计方法,对河南油田某页岩气井实施了小型测试压裂和主压裂施工,获得成功并取得了很好的效果。      

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。      

陆相页岩气井大型压裂优化设计研究

陆相沉积页岩相比海相而言,具有粘土含量高、成像测井解释天然裂缝不发育、脆性指数低、地层各向异性严重和热成熟度较低等特征,很大程度上制约了压裂人工缝网的形成。根据提高页岩气层压裂改造体积(SRV)的实际需要,在跟踪调研国内外页岩气压裂技术的基础上,分析了影响页岩地层可压性的控制因素,并围绕国内某陆相页岩气井D2井开展了大型压裂优化设计,提出了相关技术思路和对策,即根据岩石脆性采取混合压裂工艺,以尽可能地提高施工过程中裂缝内净压力。     

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。     

涪陵焦石坝地区页岩气水平井压裂改造实践与认识

水平井缝网压裂技术的应用大幅提高了涪陵焦石坝地区试验井组产量,促进了我国页岩气商业开发。在分析区块页岩储层构造及地质特征基础上,通过岩石力学参数测试和岩石矿物组分分析,评价了储层岩石脆性及其可压性。根据焦石坝地区五峰组-龙马溪组含气泥页岩段页岩有机质类型好、含气量高、脆性指数高的特点,以“复杂缝网+支撑主缝”为改造主体思路,增大页岩储层的改造体积为目标,优选了压裂材料,优化了压裂设计及配套工艺,确定了试验井组压裂改造工艺技术方法,形成了适用于涪陵焦石坝地区的页岩气水平井分段压裂改造技术。经过26口井的现场实施,效果显著,压裂井均获得了较高产能,平均单井无阻流量10.1×10⁴~155.8×10⁴ m³/d,证实了以“复杂缝网+支撑主缝”为改造主体的页岩气水平井分段压裂技术的有效性,为我国页岩气压裂改造积累了经验。     

陆相页岩油气水平井穿层体积压裂技术

针对陆相页岩油气储层纵向不同岩性夹层发育、黏土含量高等对压裂带来的挑战，研究提出了陆相页岩油气水平井穿层体积压裂技术。该技术主要包括陆相页岩油气储层可压性评价、以预计最终可采储量（EUR）为目标的裂缝参数优化、以单簇裂缝模拟为基础的压裂施工参数优化、以提高远井缝高为基础的全程穿层压裂工艺优化、渗吸驱油一体化压裂液体系及性能评价和以渗吸机理为基础的压后闷井制度优化方法。研究结果表明，陆相页岩油气压裂的裂缝复杂性程度普遍较低，要实现体积压裂应聚焦于压裂主裂缝的密切割和全程穿层压裂。现场试验结果表明，穿层体积压裂技术可使产量提高20%以上，表明该技术具有推广应用价值。     

页岩气藏水力压裂技术进展

目前,水平井和多段压裂是页岩气开发的核心技术,结合页岩地层特点和页岩地层压裂后不同于常规地层的特征,介绍多种页岩气藏压裂设计模型;然后对页岩气压裂作业中的压裂材料(包括压裂液、支撑剂和添加剂)的选择、压裂设计与实施、压裂评价、施工监测(包括裂缝、压裂液、支撑剂和裂缝导流能力的监测)以及常用的压裂技术进行具体分析;最后得出相关的结论和认识,指出页岩气的增产机理和今后的研究方向。图4表2参21     

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。     

页岩气井重复压裂选井评价模型研究及应用

为解决页岩气井重复压裂选井问题,针对页岩气井储层断层发育、曲率及裂缝分布复杂等地质特征,引入了多孔弹性应力转向系数、单位压降产量与压力系数、气藏质量指数、归一化拟产量递减率等评价指标,建立了页岩气井适用性较强的重复压裂选井评价模型,并优选了重复压裂候选井。同时,明确了重复压裂工艺试验井挤注、主压阶段暂堵转向工艺技术思路,优化了重复压裂工艺设计参数。该模型应用于涪陵页岩气开发井重复压裂选井中,对优选的候选井进行重复压裂改造,投产初期日产量比原来提高了5～6倍,为涪陵页岩气田长期高效开发提供了技术参考和借鉴。     

苏里格气田下二叠统储层改造难点及对策

苏里格气田储层具有“低孔、低渗、低压”的特点,水力压裂改造成为开发该气田的主要手段。由于储层物性变化大、多薄层等原因,单井压裂改造裂缝参数在井网中效应的优化难度很大,施工参数很难考虑地应力剖面的纵向控制效果。因此,针对压裂改造中的突出难点,提出了相应的解决对策：建立单井与井网匹配优化模型,充分利用数值模拟、裂缝参数优化、应力剖面分析技术和裂缝闭合优化等技术。应用上述配套技术,使得压裂改造的裂缝参数与储层的匹配更加紧密;根据应力特征优化的参数更有针对性,有利于获得合理裂缝剖面;利用所提出的小型压裂技术进一步增强了对储层的认识和对压裂工艺的提升。为苏里格气田的储层改造和压裂效果的评估提供了技术支持。     

页岩气体积压裂缝网模型分析及应用

对低渗透页岩储层进行体积压裂改造以形成复杂裂缝网络是获得页岩气经济产能的关键,压裂改造体积和缝网导流能力是评价体积压裂施工效果的关键指标,同时对压裂优化设计、压后产能预测及经济评价也具有重要意义。为此,在分析页岩气体积压裂特点的基础上,对两种主要页岩气体积压裂缝网模型的假设、数学方程及参数优化方法进行了比较分析,并结合美国Marcellus页岩区块现场参数对页岩储层压裂方案进行了优选。结果表明：离散化缝网模型及线网模型均能有效表征复杂缝网几何特征,模拟缝网的扩展规律和缝网中压裂液流动及支撑剂运移,获得缝网几何形态参数,可优选压裂施工方案;天然裂缝发育的页岩层是体积压裂改造的重点,水平地应力差越小则越易形成复杂缝网,施工排量越大,压裂液泵入总量越大,则储层改造体积范围越大,缝网导流能力越高,页岩气产能就越高。     

基于脉冲注入理论的页岩储层微破裂试井解释技术及应用

微破裂测试可以获取页岩储层大规模体积压裂之前的物性参数,为资源量计算以及地质、工程双"甜点"的评价提供关键信息.目前基于常规关井压力恢复试井理论的解释方法在处理微破裂测试这类"短暂注入、长期关井"的特殊问题时精度低,且常出现流态无法识别及参数难以诊断的问题.结合微破裂测试的特殊性,提出了一种基于脉冲注入理论的页岩储层微...     

页岩气水力压裂裂缝缝网完善程度概论

受页岩气实际储层条件和施工工艺技术的限制,相同或相近的改造体积内的人工裂缝网络分布状态千差万别。仅用改造过的页岩气藏体积(SRV)进行改造效果的表征和评价,有可能导致评估认识上的偏差甚至错误。为此,利用人工裂缝扩展数值模拟技术和产能数值模拟技术,研究了人工裂缝和天然裂缝的空间分布状态、改造过的页岩气藏内部的压力状态和采出程度,提出了页岩气缝网、理想缝网、页岩缝网完善程度3个概念。研究成果表明:(1)在开采结束时,各目标区域根据被改造过页岩气藏内气体采出程度和生产时间,可以划分成"改造相对完善区""改造过渡区"和"改造不完善区"等3类;(2)缝网最终形态参数和储层特性是影响缝网完善程度的两个主要因素,对于特定的气藏在井眼轨迹给定的情况下,人工裂缝的方向、长度、导流、高度和空间位置是影响页岩气缝网完善程度主要因素。结论认为,页岩气水力压裂裂缝缝网完善程度理论的提出,丰富了页岩储层改造技术理论体系,对致密油气等其他非常规储层裂缝系统的表征也具有借鉴作用。     

The Significance of Fracture Face Matrix Damage to the Productivity of Fractured Wells in Shale Gas Reservoirs

The significance of fracture face matrix damage in fractured shale gas wells is not clear. A new mathematical model was developed to predict the effect of fracture face matrix damage on productivity of fractured gas wells in shale gas reservoirs. Results of the model analyses were sensitized to reservoir properties and facture face matrix skin properties determined by the fracturing fluid properties and treatment conditions. The authors conclude that fracture face matrix damage is strongly affected by the properties of fracturing fluids. Using the lowest possible leak-off coefficient and spurt-loss coefficient can significantly reduce fracture face matrix damage and retain gas well productivity.     

页岩气储层岩石力学特性及脆性评价

页岩气储层的岩石力学特性对开发影响极大,进行页岩破坏机理、力学特性和脆性评价方面的研究,可以为页岩气钻井和压裂设计工作提供技术支撑。采用室内试验和测井分析相结合的方法,在黑色页岩力学特性研究的基础上,分析了其脆性破坏特征及影响因素,提出了一种利用岩石弹性参数和矿物组成综合评价页岩脆性的方法,并介绍了利用测井资料计算单井脆性剖面的流程。研究表明,页岩普遍具有脆性破坏的特征,破坏类型与页岩种类、取心深度、取心方位和加载条件相关,低围压下标准试样以劈裂式破坏为主,全应力应变曲线经历极短的塑性屈服阶段即发生破坏,高围压时多出现双剪式和单剪式破坏,页岩的脆性与试样的弹性参数和矿物组成关系密切。实例分析表明,脆性特征影响压裂效果,与压裂造缝能力和产气情况吻合良好。综合脆性评价既是储层岩石力学特性分析的重要内容,也是压裂选层的重要依据。      

水平井体积压裂技术研究与应用

水平井体积压裂技术是有效开发低渗致密油气藏的关键技术。在深层及超深层碳酸盐岩油藏、致密砂岩油气藏和页岩气等领域,持续开展了裂缝与起裂扩展规律描述方法、裂缝参数优化方法、射孔工艺参数优化、多尺度压裂工艺参数优化方法、分段压裂工具、低伤害压裂酸化工作液体系、压后同步破胶及返排优化、体积裂缝诊断及效果评估方法等研究工作。在调研水平井体积压裂技术研究与现场应用最新进展的基础上,形成了以压前储层综合评价、油藏数值模拟、体积压裂优化设计方法、高效压裂液酸液体系、分段压裂工具/裂缝监测与诊断、压后返排优化控制等为主要内容的储层改造技术链,经华北鄂尔多斯致密砂岩气藏、新疆塔河超深层油藏及四川盆地深层页岩气等试验及推广,效果显著,极大地提高了裂缝的有效改造体积和勘探开发效果。对国内类似油气藏的压裂改造和增储上产均具有重要的借鉴和指导意义。     

页岩储层水力裂缝网络多因素耦合分析

为优化压裂设计、提高页岩储层的改造效果,基于室内真三轴水力压裂模拟实验、现场压裂实践和理论分析的方法,从页岩绪层岩石的脆性指数、水平应力差、天然裂缝的力学特征和发育程度、液体黏度和施工参数等方面分析了页岩储层压裂形成缝网的受控因素。结果表明:页岩储层的水力裂缝网络发育程度受到地质因素和工程因素的双重作用;从储层地质因素上看,岩石的脆性指数越高、天然裂缝越发育、天然缝胶结程度越差,越有利于形成缝网;从压裂作业的因素看,压裂液黏度越低以及压裂规模越大,越有利于形成充分扩展的缝网。在分析单个因素的基础上,建立了多因素耦合的缝网发育指数来表征页岩储层水力裂缝网络发育程度,并用于评价页岩储层压裂后水力裂缝的复杂程度。     

校准测试闭合后压降分析

水力压裂是提高油藏开发效益的最有效手段之一。在压裂设计过程中,需提供储层物性、岩石性质、流体性质等相关参数才能准确地确定压裂施工参数。但对于新区或压裂候选井未生产,因为缺少准确的储层物性参数,例如储层压力、渗透率、滤失系数等,往往要借助小型压裂测试来求取,而通过分析小型压裂测试闭合前的压力数据确定的储层参数,结果与实际情况相比往往误差较大。为提高储层参数的精确度,文中建立了闭合后径向流、线性流数学模型,对公式进行推导求解后,得到了通过对校准测试闭合后压力分析求解储层渗透率、储层压力、初滤失系数这3个储层参数的方法。通过分析实例井压裂测试的压力数据,计算出3个参数值,验证了该方法的准确性。