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涪陵焦石坝地区页岩气水平井压裂改造实践与认识

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第35卷第3期 专天然乞北 0014年6月 文章编号:0253—9985(2014)03—0425—06 0.1 1743/陵焦石坝地区页岩气水平井压裂改造实践与认识 王志刚 (中国石油化工股份有限公司,北京100728) 摘要: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 组一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10.1×10 ~155.8×10 m。/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。 关键词:水平井;分段压裂;页岩气;龙马溪组;志留系;焦石坝地区 中图分类号:献标识码:A of 10240,he of of of on of of is by to of“at of we of a of to 6 of in 0.1×10 一155.8×10 m /d.of 陵焦石坝地区钻探的焦页1得了2O.3×10 m /为国内第一口具 有商业开发价值的页岩气井。但在该井压裂过程 中,个别层段加砂异常,压裂液滤失严重,裂缝发育 特征明显,调整设计参数后才得以顺利施工,反应出 水平井段页岩地层的非均质性较强,所以有必要针 对不同页岩地层采取差异化设计研究。截止到2014 年5月,焦石坝区块已实施分段压裂水平井26口,取 得了较好的效果。在压裂改造试验过程中,开展了 以水平井分段压裂优化设计为主体的技术研究,优 化了水平段长度、簇间距、段数、规模等参数,优选了 压裂材料和施工工艺 卜引,确定了主导压裂工艺 技术。 1 储层构造及地质特征 涪陵焦石坝地区位于川东褶皱带东南部,万县复 向斜的南翼。焦石坝构造为是一个被大耳山西、石门、 吊水岩、天台场等断层所夹持的断背斜构造。 涪陵焦石坝地区泥页岩主要发育在上奥陶统五峰 收稿日期:2014—04—02。 作者简介:王志刚(1957一),男,博士、教授级高级工程师,石油天然气勘探开发与生产经营管理。 基金项目:中国石化页岩气示范项目( 石油与天然气地质 第35卷 础上,本着形成“复杂网缝+支撑主缝”的目标,确定 了压裂设计思路。①综合地质和工程因素,优化射孔 簇数、簇间距和段间距。采用高排量注人,提高净压 力,促进层理缝剪切、滑移,实现裂缝网络化,提升改造 体积。②采取前置盐酸预处理技术,降低施工压力。 前置液阶段添加100目粉陶,打磨孔眼、暂堵降滤,促 进裂缝延伸。③采用减阻水+线性胶的混合压裂液体 系,促进裂缝系统复杂化。采用低密度支撑剂组合,段 塞式加砂,提高裂缝导流能力。 3.2压裂设计优化 考虑水平段地层岩性特征、岩石矿物组成、油气显 示、电性特征等地质因素,兼顾岩石力学参数、固井质量 等工程因素进行综合压裂分段。按照优化结果,水平段 轨迹穿行于龙马溪组时,水平井按照75~85 m/段进行 分段;水平段轨迹穿行于龙马溪组底部及五峰组,考虑 到诱导应力的作用 J,适当加大段长,以85—95 m/段 为宜。 3.2.1簇间距和段间距优化 簇间距和段间距的优化以产能预测为基础,通过 数值模拟确定经济效益最大情况下簇间距和段间距。 根据模拟结果,储层下部处于页理缝极发育区,易形成 较复杂的网络裂缝,簇间距为30~35 m、段间距为 35~40 m。水平段轨迹穿行于龙马溪组中部及以上层 段时,簇间距为20~30 3.2.2压裂规模优化 应用页岩储层缝网压裂模式,针对龙马溪组和五 峰组进行优化设计,分单段3簇模拟1 400,1 600, 1 800,2 000 m 压裂规模的支撑裂缝几何参数(表2)。 结果表明,龙马溪组以形成复杂裂缝为主,层理开启较 少,缝和缝长为延伸较为顺畅;五峰组以形成网络裂缝 为主,层理开启较多,缝长延伸相对受限。 考虑到目前井间距为600 m,为有效避免两井间 产生干扰,裂缝半长控制在300 据2龙马溪组、五峰组不同压裂规模下三维裂缝参数 裂设计软件模拟结果,液量在1 400~1 800 m。时, 裂缝半缝长为260~290 m,支撑半缝长为195~210 m, 确定单段砂量为5m ,满足压裂改造需求。 3.2.3压裂材料体系优选 借鉴北美页岩气压裂经验,选用减阻水体系和线 性胶体系。减阻水能有效提高裂缝改造体积 J,中粘 线性胶有利于提高缝内净压力,携带高浓度支撑剂,形 成高导流能力主支撑裂缝。减阻水配方为0.1%~ 0.2%减阻剂10或.3%防膨剂+ 0.1%复合增效剂+0.02%消泡剂,两种减阻水体系表 界面张力低,粘度3~12 ,减阻率50%~70%,水 化时间短,满足连续混配需求。线性胶配方为0.3%H +0.3%流变助剂+0.15%复合增效剂+ 0.05%粘度调节剂+0.泡剂,配置好的液体表观 粘度为30~35 ,悬砂能力强,易于水化,无残渣。 涪陵页岩储层闭合应力为52 求支撑剂抗 破碎能力高,并要满足减阻水加砂压裂工艺的需求,因 此选择密度为1.6 g/树脂覆膜砂。经性能评 价,在闭合应力52 碎率低于5%,导流 能力在2O m ·撑裂缝的渗流能力强。 选择粒径100目支撑剂+40/70目支撑剂+30/50目 支撑剂组合,能有效提高裂缝支撑效果。 3.2.5分段工艺 根据国内外页岩气压裂经验,套管固井完井多采 用桥塞分段压裂施工 ,该工艺具有成本低、成功率 高的特点。涪陵焦石坝地区页岩气水平井分段压裂选 用桥塞分段方式,施工采用电缆射孔一桥塞联作工艺 保证各个压裂层段的有效封隔和长时间大排量的注 人,压裂结束后采用连续油管进行一次性钻塞,确保了 压后井筒的畅通。 4水平井多级分段压裂技术实践 4.1压裂施工概况 截止2014年5月,涪陵焦石坝地区页岩气水平井 压裂试气26口井。试验井组采用“K”字型井网部署, 单井水平段长度1 000—1 500 m,采用缝网压裂模式和 组合加砂、混合压裂方式,实现长水平段桥塞多级压裂。 对于水平段1 000 井平均液量24 288 单井平均砂量为830 单段平均砂量为58.5 单段 平均液量为1 712 对于水平段1 500 井平均液量为31 347 m ,单井平均砂量为947.6 单段平均砂量为52.3 单段平均液量为1 760 m , 具体施工参数见表3。 第3期 王志刚.涪陵焦石坝地区页岩气水平井压裂改造实践与认识429 已完成试气的26口井投入试采后均获得较高产 能,单井无阻流量10.1×10 ~155.8×10 m。/d,单井 产量5×10 ~35×10 m。/d,区域井组日产气量达 308.66×10 d。 4.2压裂施工曲线分析 26口井压裂共计422段,结合不同页岩地层,按 照施工曲线特征及施工参数分析,可分为3类。 1)裂缝正常延伸、扩展类型 此类曲线表现为在施工过程中,压力缓慢下降或 保持平稳(图4a),共计269层,占总施工段数的 58.7%,主要分布于龙马溪组中部以上层段,说明施工 过程中裂缝能够正常起裂延伸,并在行成主缝后不断 向远处延伸。 2)压力逐渐上升类型 此类曲线主要特征为前期加砂正常,当中高砂比 段塞进入地层后,压力出现上升(图4b),统计共153 层,占总施工段数的33.4%。处理对策为降低砂比, 加大隔离液用量。一般在进入龙马溪组底部和五峰组 时多出现该种情况,原因可能是页理缝极发育,液体滤 失量大,缝宽有限,裂缝延伸困难,对砂比提升较敏感。 3)压力高,加砂困难类型 此类曲线主要特点为从替酸开始施工压力就居 高不降,酸蚀压降后压力又会迅速爬回高点,地层对 砂比非常敏感,加砂极为困难(图4c)。统计共36 层,占总施工段数的7.9%。遇到该类情况时,主要 对策为二次替酸,以降低施工压力,并高挤胶液促进 裂缝延伸、扩展。该种情况多出现在龙马溪和五峰 组界面的凝灰岩,其塑性强,裂缝延伸极困难,不具 备加砂条件。 5 1)涪陵焦石坝地区五峰组一龙马溪组地层脆性 指数较高,地应力差异系数小,层理缝发育,储层可压 性较好,具有形成复杂缝网的有利条件,是涪陵焦石坝 地区页岩气获得高产的物质基础。 2)基于储层综合地质特征和可压性分析,采取 “复杂缝网+支撑主缝”的主体思路,采用高效减阻水 和线性胶的混合压裂液体系、低密度支撑剂组合,大排
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