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页岩气水力压裂技术浅析

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页岩 水力 技术 浅析
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1页岩气水力压裂技术浅析吴辅兵 1 鞠东平 2 吴峻 1长城钻探煤层气开发公司 辽宁盘锦 124010 2 辽河油田公司曙光采油厂辽宁盘锦 124010)摘要: 页岩气是资源量最大的非常规天然气,美国已经实现了商业化开发,而我国尚处于勘探起步阶段。由于页岩渗透率很低,水力压裂技术是成功开发页岩气的关键技术。本文回顾了美国页岩气水力压裂技术现状,对压裂液、支撑剂和射孔井段的选择以及重复压裂技术与同步压裂技术的现场应用效果进行了分析总结。关键词: 页岩气; 压裂液; 支撑剂; 重复压裂; 同步压裂 . 124010, 2. 24109, is is in SA to is to to of is an 美国天然气年总产量中所占比例逐年增大,我国2010 年开始进行页岩气勘探。美国 2000 年产量为 122 亿立方米,2007 年达到 335 亿立方米,2008 年产量比 2007 年增加了 71%,达到 573 亿立方米,并首次超过煤层气产量。据估计,美国 2009 年产量约 900 亿立方米左右。水平井及多级分段压裂技术是成功开发页岩气的关键。1. 压裂液和支撑剂根据含气页岩矿物质含量的不同,页岩气井压裂使用的压裂液主要有氮气泡沫、凝胶和添加适当减阻剂、杀菌剂等化学药剂的减阻水。减阻水压裂液可以在不减产的前提下节约 30%的成本,在很多低渗透致密气、页岩气、煤层气藏储层改造中取得很好的效果。碳1吴辅兵,男,1970 年 3 月 19 日,2000 年 4 月获油气田开发工程专业硕士学位,现在长城钻探煤层气开发公司工作,工程师,从事非常天然气开发工艺技术研究。2酸盐含量较高的页岩通常选择减阻水为压裂液,粘土含量较高的页岩选择减阻水和凝胶混合压裂方式。美国 源公司减阻水配方:水和砂体积 其它 其它成分包括酸(溶解矿物质和启动裂缝) 、减阻剂(降低摩擦阻力) 、表面活性剂(降低表面张力) 、增稠剂(增强压裂液悬浮能力) 、阻垢剂、调节剂、破胶剂、交联剂(保持高温下压裂液粘度) 、离子控制剂(防止金属离子沉降) 、防腐剂(防止套管腐蚀) 、杀菌剂和粘土稳定剂。早期页岩气井压裂通常使用 20/40 目支撑剂,由于减阻水压裂液粘度低,携砂能力差,支撑剂浓度极少超过 在最后阶段,支撑剂浓度由 渐增加到 1000 年以后,开始尝试使用 100 目、30/50 目和 40/70 目支撑剂,20/40 目砂作为尾追支撑剂,结果支撑剂用量和产量都明显提高。2. 射孔井段选择对压裂效果的影响阿科马盆地的 岩两口垂直井压裂效果表明,页岩气井射孔井段的选择直接影响诱导裂缝的延伸。井 A 示踪剂测井曲线显示,诱导裂缝向上延伸至上部射孔段以上600 多米,进入粘土富集、有机质贫瘠页岩段。硅质段和射孔段附近强钪示踪剂测井显示比拟表明,诱导裂缝在这些硅质层横向穿透很远。此外,还观察到硅质段破裂压裂梯度小于高粘土含量井段。井 M 示踪剂测井结果显示较好的裂缝包含性,射孔段铱示踪剂浓度高于临近部分。矿物质含量测井表明,井 M 比井 A 含更多的硅质段。尽管井 A 压裂使用的支撑剂量大于井 M,但井 M 产量要高于井 A,高有机碳含量硅质段更好的裂缝包含性可能是造成效果不同的原因,井 M 在对应硅质段射孔,裂缝横向延伸。3. 复压裂技术页岩气井生产一段时间后,初始裂缝周围孔隙压力重新分布,另外,初次压裂裂缝沿着最大水平应力方向,随着地层压力降低,该方向应力降低幅度大于最小水平应力方向,如果原最小水平应力方向的诱导应力足够大,围绕原始裂缝的最大、最小水平应力发生应力反转,则重复压裂诱导裂缝重新取向,新裂缝在对应初始裂缝方位角 90°范围内延伸至应力反转区域边界。当页岩气井产量大幅降低时,重复压裂能重建储层到井眼的线性流,恢复或增加产能,是一种低成本增产方法。该方法有效地改善单井产量与生产动态特性,在页岩气井生产中起着积极作用,压裂后产量接近甚至超过初次压裂时期。重复压裂技术在有些煤层气井中也取得了很好的效果。表 1 给出 岩气井 1999实施重复压裂后的累计产量。初次压裂累计产量从投产起计算到重复压裂,重复压裂累计产量从初次投产压裂计算到 2004 年 2 月。3表 1 重复压裂井产量对比(万立方米)初次压裂 重复压裂井号 日期累计产量 累计产量1 1992 2180 47861 1993 1019 47292 1991 1104 29171 1992 1614 41063 1984 2010 48712 1984 765 26052 1984 821 平井同步压裂技术同步压裂技术指对储层中临近井同时压裂,即同时对两口或两口以上的井进行压裂,最初是两口互相接近且深度大致相同水平井间的同时压裂,目前已发展到 3 口,甚至 4 口井间同时压裂。这项技术是近几年在沃斯堡盆地 岩气和阿科马盆地的 技术主要用于页岩气中的水平井,水平段沿着最小水平应力方向,通常深度相同,在这样相邻的水平井中,分支端部同时压裂,随后从端部到根部的多级压裂同步进行,目的是通过利用裂缝周围的张性应力区域,使临井诱导水力裂缝充分接近。相邻水平井水平段的深度可以不同,垂直交错布局不仅可以利用缝梢的张性区域,还能够利用裂缝顶部和底部的张性区域,使诱导裂缝距离很近。在页岩等超低渗透率储层中,由于压裂液几乎不向基质滤失,回流前裂缝系统保持开启状态,压裂处理不一定要同步进行。现场施工过程中,为了提高效率,可以首先完成一口井的全部压裂,然后关井保持诱导裂缝周围的张性应力,进行临井压裂。表 2 岩同步压裂产量(万立方米)井号 水平段长(米) 前 30 天平均产量A(顺序压裂) 659 步压裂) 587 步压裂) 567 、C 平均 604 独压裂) 724 岩进行了 3 口水平井顺序、同步压裂试验,对 4 口井产量做了对比。第一周完成井 A 的 5 级压裂,第二周进行井 B 和井C 的同步压裂。3 口顺序/同步压裂井 A、B 和 C 第一个月日平均产量 立方米,而单独压裂井 D 第一个月日平均产量为 立方米。井 B 和井 C 的同步压裂可能强化了井A 的裂缝网络,导致产量的提高。 4 口井产量对比见表 2。表 3 岩同步压裂产量(万立方米)井号 2 4 复压裂 同步压裂 同步压裂 新井单井压裂 老井单井压裂级数 7 9 9 9 530 天平均产量 0 天日产量 累计产量 累计产量 累计产量 岩现场试验了 方公里面积内的 4 口井,垂深 2160。每口井分 9 级压裂,每级压裂段长度 150 米。单级减阻水压裂液用量 1750 立方米,100 目砂支撑剂 30 吨,30/50 目砂支撑剂 113 吨,注入量 15 立方米/ 分钟。首先进行 的重复压裂,然后同步压裂 ,最后压裂 ,所有井同步防喷投产。表 3 给出 4 口多级压裂水平井产量情况。4. 认识与建议水力压裂技术是实现页岩气商业化开发的关键,水平井同步压裂技术能够大幅度提高单井产量,重复压裂在页岩气井的应用效果十分显著。由于煤层气在储集方式上与页岩气具有相似之处,可以考虑在我国煤层气开发中尝试同步压裂技术。5参 考 文 献[1] P. N. et “of 16124, 2008[2] G. et ”in 19635, 2009
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