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页岩气水平井射孔压裂技术

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页岩 水平 井射孔压裂 技术
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页岩气水平井射孔压裂技术引言页岩气:页岩空隙中的天然气。美国 的页岩气是开发最早的,技术是最成熟的。经验技术表明:水平井水力压裂技术,对于页岩气的开发是至关重要的,是页岩气获得工业性开发和提高采收率的的关键技术。主要内容一、水平井射孔层段优化二、射孔方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计四、微地震监测技术五、压 前裂缝预测六、压 后裂缝评估七、产量预测一 、水平井 射孔层段优化页岩属于一种 超低渗透率储层,属于“纳达西”渗透率地层 ,所有储层必须经过压裂才能投产。而水平井压裂又是形成页岩气工业性气藏和提高产能的重要手段,页岩气水平井压裂过程中,射孔层段的选取对页岩层水平段的开发至关重要,是页岩气获得工业产 能的重要手段。纳达西空隙水平井 一般都采用 均匀的布孔 ,水平段全部射开的完井方式 。费用 成本的高 ,施工 难度大 ,因此页岩 气水 平井射孔层段 优化就显得尤为重要 。一 、水平井 射孔层段优化均匀的 水平井射孔射孔层段优化设计根据 地层特性 选择射孔,地层参数是直接影响射孔井产量计算结果正确与否的主要参数。通过 岩心、电测、高压物性 取样等工作取得垂向渗透率与水平向渗透率的比值 h,透率、孔隙度、流体粘度 等参数。地层厚度应选用 《 射孔层位通知单 》 中提供的有效厚度 ,如果没有选用测井解释的数据。垂向渗透率与水平向渗透率比值(储层非均质性)可根据 岩心实测 数据确定。渗透率 的确定 可根据实际情况选用岩心分析的液相渗透率或中途测试解释渗透率,也可采用测井解释渗透率加权平均值。一 、水平井 射孔层段优化射孔层段优化 设计孔隙度 的确定可选用 声波测井解释 孔隙度值,也可选用岩心分析的有效孔隙度加权平均值。地层压力 的确定可选用电缆重复式地层测试器测得的地层压力,也可选用预测的地层压力或邻井同层位地层压力。井底流动压力 探井选用根据 地层条件及试油工艺进行预测 的井底流动压力。开发井选用根据地区、地层条件及开发部署要求预测的井底流动压力。油井半径选用钻井时使用钻头的半径 。一 、水平井 射孔层段优化综述 , 页岩气水平井射孔层段优化 ,需要具体考虑该地区的的各种 地质参数 ,根据各地区的地层条件选取 合适的射孔方法和射孔位置 。 尽可能地减少射孔对地层的损害 , 从而达到工业性开采和增加产能的目的 。一 、水平井 射孔层段优化射孔优化工作流程图主要内容一、水平井射孔层段优化二、射孔方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计四、微地震监测技术五、压 前裂缝预测六、压 后裂缝评估七、产量预测二 、射孔 方案设计射孔优化设计1、 地层厚度选用射孔通知单中提供的有效厚度;在没有有效厚度的情况下选用砂岩厚度2、 渗透率根据实际情况优先选取如下靠前渗透率中途测试解释的渗透率 ;(通 过 钻杆将测试工具送入预定的井深 位置 )岩心分析的液相(气相)渗透率 ;测井解释得到的渗透率 ;3、 孔隙度如果有岩心分析和测井解释的,优先考虑岩心分析二 、射孔 方案设计射孔优化设计参数的选取4、 地层压力优先选取以下地层压力测试结果中途 测试解释 的地层压力;电缆式重复地层测试得到的地层压力;邻井同层位的地层压力;预测的地层压力。5、 井底流动压力根据实际情况优先选取如下靠前 井底流动压力邻井试油的井底地层压力选用根据地区、地层条件要求预测的井底流动压力二 、射孔 方案设计射孔优化设计参数的选取6、 供油半径根据 实际情况优先选取 如下中途测试得到的数据;套管所得的数据7、 泥质含量根据实际情况优先选取如下靠前渗透率岩心分析得到的泥质含量 ;测井解释得到的泥质含量 ;8、 垂向渗透率和水平向渗透率的比值选用实测岩心数据二、射孔方案设计射孔方案根据项目 规定的区块选取射孔所需的各种地质参数 ,进行射孔层段的选取一、水平井射孔层段优化二、射孔方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计四、微地震监测技术五、压 前裂缝预测六、压 后裂缝评估七、产量预测主要内容三、水平井 工厂化压裂方案设计由于 技术进步和压裂设备的不断更新,水平井压裂技术也从分段压裂、多级分段压裂发展到大规模 分段多簇的体积压裂 ,“工厂化”作业 技术。体积压裂:通过 水力压裂对储层实施改造,使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移,实现对 天然裂缝和岩石层理的沟通 ,同时在 主裂缝的侧向上强制形成次生裂缝 ,最后形成天然 裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络 ,从而将有效储层打碎,实现长、宽、高三维方向的全面改造,增大 渗流面积及导流能力 ,提高初始产量和 最终采收率压裂 技术特点: 主要体现在大液量、大排量、大砂量、小粒径和低砂比。三、水平井 工厂化压裂方案设计水力压裂 的流程三、水平井 工厂化压裂方案设计工厂化压裂流程图三、水平井 工厂化压裂方案设计工厂化作业 =正规统一化的协调操作 +压裂方案设计压裂方案设计根据对设计井的储层特征进行分析:1、根据岩石的脆性程度选择压裂的模式 ;2、确定页岩气压裂工艺 ;3、根据储层物性、储层应力、固井状况等确定射孔位置 ; 4、根据储层物性、岩石力学参数等选择合适的支撑剂和压裂液配方 ;5、压裂施工参数设计及优化 。三、水平井 工厂化压裂方案设计1、岩石力学 脆性选择压裂模式页岩气压裂过程中,只有不断产生各种形式的裂缝,形成裂缝网络,压裂后气井才有可能获得工业气流。岩石力学实验表明, 岩石的脆性特征是页岩气压裂形成缝网的最重要的岩石力学特征参数 。根据 北美页岩气开发的实践经验, 给出了岩石脆性指数和压后裂缝形态的 关系 。压裂液 体系优选一般根据岩石脆性指数,一般随着脆性指数的提高,压裂液用量越多,支撑剂浓度越低,支撑剂用量越少 。三、水平井 工厂化压裂方案设计岩石力学脆性与裂缝形态关系图三、水平井 工厂化压裂方案设计2、压裂 工艺技术选用合适的压裂技术。 具体的施工步骤为 :( 1)第 一段采用油管传输射孔,射孔完提出射孔枪 ;( 2)对 第 一段进行 压裂施工 ;( 3)用 液体泵送桥塞工具 +射孔 枪 +电缆人井 ;( 4)点火 电缆射孔坐封桥塞,射孔 枪与 桥塞分离,对井筒试压 ;( 5)上 提射孔枪至 射孔位置 ,射孔,提出射孔枪 ;( 6)压裂 第二层,重复 步骤 (3)-( 6),实现多层分段压裂施工 。三、水平井 工厂化压裂方案设计3、压裂液性能 优化4、支撑剂 优选页岩 气选择支撑剂 材料主要综合考虑合适的 强度、密度和粒径 这 3个 方面支撑剂 的强度要求能够承受储层的闭合应力 ,强度 越高的支撑剂密度也越高,而一般页岩气 压裂所 用的 压裂液黏度 较低,携砂能力弱。故选择 支撑剂时,在 满足强度的要求下应选低密度支撑剂 。支撑剂粒径的选择主要考虑岩石的硬度,这主要 从支撑剂嵌人地层的角度来考虑。对于硬度大 的储 层,支撑剂嵌人不是严重的问题,可选择小 粒径的 支撑剂 ;反之对于偏塑性的储层,则应该选择大粒径的支撑剂 。一、水平井射孔层段优化二、射孔方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计四、微地震监测技术五、压 前裂缝预测六、压 后裂缝评估七、产量预测主要内容微地震发生在裂隙断面上 ,裂隙范围通常很小,只有 1常情况下这些断面是稳定的。然而,当其中的应力受到干扰时 ,岩石中原来存在的或新产生的裂缝周围就会出现应力集中、应变能增高;当外力增加到一定程度时,原来裂缝的发生地区就会出现屈服或者变形,这时候一部分储藏的 能量以会弹性波的形式释放出来 ,这个过程会产生 微小的地震 。四、微 地震监测技术四、微 震监测技术基本原理一般来讲,微地震监测是利用声学运动学原理,起源于对天然地震的监测。在地下的水力压裂井中,地层会由于地下压力的变化而被强制压开一条很大的裂缝,底层中的能量会沿着这条裂缝向地层中不停的辐射,导致主裂缝周围地层发生错动或者涨裂。主裂缝中的涨裂和错动向外辐射的能量与地震勘探中的震源相似,它的频率非常高,通常在 200微 地震监测示意图检波器 位于压裂井旁边,它将先接收震源信号,然后将接收到的震源信号进行资料处理,最后反推出震源所在的空间位置,这个震源位置就代表了裂缝的位置 。右侧所 示为微地震监测示意图 。四、微 地震监测技术四、微 震监测技术野外施工的一般 过程 包括:数据采集、数据处理、正演地质建模、反演定位、压裂效果的解释。四、微 地震监测技术地面的记录 检波器数据的采集 数据处理 正演地质建模 震监测技术的优点是 :1、 测量 速度快,方便现场使用 ;2、 可以 实时确定微地震的位置 ;3、 能 确定裂缝高度、长度、倾角及方位 ;4、 具有 噪音过滤能力。四、微 震监测技术在页岩 气 领域 的应用微地震监测技术作为监测页岩气水力压裂效果的关键技术之一 ,主要 用于在水力压裂作业过程中,了解 裂缝的走向 和 评价压裂的效果 , 对诱导裂缝的方位 、几何形态进行监测 。四、微 地震监测技术产生的裂缝四、微 地震监测技术压裂过程实时监控 — 2012非常规技术 报告平井射孔层段优化二、射孔方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计四、微地震监测技术五、压 前裂缝预测六、压 后裂缝评估七、产量预测主要内容水平井压裂可能产生的 四种形态在不同的地应力和井筒方位下,水平井压裂形成的裂缝形态也不相同纵向裂缝示意图 横向裂缝示意图 转向 裂缝示意图 扭曲 裂缝示意图五、压前 裂缝预测研究表明,裂缝垂向延伸高度受产层与隔层之间的地应力差、弹性模量差、断裂韧性差、界面强度以及裂缝中压裂液的压力分布和压裂液的流变性影响,其中产层和隔层的水平地应力差是影响裂缝垂向延伸的主要因素,裂缝容易从强度大的岩石进入强度小的岩石,反之则较难。水平井 压裂前的 裂缝预测步骤:平井井筒应力分布模型;裸眼完井水平井裂缝起裂压力计算,并构建了裂缝起裂方位预测模型;射孔完井水平井裂缝起裂压力计算,并构建了裂缝起裂方位预测模型;裂缝起裂压力的影响因素 。五、压前 裂缝预测一、水平井射孔层段优化二、射孔方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计四、微地震监测技术五、压前裂缝预测六、压 后裂缝评估七、产量预测主要内容六、压 后裂缝评估水平井水力压裂裂缝评价为 检验压裂设计、评价压裂 施工效果 ,需要评估水力裂缝 。目前 发展了许多检测和确定 压裂裂缝高度 的方法,如适于裸眼井的井下电视法、地层微扫描仪和噪声测井等,还有适用于裸眼井和套 管井的 间接测试方法,如微地震法、井温测井、伽玛测井和声波测井等。根据施工压力曲线可以定性分析 压裂裂缝延伸 情况 ,结合 压裂后压力降落数据可以成功地解释裂缝几何尺寸 、裂缝导流能力、压裂液 滤失系数 、压裂液 效率和裂缝闭合时间、水平最小主应力等 参数。水平井水力压裂裂缝 评价lg tⅠ ⅡⅢⅣ1、正 斜率很小的 线段 Ⅰ 该 段斜率范围为 说明裂缝正常延伸六、压 后裂缝评估2、压力不变的线段 Ⅱ 此段物理意义不明确,最可能的情况是 注入压裂液被滤失所平衡,裂缝几乎不延伸, 才能保持压力为常数。通常结合线段 Ⅲ 、 Ⅳ 的压力变化进行分析,若后面压力下降,则可能是缝高增加,后面的压力升高,则可能是二次缝隙使滤失增大所致。水平井水力压裂裂缝 评价3、 斜率为 1的线段 Ⅲ 表明了施工压力增量正比于注入压裂液体积增量,它只能发生于 裂缝中严重堵塞 的情况。由于 缝内砂堵 ,压裂液难以达到裂缝端部使其缝长延伸,注入 压裂液只能增加裂缝宽度 。有控制地使支撑剂在裂缝端部脱出,增加裂缝宽度 。六、压 后裂缝评估lg tⅠ ⅡⅢⅣ4、负斜率线段 Ⅳ 反映了裂缝高度增加,也不能排除压开多条裂缝或者裂缝在延伸过程中遇到大规模裂缝体系的可能性 。一、水平井射孔层段优化二、射孔方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计四、微地震监测技术五、压前裂缝预测六、压后裂缝评估七、产量预测主要内容七 、产量 预测页岩 气藏的储量计算方法根据 页岩气藏的自身特点 ,可用于页岩气藏储量计算的 3种方法有 :类比法、静态法和动态法 。1、类比法对于 勘探初期 ,在没有或少有探井基础数据的情况下 ,应用类比法比较简单有效。用类比法将我国页岩与北美典型性页岩进行区域地质、储层、地球化学等多方面比较 ,认识到我国具有较大的页岩气潜力 ;在缺乏钻井数据的前提下 ,甚至可以利用两者类比 ,对我国页岩气资源进行粗略估算。这种估算的精度不高 ,但也能为初期勘探提供一些 指导2、静态法静态法 也称为容积法 ,计算储量的一般公式是 :G=中 :φ 为有效孔隙度 ;气饱和度 ;然气体积系数。显然 ,公式中的计算结果仅仅代表页岩气藏中的 游离气 ,因此公式适合于勘探初期原始条件下。如果考虑到开发过程中吸附气和游离气存在动态平衡 ,并且这种平衡与气藏压力密切相关 ,那么评价时加入压力因素会使评价结果更接近实际 值。七 、产量 预测b * P * K * 量 ; ;力 ;缩系数 ;气饱和度。在 一定的温度条件下 ,将不同压力下的吸附气含量与相应游离气含量相加 ,即得到总的气含量等温线。利用这条等温线 ,可获得该温度下不同储层压力时的气含量值。容积法计算的关键是确定游离气的有效孔隙度和含气饱和度。这种方法使用的参数是那些被认为能代表储层的单值 ,所得出的体积也是单一的最佳测算值。特别是对有效孔隙的估算存在许多人为因素 ,其估算量往往要大于实际生产量 ,与动态法相比 ,一般包含更大的误差和不确定性 ,比较适合开发设计前的储量预测 。七 、产量 预测3、动态 法动态法利用气藏压力、产量等随时间变化的生产动态资料计算储量,适合于有足够的压力和产量变化等生产数据的情况下。通常包括 :压力 /累计产量法 ;物质平衡法 (也称压降法 )、递减曲线分析法等等 。页岩气藏孔隙压力和 累计产 气量关系七 、产量 预测(1)压力 /累计产量法是利用累计产量和压力递减的关系进行产量外推 。(2)物质平衡法是以物质平衡为基础,对平均地层压力和采气量之间的隐含关系进行分析,建立适合某一气藏的物质平衡方程,这也是目前页岩气藏较常用的一种评价方法。(3)递减曲线分析法适用于已经生产了相当长时间,并建立了可靠的产量递减趋势的地区。七 、产量 预测局限性用动态法计算天然气储量时,由于裂缝并不是完全连通,原始状态的气藏,一旦投入开采,平衡就会破坏,在一定的地层压力下发生解吸作用,并建立新的平衡。随着生产的进行,平衡不断的发生变化,导致不同时期计算的储量会有差别,因此,用动态法应在较长时间内经常进行计算。同样,在人类石油开发史中,只有不畏艰险,永不满足的人,才有希望在蜿蜒曲折的攀登中到达光辉的顶点。谢谢!吸附于岩石表面的天然气图 1- 3 吸附气含量与总有机碳含量的关系三、水平井 工厂化压裂方案设计水力压裂 就是利用地面高压泵,通过井筒向油气层挤注含有水和沙的压裂液。当注入压裂液的速度超过油气层的吸收能力时,则在井底油气层上形成很高的压力,当这种压力超过井底附近油层岩石的破裂压力时,油层将被压开并产生裂缝。这时,继续不停地向油层挤注压裂液,裂缝就会继续向油层内部扩张。
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