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页岩气压裂技术及其效果评价_图文

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页岩 气压 技术 及其 效果 评价 图文
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页 岩气是主体上以吸附或游离状态存在于泥岩 、高碳泥岩 、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气 。虽然有吸附与游离相天然气的同时存在,但页岩气的开发并不需要排水降压 。随着页岩中游离相天然气的采出,能够自然达到压力降低的目的,从而导吸附相及少量溶解相天然气的游离化[1实现进一步提高天然气产能并实现长期稳产之目的 。由于页岩孔隙度和渗透率较低天然气的生产率和采收率也较低,因此岩气的最终采收率依赖于有效的压裂措施,压裂技术和开采工艺直接影响着页岩气井的经济效益[4, 5]。1 压裂液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[6]。2 水压裂目前美国页岩气开发最主要的增产措施是清水压裂,即使用添加了一定减阻剂的清水作为压裂液 。这种压裂液主要成分是水,以及很少量的减阻剂 、粘土稳定剂和表面活性剂[7]。之所以使用这种低成本压裂液是因为,水是一种低粘度流体,更容易产生复杂的裂缝网络,而且很少需要清理,是一种清洁压裂技术,可提供更长的裂缝,并将压裂支撑剂运到远至裂缝网络,清水压裂在像 低渗透油气藏储层改造中取得很好的效果 。复压裂重复压裂是指当页岩气井初始压裂处理已经无效或现有的支撑剂因时间关系损坏或质量下降,导致气体产量大幅下降时,采用压裂工艺对气井经行重新压裂增产的工艺 。重复压力能重建储层到井眼的线性流,恢复或增加产量,使最终采收率增加 8%~10%,可采储量增加 60%[8],是一种低成本增产方法 。美国天然气研究所( 究证实:重复压裂能够以 元 /低于收购天然气储量 元 /发现和开发天然气储量 元 /平均成本[9]。步压裂2006 年,同步压裂技术开始在 岩气井完井中实施,作业者在相隔 152~305 0],显示出广阔的发展前景 。由于页岩储层渗透性差,气体分子能够移动的距离短,需要通过压裂获得近距离的高渗透率路径而进入井眼中 。同步压裂采用的是使压力液页岩气压裂技术及其效果评价马超群1,黄 磊2,范 虎1,曾俊峰1,侯明明1( 油工程学院,湖北 荆州 434023; 海钻探第二钻井分公司,河北 廊坊 065000)摘 要: 页岩气作为一种重要的非常规能源,目前只有美国和加拿大取得商业开发成功 。页岩气商业开发成功主要取决于水平钻井和压裂技术的突破 。目前常用的技术有多级压裂 、清水压裂 、缝网压裂重复压裂和同步压裂等 。此外 2泡沫压裂也日益得到人们的重视 。该文从压裂液 、压裂方式和裂缝监测技术及效果评价方面对页岩气压裂技术进行了介绍 。关键词: 页岩气;压裂;压裂液;裂缝监测;压裂效果评价收稿日期: 2011马超群( 1986-),男,湖北广水市人,在读硕士研究生,石油工程专业 。15827759337@6 卷 第 3 期2011 年 9 月吐 哈 油 气16,32011图 1 缝网压裂工艺技术示意及支撑剂在高压下从一口井向另一口井运移距离最短的方法,来增加水力压裂裂缝网络的密度及表面积 。目前已发展成三口井同时压裂,甚至四口井同时压裂,采用该技术的页岩气井短期内增产非常明显 。级压裂多级压裂是利用封堵球或限流技术分隔储层不同层位进行分段压裂的技术 。多级压裂能够根据储层的含气性特点对同一井眼中不同位置地层进行分段压裂,其主要作业方式有连续油管压裂和滑套完井两种 。多级压裂的特点是多段压裂和分段压裂,它可以在同一口井中对不同的产层进行单独压裂 。多级压裂增产效率高,技术成熟,适用于产层较多,水平井段较长的井 。页岩储层不同层位含气性差异大,多级压裂能够充分利用储层的含气性特点使压裂层位最优化 。多级压裂技术是页岩气水力压裂的主要技术,在美国页岩气生产井中,有 85%的井是采用水平井和多级压裂技术结合的方式开采,增产效果显著[11]。网压裂技术所谓 “缝网压裂 ”技术就是利用储层两个水平主应力差至于裂缝延伸净压力的关系,一旦实现裂缝延伸净压力大于两个水平主应力的差值与岩石的抗张强度之和时,则容易产生分叉缝,多个分叉缝形成“缝网 ”系统,其中,主裂缝为 “缝网 ”系统的主干,而分叉缝可能在距离主缝延伸一定长度后,又回复到原来的裂缝方位,则最终可形成以主裂缝为主干的纵横 “网状缝 ”系统,这种实现 “网状 ”裂缝系统效果的压裂技术称为 “缝网压裂 ”技术[12](图 1) 。吐 哈 油 气 2011 年244第 16 卷 第 3 期 马超群,等:页岩气压裂技术及其效果评价缝网压裂的改造对象是低 - 特低渗透砂岩及泥页岩油气藏 。这类油气藏的压裂裂缝仅扩大了井控面积,但由于垂直于人工裂缝壁面方向的渗透性很差,不足以提供有效的垂向渗流能力,导致压裂产量低或压后产量递减快等问题 。通过 “缝网 ”压裂在垂直于主裂缝方向形成 “人工多裂缝 ”,改善了储层的渗流特征,提高了储层改造效果和增产有效期 。目前,进行 “缝网压裂 ”的切实可行方法是主缝净压力控制方法 、端部脱砂压裂方法及水平井横切缝多段压裂技术等,缺点就是没有切实可行的检测方法,有待进一步加强 。沫压裂2泡沫压裂是由液态 2和增稠剂及多种化学添加剂组成的液 - 液混合物,携带支撑剂迅速进入地层,随着液体在井筒和地层中温度的升高,当温度达到临界点以后液态的 2开始汽化,形成以 2为内相由含高分子聚合物的水基压裂液为外相的气液两相分散体系,由于泡沫两相体系的出现使流体粘度显著增加,通过起泡剂和高分子聚合物的作用,大大增加了泡沫流体的稳定性,形成了低滤失 、低密度和易反排的压裂液特性 。因此,泡沫压裂液流体具备了压裂液的必要条件,并拥有了常规水基压裂液不能相比的多种优势[13, 14](表 1) 。表 1 压力技术特点及适用性统计压裂方式 压裂特点 适用条件清水压裂 压裂液配方简单,施工简单,成本低,地层污染小,携砂能力有限 适用于天然裂缝系统发育的井重复压裂 重新打开裂缝或裂缝重新取向增产,成本低 对老井和产能下降的井均可使用同步压裂 多口井同时作业,节省作业时间且效果好于依次压裂 井眼密度大,井位距离近多级压裂 多段压裂,分段压裂 。技术成熟,使用广泛 产层较多,水平井段长的井缝网压裂 形成以主裂缝为主干的纵横 “网状缝 ”系统 特低渗砂岩及泥页岩油气藏井均可使用2泡沫压裂 地层伤害小,滤失低,携砂能力强,地层污染小,利于页岩气解附 水敏性地层和埋深较浅的井3 裂缝监测及压裂效果评价技术页岩气井实施压裂改造措施后,需要有效的方法来确定压裂作业效果,获取压裂诱导裂缝导流能力 、几何形态 、复杂性及其方位等诸多信息,改善页岩气藏压裂增产作业效果以及气井产能,并提高天然气采收率 。推断压裂裂缝几何形态和产能的常规方法主要包括利用净压力分析进行裂缝模拟,试井以及生产动态分析等间接的井响应方法 。此外利用电阻率测井 、成像测井识别裂缝以及地震裂缝预测技术[15]都可直接地测量因裂缝间距超过裂缝长度而造成的变形来表征所产生裂缝网络,评价压裂作业效果,实现页岩气藏管理的最佳化 。4 结论及建议据估算,中国主要盆地和地区的页岩气资源总量约为 (15~30)×1012美国 012济价值巨大[16]。目前,我国页岩气资源的勘探开发才刚刚起步,还未得到大规模商业化开采 。页岩气勘探开发面临成本较高等诸多难题,美国页岩气开发的成功经验和先进技术非常值得我们借鉴和参考 。相信伴随着页岩气的开发,也可以在压裂技术上取得重大突破 。参考文献:[1] 张金川 ,薛 会 ,张德明 ,等 J]2003:466.[2] 张金川 ,金之均 ,袁明生 J]2004,24(7):153] 张金川 ,聂海宽 ,等 M]然科学版) ,2006.[4] in J]. 1(4):6035] . K. . in ]o. 1 ( 6] 吴辅兵 ,鞠东平 ,吴 峻 010 年非常规天然气勘探开发技术研讨会之二 —页岩气勘探开发论文集 [C]245油 气上产黄金时节,柯克亚致密砂岩气藏继柯 33 水平井压裂获高产后, 2011 年 07 月 07 日,柯 21- 平 1井射孔后自喷,日产气 4×104为柯 21 区块射孔后自喷投产的第一口井 。柯 21- 平 1 井是巴喀油田试采评价区柯 21 块下侏罗统气藏的一口开发井,去年 5 月底开钻,今年 4 月中旬完钻,完钻井深 3 940 m,测井解释差气层 12 层 323 m。为尽快落实产能,鄯善采油厂技术人员最先拟定三层分压八道湾二砂组第一小层,由于该井水平段进行过反复起下钻作业,存在套管偏磨的可能,影响封隔器坐封效果,而且该井井斜较大 、埋藏深,施工时存在风险,最终优化投产八道湾二砂组第一小层 3 735~3 755 m 处,先求取该层产能,根据情况确定下步投产计划 。7 月 7 日依据方案,该井射孔后放喷见气,目前 5 压 压 产气 4×104 21 区块自 2010 年勘探开发以来,共部署完钻 6 口井,柯 21- 平 1 井射孔后获得工业油气流,进一步推进了柯 21 区块以及柯克亚致密砂岩气油藏地质认识和工艺技术配套,增强了采油厂上产信心 。[7] 陈远林 断块油气田,2008, 3.[8] 黄玉珍 ,黄金亮 ,等 J]2009,29(5):79] . . &P*. 010] J]. 2007, 11] o 12] 张玉广 ,张 睿 ,刘 芳 . 2010 年非常规天然气勘探开发技术研讨会之二 —页岩气勘探开发论文集 [C]. 中国石油学会,陕西西安 .[13] 王东烁 ,金业权 . J]. 西部探矿工程 , 2005, 10.[14] 唐 颖 ,张金川 ,张 琴 J]. 开发工程 ,2010, (10): 3315] 张利萍 , 潘仁芳 , 等 . 页岩气的主要成藏要素与气储改造 [J]. 中国石油勘探 , 2009, 3:2016] 张 抗 ,谭云东 . 世界页岩气资源潜力和开采现状及中国页岩气发展前景 [J] 2009,17(3):1. 34023, 2. s an in of on of in !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!吐 哈 油 气 2011 年致密砂岩气藏添新活力246
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