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2011-页岩气藏压裂技术及我国适应性分析

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2011 页岩 气藏压裂 技术 我国 适应性 分析
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38 天然写与石油 011年2月 页岩气藏压裂技术及我国适应性分析 王文霞’李治平’黄志文 1.中国地质大学(北京)能源学院,北京100083 2.中国石化石油勘探开发研究院,北京100083 摘要: 我国对页岩气的研究与勘探开发还处于探索阶段,美国通过压裂等开发技术的进步,使页岩气 的勘探开发步入大规模快速发展阶段。通过借鉴国外的页岩气藏压裂技术,结合我国四川盆地页岩 气藏的储层特性及已有的压裂基础,分析我国页岩气藏压裂的适应性,指出压裂的约束条件。认为 在引进国外技术的同时应加强理论研究,这样才能使我国的页岩气藏开发进入新的发展阶段。 关键词: 页岩气藏;压裂技术;适应性;理论研究 文献标识码:A 文章编号:1006—5539(2011)038—04 0 引言 含气页岩储层的基质孔隙度和渗透率总体上非常 低,孔隙度一般为4%~6%,处于断裂带或裂缝发育带 的页岩储层渗透率可以增加,孔隙度最高可达11%,渗 透率可达1要由裂缝提供储气空 间。页岩储层除少数裂缝发育带可能具有较高的自然 产能外,一般页岩气藏均需人工压裂改造之后才具有 商业价值口]。压裂改造储层不仅可使页岩气以高的初 始产气量较快地收回生产投资,而且可以延长压裂初 始高产后的相对稳产期,使气井寿命持续30年左右, 从而明显提高页岩气的采收率 。 1 国外页岩气藏压裂技术 20世纪70年代,美国东部泥盆纪页岩气开发中 曾采用裸眼完井、硝化甘油爆炸增产技术来提高采收 率 :20世纪80年代使用高能气体压裂以及氮气泡沫 压裂,使得页岩气产量提高了3~4倍_4]。进入21世纪 后.随着新压裂技术的运用和推广.页岩气单井产量 增长显著,极大地促进了页岩气的快速发展。 1。1 氮气泡沫压裂技术 最早的泡沫压裂施工始于1968年1月,从20世 纪7沫压裂以迅猛的势头在美国和加 拿大得到广泛运用。作为一种新型的压裂方式,泡沫 压裂特别适合于低压、低渗透水敏地层。与常规水力 压裂相比,它具有如下优点:a)氮气泡沫压裂液和常 规水基压裂液相比只有固体支撑剂和少量压裂液进 入地层;b)氮气泡沫压裂液可在裂缝壁面形成阻挡层, 从而大大降低压裂液向地层内滤失的速度.减少滤失 量,减轻压裂液对地层的伤害;e)返排效果好。 1.2清水压裂技术 清水压裂是利用含有减阻剂、黏土稳定剂和必要 的表面活性剂的水为压裂液,替代通常使用的凝胶压 收稿日期: 2010一金项目: 国家科技重大专项课题“中西部地区碎屑岩领域勘探关键技术”资助(200805) 作者简介: 王文霞(1986一),女,山西吕梁人,油气田开发工程专业在读硕士研究生,主要从事于油气田开发理论与方法的科研。 裂液,可以在不减产的前提下节约30%的成本,以这 种压裂液作为前置液来提供支撑剂输送 目前已成 为美国页岩气井最主要的增产措施。 清水压裂技术提高岩石渗透率的依据是:a)天然的 缝面不吻合和产生粗糙缝面剪切应力使缝面偏移.同时 在裂缝扩展时,水力裂缝将开启早已存在的天然裂 缝,提高岩层的渗透率:b)水压裂采用的压裂液主要 为清水,是一种清洁压裂技术,这也是提高岩层渗透 率的重要因素之一。 1.3同步压裂技术 这项技术是近几年在美国沃斯堡盆地气开发中成功应用的最新压裂技术。同时对配对井 (行压裂,即同时对两口(或两口以上) 的井进行压裂。在同步压裂中,采用使压力液及支撑 剂在高压下从一口井向另一口井运移距离最短的方 法,来增加压裂缝网络的密度及表面积,该技术可以 快速提高页岩气井的产量。同步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。 1。4重复压裂技术 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,重复压裂能重建储层到井眼的线性流,恢 复或增加生产产能,可使估计最终采收率提高8%~ 10%,可采储量增加60%,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。直井中的重复压裂可以在原生产层再次 射孔.注人的压裂液体积至少比其最初的水力压裂多 出25%,可使采收率增加30%~80%。 美国天然气研究所(究证实,重复压裂能 够以0.003 5美元/m 的成本增加储量,远低于收购天 然气储量0.019美元/m 或发现和开发天然气储量 0.026美元/m。的平均成本[6] 1.5水平井分段压裂技术 在水平井段采用分段压裂,能有效产生裂缝网络 (图1),尽可能提高最终采收率,同时节约成本。最初 水平井的压裂阶段一般采用单段或2段,目前已增至 7段甚至更多。水平井水力多段压裂技术的广泛运用, 使原本低产或无气流的页岩气井获得工业价值成为 可能.极大地延伸了页岩气在横向与纵向的开采范 围,是目前美国页岩气快速发展最关键的技术 美国新田公司位于阿科马盆地29卷 第1期 号田开发 图1 水平井分段压裂不意图 聚集带的,增产效果显著,页岩气产量高达14.16m3/d[83。 1.6裂缝综合检测技术 储层实施压裂改造后(图2),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。 1 500 1 000 500 O 旧一500 _1(】匠 1 500 —2 000 —2 500 —3 000 —1 页岩气藏裂缝设计 , -● . ‘ 观澳 井 ‘ ! ; ‘ ,, · - ● ’● 图2裂缝检测示意图(004) 裂缝综合检测方法归纳起来可以分为三类,一类 是微地震技术这项技术主要用来识别储层中延 伸裂缝在地下的空间分布;第二类是测井技术n ,该 项技术主要针对近井筒周围的裂缝发育通过测井的 手段进行识别,识别的主要目标是井筒中压开裂缝的 高度和宽度,对裂缝在地层中的延伸长度无法判断; 第三类是压裂压力分析的数学模型[1 ,这项技术的经 济成本较低,所能够得到的参数较为全面,只是模型 建立的过程中假设条件较多。而且模型所能够基于的 资料有限,对实际裂缝的识别和评价不唯一。 目前,利用地面、井下测斜仪与微地震监测技术 结合的裂缝综合诊断技术,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。此 项技术有以下优点:a)测量快速,方便现场应用;b)实 时确定微地震事件的位置;e)确定裂缝的高度、长度、 39 40 关然与与石油 01 1年2月 倾角及方位;d)具有噪音过滤能力 2我国页岩气藏压裂技术适应性分析 我国对页岩气的研究与勘探开发还处于探索阶 段。20世纪60—90年代,在页岩油藏有所发现的基础 上,有些学者对页岩气藏做过一定的研究[14,-.15]。与美国 页岩气发育盆地对比发现,中国存在区域发育页岩气 的地质背景和条件 刚。要选择适合我国页岩气开发的 压裂技术,首先要了解我国页岩储层的特性,在借鉴 国外页岩气压裂技术的基础上,优选适应性强的页岩 表1 美国几个主要页岩气产区的特征参数 气开发压裂技术。 2.1 国内外页岩气藏储层特性对比 四川盆地具有与美国典型盆地相似的地质条件 和构造演化特点,均属于古生代发育的海相沉积盆地 (表1),具有较大的页岩气勘探前景。2009年11月下 旬,国土资源部油气资源战略研究中心、中国地质大 学(北京)在重庆市彭水县连湖镇启动了国内第一口 页岩气勘探井。 以美国马溪组、九 老洞组页岩储层为例,对储层特性进行对比。通过表 2可以看到,四川盆地龙马溪组、九老洞组页岩储层特 性与美国据四川组页岩分析,其中石英含量较高,具有较高的脆性, 这对水力压裂非常有力。但是具体压裂技术的选取还 需通过进一步的实验结果进行确定。 2.2国内已有的压裂基础 在国内油气井增产措施中,水力压裂已广泛地应 用。其中连续油管水力喷射加砂压裂在大庆、长庆、四 川、吐哈等油田得到成功应用,在此基础上发展的水 平井分段水力喷射加砂压裂技术也较成熟。 在压裂设备方面,我国许多油气田已从国外进口 了大型的压裂设备,可以完全满足水力压裂施工的需 要。再次增产可采用重复压裂技术、人工举升技术。大 庆油田成功应用了裂缝转向重复压裂技术.可以实现 裂缝有效控制,气举排水在煤层气开发中已经被大量 采用 3页岩气藏压裂技术的约束 页岩储层改造技术的应用不能脱离地质条件的 表2美国老洞组页岩物性对比[ 一 ≯i 豢 | 譬曩簟t 销, i 摄毒娥。 镜质组反射率/(%) 2.2 / 1.876 总有机质含量/(%) >3 /0.85 硅含量/(%) 55 41 66(含长石) 粘土矿物含量/(%)<40 19.1 17—32 孔隙度/(%)4.5 4.8 2 渗透率,.5 t。 .96×10 约束,要针对页岩储层特点优选压裂层位和工艺,才 能取得较好的开发效果和经济效益。例如,清水压裂 时要求储层中膨胀性蒙脱石含量不能很高,原因是其 水敏性强,遇水易膨胀、分散和运移.导致岩石渗透率 下降。 压裂过程中需要注意压裂液的处理.除了使用大 量的活性水外.还要加入一些特殊的添加剂,这样可 以改善页岩气层本身超低的渗透率,提高导流性,优 化页岩气的生产条件,减小地层损害 4 结论 a) 外页岩气开发的成功经验证明.不断开展技 术创新,能够使分布广泛的页岩气资源量逐步转化为 经济和技术可采储量。 b)针对不同性质的页岩产层选择合适、经济的压 裂措施,可以延长压裂初始高产后的相对稳产期,明 显提高页岩气的采收率。 13)美国页岩气开发走在世界前列,国内低渗气藏大 型压裂改造也积累了丰富的经验。通过与国外公司开展 技术合作.形成符合我国页岩气藏特点的压裂技术。 d)页岩气藏压裂增产技术缺乏相应的基础理论, 需要加强页岩气开采技术的理论基础研究。 参考文献: [1]黄玉珍,黄金亮,葛春梅,等.技术进步是推动美国页岩气快 速发展的关键[I]天然气工业,2009,29(5):7—10. 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