四川盆地南部頁巖氣藏大型水力壓裂作業(yè)先導性試驗

1、48天 然 氣 工 業(yè) 2011年4月四川盆地南部頁巖氣藏大型水力壓裂作業(yè)先導性試驗葉登勝 尹叢彬 蔣海 方澤本 李建忠川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司葉登勝等. 四川盆地南部頁巖氣藏大型水力壓裂作業(yè)先導性試驗. 天然氣工業(yè), 2011, 31(4 :48 50.摘 要 四川盆地南部的古生界頁巖發(fā)育, 儲集了豐富的天然氣資源。由于頁巖氣藏滲透率極低, 通常都需要水力壓裂改造才能獲得經(jīng)濟的開采。為此, 針對區(qū)塊內(nèi)某一口頁巖氣井志留系龍馬溪組和寒武系筇竹寺組儲層特征和技術(shù)改造難點, 分別從工藝優(yōu)化、設(shè)備配套、供液配套、高低壓連接到質(zhì)量控制等方面進行了詳細的分析, 將整體配套技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)場作業(yè)并取得

2、了成功, 證實了采用大型水力壓裂作業(yè)技術(shù)對頁巖氣藏實施增產(chǎn)改造是可行的, 為下一步頁巖氣藏的規(guī)?；?、效益化開發(fā)提供了技術(shù)支撐。關(guān)鍵詞 頁巖氣 開發(fā) 水力壓裂 先導性試驗 四川盆地 南 志留紀 寒武紀 DOI:10. 3787/j. issn. 1000 0976. 2011. 04. 011頁巖氣屬于非常規(guī)天然氣1, 在一定地質(zhì)條件下可聚集成藏并達到經(jīng)濟開采價值2 3施了大型水力壓裂作業(yè), 試驗獲得了成功。頁巖氣藏因其儲層物性差、孔隙度和滲透率低, 需要應(yīng)用水力壓裂技術(shù)才能獲得經(jīng)濟的開采。四川盆地南部古生界頁巖氣藏資源豐富, 中國石油天然氣集團公司在2006年初步評估該區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組和下志

3、留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣資源量為6. 8 10128. 4 1012m 34 5。Wx 井是威遠地區(qū)部署的一口頁巖氣井, 該井古生界頁巖地層為一套淺海相碎屑巖沉積, 其中龍馬溪組埋藏深度為1503. 61543. 3m, 主要巖性為灰黑色粉砂質(zhì)頁巖、碳質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖夾泥質(zhì)粉砂巖, 沉積厚度分布不均, 一般分布在0200m 。筇竹寺組埋藏深度介于2619. 02821. 0m, 主要巖性為深灰、灰黑色粉砂質(zhì)頁巖、碳質(zhì)頁巖和泥質(zhì)粉砂巖, 其厚度在該區(qū)分布較穩(wěn)定, 厚度為400600m, 往威遠的東南方向變厚。兩個層位頁巖氣藏內(nèi)裂縫不發(fā)育, 基質(zhì)平均滲透率0. 00018mD, 總孔隙度為3%4%, 儲

4、層的孔隙度較低, 儲層儲集空間主要是吸附氣為主, 游離氣以裂縫性游離氣為主, 孔隙性游離氣次之。2010年, 分別對Wx 井的龍馬溪組和筇竹寺組實1 先導性試驗的難點及對策由于頁巖氣藏巖性特別致密, 對作業(yè)井的壓裂特征參數(shù)不清楚, 試驗潛在風險高、難度大, 加上頁巖氣藏壓裂作業(yè)井規(guī)模大、排量高, 需要動用的設(shè)備也多, 在工藝設(shè)計、地面配套等方面需要進行難點與對策分析。1. 1 工藝技術(shù)方面由于頁巖儲層壓裂時易產(chǎn)生多裂縫, 液體濾失嚴重, 人工裂縫寬度受限, 支撐劑進入地層難度大; 加之頁巖儲層孔隙度、基質(zhì)滲透率極低, 外來液體的侵入容易引發(fā)二次傷害, 對壓裂裂縫導流能力有較大影響。為了有效補償

5、液體濾失, 并確?？p寬適度, 采用大排量施工、小粒徑、低密度、低砂比、段塞式加砂模式; 為了減少壓裂液對地層的二次傷害, 選用低成本、低含水不溶物的滑溜水液體體系。針對首次試驗對地層壓裂特征參數(shù)不清楚的情況, 主壓裂前進行小型測試壓裂, 并輔以連續(xù)油管帶井下壓力計實測井底處理壓力, 求取準確的地層壓裂參數(shù)以指導優(yōu)化主壓裂。針對潛在的頁巖氣藏高破裂壓力難題, 結(jié)合室內(nèi)對地層礦物成分的分析和酸溶蝕實驗, 利用連續(xù)油管進行小型的酸化作者簡介:葉登勝, 1965年生, 高級工程師, 博士; 現(xiàn)任川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司副總經(jīng)理、總工程師, 主要從事油氣田開發(fā)壓裂酸化工藝研究、技術(shù)服務(wù)、科技管理

6、、新技術(shù)開發(fā)與推廣等工作。地址:(610051 四川省成都市二環(huán)路北四段瑞豐巷6號。電話:(028 86019198。E mail:y edsvip. sina. com第31卷第4期 開 發(fā) 工 程49預(yù)處理, 可以適當?shù)慕獬貐^(qū)的濾餅堵塞, 緩解井眼附近的應(yīng)力集中, 有效地降低地層的破裂壓力。1. 2 供液配套方面與常規(guī)水力壓裂相比, 頁巖氣藏壓裂作業(yè)屬于高排量(大于10m 3/min 、超大規(guī)模(大于2000m 3 , 常規(guī)供液模式已不適用, 需要有針對性地進行配套優(yōu)化。1. 2. 1 供液管匯為滿足設(shè)計施工排量12m /min, 在低壓管匯連接上, 液罐之間采用 304. 8mm

7、管匯和同尺寸分配器連接(常規(guī)作業(yè)用的是 244. 5mm , 液罐和 304. 8mm 主分配器之間采用 152. 4mm 管匯連接, 其中靠近混砂車的8個液罐采用雙管線連接, 并將其固定為主供液罐, 以確保施工后期高排量下的順利供液。1. 2. 2 供液方案在供液上, 總體原則采用遠近搭配供液方式。提前對液罐進行編號規(guī)劃, 施工時供液采取由遠到近的方式, 逐步向主供液罐靠攏, 所有液罐采用自身泵供液方式。如果自身泵出現(xiàn)故障, 則立即用備用潛水泵向相鄰液罐轉(zhuǎn)液。1. 2. 3 混砂車吸入及排出管匯混砂車吸入采用 101. 6mm 管線與 304. 8mm 分配器連接, 排出采用 101. 6m

8、m 管線與高低壓分配器連接?？傮w為 12進6出 。1. 3 高壓流程配套方面從壓裂車到井口處高壓流體通道要滿足高排量的需求, 還要考慮超大規(guī)模帶來的長時間對管路沖刷影響, 另外, 常規(guī)的井口裝置無法滿足高排量的注入, 會帶來較大的節(jié)流效應(yīng), 需要對整個流程進行重新配套優(yōu)化。1 為滿足高排量注入, 采用4根 76. 2mm 高壓管線注入, 目的是降低單根管線流速, 減少攜砂液對高壓管線及閥件的沖蝕, 同時能較好地防止高壓流程震動, 保證流程安全。2 為保證長時間、大排量加砂井控安全, 設(shè)計加工了一套與原井口配套的、適用于套管注入的壓裂專用特殊六通, 既能滿足壓裂作業(yè)時大排量的注入需求, 有效減小

9、井口的節(jié)流, 又能在作業(yè)后不動井口條件下直接排液生產(chǎn)。3 高壓注入主管線旋塞閥采用 76. 2m m 大通徑旋塞閥, 減少節(jié)流壓力和沖蝕。4 施工采用2套高壓密度計、2套壓力傳感器對35 通過優(yōu)化配置水馬力, 整個注入系統(tǒng)共采用總計26000馬力(1馬力=735. 499W 的H Q 2000型壓裂車組13臺。6 配備儀表車和混砂車各2臺, 2臺儀表車同時采集和處理, 混砂車1臺用于施工, 1臺備用, 以確保整個作業(yè)流程的連續(xù)性。2 現(xiàn)場實施情況2. 1 Wx 井壓裂設(shè)計參數(shù)Wx 井壓裂設(shè)計參數(shù)如表1所示。表1 Wx 井水力壓裂設(shè)計主要參數(shù)表設(shè)計參數(shù)筇竹寺組龍馬溪組1503. 61543. 3

10、m作業(yè)井段26522704m注入方式套管注入作業(yè)管串 139. 7mm 套管 2837m (壁厚:9. 17mm, 鋼級:BG95S 作業(yè)排量12m 3/min 滑溜水:2115m準備液量鹽酸:20m 33滑溜水:2250m 鹽酸:15m 3線性膠:270m 334070目低密度陶粒:4m 3支撐劑量4070目低密度陶粒:60m 100目石英砂:3. 8m 334070目石英砂:85m 2040目石英砂:10m 3100目石英砂:5m332. 2 現(xiàn)場質(zhì)量控制(QA/QC 為確保頁巖氣藏首次壓裂施工嚴格受控, 特制定了一套近乎苛刻的QA/Q C 6工藝方法。包括:配液罐清潔情況查驗、配液用水質(zhì)

11、量分析、添加劑材料復核、配液前實驗小樣的配制、配液過程中進行質(zhì)量控制、施工前液體質(zhì)量檢查、施工過程中液體切換的監(jiān)控等。2. 2. 1 配液設(shè)備的質(zhì)量控制配液前對設(shè)備進行檢查(車輛、管線潔凈情況 , 要求配液設(shè)備工況良好, 無殘酸、殘堿、殘菌、鐵銹、油污及其他機械雜質(zhì), 確認所有閥門操作靈活并無滲漏, 確認罐上攪拌器是否運轉(zhuǎn)正常, 檢查合格后方可使用。2. 2. 2 入井材料的質(zhì)量控制配液用水檢測(數(shù)量、外觀、機械雜質(zhì)、pH 值 , 要求配液用水達到注入水標準。配液前對入井添加劑材料的品名、數(shù)量、包裝、生產(chǎn)批次進行檢查, 要求現(xiàn)場添加劑材料必須與室內(nèi)抽樣試驗的添加劑材料相吻合。對支撐劑同樣要進行

12、抽檢和產(chǎn)品取樣保存, 現(xiàn)場核對材料包裝信息與實驗室檢測批號一致等。2. 2. 3 現(xiàn)場執(zhí)行狀況,50天 然 氣 工 業(yè) 2011年4月壓裂液混合期間的質(zhì)量檢測測試; 配液期間專業(yè)人員對配液過程進行全程監(jiān)控, 嚴格控制配液程序的規(guī)范化; 施工期間, 嚴格控制不同液體之間的有序切換。2. 3 現(xiàn)場作業(yè)2010年7 9月, 在Wx 井標準化的作業(yè)現(xiàn)場, 分別對筇竹寺組、龍馬溪組頁巖氣層成功實施了水力壓裂作業(yè)(圖1 。作業(yè)期間, 供液流暢有序, 多種支撐劑的轉(zhuǎn)換有條不紊, 壓裂車長時間泵注依然保持平穩(wěn), 2臺儀表車監(jiān)控與采集正常, 整個作業(yè)流程嚴格按照設(shè)計運行, 現(xiàn)場試驗取得了圓滿成功。圖3 龍馬溪組

13、頁巖氣層水力壓裂施工曲線圖3 認識與建議1 四川盆地頁巖氣藏壓裂施工的成功, 標志著采用大型水力壓裂作業(yè)技術(shù)對頁巖氣藏實施增產(chǎn)改造是可行的。通過對Wx 井2次作業(yè)的先導性試驗, 積累了寶貴的經(jīng)驗, 包括施工組織、地面配套、質(zhì)量控制等, 初步形成了頁巖氣藏大型水力壓裂作業(yè)的配套技術(shù),圖1 現(xiàn)場作業(yè)全景照片為下一步頁巖氣藏的水力壓裂作業(yè)打下了堅實的基礎(chǔ)。2 Wx 井頁巖氣藏水力壓裂先導性試驗只是一個開始, 還需要對大型水力壓裂整體配套技術(shù)進行優(yōu)化、完善, 在未來的作業(yè)中針對大型水力壓裂作業(yè)的環(huán)保問題也要引起重視。另外, 頁巖氣藏的壓裂機理、效果預(yù)測、壓裂模擬、支撐劑優(yōu)化鋪置等研究國內(nèi)還處于初級階段

14、, 還需要更加深入地開展研究工作。參 考 文 獻1張金川, 薛會, 張德明, 等. 頁巖氣及其成藏機理J. 現(xiàn)代地質(zhì), 2003, 17(4 :466.2劉洪林, 王莉, 王紅巖, 等. 中國頁巖氣勘探開發(fā)適用技術(shù)探討J. 油氣井測試, 2009, 18(4 :68 71.3張金川, 金之鈞, 袁明生. 頁巖氣成藏機理和分布J.天然氣工業(yè), 2004, 24(7 :15 18.4陳尚斌, 朱炎銘, 王紅巖, 等. 中國頁巖氣研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢J. 石油學報, 2010, 31(4 :689 694.5李其榮, 杜本強, 隆輝, 等. 蜀南地區(qū)天然氣地質(zhì)特征及勘探方向J. 天然氣工業(yè), 2009

15、, 29(10 :21 23.6JIN L , VEL T RI D, KR AU SE D, et al. L arg e scale hydraulicfractur ing in a fr ontier ar ea in ChinaC paper 77680 M S presented at the SPE A nnual T echnical Co nfer ence and Ex hibitio n, 29September 2O ctober 2002, San Antonio , T ex as, U SA. N ew Y or k:SPE, 2002.2011 02 12 編輯

16、 韓曉渝2. 3. 1 筇竹寺組頁巖氣層壓裂施工曲線如圖2所示。注入地層總液量1800. 51m , 支撐劑16. 7m (26. 55t 。其中100目石英砂3. 4m 3(5. 38t , 4070目陶粒13. 3m 3(21. 17t 。泵注壓力63. 564. 4M Pa, 施工排量6. 4m 3/min, 最高砂濃度58kg/m , 平均砂濃度35kg /m (段塞式加砂模式 。3333圖2 筇竹寺組頁巖氣層水力壓裂施工曲線圖2. 3. 2 龍馬溪組頁巖層壓裂施工曲線如圖3所示。施工泵注壓力36. 140MPa, 施工排量10. 110. 2m /min, 平均砂濃度115kg /m

17、 3。注入地層總液量2036m 3, 支撐劑163. 4t 。3126 Na tura l Gas I ndustry , V ol. 31, Issue 4, 2011Key words:Sichuan Basin, south, shale g as, seismic ex plorat ion, t echnique, pro gr ess, seismic data pro cessing and interpretat ion DOI:10. 3787/j. issn. 1000 0976. 2011. 04. 009Li Zhirong , pro fessor , bor n i

18、n 1965, has long been eng aged in research o f geo physical explo ration and comprehensiv e manag ement. Add:N o. 1, Sec. 1, H uang yang Street, H uang yang T ow n, Cheng du, Sichuan 610213, P. R. China Tel:+86 28 85762286 E mail:L izhir_sccnpc. com. cnLogging evaluation of shale gas reservoirs in t

19、he southern Sichuan Basin Qi Bao quan 1, 2, Yang Xiaobing 1, Zhang Shudong 1, 2, Cao Zhen 1(1. L ogging Comp any , Chuanqing Dr illing Engineer ing Co. , L td. , CN PC, Chongqing 400021, China; 2. Southw est Petr oleum Univ er sity , Chengd u, Sichuan 610500, ChinaNATUR. GAS IND. VOLUME 31, ISSUE 4,

20、 pp. 44 47, 4/25/2011. (ISSN 1000 0976; In ChineseAbstract:L og inter pr etatio n of shale gas reserv oir s is still at the initial stag e in China. Shale g as reservo ir s have different log ging re sponse character istics compared wit h conv entio nal g as r eser vo irs. T herefor e, the influence

21、s of o ver lapping baseline selectio n and li tho log ical var iatio n should be taken into account w hen shale g as reservo ir s ar e identified by use o f the logR cr oss plo t (por osity and resistiv ity log s. It is crit ical to recog nize different g eo lo gical features, evaluate t he v alidit

22、y of fr act ur es, and analy ze the in situ st ress by use of the Fo rmation M icro Imager (F M I. L og inter pr etatio n patter ns fo r shale gas reservo ir s are established by the ac co rding ly selected r ational log ging items based on pr eliminary pro cessing o f some petro physical par ameter

23、s of the shale gas reserv oir s in the W x w ell. T hey are o f gr eat significance to log interpretation and evaluation of shale g as reservo irs in the future. Key words:shale g as, r eser vo ir, fracture, par ameter, log inter pr etation, Sichuan Basin, south DOI:10. 3787/j. issn. 1000 0976. 2011

24、. 04. 010Qi Baoquan , senior eng ineer, bo rn in 1966, is mainly eng ag ed in log int erpretation and manag ement. Add:Dashiba, Jiangbei Dist rict, Cho ng qing 400021, P. R. China Tel:+86 23 67352039 E mail:qbq66163. co mA pilot test of large scale hydraulic fracturing in shale gas reservoir of the

25、southern Sichuan Basin Ye Deng sheng , Yin Congbin, Jiang H ai, Fang Zeben, Li Jianzhong(Dow nhole Ser vices Comp any , Chuanqing Drilling E ngineering Co. , L td. , CN PC, Chengd u, S ichuan 610051, ChinaNATUR. GAS IND. VOLUME 31, ISSUE 4, pp. 48 50, 4/25/2011. (ISSN 1000 0976; In ChineseAbstract:N

26、 at ur al gas resources ar e fo und abundant in the Palaeo zo ic shales o f the so ut her n Sichuan Basin. Ho wever , due t o t heir ex t remely lo w permeability , cost effect ive commer cial pro duction of shale g as r eser vo irs there w ill be achieved usually by hydraulic fracturing st imulatio

27、 n. T herefo re, thr ough a case st udy o f the first shale g as w ell in this blo ck, a deep inv est igat ion w as made into the character istics o f the r eser vo irs and t he technical difficulties in the st imulatio n of shale g as r eser voirs in the Silurian Lo ng max i and Cambr ian Qiongzhusi fo rmations fr om the aspects of the o pt imizatio n of techno log y, equipment coo rdinat ion, feed flow com plement, high/low pressur e joint, and qua lit y