涪陵頁巖氣體積壓裂改造理念及關(guān)鍵技術(shù)(共8頁)

1、涪陵頁巖(y yn)氣體積(tj)壓裂改造(gizo)理念及關(guān)鍵技術(shù)鄒龍慶 張劍 李彥超（川慶鉆探井下作業(yè)公司）摘 要 涪陵頁巖儲(chǔ)層為龍馬溪組海相頁巖，以灰黑色粉砂質(zhì)頁巖及灰黑色碳質(zhì)頁巖為主，優(yōu)質(zhì)頁巖厚度為38m44m，儲(chǔ)層具有有機(jī)質(zhì)類型好、豐度高、礦物脆性指數(shù)高、可壓性強(qiáng)、裂縫層理發(fā)育、含氣性高等特點(diǎn)。本文系統(tǒng)總結(jié)了涪陵頁巖氣體積壓裂改造理念及關(guān)鍵特色技術(shù)，即以綜合地質(zhì)評(píng)價(jià)為改造基礎(chǔ)，以大型體積壓裂為儲(chǔ)層改造理念，以水平井及多級(jí)壓裂為技術(shù)保障，獲取最大的儲(chǔ)層改造體積，實(shí)現(xiàn)頁巖氣的高效開發(fā)。涪陵頁巖氣體積改造理念及關(guān)鍵技術(shù)為前期27口井的高效開發(fā)提供了技術(shù)保障，為未來中國海相頁巖氣高效開發(fā)積累

2、了經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞 頁巖氣 涪陵 體積改造 水平井 分段壓裂 前言四川盆地是我國頁巖氣最富集有利區(qū)，主要勘探區(qū)域?yàn)橥h(yuǎn)、長寧、富順-永川、昭通、涪陵地區(qū)，層系為志留系龍馬溪組、寒武系筇竹寺組，其中，涪陵區(qū)塊位于川東高陡褶皺帶萬縣復(fù)向斜的南揚(yáng)起端包鸞一焦石壩背斜帶焦石壩構(gòu)造高部位，川東南涪陵地區(qū)評(píng)價(jià)下志留統(tǒng)龍馬溪組。借鑒北美海相頁巖氣體積壓裂改造經(jīng)驗(yàn)，通過對(duì)涪陵區(qū)塊頁巖儲(chǔ)層巖心資料、測井?dāng)?shù)據(jù)、巖石力學(xué)參數(shù)等資料綜合分析，建立頁巖儲(chǔ)層綜合可壓指數(shù)預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層改造評(píng)價(jià)；借助頁巖儲(chǔ)層大型體積壓裂改造理念，應(yīng)用水平井及分段壓裂技術(shù)，進(jìn)行涪陵地區(qū)頁巖氣開發(fā)1-4。截至2014年5月17日，在涪陵頁巖氣田

3、280平方公里一期產(chǎn)建區(qū)，已開鉆頁巖氣井82口，完鉆47口，投產(chǎn)27口，平均單井日產(chǎn)氣量在11萬方以上，涪陵頁巖氣體積改造理念及關(guān)鍵技術(shù)為前期27口投產(chǎn)井的高效開發(fā)提供了技術(shù)保障。1. 儲(chǔ)層地質(zhì)(dzh)特征1.1氣藏基本特征涪陵頁巖(y yn)氣區(qū)塊主要目的(md)層位為龍馬溪組地層，埋藏深度為24003500m，優(yōu)質(zhì)頁巖厚度為38m42m，巖性為灰黑色粉砂質(zhì)頁巖及灰黑色碳質(zhì)頁巖，天然裂縫及層理發(fā)育。頁巖儲(chǔ)層孔隙度4.3%6.2%，滲透率0.02mD0.04mD。巖心分析顯示：該區(qū)塊在龍馬溪組底部和五峰組含氣性良好，有機(jī)質(zhì)類型為型，有機(jī)碳含量大于3%，熱成熟度大于3%，屬于過成熟儲(chǔ)層，地層壓

4、力系數(shù)1.35。1.2脆性礦物特征頁巖脆性礦物含量越高，頁巖脆性越好，可壓性越好。通過涪陵地區(qū)龍馬溪組下部-五峰組地層主要含氣頁巖段87個(gè)樣品的巖石組分分析表明：粘土礦物平均含量40.89%，長英質(zhì)平均含量46.62%，碳酸鹽巖平均含量9.91%，其它2.58%。且該區(qū)塊脆性礦物含量56%83%，其中，水平段的泥頁巖富含有機(jī)質(zhì)、脆性礦物含量較高，石英含量最大達(dá)到70.6%，平均44.42%，脆性礦物含量高，有利于形成復(fù)雜改造裂縫網(wǎng)絡(luò)。1.3粘土礦物特征五峰組-龍馬溪組下部取心井段全巖分析表明，粘土礦物含量從上至下具有粘土礦物減少特點(diǎn)，取心段上部泥頁巖段粘土礦物含量最高則達(dá)到62.8%，平均達(dá)4

5、6.73%；取心段下部水平井段穿行富有機(jī)質(zhì)泥頁巖段粘土礦物含量最大為49.1%，平均為34.63%。粘土礦物以伊利石和伊蒙混層為主，次為綠泥石，不含蒙脫石。粘土礦物含量從上至下具有伊蒙混層含量增高、伊利石減少特點(diǎn)，其中下部水平井段穿行目的層2377.5-2415m(38m)井段伊利石含量低，伊蒙混層含量高，相對(duì)百分含量伊利石平均為31.36%，伊蒙混層平均63.55%，綠泥石平均4.79%。1.4巖石(ynsh)力學(xué)(l xu)及地應(yīng)力特征(tzhng)18組巖石力學(xué)參數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，涪陵區(qū)塊優(yōu)質(zhì)頁巖楊氏模量為1.83.7104MPa，泊松比0.110.26，巖石脆性指數(shù)60%，脆性高，有利于

6、壓裂改造過程中形成復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)；根據(jù)該區(qū)塊地應(yīng)力測定結(jié)果，水平地應(yīng)力差異系數(shù)為0.340.106，局部應(yīng)力差異系數(shù)大，整體差異系數(shù)小，表明儲(chǔ)層會(huì)在局部形成雙翼裂縫，整體改造仍以網(wǎng)絡(luò)裂縫為主。1.5裂縫發(fā)育特征涪陵頁巖氣井成像測井表明（圖1）：五峰組-龍馬溪組頁巖段水平層理發(fā)育，常見頁巖微層理面、層間縫發(fā)育。水平層理縫、紋理縫為頁巖氣提供了良好的儲(chǔ)集空間，同時(shí)也為壓后形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)裂縫、增大有效改造體積創(chuàng)造了條件。天然裂縫和層理越發(fā)育，頁巖氣儲(chǔ)層可壓性越好，并能為壓裂液高排量、快速注入提供條件，有利于形成水平張開縫和垂向剪切縫。圖1 焦頁1井成像測井圖1.6可壓性綜合評(píng)價(jià)綜合考慮熱成熟度、含氣性

7、、石英含量、黏土含量、巖石脆性、水平應(yīng)力差異系數(shù)、天然裂縫發(fā)育情況、地層壓力系數(shù)等8個(gè)參數(shù)影響，采用層次分析法得到頁巖氣藏的可壓性指數(shù)為0.72，而北美Barnett和Haynesville區(qū)塊的可壓性指數(shù)分別為0.89和0.651。由此可見，涪陵區(qū)塊頁巖儲(chǔ)層綜合可壓性較好，為該區(qū)塊頁巖氣開發(fā)提供了良好的儲(chǔ)量基礎(chǔ)和改造保障。2. 儲(chǔ)層改造(gizo)理念2.1設(shè)計(jì)(shj)總體思路（1）局部(jb)水平應(yīng)力差異系數(shù)大，但脆性較好，主要以復(fù)雜裂縫形成為主；儲(chǔ)層層理發(fā)育，縱向延伸難度大，增加排量，提高凈壓力，使縫高在儲(chǔ)層中延伸，打開頁理層理，增大裂縫的復(fù)雜程度。（2）裂縫布局采用雙“W”型非均勻布

8、縫模式，在同等規(guī)模下，有利于壓裂改造接觸更大范圍的地層。（3）采用組合加砂、混合壓裂模式，提高裂縫導(dǎo)流能力和連通性，增加有效改造體積。2.2分段優(yōu)化設(shè)計(jì)通過增加水平段分段段數(shù)、射孔簇?cái)?shù)、裂縫長度，提高導(dǎo)流能力。在保持較高凈壓力的條件下，通過計(jì)算得出天然裂縫臨界開啟壓力為16.18MPa，對(duì)應(yīng)該縫內(nèi)凈壓力，裂縫間距為20m時(shí)，誘導(dǎo)應(yīng)力可以達(dá)到天然裂縫開啟壓力5。圖2 誘導(dǎo)應(yīng)力與裂縫距離關(guān)系曲線2.3壓裂規(guī)模通過對(duì)涪陵區(qū)塊已施工井進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可得出該區(qū)塊壓裂施工參數(shù)和壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果（表1）。按照雙“W”型施工規(guī)模布局，即水平段跟端、指端及中間的施工規(guī)模適當(dāng)放大。相對(duì)于均勻施工規(guī)模，“W”型施工規(guī)

9、模布局可以有效降低縫間流動(dòng)干擾，同時(shí)增大井筒兩端泄流面積，節(jié)約施工規(guī)模，提高單位施工液量的產(chǎn)氣量。圖3 “W”型裂縫(li fng)布局圖表1 涪陵頁巖(y yn)區(qū)塊壓裂施工(sh gng)參數(shù)及優(yōu)化結(jié)果參數(shù)數(shù)值平均段數(shù)21 單段平均液量/ m312001600單段平均支撐劑量/ t6580施工壓力/ MPa4582施工排量/ (m3 min-1)12.114.3單段平均砂比，%14.0 支撐半長/ m220280裂縫波及半長/ m3103802.4射孔參數(shù)優(yōu)化涪陵區(qū)塊水平段采用分簇式均勻射孔，避開高密度位置、接箍位置，優(yōu)選甜點(diǎn)位置射孔。平均每段射孔23簇，每簇射16孔，每簇長1.01.5m

10、，孔密16孔/m，相位角60度，簇間距20m。根據(jù)該區(qū)塊石力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和測井解釋結(jié)果，最大最小主應(yīng)力差為16.11MPa。較大的水平主應(yīng)力差值意味著裂縫轉(zhuǎn)向相對(duì)困難，可能造成近井扭曲摩阻較大，從而加重地面泵壓負(fù)擔(dān)。在分簇射孔中，孔數(shù)不宜過多（可能造成水馬力分散）。單孔進(jìn)液量以0.20.25m3/min為基準(zhǔn)選擇孔數(shù)，增大單孔水馬力；結(jié)合前期100目粉陶段塞打磨，盡可能降低孔眼摩阻與近井扭曲摩阻。圖4 三簇射孔(sh kn)中不同孔數(shù)的單孔進(jìn)液量2.5壓裂液體系(tx)借鑒北美頁巖氣儲(chǔ)層選擇(xunz)壓裂液經(jīng)驗(yàn)，涪陵區(qū)塊壓頁巖氣改造選用JC-J10減阻水+ SRLG-2膠液體系作為壓裂液。JC

11、-J10減阻水體系主體配方（減阻劑為固體粉末，其他為液體），根據(jù)儲(chǔ)層礦物組成不同，具體層位的壓裂液配方為：（1）五峰組：0.1%減阻劑 JC-J10+0.4%防膨劑JC-FC03+0.1%增效劑JC-Z01+0.02%消泡劑；（2）龍馬溪組：0.1%減阻劑JC-J10+0.3%防膨劑JC-FC03+0.1%增效劑JC-Z01+0.02%消泡劑，膠液體系主體配方：0.3%低分子稠化劑SRFR-CH3+0.3%流變助劑SRLB-2+0.15%復(fù)合增效劑SRSR-3+0.05%粘度調(diào)節(jié)劑 SRVC-2+0.02%消泡劑，膠液粘度總體為3035mPa.s，保持性能穩(wěn)定。該區(qū)塊多口井穿越凝灰?guī)r段，在壓裂

12、施工中反應(yīng)為壓力高，加砂困難。因此，在該類層段增大防膨劑的用量。2.6支撐劑支撐劑用于支撐張開的裂縫，以便在停泵和壓裂液濾失后，形成一條通往井筒的導(dǎo)流通道。通過小型測試壓裂可知，該區(qū)塊井底閉合壓力為52MPa，綜合考慮其支撐劑的性能、導(dǎo)流能力、懸浮能力、成本等因素，選用的不同支撐劑組合（見表3），前期選用100目粉陶，起到降濾打磨的作用，降低砂堵風(fēng)險(xiǎn)；中期選用40/70目樹脂覆膜砂，降低加砂風(fēng)險(xiǎn)，支撐裂縫網(wǎng)絡(luò)；后期采用30/50目樹脂覆膜砂，提高近井區(qū)域裂縫導(dǎo)流能力。表3 涪陵焦頁區(qū)塊支撐劑名稱及性能參數(shù)支撐劑名稱粒徑（目）體積密度（g/cm3)粉陶1001.78樹脂覆膜砂40/701.6樹脂

13、覆膜砂30/501.63. 壓裂效果(xiogu)排液測試(csh)顯示，涪陵區(qū)塊壓裂液返排率平均(pngjn)為34%，油壓17.3725.64MPa，套壓6.0027.48MPa，單井平均日產(chǎn)氣10.65104m3。截至2014年6月11日，涪陵區(qū)塊日產(chǎn)量為276.84104 m3/d（26口生產(chǎn)井），從圖5可以看出，涪陵區(qū)塊單井之間產(chǎn)量差異較大，即使相同的平臺(tái)鄰井間差別也較大，說明頁巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，即使相同的儲(chǔ)層改造規(guī)模和改造工藝，產(chǎn)量差異也較大。因此，在開展近井儲(chǔ)層綜合可壓性評(píng)價(jià)的同時(shí)，下一步仍然需要進(jìn)行三維儲(chǔ)層綜合可壓性評(píng)價(jià)，以便實(shí)現(xiàn)涪陵區(qū)塊頁巖氣高效開發(fā)。圖5 涪陵區(qū)塊部分井生產(chǎn)

14、動(dòng)態(tài)產(chǎn)量4. 結(jié)論與建議1. 涪陵區(qū)塊海相頁巖有著良好的地質(zhì)儲(chǔ)藏條件、適中的埋深、良好的脆性指數(shù)、發(fā)育的裂縫與層理是該區(qū)塊體積壓裂改造，取得高效開發(fā)的物質(zhì)基礎(chǔ)。2. 以綜合地質(zhì)評(píng)價(jià)為改造基礎(chǔ)，以大型體積壓裂為儲(chǔ)層改造理念，以水平井及多級(jí)壓裂為技術(shù)保障，獲取最大的儲(chǔ)層改造體積，實(shí)現(xiàn)頁巖氣的高效開發(fā)。涪陵頁巖氣體積壓裂改造理念及關(guān)鍵特色技術(shù)，對(duì)未來海相頁巖高效開發(fā)具有較強(qiáng)的參考價(jià)值。3. 可壓性綜合評(píng)價(jià)、“W”型施工規(guī)模布局、段間距優(yōu)化方法及組合加砂模式等特色理論方法已經(jīng)取得良好的應(yīng)用效果，為海相頁巖高效開發(fā)提供理論及技術(shù)支撐，下一步需要開展儲(chǔ)層三維可壓性綜合評(píng)價(jià)，以提高有效儲(chǔ)層改造，實(shí)現(xiàn)頁巖氣高效開發(fā)。參考文獻(xiàn)1 周德華(d hu)，焦方正(fngzhng)，賈長貴，等. JY1HF頁巖(y yn)氣水平井大型分段壓裂技術(shù)J.石油鉆探技術(shù)，2014，42（1）：76-782 薛承瑾. 頁巖氣壓裂技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展建議J.石油鉆探技術(shù)，2011，（3）：25-263 唐穎,張金川,張琴.頁巖氣井水力壓裂技術(shù)及其應(yīng)用析J.開發(fā)工程，2010，(10):33-384 張利萍，潘仁芳，等.頁巖氣的主要成