長寧地區龍馬溪組頁巖氣工廠化壓裂實踐與認識

任　勇　錢　斌　張　劍　卓智川　喬　琳（.川慶鉆探工程公司井下作業公司，四川成都　60000；.西南油氣田分公司勘探事業部， 四川成都　60000）

長寧地區龍馬溪組頁巖氣工廠化壓裂實踐與認識

任勇1錢斌1張劍1卓智川1喬琳2
（1.川慶鉆探工程公司井下作業公司，四川成都610000；2.西南油氣田分公司勘探事業部， 四川成都610000）

四川盆地長寧地區龍馬溪組頁巖氣具有厚度大、有機質含量高、區域構造斷裂系統局部發育、工區山地地貌復雜、地表水源分布不均等特點，為進一步提高該地區頁巖氣開發效率，降低開發成本，開展了工廠化壓裂先導性試驗，通過該地區前期改造，初步探索形成了集設計、工具、液體、分簇射孔、鉆磨“一體化”的頁巖氣工廠化壓裂改造技術。目前完成2個頁巖氣井組7口井的壓裂實踐，均獲較好測試產量。實踐表明，采用水平井叢式井組、工廠化壓裂改造可有效地提高頁巖氣單井產量和開發效率，可為今后山地地區頁巖氣藏高效、規模開發提供參考。

長寧地區；頁巖氣；叢式井組；工廠化壓裂；體積壓裂

四川盆地長寧地區下志留統龍馬溪組頁巖分布廣泛，厚度大，有機碳含量高，為1.64%～3.79%，熱演化程度較高（R0＞1.5%），孔隙和裂縫發育［1］。工區屬山地地貌，海拔一般在400～1 300 m，地表水源分布不均，部分井區降雨量充足，但是部分山區水資源情況較差，區域構造相對平緩，斷裂系統局部發育。根據該地區頁巖氣藏主要地質和地理特征，經過不斷探索與發展，逐步形成了集復合橋塞分段及多簇射孔工藝、大規模滑溜水體積壓裂技術、低摩阻滑溜水壓裂液體系、大型壓裂施工配套技術、連續油管鉆磨橋塞技術為一體的頁巖氣水平井分段壓裂技術［2］。布井模式經歷了單井-水平井-水平井組的發展歷程，而近年水平井組的部署為實施工廠化壓裂創造了條件，有利于地區頁巖氣規模化開發。

1　工廠化壓裂技術

針對頁巖氣叢式井組，工廠化壓裂模式主要是拉鏈式壓裂（或稱交叉壓裂）、同步壓裂2種（圖1）。其機理是在2口或更多相鄰井之間同時用多套車組進行分段多簇壓裂，或者相鄰井之間進行拉鏈式交替壓裂，讓頁巖地層承受更高的壓力，增強鄰井間的應力干擾，從而產生更復雜的縫網，進而改變近井地帶的應力場［3］。

圖1　不同壓裂模式示意圖

工廠化壓裂的成功實施，需要包括6大關鍵系統的緊密配合：通過連續供水系統把合格的壓裂水送至作業現場；通過連續配液系統即時在線配置入井液體；通過連續供砂系統滿足支撐劑供給；通過連續泵注系統將改造液體和支撐劑泵入頁巖儲層；通過射孔封隔系統實現橋塞分層、射孔；通過后勤保障系統滿足工廠化大型連續壓裂所需的油料、設備維護、人員生活支撐、工業垃圾處置。

2　試驗叢式井組概況

2.1基本情況

井區內目前部署2個井組，2#井組同井場計劃布井7口，第1批4口井完鉆后實施壓裂作業。3#井組同井場計劃布井6口，第1批3口井完鉆后實施壓裂作業（表1）。

表1　2#/3#井組基本情況

井組水平段箱體距優質頁巖底界35 m，伽馬值約160GAPI，黏土含量平均約37.2%；孔隙度0.5%～4%，平均約2%；裂縫不發育；總有機碳含量1%～3%，平均約2%。總含氣量約1.72 m3/t。根據井區實鉆數據分析水平段總體脆性較高，脆性值為56～63，有利于通過體積壓裂形成復雜裂縫網絡。

2.2改造思路

（1）采用大規模滑溜水體積壓裂形成復雜縫網的壓裂理念。實現對天然裂縫、巖石層理的溝通，形成天然裂縫與人工裂縫相互交錯的裂縫網絡，使得裂縫表面與儲層基質的接觸面積最大化［4-5］。

（2）采用復合橋塞+分簇射孔聯作工藝。壓裂結束后可短時間鉆掉所有橋塞，從而減少液體在地層的滯留時間和對地層傷害。

（3）為了試驗不同的工廠化壓裂模式，2#井組1井與2井拉鏈壓裂，3井與4井拉鏈壓裂，采用2套車組同時壓裂采用同步壓裂作業模式（圖2），3#井組中1井與2井采用拉鏈壓裂作業模式，3井單獨壓裂（圖3）。

圖2　2#井組同步壓裂作業模式示意圖

（4）結合區塊前期開發經驗，以及三位地震資料優化分段、射孔、施工規模及參數。3-1井設計改造井段8段，3-2、3-3井均為12段，2#井組2-3、3-4設計改造井段12段，2-2井設計改造15段，2-1井設計改造17段。每段設計規模：1 800 m3滑溜水+100 t支撐劑。

（5）采用井中或地面微地震監測技術實時監測壓裂裂縫走向，動態調整壓裂方案。

（6）采用壓裂、試氣一體化組織管理模式。由井下作業公司總體負責2個頁巖氣井組的壓裂、試氣一體化作業，進一步實現資源集約化和管理項目化。

圖3　3#井組拉鏈式壓裂作業模式示意圖

2.3改造難點

（1）井區龍馬溪組頁巖氣藏最大主應力方向由于受局部地應力影響而變化較大，給井眼軌跡布局和壓裂施工增加了難度。

（2）井區屬低山丘陵地區，井組距取水河高差約85 m。2#井組預計需壓裂用水11.2×104m3，3#井組預計需壓裂用水6.4×104m3，考驗集約化大規模穩定供水能力。

（3）大規模工廠化連續作業極大考驗地面設備配套、現場組織和后勤支撐能力。

（4）國外“工廠化”作業模式在開發頁巖氣資源方面已經取得了巨大經濟效益和社會效益，國內相關工作剛剛起步，配套技術規范、管理制度、計價方法都亟待完善［6］。

3　工廠化壓裂實踐

3.1壓裂準備

（1）供水系統準備：修建儲水池2個（3#井組儲水池為17 000 m3和2#井組儲水池為7 000 m3）向井場供水，從河流修建?273 mm×7.5 km供水管線向儲水池供水。

（2）連續混配系統準備：優化滑溜水添加劑配方，所有添加劑均為液態，噸桶包裝，通過混砂車按比例加入。

（3）連續供砂系統準備：采用30 m3立式砂罐6～10座，井場附近儲備支撐劑，施工間隙連續補充。

（4）連續泵注系統準備：設計研制耐壓103.4 MPa壓裂專用井口，2#井組動用2000型/2500型壓裂車32臺，3#井組動用21臺。

（5）射孔+橋塞封隔系統準備：2個井組第1段均采用連續油管傳輸射孔，2#井組采用測井電纜設備2套，進口橋塞；3#井組采用測井電纜設備1套，自主國產橋塞。

（6）后勤保障系統準備：采取作業人員輪班制，現場儲備易損配件，施工間隙補給油料，現場設置休息區，配備消防車、救護車等措施。

3.2壓裂實施情況

2#井組4口井設計壓裂56段，實際壓裂48段，射孔141簇。作業期間采用地面微地震監測技術實時監控裂縫情況。

3#井組3口井設計壓裂32段，實際壓裂32段，共射孔96簇。其中1井、2井進行24 h拉鏈式壓裂，3井采用單獨壓裂（表2），作業期間采用深井微地震監測技術實時監控裂縫情況。

因疑似套管變形，2#井組2-1井、2-3井，橋塞無法下入，各有4段放棄改造，H2-4井余3只橋塞未鉆；3#井組3-1井、3-2井連續油管鉆磨橋塞作業時遇卡、遇阻，共進行53趟次磨銑套管、打鉛印、文丘里打撈、鉆磨等連續油管作業才完成所有橋塞鉆磨。

表2　2#/3#井組壓裂現場實施情況

3.3壓裂改造分析

（1）井筒完整性。2個井組均在壓裂過程中或鉆磨橋塞過程中出現疑似套管變形情況，變形機理和控制措施還需進一步研究。其中2#井組有3口井出現不同程度疑似套管變形情況，3#井組有2口井出現不同程度疑似套管變形情況，但經過優化鉆磨工藝，完成所有橋塞鉆磨作業。

（2）壓裂效率。2#井組采用2套壓裂機組同步壓裂模式，平均每天壓裂4段；3#井組1井、2井采用1套壓裂機組24 h拉鏈式壓裂模式，平均每天壓裂3.6段；3井采用單獨壓裂模式，平均一天壓裂2段（表3）。工廠化作業效率較單獨壓裂的作業效率提高約1倍，但從機組利用率分析，同步壓裂車組實際利用率較低，配套要求高，四川地區實施難度較大，拉鏈式壓裂模式機組利用率最高，更適合四川山地地區的頁巖氣開發。

（3）壓裂效果分。7口水平井鉆磨完成后放噴測試均獲得了較好的工業氣流，反映出本區龍馬溪組頁巖具有較好的開發潛力（表3）。

表3　2#/3#井組工廠化壓裂效果

（4）微地震監測結果：頁巖氣儲層天然裂縫較發育的地區，將很大程度影響人工裂縫趨勢與形態，在一些地方甚至超過了應力對裂縫延伸的控制作用（圖4）。

圖4　3#井組微地震響應事件示意圖

3.4存在問題

（1）工廠化作業的噪音問題尚待解決。長寧地區人口較為密集，壓裂施工過程中的噪音對周圍居民生活帶來一定影響，經噪聲監測，壓裂期間井場周圍300 m范圍內，噪聲超過國家相關標準。

（2）2個水平井組均在壓裂或橋塞鉆磨過程中出現疑似套管變形情況，變形機理和控制措施還需進一步研究。

4　結論與認識

（1）通過采用一系列自主新型配套技術，順利完成2個水平井組7口井的工廠化壓裂實踐，為該地區頁巖氣規模化開發積累了有益經驗。

（2）工廠化壓裂模式效率較單獨壓裂的作業效率提高約1倍，而拉鏈式壓裂模式機組利用率最高，更適合山地地區的頁巖氣開發。

（3）目前頁巖氣開發相關標準體系尚未建立，開發觀念尚待進一步轉變，應以壓裂改造為中心，逆向進行完井、鉆井設計，以經濟性最佳、實現高產為重點考慮因素。同時明確行業準入門檻和標準，形成有序競爭的頁巖氣發展格局，推進頁巖氣產業快速發展。

［1］蒲泊伶，蔣有錄，王毅，等.四川盆地下志留統龍馬溪組頁巖氣成藏條件及有利地區分析［J］.石油學報，2010，31（2）：227-229.

［2］尹叢彬，葉登勝，段國彬等.四川盆地頁巖氣水平井分段壓裂技術系列國產化研究及應用［J］.天然氣工業，2014，34（4）：67-71.

［3］李勇明，彭瑀，王中澤.頁巖氣壓裂增產機理與施工技術分析［J］.西南石油大學學報：自然科學版，2013，35（2）：90-95.

［4］吳奇，胥云，劉玉章，等. 美國頁巖氣體積改造技術現狀及對我國的啟示［J］.石油鉆采工藝，2011，33（2）：1-6.

［5］葉靜，胡永全.頁巖氣藏水力壓裂技術進展［J］.天然氣勘探與開發，2012，35（4）：64-68.

［6］司光，林好賓，丁丹紅，等.頁巖氣水平井工廠化作業造價確定與控制對策［J］.天然氣工業，2013，33（12）：163-16

［7］石藝. 頁巖氣的發展現狀和未來走向［J］ 石油鉆采工藝，2012，34（4）：70.

（修改稿收到日期2015-07-02）

〔編輯付麗霞〕

Practice and understanding of industrial fracturing for shale gas of Longmaxi Formation in Changning region

REN Yong1, QIAN Bin1, ZHANG Jian1, ZHUO Zhichuan1, QIAO Lin2
（1. Downhole Service Company, Chuanqing Drilling and Exploration Engineering Co. Ltd., Chengdu 610000, China; 2. Exploration Division of Petrochina Southwest Oil and Gas Field Comany, Chengdu 610000, China）

Shale gas of Longmaxi Formation in Changning region of Sichuan Basin is characterized with large thickness, high organic content, local development of fracture system of regional structure, complex mountain landform of construction site, nonuniform distribution of surface water source, etc. Pilot test for industrial fracturing is developed to further improve shale gas exploitation efficiency and lower exploitation cost for this region. Through early transformation for this region, the shale gas industrial fracturing transformation technology is developed, which integrates design, tool, liquid, clustered perforation and drilling upon preliminary exploration. The fracturing practice has been completed for 7 wells of 2 shale gas well groups, with satisfactory testing output. It is shown from practice that clustered horizontal well group and industrial fracturing transformation can effectively improve single-well output and exploitation efficiency of shale gas, and can provide reference for efficient and scale exploitation of mountainous region in the future.

Changning region; shale gas; clustered well group; industrial fracturing; volume fracturing

TE357.1

A

1000 – 7393（ 2015 ） 04 – 0096 – 04

10.13639/j.odpt.2015.04.025

中石油集團公司頁巖氣叢式水平井開發鉆完井技術（編號：2011D-4403）。

任勇，1980年生。2005年畢業于西南石油大學油氣田開發專業，獲得碩士學位，現在川慶井下作業公司從事油氣田增產技術的現場服務和室內研究工作，工程師。電話：028-86019159。E-mail：swpiry@163.com。

引用格式：任勇，錢斌，張劍，等. 長寧地區龍馬溪組頁巖氣工廠化壓裂實踐與認識［J］.石油鉆采工藝，2015，37（4）：96-99.