探討頁(yè)巖氣水平井壓裂技術(shù)

王兵 張浩

摘要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，世界各國(guó)對(duì)能源的需求量也急劇攀升。目前我國(guó)現(xiàn)有優(yōu)質(zhì)天然氣產(chǎn)能嚴(yán)重不足，常規(guī)性油氣資源已經(jīng)不能滿足人們的日常需求，非常規(guī)性油氣資源逐步進(jìn)入科研人員視野。我國(guó)擁有者較為豐富的頁(yè)巖油氣資源，但是目前的開(kāi)發(fā)效果并不是特別好，其主要原因是因?yàn)轫?yè)巖氣藏有著低孔隙度、特低滲透率和高應(yīng)力的儲(chǔ)層特性，射孔后產(chǎn)能極低，直井大規(guī)模壓裂改造后初期有產(chǎn)能，但試采階段產(chǎn)量遞減快，無(wú)法實(shí)現(xiàn)烴類氣體經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)。

關(guān)鍵詞：頁(yè)巖氣;水平井;壓裂;產(chǎn)量

一、頁(yè)巖氣水平井壓裂技術(shù)思路、難點(diǎn)及對(duì)策

技術(shù)思路：通過(guò)對(duì)頁(yè)巖氣藏水平井進(jìn)行多段式壓裂改造，通過(guò)改造進(jìn)一步增大儲(chǔ)層與水平井井筒的接觸面積，從而進(jìn)一步提高頁(yè)巖氣藏的儲(chǔ)層動(dòng)用程度，并且儲(chǔ)層不易被污染，最終進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效。

技術(shù)難點(diǎn)：頁(yè)巖氣藏的壓裂施工號(hào)稱千方砂萬(wàn)方液，進(jìn)行頁(yè)巖氣藏壓裂施工對(duì)供液、供砂要求較高，目前很多時(shí)候不能提供有效的配套保障。另外深井、大型壓裂施工對(duì)壓裂設(shè)備、壓裂工具、管線的耐壓和磨蝕性能要求高，安全施工控制技術(shù)難度大。最后我們發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖氣藏儲(chǔ)層敏感性比較強(qiáng)無(wú)法最大程度保障儲(chǔ)層不受到傷害，且頁(yè)巖氣藏的孔隙度和滲透率很低，壓裂改造相對(duì)難度較大。

技術(shù)對(duì)策：結(jié)合以上提到的技術(shù)難點(diǎn)我們發(fā)現(xiàn)，在頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中采用水平井分段壓裂工藝技術(shù)進(jìn)行多段壓裂能夠有效的增加儲(chǔ)層平面的接觸面積，從而增大氣井產(chǎn)能。另外采用體積壓裂進(jìn)一步能夠保證施工效果。應(yīng)用連續(xù)供砂供液系統(tǒng)能夠去報(bào)大型壓裂連續(xù)施工，從而確保施工質(zhì)量。利用地面控制和檢測(cè)手段，保障大型壓裂安全施工;應(yīng)用低傷害丙烯酰胺共聚物壓裂液體系，降低稠化劑濃度，降低儲(chǔ)層傷害。[1]

二、頁(yè)巖氣增產(chǎn)機(jī)理研究

2.1頁(yè)巖氣增產(chǎn)模式研究

頁(yè)巖氣主要以基質(zhì)吸附氣和裂縫、孔隙中的游離氣存在，頁(yè)巖氣產(chǎn)量高低與巖石內(nèi)部微裂縫發(fā)育程度有關(guān)，裂縫既是儲(chǔ)集空間，也是滲流通道，是頁(yè)巖氣從基質(zhì)孔隙流入井底的必要途徑，頁(yè)巖氣可采儲(chǔ)量最終是取決于儲(chǔ)層內(nèi)裂縫產(chǎn)狀、密度、組合特征和張開(kāi)程度。[2]

從壓裂角度來(lái)看頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)，我們發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層物質(zhì)基礎(chǔ)、有機(jī)地化指標(biāo)、物性參數(shù)、應(yīng)力狀態(tài)、壓裂液和壓裂工藝等都直接決定頁(yè)巖是否具有可壓性及是否具有形成網(wǎng)縫的條件，這些因素直接影響壓裂效果。結(jié)合以上分析我們知道對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層進(jìn)行改造的真正目的是在地層中形成網(wǎng)絡(luò)裂縫從而進(jìn)一步增大氣藏改造體積。

2.2網(wǎng)絡(luò)裂縫形成機(jī)制

（1）網(wǎng)絡(luò)裂縫形成機(jī)制

我們把能夠產(chǎn)生復(fù)雜裂縫的壓裂技術(shù)稱為網(wǎng)絡(luò)壓裂。其中網(wǎng)絡(luò)裂縫主要有以下幾種，分別為壓裂裂縫、天然裂縫、次生誘導(dǎo)縫、頁(yè)理縫和層理縫。結(jié)合應(yīng)力條件下裂縫充填、走向、分布等多種因素進(jìn)一步?jīng)Q定天然裂縫及次生誘導(dǎo)裂縫的開(kāi)啟與延伸，從而創(chuàng)造更好的流動(dòng)空間，形成搞導(dǎo)流能力的流通通道。這些裂縫才能在真正意義上稱作為網(wǎng)絡(luò)裂縫。

（2）天然裂縫張開(kāi)應(yīng)力

對(duì)于天然裂縫發(fā)育儲(chǔ)層，縫網(wǎng)壓裂的重點(diǎn)在于先形成具有一定縫長(zhǎng)的主裂縫，而后采取一些手段提升縫內(nèi)凈壓力，使得天然裂縫或儲(chǔ)層弱面張開(kāi)，改變壓裂液的流動(dòng)方向而繼續(xù)延伸，進(jìn)而達(dá)到實(shí)現(xiàn)縫網(wǎng)的目的。[2]

（3）誘導(dǎo)應(yīng)力與裂縫轉(zhuǎn)向

誘導(dǎo)進(jìn)一步形成分支縫主要是針對(duì)那些天然裂縫不發(fā)育的儲(chǔ)層，又或者是水力延伸裂縫與天然裂縫之間不相交的。為了進(jìn)一步確保裂縫開(kāi)度，我們一般通過(guò)人為提高裂縫內(nèi)凈壓力在單一裂縫脆弱面上產(chǎn)生誘導(dǎo)應(yīng)力以改變最大與最小主應(yīng)力的分布，誘導(dǎo)原始主裂縫發(fā)生轉(zhuǎn)向，減小高角度天然裂縫發(fā)育地層主裂縫與天然裂縫的夾角實(shí)現(xiàn)張開(kāi)天然裂縫的目的。

三、水平井分段壓裂優(yōu)化

（1）人工裂縫方位確定

由于頁(yè)巖氣水平井軸向裂縫有效泄流面積相對(duì)橫向裂縫來(lái)說(shuō)小很多，一般水平井壓裂希望產(chǎn)生橫向裂縫，即裂縫網(wǎng)絡(luò)的主裂縫。同時(shí)由于頁(yè)巖地層節(jié)理、裂縫發(fā)育、或者有礦物填充的弱膠結(jié)面，壓裂改造過(guò)程中能產(chǎn)生大量的剪切微裂縫。頁(yè)巖氣壓裂改造希望這些微裂縫能與主裂縫垂直，即形成裂縫網(wǎng)絡(luò)的二級(jí)裂縫。人工裂縫方位可以通過(guò)井壁崩落分析、鉆井誘導(dǎo)縫分析、偶極橫波測(cè)井確定。[3]

（2）水平井射孔參數(shù)優(yōu)化

簇射孔方式是指在每一級(jí)壓裂井段中多點(diǎn)射孔，該射孔方式主要應(yīng)用于頁(yè)巖氣水平井壓裂改造施工中采用簇射孔能夠在簇射孔處形成主縫，從而進(jìn)一步避免形成多個(gè)主縫，當(dāng)擁有多個(gè)主縫，但每個(gè)都不夠長(zhǎng)的話，將無(wú)法溝通遠(yuǎn)井的天然裂縫，因此我們盡量控制射孔簇之間的距離，基本保持在20m左右，這樣能夠進(jìn)一步保障主縫的誘導(dǎo)應(yīng)力場(chǎng)相互疊加和干擾，從而誘發(fā)遠(yuǎn)井主裂縫間的溝通，從而真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)井的網(wǎng)絡(luò)裂縫效果。

（3）水平井裂縫間距優(yōu)化

頁(yè)巖氣水平井分段壓裂過(guò)程中，通過(guò)減小裂裂縫間距可以使得井筒周圍儲(chǔ)層壓力下降速度加快，有利于氣體的解吸附，提高開(kāi)采速度。水平井分段壓裂中，由于壓裂裂縫改變了周圍應(yīng)力場(chǎng)的大小和方向，為了產(chǎn)生垂直于水平井筒的橫向裂縫同時(shí)形成有效的裂縫網(wǎng)絡(luò)，每級(jí)壓裂點(diǎn)之間的間距要合理，間距的優(yōu)化要通過(guò)裂縫周圍應(yīng)力狀態(tài)來(lái)分析。[3]

（4）水平井裂縫長(zhǎng)度優(yōu)化

裂縫的長(zhǎng)度在一定程度上會(huì)影響氣井產(chǎn)能，裂縫如果越長(zhǎng)那么對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量也就越高，但是隨著裂縫的增長(zhǎng)，氣井增產(chǎn)幅度也會(huì)逐步變小，且投資成本相對(duì)較高，施工難度也逐步增大。因此裂縫長(zhǎng)度存在一個(gè)最佳值，結(jié)合最佳值、巖石力學(xué)狀況、施工難度等進(jìn)一步優(yōu)化水平井裂縫，確保產(chǎn)量最優(yōu)。

總結(jié)

通過(guò)對(duì)頁(yè)巖氣水平井壓裂技術(shù)難點(diǎn)、解決措施的簡(jiǎn)要分析，進(jìn)一步對(duì)頁(yè)巖氣藏增產(chǎn)機(jī)理探討，主要從增產(chǎn)模式，網(wǎng)絡(luò)裂縫形成機(jī)制等方面進(jìn)行闡述。最后對(duì)人工裂縫方位確定、水平井射孔參數(shù)優(yōu)化、水平井裂縫間距優(yōu)化、水平井裂縫長(zhǎng)度優(yōu)化，從而確保頁(yè)巖氣藏順利開(kāi)發(fā)改造。

參考文獻(xiàn)

[1]馬超群，黃磊，范虎，曾俊峰，侯明明.頁(yè)巖氣壓裂技術(shù)及其效果評(píng)價(jià)[J].吐哈油氣田，2011，03：243-246.

[2]李勇明，彭瑀，王中澤.頁(yè)巖氣壓裂增產(chǎn)機(jī)理與施工技術(shù)分析[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.

[3]王海濤等.頁(yè)巖氣儲(chǔ)層壓裂網(wǎng)絡(luò)裂縫形成機(jī)制探討[會(huì)議論文]中國(guó)油氣論壇2011-非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)專題研討會(huì)，2011年