長寧地區(qū)龍馬溪組頁巖氣工廠化壓裂實(shí)踐與認(rèn)識(shí)

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

長寧地區(qū)龍馬溪組頁巖氣工廠化壓裂實(shí)踐與認(rèn)識(shí)

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(yè)公司，四川成都610000；2.西南油氣田分公司勘探事業(yè)部， 四川成都610000）

四川盆地長寧地區(qū)龍馬溪組頁巖氣具有厚度大、有機(jī)質(zhì)含量高、區(qū)域構(gòu)造斷裂系統(tǒng)局部發(fā)育、工區(qū)山地地貌復(fù)雜、地表水源分布不均等特點(diǎn)，為進(jìn)一步提高該地區(qū)頁巖氣開發(fā)效率，降低開發(fā)成本，開展了工廠化壓裂先導(dǎo)性試驗(yàn)，通過該地區(qū)前期改造，初步探索形成了集設(shè)計(jì)、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(shù)。目前完成2個(gè)頁巖氣井組7口井的壓裂實(shí)踐，均獲較好測(cè)試產(chǎn)量。實(shí)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(chǎn)量和開發(fā)效率，可為今后山地地區(qū)頁巖氣藏高效、規(guī)模開發(fā)提供參考。

長寧地區(qū)；頁巖氣；叢式井組；工廠化壓裂；體積壓裂

四川盆地長寧地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖分布廣泛，厚度大，有機(jī)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(fā)育［1］。工區(qū)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(qū)降雨量充足，但是部分山區(qū)水資源情況較差，區(qū)域構(gòu)造相對(duì)平緩，斷裂系統(tǒng)局部發(fā)育。根據(jù)該地區(qū)頁巖氣藏主要地質(zhì)和地理特征，經(jīng)過不斷探索與發(fā)展，逐步形成了集復(fù)合橋塞分段及多簇射孔工藝、大規(guī)?；锼w積壓裂技術(shù)、低摩阻滑溜水壓裂液體系、大型壓裂施工配套技術(shù)、連續(xù)油管鉆磨橋塞技術(shù)為一體的頁巖氣水平井分段壓裂技術(shù)［2］。布井模式經(jīng)歷了單井-水平井-水平井組的發(fā)展歷程，而近年水平井組的部署為實(shí)施工廠化壓裂創(chuàng)造了條件，有利于地區(qū)頁巖氣規(guī)模化開發(fā)。

1　工廠化壓裂技術(shù)

針對(duì)頁巖氣叢式井組，工廠化壓裂模式主要是拉鏈?zhǔn)綁毫眩ɑ蚍Q交叉壓裂）、同步壓裂2種（圖1）。其機(jī)理是在2口或更多相鄰井之間同時(shí)用多套車組進(jìn)行分段多簇壓裂，或者相鄰井之間進(jìn)行拉鏈?zhǔn)浇惶鎵毫眩岉搸r地層承受更高的壓力，增強(qiáng)鄰井間的應(yīng)力干擾，從而產(chǎn)生更復(fù)雜的縫網(wǎng)，進(jìn)而改變近井地帶的應(yīng)力場(chǎng)［3］。

圖1　不同壓裂模式示意圖

工廠化壓裂的成功實(shí)施，需要包括6大關(guān)鍵系統(tǒng)的緊密配合：通過連續(xù)供水系統(tǒng)把合格的壓裂水送至作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)；通過連續(xù)配液系統(tǒng)即時(shí)在線配置入井液體；通過連續(xù)供砂系統(tǒng)滿足支撐劑供給；通過連續(xù)泵注系統(tǒng)將改造液體和支撐劑泵入頁巖儲(chǔ)層；通過射孔封隔系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)橋塞分層、射孔；通過后勤保障系統(tǒng)滿足工廠化大型連續(xù)壓裂所需的油料、設(shè)備維護(hù)、人員生活支撐、工業(yè)垃圾處置。

2　試驗(yàn)叢式井組概況

2.1基本情況

井區(qū)內(nèi)目前部署2個(gè)井組，2#井組同井場(chǎng)計(jì)劃布井7口，第1批4口井完鉆后實(shí)施壓裂作業(yè)。3#井組同井場(chǎng)計(jì)劃布井6口，第1批3口井完鉆后實(shí)施壓裂作業(yè)（表1）。

表1　2#/3#井組基本情況

井組水平段箱體距優(yōu)質(zhì)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(fā)育；總有機(jī)碳含量1%～3%，平均約2%?？偤瑲饬考s1.72 m3/t。根據(jù)井區(qū)實(shí)鉆數(shù)據(jù)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(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)。

2.2改造思路

（1）采用大規(guī)模滑溜水體積壓裂形成復(fù)雜縫網(wǎng)的壓裂理念。實(shí)現(xiàn)對(duì)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(cuò)的裂縫網(wǎng)絡(luò)，使得裂縫表面與儲(chǔ)層基質(zhì)的接觸面積最大化［4-5］。

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

（3）為了試驗(yàn)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(shí)壓裂采用同步壓裂作業(yè)模式（圖2），3#井組中1井與2井采用拉鏈壓裂作業(yè)模式，3井單獨(dú)壓裂（圖3）。

圖2　2#井組同步壓裂作業(yè)模式示意圖

（4）結(jié)合區(qū)塊前期開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，以及三位地震資料優(yōu)化分段、射孔、施工規(guī)模及參數(shù)。3-1井設(shè)計(jì)改造井段8段，3-2、3-3井均為12段，2#井組2-3、3-4設(shè)計(jì)改造井段12段，2-2井設(shè)計(jì)改造15段，2-1井設(shè)計(jì)改造17段。每段設(shè)計(jì)規(guī)模：1 800 m3滑溜水+100 t支撐劑。

（5）采用井中或地面微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓裂裂縫走向，動(dòng)態(tài)調(diào)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(yè)公司總體負(fù)責(zé)2個(gè)頁巖氣井組的壓裂、試氣一體化作業(yè)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)資源集約化和管理項(xiàng)目化。

圖3　3#井組拉鏈?zhǔn)綁毫炎鳂I(yè)模式示意圖

2.3改造難點(diǎn)

（1）井區(qū)龍馬溪組頁巖氣藏最大主應(yīng)力方向由于受局部地應(yīng)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(qū)屬低山丘陵地區(qū)，井組距取水河高差約85 m。2#井組預(yù)計(jì)需壓裂用水11.2×104m3，3#井組預(yù)計(jì)需壓裂用水6.4×104m3，考驗(yàn)集約化大規(guī)模穩(wěn)定供水能力。

（3）大規(guī)模工廠化連續(xù)作業(yè)極大考驗(yàn)地面設(shè)備配套、現(xiàn)場(chǎng)組織和后勤支撐能力。

（4）國外“工廠化”作業(yè)模式在開發(fā)頁巖氣資源方面已經(jīng)取得了巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，國內(nèi)相關(guān)工作剛剛起步，配套技術(shù)規(guī)范、管理制度、計(jì)價(jià)方法都亟待完善［6］。

3　工廠化壓裂實(shí)踐

3.1壓裂準(zhǔn)備

（1）供水系統(tǒng)準(zhǔn)備：修建儲(chǔ)水池2個(gè)（3#井組儲(chǔ)水池為17 000 m3和2#井組儲(chǔ)水池為7 000 m3）向井場(chǎng)供水，從河流修建?273 mm×7.5 km供水管線向儲(chǔ)水池供水。

（2）連續(xù)混配系統(tǒng)準(zhǔn)備：優(yōu)化滑溜水添加劑配方，所有添加劑均為液態(tài)，噸桶包裝，通過混砂車按比例加入。

（3）連續(xù)供砂系統(tǒng)準(zhǔn)備：采用30 m3立式砂罐6～10座，井場(chǎng)附近儲(chǔ)備支撐劑，施工間隙連續(xù)補(bǔ)充。

（4）連續(xù)泵注系統(tǒng)準(zhǔn)備：設(shè)計(jì)研制耐壓103.4 MPa壓裂專用井口，2#井組動(dòng)用2000型/2500型壓裂車32臺(tái)，3#井組動(dòng)用21臺(tái)。

（5）射孔+橋塞封隔系統(tǒng)準(zhǔn)備：2個(gè)井組第1段均采用連續(xù)油管傳輸射孔，2#井組采用測(cè)井電纜設(shè)備2套，進(jìn)口橋塞；3#井組采用測(cè)井電纜設(shè)備1套，自主國產(chǎn)橋塞。

（6）后勤保障系統(tǒng)準(zhǔn)備：采取作業(yè)人員輪班制，現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)備易損配件，施工間隙補(bǔ)給油料，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置休息區(qū)，配備消防車、救護(hù)車等措施。

3.2壓裂實(shí)施情況

2#井組4口井設(shè)計(jì)壓裂56段，實(shí)際壓裂48段，射孔141簇。作業(yè)期間采用地面微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控裂縫情況。

3#井組3口井設(shè)計(jì)壓裂32段，實(shí)際壓裂32段，共射孔96簇。其中1井、2井進(jìn)行24 h拉鏈?zhǔn)綁毫眩?井采用單獨(dú)壓裂（表2），作業(yè)期間采用深井微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)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(xù)油管鉆磨橋塞作業(yè)時(shí)遇卡、遇阻，共進(jìn)行53趟次磨銑套管、打鉛印、文丘里打撈、鉆磨等連續(xù)油管作業(yè)才完成所有橋塞鉆磨。

表2　2#/3#井組壓裂現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況

3.3壓裂改造分析

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

（2）壓裂效率。2#井組采用2套壓裂機(jī)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(jī)組24 h拉鏈?zhǔn)綁毫涯Ｊ?，平均每天壓?.6段；3井采用單獨(dú)壓裂模式，平均一天壓裂2段（表3）。工廠化作業(yè)效率較單獨(dú)壓裂的作業(yè)效率提高約1倍，但從機(jī)組利用率分析，同步壓裂車組實(shí)際利用率較低，配套要求高，四川地區(qū)實(shí)施難度較大，拉鏈?zhǔn)綁毫涯Ｊ綑C(jī)組利用率最高，更適合四川山地地區(qū)的頁巖氣開發(fā)。

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

表3　2#/3#井組工廠化壓裂效果

（4）微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果：頁巖氣儲(chǔ)層天然裂縫較發(fā)育的地區(qū)，將很大程度影響人工裂縫趨勢(shì)與形態(tài)，在一些地方甚至超過了應(yīng)力對(duì)裂縫延伸的控制作用（圖4）。

圖4　3#井組微地震響應(yīng)事件示意圖

3.4存在問題

（1）工廠化作業(yè)的噪音問題尚待解決。長寧地區(qū)人口較為密集，壓裂施工過程中的噪音對(duì)周圍居民生活帶來一定影響，經(jīng)噪聲監(jiān)測(cè)，壓裂期間井場(chǎng)周圍300 m范圍內(nèi)，噪聲超過國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

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

4　結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）通過采用一系列自主新型配套技術(shù)，順利完成2個(gè)水平井組7口井的工廠化壓裂實(shí)踐，為該地區(qū)頁巖氣規(guī)?；_發(fā)積累了有益經(jīng)驗(yàn)。

（2）工廠化壓裂模式效率較單獨(dú)壓裂的作業(yè)效率提高約1倍，而拉鏈?zhǔn)綁毫涯Ｊ綑C(jī)組利用率最高，更適合山地地區(qū)的頁巖氣開發(fā)。

（3）目前頁巖氣開發(fā)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系尚未建立，開發(fā)觀念尚待進(jìn)一步轉(zhuǎn)變，應(yīng)以壓裂改造為中心，逆向進(jìn)行完井、鉆井設(shè)計(jì)，以經(jīng)濟(jì)性最佳、實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)為重點(diǎn)考慮因素。同時(shí)明確行業(yè)準(zhǔn)入門檻和標(biāo)準(zhǔn)，形成有序競(jìng)爭(zhēng)的頁巖氣發(fā)展格局，推進(jìn)頁巖氣產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

［1］蒲泊伶，蔣有錄，王毅，等.四川盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖氣成藏條件及有利地區(qū)分析［J］.石油學(xué)報(bào)，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(shù)系列國產(chǎn)化研究及應(yīng)用［J］.天然氣工業(yè)，2014，34（4）：67-71.

［3］李勇明，彭瑀，王中澤.頁巖氣壓裂增產(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，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(shù)現(xiàn)狀及對(duì)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(shù)進(jìn)展［J］.天然氣勘探與開發(fā)，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(yè)造價(jià)確定與控制對(duì)策［J］.天然氣工業(yè)，2013，33（12）：163-16

［7］石藝. 頁巖氣的發(fā)展現(xiàn)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(tuán)公司頁巖氣叢式水平井開發(fā)鉆完井技術(shù)（編號(hào)：2011D-4403）。

任勇，1980年生。2005年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣田開發(fā)專業(yè)，獲得碩士學(xué)位，現(xiàn)在川慶井下作業(yè)公司從事油氣田增產(chǎn)技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)和室內(nèi)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(qū)龍馬溪組頁巖氣工廠化壓裂實(shí)踐與認(rèn)識(shí)［J］.石油鉆采工藝，2015，37（4）：96-99.