川南深層頁巖氣水平井體積壓裂關(guān)鍵技術(shù)

曾 波，王星皓，黃浩勇，張柟喬，岳文翰，鄧 琪

（1.中國石油西南油氣田分公司頁巖氣研究院，四川成都 610051；2.頁巖氣評(píng)價(jià)與開采四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610051）

四川盆地頁巖氣資源豐富，是目前中國最主要的頁巖氣勘探開發(fā)盆地[1-2]。川南地區(qū)五峰組—龍馬溪組埋深4500 m 以淺的優(yōu)質(zhì)頁巖可工作面積超過2×104km2，地質(zhì)資源量超過10×1012m3[3]。經(jīng)過十余年的持續(xù)攻關(guān)研究，目前已實(shí)現(xiàn)長寧—威遠(yuǎn)、昭通等地區(qū)中深層（埋深3500 m 以淺）五峰組—龍馬溪組頁巖氣的規(guī)模效益開發(fā)；但從資源分布情況看，深層（埋深3500～4500 m）頁巖氣資源量更大[4]。資料統(tǒng)計(jì)表明，川南深層頁巖氣資源量占4500 m 以淺可工作有利區(qū)資源量的86%，是今后一段時(shí)期內(nèi)頁巖氣持續(xù)上產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的主要區(qū)域。然而，與中淺層頁巖儲(chǔ)層相比，深層頁巖氣井施工壓力高、作業(yè)難度大，壓裂效果不理想，難以實(shí)現(xiàn)效益開發(fā)。如何針對(duì)川南深層頁巖氣井的地質(zhì)特征和工程難點(diǎn)，優(yōu)選壓裂參數(shù)，形成適宜的壓裂工藝，提高體積改造的有效性，是破解難題的關(guān)鍵。為此，筆者分析了川南深層頁巖氣井現(xiàn)有壓裂技術(shù)存在的不足，并結(jié)合最新室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)用數(shù)值模擬方法分析了深度對(duì)改造效果的影響規(guī)律，提出了技術(shù)對(duì)策，現(xiàn)場應(yīng)用取得了很好的效果，為川南深層頁巖氣井單井產(chǎn)量取得突破提供了技術(shù)支撐。

1 深層頁巖氣壓裂難點(diǎn)

1.1 深層頁巖氣壓裂技術(shù)難點(diǎn)分析

深層頁巖氣在川南大面積連片分布，深層與中深層（五峰組—龍馬溪組）頁巖氣儲(chǔ)層主要地質(zhì)參數(shù)、工程參數(shù)的對(duì)比結(jié)果分別見表1 和表2。

表1 川南深層與中深層（五峰組—龍馬溪組）頁巖氣儲(chǔ)層主要地質(zhì)參數(shù)對(duì)比Table 1 Comparison of main geological parameters between deep and medium-deep shale gas reservoirs in Southern Sichuan (Wufeng-Longmaxi Formations)

由表1 和表2 可知，川南深層頁巖氣儲(chǔ)層品質(zhì)較好，具有高楊氏模量、低泊松比特征，頁巖脆性較好，有利于體積壓裂。但隨著埋藏深度增加，溫度和壓力增大：閉合應(yīng)力普遍為80～95 MPa，應(yīng)力差增大到15～25 MPa，導(dǎo)致復(fù)雜縫網(wǎng)的形成難度加大；同時(shí)，巖石抗壓強(qiáng)度顯著增大，壓裂施工難度增大；地層溫度普遍在120～150 ℃，部分區(qū)域達(dá)到150 ℃以上，對(duì)配套設(shè)施設(shè)備提出了更高要求。

表2 川南深層與中深層（五峰組—龍馬溪組）頁巖氣儲(chǔ)層主要工程參數(shù)對(duì)比Table 2 Comparison of main engineering parameters between deep and medium-deep shale gas reservoirs in Southern Sichuan (Wufeng-Longmaxi Formations)

1.2 現(xiàn)有壓裂技術(shù)的不足

2009 年，中國石油與國外公司在川南富順—永川區(qū)塊聯(lián)合進(jìn)行頁巖氣評(píng)價(jià)開發(fā)，主要目的層為五峰組—龍馬溪組，頁巖氣儲(chǔ)層平均埋深約3650 m，壓裂后單井平均測試產(chǎn)量僅12×104m3/d 左右，單井平均估計(jì)最終可采儲(chǔ)量（estimated ultimate recovery，EUR）為0.24×108m3，效果不夠理想，未能實(shí)現(xiàn)效益開發(fā)。結(jié)合川南深層已壓裂頁巖氣水平井的壓裂施工參數(shù)（見表3），分析認(rèn)為壓裂工藝主要存在4 方面的不足：

1）完井管柱及井口裝置不能滿足高泵壓大排量壓裂的需求。已壓裂井主要采用φ127.0 mm 套管完井，井口裝置及高壓管線的壓力等級(jí)均為105 MPa，現(xiàn)場施工排量普遍較低（7.5～12.0 m3/min），施工泵壓高（普遍為90～95 MPa），未實(shí)現(xiàn)大排量延伸裂縫、增大改造體積的目的。

2）單段改造規(guī)模小，導(dǎo)致形成復(fù)雜縫網(wǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)不足。單段液量規(guī)模小，一般為800～1500 m3，用液強(qiáng)度低，普遍在9～15 m3/m，形成較大裂縫改造體積的物質(zhì)基礎(chǔ)不足；低排量與小規(guī)模液量的不利影響相互疊加，進(jìn)一步加劇了壓裂改造體積小的問題。

表3 川南深層已壓裂頁巖氣水平井的壓裂工藝參數(shù)Table 3 Fracturing technology parameters of fractured shale gas horizontal wells in Southern Sichuan

3）分段段長且射孔簇?cái)?shù)少，不利于簇間資源充分動(dòng)用。分段段長普遍大于100 m，段間距普遍大于30 m，無法充分發(fā)揮壓裂過程中的應(yīng)力干擾作用，簇間裂縫復(fù)雜程度不高，無法實(shí)現(xiàn)段間資源的充分動(dòng)用。

4）壓裂液主要為高黏液體，不利于形成復(fù)雜縫網(wǎng)。為維持深層高閉合壓力條件下的裂縫導(dǎo)流能力，大量采用膠液甚至凍膠攜砂提高加砂量，膠液比平均達(dá)到54%，最高可達(dá)88%，雖然提高了加砂量，加砂強(qiáng)度平均達(dá)到近1.4 t/m，但高黏液體不利于在高脆性儲(chǔ)層中形成復(fù)雜縫網(wǎng)。

2 體積壓裂關(guān)鍵技術(shù)

近年來，隨著非常規(guī)油氣尤其是頁巖氣的規(guī)模開發(fā)，體積改造技術(shù)蓬勃發(fā)展[5-6]。針對(duì)川南深層頁巖氣儲(chǔ)層具有應(yīng)力和應(yīng)力差高的特征，認(rèn)為應(yīng)優(yōu)選壓裂工藝和優(yōu)化施工參數(shù)，以提高裂縫復(fù)雜程度、擴(kuò)大裂縫波及體積和維持裂縫長期導(dǎo)流能力，實(shí)現(xiàn)體積壓裂并提高有效性，從而達(dá)到效益開發(fā)的目的?；诖耍芯啃纬闪艘浴懊芮懈罘侄?短簇距布縫、大孔徑等孔徑射孔、大排量低黏滑溜水加砂、高強(qiáng)度小粒徑組合支撐劑和大規(guī)模高強(qiáng)度改造”為核心的深層頁巖氣水平井體積壓裂關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 “電纜泵送橋塞+分簇射孔”工藝

當(dāng)前國內(nèi)深層頁巖氣勘探開發(fā)尚處于起步階段，施工經(jīng)驗(yàn)不足，應(yīng)選擇國外成熟可靠的工藝，以確保施工成功為首要條件。

為降低壓裂施工中的井筒摩阻，滿足大排量施工需要，汲取早期經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，川南深層頁巖氣水平井主要以φ139.7 mm 套管作為完井管柱。

以北美為代表的頁巖油氣開發(fā)過程中，“電纜泵送橋塞+分簇射孔”工藝占有絕對(duì)主導(dǎo)地位，工藝成熟；川南中深層頁巖氣規(guī)模效益開發(fā)過程中，大量應(yīng)用了該工藝。因此，川南深層頁巖氣水平井壓裂作業(yè)時(shí)首選“電纜泵送橋塞+分簇射孔”工藝。

受垂深增大的影響，深層頁巖氣水平井井深普遍在5500 m 以深，部分井的井深甚至超過6000 m，給連續(xù)油管作業(yè)帶來挑戰(zhàn)。首段壓裂通道的建立，成為深層頁巖氣水平井壓裂的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)于地層傾角不大且井眼軌跡光滑的井或下傾井，首段可選用連續(xù)油管進(jìn)行射孔作業(yè)，連續(xù)油管下入過程中可配合使用金屬減阻劑，以延伸下入深度；對(duì)于井眼軌跡不夠平滑的井或上傾井，連續(xù)油管無法滿足首段射孔要求，可考慮采用套管啟動(dòng)滑套或電纜帶爬行器建立首段壓裂通道。

2.2 密切割分段+短簇距布縫

當(dāng)前提高頁巖氣單井產(chǎn)量的普遍做法是：增加單井水平段裂縫數(shù)量、縮短裂縫間距以增強(qiáng)應(yīng)力陰影效應(yīng)[7]，利用應(yīng)力干擾促使裂縫更加復(fù)雜[8-10]。總結(jié)北美頁巖氣水平井壓裂分段分簇的變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)其正朝著段長更短、簇?cái)?shù)更多的方向發(fā)展[11]。以Haynesville 為例，2011 年段長主要為90～120 m，簇間距20～30 m；2012 年以后段長和簇間距逐年縮短，2016 年段長主要為30～60 m，簇間距6～15 m，且段長50～60 m 的分段普遍采用暫堵轉(zhuǎn)向工藝。川南中深層采用“密切割分段+短簇距布縫”工藝后，單井產(chǎn)量和EUR 得到了提高，多口井的測試產(chǎn)量超過了40×104m3/d，證明該工藝對(duì)川南高應(yīng)力差頁巖儲(chǔ)層具有較好的適應(yīng)性。深層頁巖氣區(qū)塊的應(yīng)力差較中深層更大，大型物理模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，同等條件下，隨著應(yīng)力差變大，裂縫復(fù)雜程度降低，裂縫形態(tài)由發(fā)散狀逐漸變?yōu)闂l束狀，這將導(dǎo)致單縫的覆蓋寬度變窄。因此，縮短簇間距、縮小氣體由基質(zhì)向裂縫的流動(dòng)距離、減小單縫與單縫之間未充分改造區(qū)域，是提高單井產(chǎn)量和儲(chǔ)量動(dòng)用率的必要途徑。為保證段內(nèi)各簇均勻起裂，當(dāng)前主要以3 簇為主，單段長度50～55 m。為提高裂縫復(fù)雜程度，部分段配合使用暫堵轉(zhuǎn)向工藝。

2.3 大孔徑等孔徑射孔

深層頁巖儲(chǔ)層巖性致密、應(yīng)力高、抗壓強(qiáng)度大，導(dǎo)致施工破裂壓力高、難度大，降低破裂壓力和施工壓力對(duì)提高壓裂成功率非常關(guān)鍵。在相同注入條件下，射孔孔眼直徑與孔眼摩阻呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[10]。增大射孔孔眼直徑，可以降低破裂壓力和施工難度，對(duì)深層頁巖氣壓裂施工有重要意義。

另外，水平井在進(jìn)行分簇射孔作業(yè)時(shí)，射孔管串受重力作用的影響，在套管內(nèi)不能完全居中；常規(guī)射孔存在套管上射孔孔眼大小不規(guī)則的缺陷——貼近套管壁一側(cè)的射孔孔眼直徑大，遠(yuǎn)離套管壁的一側(cè)射孔孔眼直徑小，大小不一的射孔孔眼，會(huì)影響各射孔孔眼的液體注入量，進(jìn)而影響壓裂施工和改造效果。如采用等孔徑射孔工藝，套管上各射孔孔眼的直徑基本一致，能有效降低這種影響。為深入研究不同射孔工藝對(duì)射孔孔眼帶來的影響，選用φ89.0 mm 射孔槍對(duì)φ139.7 mm 的套管進(jìn)行射孔模擬試驗(yàn)，結(jié)果見表4。

由表4 可知，相比常規(guī)射孔工藝，等孔徑射孔工藝在套管壁上的射孔孔眼直徑基本一致，孔徑偏差率（孔徑標(biāo)準(zhǔn)偏差與孔徑平均值的比值）僅3.25%，遠(yuǎn)低于常規(guī)射孔工藝的20.35%，說明等孔徑射孔工藝有助于各射孔孔眼均勻進(jìn)液，確保改造效果。

表4 常規(guī)射孔與等孔徑射孔射孔參數(shù)對(duì)比Table 4 Comparison of perforation parameters between conventional penetration and equal-holesize penetration

2.4 大排量低黏滑溜水加砂

巖石脆性是頁巖儲(chǔ)層選擇壓裂液的重要依據(jù)，國外學(xué)者為此建立了脆性和裂縫形態(tài)的關(guān)系圖[12]。川南中深層頁巖儲(chǔ)層試驗(yàn)分析結(jié)果表明，巖石脆性礦物含量高、脆性指數(shù)大，宜采用以滑溜水為主體的壓裂液[13]；現(xiàn)場微地震監(jiān)測結(jié)果也證實(shí)，采用低黏滑溜水，可形成復(fù)雜縫網(wǎng)。川南深層頁巖儲(chǔ)層礦物組分分析結(jié)果表明，脆性礦物含量普遍大于60%，高脆性特征明顯，且敏感性弱（見表5），因此壓裂液首選低黏滑溜水。

表5 川南深層頁巖氣井目的層敏感性評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of sensitivity evaluation test for target layers of deep shale gas wells in Southern Sichuan

凈壓力是形成復(fù)雜縫網(wǎng)的關(guān)鍵，而大排量施工是獲得高凈壓力最直接、最有效的途徑。采用低黏滑溜水加砂，支撐劑受重力影響會(huì)快速沉降，必須依靠大排量才能將支撐劑輸送至裂縫遠(yuǎn)端，實(shí)現(xiàn)對(duì)分支縫、微縫的多級(jí)支撐；大排量還能增大裂縫寬度，有助于支撐劑通過縫口進(jìn)入地層，降低砂堵風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)于天然裂縫發(fā)育的地層，大排量施工還能降低因天然裂縫濾失帶來的施工風(fēng)險(xiǎn)。此外，基于“壓裂排量越高，射孔孔眼的限流作用越好”[14]的認(rèn)識(shí)，在采用大孔徑射孔工藝時(shí)，增大施工排量可以發(fā)揮孔眼的限流作用，實(shí)現(xiàn)多縫開啟與擴(kuò)展。川南長寧、威遠(yuǎn)地區(qū)中深層的應(yīng)力差在12～18 MPa，采用12～14 m3/min 的施工排量，通過分析停泵壓力和最小水平主應(yīng)力可知，施工過程中獲得的凈壓力普遍高于應(yīng)力差值[15]，滿足形成復(fù)雜縫網(wǎng)的條件。而深層頁巖氣井應(yīng)力差更高，普遍在20 MPa 以上，部分井超過了25 MPa。要克服高應(yīng)力差，需要采用比中深層更大的排量進(jìn)行壓裂，以使施工過程中的凈壓力足以克服水平應(yīng)力差。

基于川南深層典型井的基礎(chǔ)地質(zhì)參數(shù)建立模型，對(duì)不同施工排量所能獲得的凈壓力和改造體積進(jìn)行了模擬，結(jié)果見圖1。

圖1 不同施工排量下的改造體積和凈壓力模擬結(jié)果Fig.1 Simulation results of stimulated reservoir volume (SRV) and net pressure at different pumping rates

由圖1（a）～圖1（c）可知：隨著排量持續(xù)增大，凈壓力和改造體積也不斷增大；當(dāng)排量為12 m3/min時(shí)，儲(chǔ)層改造體積1814×104m3，凈壓力15 MPa；當(dāng)排量為16 m3/min 時(shí)，儲(chǔ)層改造體積1931×104m3，凈壓力22 MPa?；谶@一認(rèn)識(shí)，川南深層施工排量應(yīng)不低于14 m3/min，現(xiàn)場具備條件時(shí)要達(dá)到16 m3/min以上。但需要注意的是，施工排量過大，可能會(huì)突破縱向上的應(yīng)力遮擋，使裂縫進(jìn)入非優(yōu)質(zhì)頁巖儲(chǔ)層段，儲(chǔ)層內(nèi)改造體積反而減?。ㄒ妶D1（d））。

2.5 高強(qiáng)度小粒徑組合支撐劑

隨著埋藏深度加深，井底閉合壓力不斷增大，深層頁巖氣井選擇支撐劑時(shí)應(yīng)更加重視其強(qiáng)度性能。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，川南深層頁巖氣井的最小水平應(yīng)力梯度一般在0.022 MPa/m 左右，部分井超過0.024 MPa/m，折算井底閉合壓力普遍在80 MPa 以上，根據(jù)壓裂支撐劑選擇標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)采用高強(qiáng)度抗破碎支撐劑。

裂縫寬度與液體黏度呈正相關(guān)關(guān)系，與楊氏模量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。川南深層頁巖氣井壓裂面臨儲(chǔ)層楊氏模量高和采用滑溜水壓裂縫寬受限的問題。因此，為利于支撐劑順利通過縫口并在縫內(nèi)順利輸送，確保施工成功，應(yīng)采用小粒徑支撐劑。目前，川南深層頁巖氣水平井壓裂作業(yè)時(shí)一般選用70/140 目和40/70 目組合支撐劑（以40/70 目為主），其中70/140 目支撐劑主要用于打磨孔眼、降低壓裂液濾失量和支撐微縫，40/70 目支撐劑主要用于支撐分支縫和主縫。

2.6 大規(guī)模高強(qiáng)度改造

隨著埋藏深度增大，裂縫往遠(yuǎn)端擴(kuò)展受到限制，改造體積小。采用數(shù)值模擬方法模擬埋深對(duì)壓裂改造體積的影響，結(jié)果如圖2 所示（改造參數(shù)：壓裂液1800 m3，加砂量120 t，排量12 m3/min）。

圖2 不同埋深下的儲(chǔ)層改造體積模擬結(jié)果Fig.2 Simulation results of SRV under different buried depths

由圖2 可知，儲(chǔ)層埋深從2500 m 增至4000 m時(shí)，最小水平主應(yīng)力從54 MPa 增大至90 MPa，相同改造參數(shù)條件下儲(chǔ)層改造體積由1814×104m3降至1049×104m3，顯著影響了改造效果，即隨著埋深加深，最小水平主應(yīng)力增大，儲(chǔ)層改造體積不斷減小。因此，要獲得足夠大的改造體積，就要適當(dāng)提高改造強(qiáng)度。目前深層頁巖氣水平井主要采用40 m3/m 用液強(qiáng)度進(jìn)行壓裂，較中深層以淺頁巖氣井提高15%～30%。

高閉合應(yīng)力條件下，必須考慮支撐劑的嵌入問題。因此，分別選取川南2 個(gè)典型深層頁巖氣區(qū)塊的巖心進(jìn)行支撐劑嵌入試驗(yàn)。目標(biāo)層埋深3800～4000 m，通過三維激光掃描獲取巖心裂縫表面數(shù)字化形態(tài)，定量分析支撐劑嵌入深度。Z2 井巖心支撐劑嵌入試驗(yàn)結(jié)果表明，支撐劑有較明顯的嵌入現(xiàn)象，最大嵌入深度為0.787 mm，最小嵌入深度為0.004 mm，平均嵌入深度為0.159 mm（見圖3）；L4 井巖心支撐劑嵌入試驗(yàn)結(jié)果表明，支撐劑嵌入現(xiàn)象明顯，最大嵌入深度為1.357 mm，最小嵌入深度為0.014 mm，平均嵌入深度為0.611 mm（見圖4）。

圖3 Z2 井巖心嵌入支撐劑后表面變化情況Fig.3 Changes of core surface after proppant is embedded in Well Z2

圖4 L4 井巖心嵌入支撐劑后表面變化情況Fig.4 Changes of core surface after proppant is embedded in Well L4

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，支撐劑進(jìn)入地層后，受高閉合應(yīng)力帶來的嵌入影響，裂縫導(dǎo)流能力會(huì)降低；此外，受泥頁巖水化作用影響[16]，裂縫面與壓裂液長期接觸后，在后期生產(chǎn)中可能會(huì)加劇支撐劑的嵌入。采用大粒徑或小粒徑支撐劑并保證縫內(nèi)有足夠的支撐劑鋪置[17]，是確保壓裂后裂縫導(dǎo)流能力的2 種途徑。但深層頁巖氣井壓裂時(shí)，采用大粒徑支撐劑會(huì)大幅增加砂堵風(fēng)險(xiǎn)，因此首先選用小粒徑支撐劑、并提高支撐劑鋪置濃度。深層頁巖氣水平井加砂難度整體較大，長期高壓導(dǎo)致現(xiàn)場壓裂過程中砂堵頻繁發(fā)生，考慮高閉合應(yīng)力、支撐劑嵌入和支撐劑破碎等因素影響以及對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的需求，現(xiàn)場實(shí)施過程中具備條件時(shí)應(yīng)多加砂，以降低壓裂后裂縫失效的風(fēng)險(xiǎn)；但需要注意的是，加砂過多會(huì)出現(xiàn)支撐劑多層分布，而多層分布并不能顯著提高壓裂裂縫的導(dǎo)流能力，既不經(jīng)濟(jì)，又增加了施工風(fēng)險(xiǎn)。

2.7 可溶橋塞分段+助溶劑助溶

為滿足后期生產(chǎn)測井、排水采氣等工藝措施的施工要求，壓裂后井筒全通徑是頁巖氣水平井體積壓裂發(fā)展的主流方向，采用速鉆橋塞和可溶橋塞分段均可達(dá)到此目的。但由于川南深層頁巖氣水平井井深普遍超過5500 m，受井眼軌跡、地層傾角等因素影響，壓裂后采用連續(xù)油管鉆塞易發(fā)生自鎖，導(dǎo)致橋塞鉆磨難度大，因此，不宜在深層頁巖氣井大規(guī)模使用速鉆橋塞。經(jīng)過近年來的持續(xù)完善，可溶橋塞的性能、可靠性不斷提高，具有分隔可靠、壓裂后無需鉆磨等優(yōu)勢(shì)。因此，深層頁巖氣水平井主要采用耐高溫可溶橋塞分段，同時(shí)，為加快可溶橋塞的溶解速度，可注入助溶劑助溶，以確保可溶橋塞徹底溶解和縮短試油周期。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

自2018 年開始，川南等深層頁巖氣有利區(qū)應(yīng)用了深層頁巖氣水平井體積壓裂關(guān)鍵技術(shù)，多口井先后獲得了高產(chǎn)工業(yè)氣流，技術(shù)適應(yīng)性、有效性已得以證明。該技術(shù)也成為支撐川南深層頁巖氣勘探評(píng)價(jià)由點(diǎn)突破向面突破轉(zhuǎn)變的核心技術(shù)之一。

Z1-1 井和Z3 井是川南深層頁巖氣評(píng)價(jià)井，相距約17 km，均采用φ139.7 mm 套管完井，分別于2017 年和2019 年完成壓裂試氣。Z1-1 井儲(chǔ)層埋深約4300 m，完鉆井深6038 m，Ⅰ類儲(chǔ)層鉆遇率約95%，壓裂段長1468 m；Z3 井儲(chǔ)層埋深約4100 m，完鉆井深5742 m，Ⅰ類儲(chǔ)層鉆遇率100%，壓裂段長1380 m。Z1-1 井和Z3 井的總有機(jī)碳含量、總含氣量、孔隙度、脆性指數(shù)和應(yīng)力差等主要地質(zhì)參數(shù)相近（見表6），但Z1-1 井采用之前的壓裂工藝壓裂，地面微地震監(jiān)測全井改造體積僅2800×104m3（見圖5），單段裂縫形態(tài)具有條帶狀特征，壓裂后測試產(chǎn)氣量僅10.56×104m3/d；Z3 井采用了深層頁巖氣水平井體積壓裂關(guān)鍵技術(shù)，地面微地震監(jiān)測全井改造體積約6200×104m3（見圖6），壓裂裂縫形態(tài)發(fā)散，縫網(wǎng)特征明顯，壓裂后測試產(chǎn)氣量21.3×104m3/d，應(yīng)用效果顯著。

表6 Z1-1 井與Z3 井關(guān)鍵參數(shù)對(duì)比Table 6 Comparison of key parameters between Well Z1-1 and Well Z3

圖5 Z1-1 井微地震成果Fig.5 Microseismic results of Well Z1-1

圖6 Z3 井微地震成果Fig.6 Microseismic results of Well Z3

4 結(jié)論與建議

1）川南深層頁巖氣儲(chǔ)層品質(zhì)好，脆性礦物含量高，具有高楊氏模量、低泊松比特征，有利于形成復(fù)雜縫網(wǎng)。但與中深層相比，其巖石抗壓強(qiáng)度和閉合應(yīng)力高、應(yīng)力差大，壓裂形成復(fù)雜縫網(wǎng)的難度大。因此，采用之前的壓裂技術(shù)，存在工藝參數(shù)針對(duì)性不強(qiáng)、改造體積小、裂縫復(fù)雜程度低等問題，導(dǎo)致壓裂效果不理想。

2）從提高裂縫復(fù)雜程度、增大改造體積、維持裂縫長期導(dǎo)流能力出發(fā)，通過優(yōu)選壓裂工藝和優(yōu)化壓裂參數(shù)，形成了以“密切割分段+短簇距布縫、大孔徑等孔徑射孔、大排量低黏滑溜水加砂、高強(qiáng)度小粒徑組合支撐劑、大規(guī)模高強(qiáng)度改造”為主的深層頁巖氣水平井體積壓裂關(guān)鍵技術(shù)，提高了體積改造的有效性。

3）目前深層頁巖氣水平井體積壓裂關(guān)鍵技術(shù)仍處于探索試驗(yàn)階段，主要應(yīng)用于勘探評(píng)價(jià)井，部分壓裂關(guān)鍵參數(shù)（如射孔孔數(shù)、簇?cái)?shù)、簇間距、段長、改造強(qiáng)度等）尚未納入井組開發(fā)的范疇內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化。因此，后續(xù)應(yīng)針對(duì)不同區(qū)塊的地質(zhì)、工程參數(shù)，以獲得技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)組合為目標(biāo)，應(yīng)用地質(zhì)、工程一體化手段，開展川南深層頁巖氣水平井體積壓裂技術(shù)研究。