探討頁巖氣水平井壓裂技術(shù)

王兵 張浩

摘要：隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，世界各國對能源的需求量也急劇攀升。目前我國現(xiàn)有優(yōu)質(zhì)天然氣產(chǎn)能嚴重不足，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)性油氣資源逐步進入科研人員視野。我國擁有者較為豐富的頁巖油氣資源，但是目前的開發(fā)效果并不是特別好，其主要原因是因為頁巖氣藏有著低孔隙度、特低滲透率和高應(yīng)力的儲層特性，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，無法實現(xiàn)烴類氣體經(jīng)濟有效開發(fā)。

關(guān)鍵詞：頁巖氣;水平井;壓裂;產(chǎn)量

一、頁巖氣水平井壓裂技術(shù)思路、難點及對策

技術(shù)思路：通過對頁巖氣藏水平井進行多段式壓裂改造，通過改造進一步增大儲層與水平井井筒的接觸面積，從而進一步提高頁巖氣藏的儲層動用程度，并且儲層不易被污染，最終進一步實現(xiàn)增產(chǎn)增效。

技術(shù)難點：頁巖氣藏的壓裂施工號稱千方砂萬方液，進行頁巖氣藏壓裂施工對供液、供砂要求較高，目前很多時候不能提供有效的配套保障。另外深井、大型壓裂施工對壓裂設(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)頁巖氣藏儲層敏感性比較強無法最大程度保障儲層不受到傷害，且頁巖氣藏的孔隙度和滲透率很低，壓裂改造相對難度較大。

技術(shù)對策：結(jié)合以上提到的技術(shù)難點我們發(fā)現(xiàn)，在頁巖氣開采過程中采用水平井分段壓裂工藝技術(shù)進行多段壓裂能夠有效的增加儲層平面的接觸面積，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，降低儲層傷害。[1]

二、頁巖氣增產(chǎn)機理研究

2.1頁巖氣增產(chǎn)模式研究

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

從壓裂角度來看頁巖氣的開發(fā)，我們發(fā)現(xiàn)頁巖氣儲層物質(zhì)基礎(chǔ)、有機地化指標、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頁巖儲層進行改造的真正目的是在地層中形成網(wǎng)絡(luò)裂縫從而進一步增大氣藏改造體積。

2.2網(wǎng)絡(luò)裂縫形成機制

（1）網(wǎng)絡(luò)裂縫形成機制

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、分布等多種因素進一步?jīng)Q定天然裂縫及次生誘導(dǎo)裂縫的開啟與延伸，從而創(chuàng)造更好的流動空間，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）天然裂縫張開應(yīng)力

對于天然裂縫發(fā)育儲層，縫網(wǎng)壓裂的重點在于先形成具有一定縫長的主裂縫，而后采取一些手段提升縫內(nèi)凈壓力，使得天然裂縫或儲層弱面張開，改變壓裂液的流動方向而繼續(xù)延伸，進而達到實現(xiàn)縫網(wǎng)的目的。[2]

（3）誘導(dǎo)應(yīng)力與裂縫轉(zhuǎn)向

誘導(dǎo)進一步形成分支縫主要是針對那些天然裂縫不發(fā)育的儲層，又或者是水力延伸裂縫與天然裂縫之間不相交的。為了進一步確保裂縫開度，我們一般通過人為提高裂縫內(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現(xiàn)張開天然裂縫的目的。

三、水平井分段壓裂優(yōu)化

（1）人工裂縫方位確定

由于頁巖氣水平井軸向裂縫有效泄流面積相對橫向裂縫來說小很多，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。同時由于頁巖地層節(jié)理、裂縫發(fā)育、或者有礦物填充的弱膠結(jié)面，壓裂改造過程中能產(chǎn)生大量的剪切微裂縫。頁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)的二級裂縫。人工裂縫方位可以通過井壁崩落分析、鉆井誘導(dǎo)縫分析、偶極橫波測井確定。[3]

（2）水平井射孔參數(shù)優(yōu)化

簇射孔方式是指在每一級壓裂井段中多點射孔，該射孔方式主要應(yīng)用于頁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，從而進一步避免形成多個主縫，當(dāng)擁有多個主縫，但每個都不夠長的話，將無法溝通遠井的天然裂縫，因此我們盡量控制射孔簇之間的距離，基本保持在20m左右，這樣能夠進一步保障主縫的誘導(dǎo)應(yīng)力場相互疊加和干擾，從而誘發(fā)遠井主裂縫間的溝通，從而真正實現(xiàn)遠井的網(wǎng)絡(luò)裂縫效果。

（3）水平井裂縫間距優(yōu)化

頁巖氣水平井分段壓裂過程中，通過減小裂裂縫間距可以使得井筒周圍儲層壓力下降速度加快，有利于氣體的解吸附，提高開采速度。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形成有效的裂縫網(wǎng)絡(luò)，每級壓裂點之間的間距要合理，間距的優(yōu)化要通過裂縫周圍應(yīng)力狀態(tài)來分析。[3]

（4）水平井裂縫長度優(yōu)化

裂縫的長度在一定程度上會影響氣井產(chǎn)能，裂縫如果越長那么對應(yīng)的產(chǎn)量也就越高，但是隨著裂縫的增長，氣井增產(chǎn)幅度也會逐步變小，且投資成本相對較高，施工難度也逐步增大。因此裂縫長度存在一個最佳值，結(jié)合最佳值、巖石力學(xué)狀況、施工難度等進一步優(yōu)化水平井裂縫，確保產(chǎn)量最優(yōu)。

總結(jié)

通過對頁巖氣水平井壓裂技術(shù)難點、解決措施的簡要分析，進一步對頁巖氣藏增產(chǎn)機理探討，主要從增產(chǎn)模式，網(wǎng)絡(luò)裂縫形成機制等方面進行闡述。最后對人工裂縫方位確定、水平井射孔參數(shù)優(yōu)化、水平井裂縫間距優(yōu)化、水平井裂縫長度優(yōu)化，從而確保頁巖氣藏順利開發(fā)改造。

參考文獻

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

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

[3]王海濤等.頁巖氣儲層壓裂網(wǎng)絡(luò)裂縫形成機制探討[會議論文]中國油氣論壇2011-非常規(guī)油氣勘探開發(fā)技術(shù)專題研討會，2011年