页岩气水平井射孔压裂技术

1、引言引言 页岩气：页岩空隙中的天然气。 美国的页岩气是开发最早的，技术是最成熟的。经验技术表明：水平井水力压裂技术，对于页岩气的开发是至关重要的，是页岩气获得工业性开发和提高采收率的的关键技术。主要内容主要内容一、水平井射孔层段优化一、水平井射孔层段优化二、射孔方案设计二、射孔方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计四、微地震监测技术四、微地震监测技术五、压前裂缝预测五、压前裂缝预测六、压后裂缝评估六、压后裂缝评估七、产量预测七、产量预测一、水平井射孔层段优化一、水平井射孔层段优化 页岩属于一种超低渗透率储层，属于“纳达西”渗透率地层，所有储层必须经过压裂才能投产。而水

2、平井压裂又是形成页岩气工业性气藏和提高产能的重要手段，页岩气水平井压裂过程中，射孔层段的选取对页岩层水平段的开发至关重要，是页岩气获得工业产能的重要手段。纳达西空隙 水平井一般都采用均匀的布孔，水平段全部射开的完井方式。费用成本的高，施工难度大，因此页岩气水平井射孔层段优化就显得尤为重要。 一、水平井射孔层段优化一、水平井射孔层段优化均匀的水平井射孔射孔层段优化设计射孔层段优化设计 根据地层特性选择射孔，地层参数是直接影响射孔井产量计算结果正确与否的主要参数。 通过岩心、电测、高压物性取样等工作取得垂向渗透率与水平向渗透率的比值Kz/Kh,f地层渗透率、孔隙度、流体粘度等参数。 地层厚度应选用

3、射孔层位通知单中提供的有效厚度，如果没有选用测井解释的数据。 垂向渗透率与水平向渗透率比值（储层非均质性）可根据岩心实测数据确定。 渗透率的确定可根据实际情况选用岩心分析的液相渗透率或中途测试解释渗透率，也可采用测井解释渗透率加权平均值。一、水平井射孔层段优化一、水平井射孔层段优化射孔层段优化设计射孔层段优化设计 孔隙度的确定可选用声波测井解释孔隙度值，也可选用岩心分析的有效孔隙度加权平均值。 地层压力的确定可选用电缆重复式地层测试器测得的地层压力，也可选用预测的地层压力或邻井同层位地层压力。 井底流动压力探井选用根据地层条件及试油工艺进行预测的井底流动压力。 开发井选用根据地区、地层条件及开

4、发部署要求预测的井底流动压力。 油井半径选用钻井时使用钻头的半径。一、水平井射孔层段优化一、水平井射孔层段优化 综述，页岩气水平井射孔层段优化，需要具体考虑该地区的的各种地质参数，根据各地区的地层条件选取合适的射孔方法和射孔位置。尽可能地减少射孔对地层的损害，从而达到工业性开采和增加产能的目的。 一、水平井射孔层段优化一、水平井射孔层段优化射孔优化工作流程图 主要内容主要内容一、水平井射孔层段优化一、水平井射孔层段优化二、射孔方案设计二、射孔方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计四、微地震监测技术四、微地震监测技术五、压前裂缝预测五、压前裂缝预测六、压后裂缝评估六、压

5、后裂缝评估七、产量预测七、产量预测二、射孔方案设计二、射孔方案设计 射孔优化设计 1、地层厚度 选用射孔通知单中提供的有效厚度；在没有有效厚度的情况下选用砂岩厚度 2、渗透率 根据实际情况优先选取如下靠前渗透率 中途测试解释的渗透率;(通过钻杆将测试工具送入预定的井深位置) 岩心分析的液相（气相）渗透率; 测井解释得到的渗透率; 3、孔隙度 如果有岩心分析和测井解释的，优先考虑岩心分析二、射孔方案设计二、射孔方案设计 射孔优化设计参数的选取 4、地层压力 优先选取以下地层压力测试结果 中途测试解释的地层压力； 电缆式重复地层测试得到的地层压力； 邻井同层位的地层压力； 预测的地层压力。 5、井

6、底流动压力 根据实际情况优先选取如下靠前井底流动压力 邻井试油的井底地层压力 选用根据地区、地层条件要求预测的井底流动压力二、射孔方案设计二、射孔方案设计 射孔优化设计参数的选取 6、供油半径 根据实际情况优先选取如下 中途测试得到的数据； 套管所得的数据 7、泥质含量 根据实际情况优先选取如下靠前渗透率 岩心分析得到的泥质含量; 测井解释得到的泥质含量; 8、垂向渗透率和水平向渗透率的比值 选用实测岩心数据二、射孔方案设计二、射孔方案设计 射孔方案根据项目规定的区块选取射孔所需的各种地质参数，进行射孔层段的选取一、水平井射孔层段优化一、水平井射孔层段优化二、射孔方案设计二、射孔方案设计三、水

7、平井工厂化压裂方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计四、微地震监测技术四、微地震监测技术五、压前裂缝预测五、压前裂缝预测六、压后裂缝评估六、压后裂缝评估七、产量预测七、产量预测主要内容主要内容三、水平井工厂化压裂方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计 由于技术进步和压裂设备的不断更新，水平井压裂技术也从分段压裂、多级分段压裂发展到大规模分段多簇的体积压裂，“工厂化”作业技术。 体积压裂：通过水力压裂对储层实施改造，使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移，实现对天然裂缝和岩石层理的沟通，同时在主裂缝的侧向上强制形成次生裂缝，最后形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络，从而将有效储层打碎，实现长、

8、宽、高三维方向的全面改造，增大渗流面积及导流能力，提高初始产量和最终采收率 压裂技术特点：主要体现在大液量、大排量、大砂量、小粒径和低砂比。三、水平井工厂化压裂方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计水力压裂的流程三、水平井工厂化压裂方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计工厂化压裂流程图三、水平井工厂化压裂方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计工厂化作业工厂化作业= =正规统一化的协调操作正规统一化的协调操作+ +压裂方案设计压裂方案设计压裂方案设计压裂方案设计 根据对设计井的储层特征进行分析： 1、根据岩石的脆性程度选择压裂的模式; 2、确定页岩气压裂工艺; 3、根据储层物性、储层应力、固井状况等确

9、定射孔位置; 4、根据储层物性、岩石力学参数等选择合适的支撑剂和压裂液配方; 5、压裂施工参数设计及优化。三、水平井工厂化压裂方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计1 1、岩石力学脆性选择压裂模式、岩石力学脆性选择压裂模式 页岩气压裂过程中，只有不断产生各种形式的裂缝，形成裂缝网络，压裂后气井才有可能获得工业气流。岩石力学实验表明，岩石的脆性特征是页岩气压裂形成缝网的最重要的岩石力学特征参数。 根据北美页岩气开发的实践经验，给出了岩石脆性指数和压后裂缝形态的关系。压裂液体系优选一般根据岩石脆性指数，一般随着脆性指数的提高，压裂液用量越多，支撑剂浓度越低，支撑剂用量越少。三、水平井工厂化压裂方案设

10、计三、水平井工厂化压裂方案设计岩石力学脆性与裂缝形态关系图三、水平井工厂化压裂方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计2 2、压裂工艺技术、压裂工艺技术 选用合适的压裂技术。具体的施工步骤为: （1）第一段采用油管传输射孔，射孔完提出射孔枪; （2）对第一段进行压裂施工; （3）用液体泵送桥塞工具+射孔枪+电缆人井; （4）点火电缆射孔坐封桥塞，射孔枪与桥塞分离，对井筒试压; （5）上提射孔枪至射孔位置，射孔，提出射孔枪; （6）压裂第二层，重复步骤(3)-（6），实现多层分段压裂施工。三、水平井工厂化压裂方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计3、压裂液性能优化4、支撑剂优选 页岩气选择支撑剂材料主

11、要综合考虑合适的强度、密度和粒径这3个方面 支撑剂的强度要求能够承受储层的闭合应力，强度越高的支撑剂密度也越高，而一般页岩气压裂所用的压裂液黏度较低，携砂能力弱。故选择支撑剂时，在满足强度的要求下应选低密度支撑剂。支撑剂粒径的选择主要考虑岩石的硬度，这主要从支撑剂嵌人地层的角度来考虑。对于硬度大的储层，支撑剂嵌人不是严重的问题，可选择小粒径的支撑剂;反之对于偏塑性的储层，则应该选择大粒径的支撑剂。一、水平井射孔层段优化一、水平井射孔层段优化二、射孔方案设计二、射孔方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计四、微地震监测技术四、微地震监测技术五、压前裂缝预测五、压前裂缝预测

12、六、压后裂缝评估六、压后裂缝评估七、产量预测七、产量预测主要内容主要内容 微地震发生在裂隙断面上，裂隙范围通常很小，只有1-10m。通常情况下这些断面是稳定的。然而，当其中的应力受到干扰时,岩石中原来存在的或新产生的裂缝周围就会出现应力集中、应变能增高；当外力增加到一定程度时，原来裂缝的发生地区就会出现屈服或者变形，这时候一部分储藏的能量以会弹性波的形式释放出来，这个过程会产生微小的地震。 四、微地震监测技术四、微地震监测技术四、微地震监测技术四、微地震监测技术 4.1微地震监测技术原理 4.1.1微地震监测技术基本原理一般来讲，微地震监测是利用声学运动学原理，起源于对天然地震的监测。在地下的

13、水力压裂井中，地层会由于地下压力的变化而被强制压开一条很大的裂缝，底层中的能量会沿着这条裂缝向地层中不停的辐射，导致主裂缝周围地层发生错动或者涨裂。主裂缝中的涨裂和错动向外辐射的能量与地震勘探中的震源相似，它的频率非常高，通常在200Hz-2000Hz的范围内浮动。微地震监测示意图 检波器位于压裂井旁边，它将先接收震源信号，然后将接收到的震源信号进行资料处理，最后反推出震源所在的空间位置，这个震源位置就代表了裂缝的位置。右侧所示为微地震监测示意图。四、微地震监测技术四、微地震监测技术四、微地震监测技术四、微地震监测技术微地震波到时确定方法示意图 4.2微地震监测技术野外施工的一般过程包括：数据

14、采集、数据处理、正演地质建模、反演定位、压裂效果的解释。四、微地震监测技术四、微地震监测技术地面的记录检波器数据的采集数据的采集数据处理数据处理正演地质建模正演地质建模反演定位反演定位压裂效果压裂效果 4.3微地震监测技术的优点是:1、测量速度快，方便现场使用;2、可以实时确定微地震的位置;3、能确定裂缝高度、长度、倾角及方位;4、具有噪音过滤能力。四、微地震监测技术四、微地震监测技术 4.44.4微地震监测技术在页岩气微地震监测技术在页岩气领域领域的应用的应用 微地震监测技术作为监测页岩气水力压裂效果的关键技术之一，主要用于在水力压裂作业过程中，了解裂缝的走向和评价压裂的效果，对诱导裂缝的方

15、位、几何形态进行监测。四、微地震监测技术四、微地震监测技术产生的裂缝四、微地震监测技术四、微地震监测技术压裂过程实时监控2012非常规技术报告SRV估算一、水平井射孔层段优化一、水平井射孔层段优化二、射孔方案设计二、射孔方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计四、微地震监测技术四、微地震监测技术五、压前裂缝预测五、压前裂缝预测六、压后裂缝评估六、压后裂缝评估七、产量预测七、产量预测主要内容主要内容 水平井压裂可能产生的四种形态 在不同的地应力和井筒方位下，水平井压裂形成的裂缝形态也不相同纵向裂缝示意图横向裂缝示意图转向裂缝示意图扭曲裂缝示意图五、压前裂缝预测五、压前裂缝

16、预测 研究表明，裂缝垂向延伸高度受产层与隔层之间的地应力差、弹性模量差、断裂韧性差、界面强度以及裂缝中压裂液的压力分布和压裂液的流变性影响，其中产层和隔层的水平地应力差是影响裂缝垂向延伸的主要因素，裂缝容易从强度大的岩石进入强度小的岩石，反之则较难。 水平井压裂前的裂缝预测步骤： 1.建立水平井井筒应力分布模型； 2.进行了裸眼完井水平井裂缝起裂压力计算，并构建了裂缝起裂方位预测模型； 3.进行了射孔完井水平井裂缝起裂压力计算，并构建了裂缝起裂方位预测模型； 4.分析了裂缝起裂压力的影响因素。五、压前裂缝预测五、压前裂缝预测一、水平井射孔层段优化一、水平井射孔层段优化二、射孔方案设计二、射孔方

17、案设计三、水平井工厂化压裂方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计四、微地震监测技术四、微地震监测技术五、压前裂缝预测五、压前裂缝预测六、压后裂缝评估六、压后裂缝评估七、产量预测七、产量预测主要内容主要内容六、压后裂缝评估六、压后裂缝评估 水平井水力压裂裂缝评价水平井水力压裂裂缝评价 为检验压裂设计、评价压裂施工效果，需要评估水力裂缝。 目前发展了许多检测和确定压裂裂缝高度的方法，如适于裸眼井的井下电视法、地层微扫描仪和噪声测井等，还有适用于裸眼井和套管井的间接测试方法，如微地震法、井温测井、伽玛测井和声波测井等。根据施工压力曲线可以定性分析压裂裂缝延伸情况，结合压裂后压力降落数据可以成功地解释裂

18、缝几何尺寸、裂缝导流能力、压裂液滤失系数、压裂液效率和裂缝闭合时间、水平最小主应力等参数。水平井水力压裂裂缝评价水平井水力压裂裂缝评价lg pLg t 1、正斜率很小的线段该段斜率范围为0.125-0.2，说明裂缝正常延伸六、压后裂缝评估六、压后裂缝评估 2、压力不变的线段此段物理意义不明确，最可能的情况是注入压裂液被滤失所平衡，裂缝几乎不延伸，才能保持压力为常数。通常结合线段 、的压力变化进行分析，若后面压力下降，则可能是缝高增加，后面的压力升高，则可能是二次缝隙使滤失增大所致。水平井水力压裂裂缝评价水平井水力压裂裂缝评价 3、斜率为1的线段表明了施工压力增量正比于注入压裂液体积增量，它只能

19、发生于裂缝中严重堵塞的情况。由于缝内砂堵，压裂液难以达到裂缝端部使其缝长延伸，注入压裂液只能增加裂缝宽度。有控制地使支撑剂在裂缝端部脱出，增加裂缝宽度。 六、压后裂缝评估六、压后裂缝评估lg pLg t4、负斜率线段反映了裂缝高度增加，也不能排除压开多条裂缝或者裂缝在延伸过程中遇到大规模裂缝体系的可能性。一、水平井射孔层段优化一、水平井射孔层段优化二、射孔方案设计二、射孔方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计三、水平井工厂化压裂方案设计四、微地震监测技术四、微地震监测技术五、压前裂缝预测五、压前裂缝预测六、压后裂缝评估六、压后裂缝评估七、产量预测七、产量预测主要内容主要内容七七 、产量预测、产量

20、预测 页岩气藏的储量计算方法页岩气藏的储量计算方法 根据页岩气藏的自身特点,可用于页岩气藏储量计算的3种方法有:类比法、静态法和动态法。 1 1、类比法、类比法 对于勘探初期,在没有或少有探井基础数据的情况下,应用类比法比较简单有效。用类比法将我国页岩与北美典型性页岩进行区域地质、储层、地球化学等多方面比较,认识到我国具有较大的页岩气潜力;在缺乏钻井数据的前提下,甚至可以利用两者类比,对我国页岩气资源进行粗略估算。这种估算的精度不高,但也能为初期勘探提供一些指导 2、静态法 静态法也称为容积法,计算储量的一般公式是:G=AhSgi/Bgi公式中:G为天然气地质储量;A为含气面积;h为有效厚度;

21、为有效孔隙度;Sgi为原始含气饱和度;Bgi为原始天然气体积系数。显然,公式中的计算结果仅仅代表页岩气藏中的游离气,因此公式适合于勘探初期原始条件下。如果考虑到开发过程中吸附气和游离气存在动态平衡,并且这种平衡与气藏压力密切相关,那么评价时加入压力因素会使评价结果更接近实际值。七七 、产量预测、产量预测 Gy=Vb * P * K * Sg公式中:Gy为基质游离气含量;Vb为基质中游离气的有效孔隙体;P为气体压力;K为甲烷压缩系数;Sg为含气饱和度。 在一定的温度条件下,将不同压力下的吸附气含量与相应游离气含量相加,即得到总的气含量等温线。利用这条等温线,可获得该温度下不同储层压力时的气含量值。容积法计算的关键是确定游离气的有效孔隙度和含气饱和度。这种方法使用的参数是那些被认为能代表储层的单值,所得出的体积也是单一的最佳测算值。特别是对有效孔隙的估算存在许多人为因素,其估算量往往要大于实际生产量,与动态法相比,一般包含更大的误差和不确定性,比较适合开发设计前的储量预测。七七 、产量预测、产量预测 3、动态法 动态法利用气藏压力、产量等随