頁巖氣水平井射孔壓裂技術(shù)

1、引言引言 頁巖氣：頁巖空隙中的天然氣。 美國的頁巖氣是開發(fā)最早的，技術(shù)是最成熟的。經(jīng)驗技術(shù)表明：水平井水力壓裂技術(shù)，對于頁巖氣的開發(fā)是至關(guān)重要的，是頁巖氣獲得工業(yè)性開發(fā)和提高采收率的的關(guān)鍵技術(shù)。主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、水平井射孔層段優(yōu)化一、水平井射孔層段優(yōu)化二、射孔方案設(shè)計二、射孔方案設(shè)計三、水平井工廠化壓裂方案設(shè)計三、水平井工廠化壓裂方案設(shè)計四、微地震監(jiān)測技術(shù)四、微地震監(jiān)測技術(shù)五、壓五、壓前裂縫預(yù)測前裂縫預(yù)測六、壓六、壓后裂縫評估后裂縫評估七、產(chǎn)量預(yù)測七、產(chǎn)量預(yù)測一一、水平井、水平井射孔層段優(yōu)化射孔層段優(yōu)化 頁巖屬于一種超低滲透率儲層，屬于“納達(dá)西”滲透率地層，所有儲層必須經(jīng)過壓裂才能投產(chǎn)。而水

2、平井壓裂又是形成頁巖氣工業(yè)性氣藏和提高產(chǎn)能的重要手段，頁巖氣水平井壓裂過程中，射孔層段的選取對頁巖層水平段的開發(fā)至關(guān)重要，是頁巖氣獲得工業(yè)產(chǎn)能的重要手段。納達(dá)西空隙 水平井一般都采用均勻的布孔，水平段全部射開的完井方式。費用成本的高，施工難度大，因此頁巖氣水平井射孔層段優(yōu)化就顯得尤為重要。 一一、水平井、水平井射孔層段優(yōu)化射孔層段優(yōu)化均勻的水平井射孔射孔層段優(yōu)化設(shè)計射孔層段優(yōu)化設(shè)計 根據(jù)地層特性選擇射孔，地層參數(shù)是直接影響射孔井產(chǎn)量計算結(jié)果正確與否的主要參數(shù)。 通過巖心、電測、高壓物性取樣等工作取得垂向滲透率與水平向滲透率的比值Kz/Kh,f地層滲透率、孔隙度、流體粘度等參數(shù)。 地層厚度應(yīng)選用

3、射孔層位通知單中提供的有效厚度，如果沒有選用測井解釋的數(shù)據(jù)。 垂向滲透率與水平向滲透率比值（儲層非均質(zhì)性）可根據(jù)巖心實測數(shù)據(jù)確定。 滲透率的確定可根據(jù)實際情況選用巖心分析的液相滲透率或中途測試解釋滲透率，也可采用測井解釋滲透率加權(quán)平均值。一一、水平井、水平井射孔層段優(yōu)化射孔層段優(yōu)化射孔層段優(yōu)化射孔層段優(yōu)化設(shè)計設(shè)計 孔隙度的確定可選用聲波測井解釋孔隙度值，也可選用巖心分析的有效孔隙度加權(quán)平均值。 地層壓力的確定可選用電纜重復(fù)式地層測試器測得的地層壓力，也可選用預(yù)測的地層壓力或鄰井同層位地層壓力。 井底流動壓力探井選用根據(jù)地層條件及試油工藝進(jìn)行預(yù)測的井底流動壓力。 開發(fā)井選用根據(jù)地區(qū)、地層條件及開

4、發(fā)部署要求預(yù)測的井底流動壓力。 油井半徑選用鉆井時使用鉆頭的半徑。一一、水平井、水平井射孔層段優(yōu)化射孔層段優(yōu)化 綜述，頁巖氣水平井射孔層段優(yōu)化，需要具體考慮該地區(qū)的的各種地質(zhì)參數(shù)，根據(jù)各地區(qū)的地層條件選取合適的射孔方法和射孔位置。盡可能地減少射孔對地層的損害，從而達(dá)到工業(yè)性開采和增加產(chǎn)能的目的。 一一、水平井、水平井射孔層段優(yōu)化射孔層段優(yōu)化射孔優(yōu)化工作流程圖 主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、水平井射孔層段優(yōu)化一、水平井射孔層段優(yōu)化二、射孔方案設(shè)計二、射孔方案設(shè)計三、水平井工廠化壓裂方案設(shè)計三、水平井工廠化壓裂方案設(shè)計四、微地震監(jiān)測技術(shù)四、微地震監(jiān)測技術(shù)五、壓五、壓前裂縫預(yù)測前裂縫預(yù)測六、壓六、壓后裂縫評估

5、后裂縫評估七、產(chǎn)量預(yù)測七、產(chǎn)量預(yù)測二二、射孔、射孔方案設(shè)計方案設(shè)計 射孔優(yōu)化設(shè)計 1、地層厚度 選用射孔通知單中提供的有效厚度；在沒有有效厚度的情況下選用砂巖厚度 2、滲透率 根據(jù)實際情況優(yōu)先選取如下靠前滲透率 中途測試解釋的滲透率;(通過鉆桿將測試工具送入預(yù)定的井深位置) 巖心分析的液相（氣相）滲透率; 測井解釋得到的滲透率; 3、孔隙度 如果有巖心分析和測井解釋的，優(yōu)先考慮巖心分析二二、射孔、射孔方案設(shè)計方案設(shè)計 射孔優(yōu)化設(shè)計參數(shù)的選取 4、地層壓力 優(yōu)先選取以下地層壓力測試結(jié)果 中途測試解釋的地層壓力； 電纜式重復(fù)地層測試得到的地層壓力； 鄰井同層位的地層壓力； 預(yù)測的地層壓力。 5、井

6、底流動壓力 根據(jù)實際情況優(yōu)先選取如下靠前井底流動壓力 鄰井試油的井底地層壓力 選用根據(jù)地區(qū)、地層條件要求預(yù)測的井底流動壓力二二、射孔、射孔方案設(shè)計方案設(shè)計 射孔優(yōu)化設(shè)計參數(shù)的選取 6、供油半徑 根據(jù)實際情況優(yōu)先選取如下 中途測試得到的數(shù)據(jù)； 套管所得的數(shù)據(jù) 7、泥質(zhì)含量 根據(jù)實際情況優(yōu)先選取如下靠前滲透率 巖心分析得到的泥質(zhì)含量; 測井解釋得到的泥質(zhì)含量; 8、垂向滲透率和水平向滲透率的比值 選用實測巖心數(shù)據(jù)二、射孔方案設(shè)計二、射孔方案設(shè)計 射孔方案根據(jù)項目規(guī)定的區(qū)塊選取射孔所需的各種地質(zhì)參數(shù)，進(jìn)行射孔層段的選取一、水平井射孔層段優(yōu)化一、水平井射孔層段優(yōu)化二、射孔方案設(shè)計二、射孔方案設(shè)計三、水

7、平井工廠化壓裂方案設(shè)計三、水平井工廠化壓裂方案設(shè)計四、微地震監(jiān)測技術(shù)四、微地震監(jiān)測技術(shù)五、壓五、壓前裂縫預(yù)測前裂縫預(yù)測六、壓六、壓后裂縫評估后裂縫評估七、產(chǎn)量預(yù)測七、產(chǎn)量預(yù)測主要內(nèi)容主要內(nèi)容三、水平井三、水平井工廠化壓裂方案設(shè)計工廠化壓裂方案設(shè)計 由于技術(shù)進(jìn)步和壓裂設(shè)備的不斷更新，水平井壓裂技術(shù)也從分段壓裂、多級分段壓裂發(fā)展到大規(guī)模分段多簇的體積壓裂，“工廠化”作業(yè)技術(shù)。 體積壓裂：通過水力壓裂對儲層實施改造，使天然裂縫不斷擴(kuò)張和脆性巖石產(chǎn)生剪切滑移，實現(xiàn)對天然裂縫和巖石層理的溝通，同時在主裂縫的側(cè)向上強(qiáng)制形成次生裂縫，最后形成天然裂縫與人工裂縫相互交錯的裂縫網(wǎng)絡(luò)，從而將有效儲層打碎，實現(xiàn)長、

8、寬、高三維方向的全面改造，增大滲流面積及導(dǎo)流能力，提高初始產(chǎn)量和最終采收率 壓裂技術(shù)特點：主要體現(xiàn)在大液量、大排量、大砂量、小粒徑和低砂比。三、水平井三、水平井工廠化壓裂方案設(shè)計工廠化壓裂方案設(shè)計水力壓裂的流程三、水平井三、水平井工廠化壓裂方案設(shè)計工廠化壓裂方案設(shè)計工廠化壓裂流程圖三、水平井三、水平井工廠化壓裂方案設(shè)計工廠化壓裂方案設(shè)計工廠化作業(yè)工廠化作業(yè)= =正規(guī)統(tǒng)一化的協(xié)調(diào)操作正規(guī)統(tǒng)一化的協(xié)調(diào)操作+ +壓裂方案設(shè)計壓裂方案設(shè)計壓裂方案設(shè)計壓裂方案設(shè)計 根據(jù)對設(shè)計井的儲層特征進(jìn)行分析： 1、根據(jù)巖石的脆性程度選擇壓裂的模式; 2、確定頁巖氣壓裂工藝; 3、根據(jù)儲層物性、儲層應(yīng)力、固井狀況等確

9、定射孔位置; 4、根據(jù)儲層物性、巖石力學(xué)參數(shù)等選擇合適的支撐劑和壓裂液配方; 5、壓裂施工參數(shù)設(shè)計及優(yōu)化。三、水平井三、水平井工廠化壓裂方案設(shè)計工廠化壓裂方案設(shè)計1 1、巖石力學(xué)、巖石力學(xué)脆性選擇壓裂模式脆性選擇壓裂模式 頁巖氣壓裂過程中，只有不斷產(chǎn)生各種形式的裂縫，形成裂縫網(wǎng)絡(luò)，壓裂后氣井才有可能獲得工業(yè)氣流。巖石力學(xué)實驗表明，巖石的脆性特征是頁巖氣壓裂形成縫網(wǎng)的最重要的巖石力學(xué)特征參數(shù)。 根據(jù)北美頁巖氣開發(fā)的實踐經(jīng)驗，給出了巖石脆性指數(shù)和壓后裂縫形態(tài)的關(guān)系。壓裂液體系優(yōu)選一般根據(jù)巖石脆性指數(shù)，一般隨著脆性指數(shù)的提高，壓裂液用量越多，支撐劑濃度越低，支撐劑用量越少。三、水平井三、水平井工廠化

10、壓裂方案設(shè)計工廠化壓裂方案設(shè)計巖石力學(xué)脆性與裂縫形態(tài)關(guān)系圖三、水平井三、水平井工廠化壓裂方案設(shè)計工廠化壓裂方案設(shè)計2 2、壓裂、壓裂工藝技術(shù)工藝技術(shù) 選用合適的壓裂技術(shù)。具體的施工步驟為: （1）第一段采用油管傳輸射孔，射孔完提出射孔槍; （2）對第一段進(jìn)行壓裂施工; （3）用液體泵送橋塞工具+射孔槍+電纜人井; （4）點火電纜射孔坐封橋塞，射孔槍與橋塞分離，對井筒試壓; （5）上提射孔槍至射孔位置，射孔，提出射孔槍; （6）壓裂第二層，重復(fù)步驟(3)-（6），實現(xiàn)多層分段壓裂施工。三、水平井三、水平井工廠化壓裂方案設(shè)計工廠化壓裂方案設(shè)計3、壓裂液性能優(yōu)化4、支撐劑優(yōu)選 頁巖氣選擇支撐劑材料主

11、要綜合考慮合適的強(qiáng)度、密度和粒徑這3個方面 支撐劑的強(qiáng)度要求能夠承受儲層的閉合應(yīng)力，強(qiáng)度越高的支撐劑密度也越高，而一般頁巖氣壓裂所用的壓裂液黏度較低，攜砂能力弱。故選擇支撐劑時，在滿足強(qiáng)度的要求下應(yīng)選低密度支撐劑。支撐劑粒徑的選擇主要考慮巖石的硬度，這主要從支撐劑嵌人地層的角度來考慮。對于硬度大的儲層，支撐劑嵌人不是嚴(yán)重的問題，可選擇小粒徑的支撐劑;反之對于偏塑性的儲層，則應(yīng)該選擇大粒徑的支撐劑。一、水平井射孔層段優(yōu)化一、水平井射孔層段優(yōu)化二、射孔方案設(shè)計二、射孔方案設(shè)計三、水平井工廠化壓裂方案設(shè)計三、水平井工廠化壓裂方案設(shè)計四、微地震監(jiān)測技術(shù)四、微地震監(jiān)測技術(shù)五、壓五、壓前裂縫預(yù)測前裂縫預(yù)測

12、六、壓六、壓后裂縫評估后裂縫評估七、產(chǎn)量預(yù)測七、產(chǎn)量預(yù)測主要內(nèi)容主要內(nèi)容 微地震發(fā)生在裂隙斷面上，裂隙范圍通常很小，只有1-10m。通常情況下這些斷面是穩(wěn)定的。然而，當(dāng)其中的應(yīng)力受到干擾時,巖石中原來存在的或新產(chǎn)生的裂縫周圍就會出現(xiàn)應(yīng)力集中、應(yīng)變能增高；當(dāng)外力增加到一定程度時，原來裂縫的發(fā)生地區(qū)就會出現(xiàn)屈服或者變形，這時候一部分儲藏的能量以會彈性波的形式釋放出來，這個過程會產(chǎn)生微小的地震。 四、微四、微地震監(jiān)測技術(shù)地震監(jiān)測技術(shù)四、微四、微地震監(jiān)測技術(shù)地震監(jiān)測技術(shù) 4.1微地震監(jiān)測技術(shù)原理 4.1.1微地震監(jiān)測技術(shù)基本原理一般來講，微地震監(jiān)測是利用聲學(xué)運動學(xué)原理，起源于對天然地震的監(jiān)測。在地下的

13、水力壓裂井中，地層會由于地下壓力的變化而被強(qiáng)制壓開一條很大的裂縫，底層中的能量會沿著這條裂縫向地層中不停的輻射，導(dǎo)致主裂縫周圍地層發(fā)生錯動或者漲裂。主裂縫中的漲裂和錯動向外輻射的能量與地震勘探中的震源相似，它的頻率非常高，通常在200Hz-2000Hz的范圍內(nèi)浮動。微地震監(jiān)測示意圖 檢波器位于壓裂井旁邊，它將先接收震源信號，然后將接收到的震源信號進(jìn)行資料處理，最后反推出震源所在的空間位置，這個震源位置就代表了裂縫的位置。右側(cè)所示為微地震監(jiān)測示意圖。四、微四、微地震監(jiān)測技術(shù)地震監(jiān)測技術(shù)四、微四、微地震監(jiān)測技術(shù)地震監(jiān)測技術(shù)微地震波到時確定方法示意圖 4.2微地震監(jiān)測技術(shù)野外施工的一般過程包括：數(shù)據(jù)

14、采集、數(shù)據(jù)處理、正演地質(zhì)建模、反演定位、壓裂效果的解釋。四、微四、微地震監(jiān)測技術(shù)地震監(jiān)測技術(shù)地面的記錄檢波器數(shù)據(jù)的采集數(shù)據(jù)的采集數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理正演地質(zhì)建模正演地質(zhì)建模反演定位反演定位壓裂效果壓裂效果 4.3微地震監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)點是:1、測量速度快，方便現(xiàn)場使用;2、可以實時確定微地震的位置;3、能確定裂縫高度、長度、傾角及方位;4、具有噪音過濾能力。四、微四、微地震監(jiān)測技術(shù)地震監(jiān)測技術(shù) 4.44.4微微地震監(jiān)測技術(shù)在頁巖地震監(jiān)測技術(shù)在頁巖氣氣領(lǐng)域領(lǐng)域的應(yīng)用的應(yīng)用 微地震監(jiān)測技術(shù)作為監(jiān)測頁巖氣水力壓裂效果的關(guān)鍵技術(shù)之一，主要用于在水力壓裂作業(yè)過程中，了解裂縫的走向和評價壓裂的效果，對誘導(dǎo)裂縫的方

15、位、幾何形態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。四、微四、微地震監(jiān)測技術(shù)地震監(jiān)測技術(shù)產(chǎn)生的裂縫四、微四、微地震監(jiān)測技術(shù)地震監(jiān)測技術(shù)壓裂過程實時監(jiān)控2012非常規(guī)技術(shù)報告SRV估算一、水平井射孔層段優(yōu)化一、水平井射孔層段優(yōu)化二、射孔方案設(shè)計二、射孔方案設(shè)計三、水平井工廠化壓裂方案設(shè)計三、水平井工廠化壓裂方案設(shè)計四、微地震監(jiān)測技術(shù)四、微地震監(jiān)測技術(shù)五、壓五、壓前裂縫預(yù)測前裂縫預(yù)測六、壓六、壓后裂縫評估后裂縫評估七、產(chǎn)量預(yù)測七、產(chǎn)量預(yù)測主要內(nèi)容主要內(nèi)容 水平井壓裂可能產(chǎn)生的四種形態(tài) 在不同的地應(yīng)力和井筒方位下，水平井壓裂形成的裂縫形態(tài)也不相同縱向裂縫示意圖橫向裂縫示意圖轉(zhuǎn)向裂縫示意圖扭曲裂縫示意圖五、壓前五、壓前裂縫預(yù)測裂縫

16、預(yù)測 研究表明，裂縫垂向延伸高度受產(chǎn)層與隔層之間的地應(yīng)力差、彈性模量差、斷裂韌性差、界面強(qiáng)度以及裂縫中壓裂液的壓力分布和壓裂液的流變性影響，其中產(chǎn)層和隔層的水平地應(yīng)力差是影響裂縫垂向延伸的主要因素，裂縫容易從強(qiáng)度大的巖石進(jìn)入強(qiáng)度小的巖石，反之則較難。 水平井壓裂前的裂縫預(yù)測步驟： 1.建立水平井井筒應(yīng)力分布模型； 2.進(jìn)行了裸眼完井水平井裂縫起裂壓力計算，并構(gòu)建了裂縫起裂方位預(yù)測模型； 3.進(jìn)行了射孔完井水平井裂縫起裂壓力計算，并構(gòu)建了裂縫起裂方位預(yù)測模型； 4.分析了裂縫起裂壓力的影響因素。五、壓前五、壓前裂縫預(yù)測裂縫預(yù)測一、水平井射孔層段優(yōu)化一、水平井射孔層段優(yōu)化二、射孔方案設(shè)計二、射孔方

17、案設(shè)計三、水平井工廠化壓裂方案設(shè)計三、水平井工廠化壓裂方案設(shè)計四、微地震監(jiān)測技術(shù)四、微地震監(jiān)測技術(shù)五、壓前裂縫預(yù)測五、壓前裂縫預(yù)測六、壓六、壓后裂縫評估后裂縫評估七、產(chǎn)量預(yù)測七、產(chǎn)量預(yù)測主要內(nèi)容主要內(nèi)容六、壓六、壓后裂縫評估后裂縫評估 水平井水力壓裂裂縫評價水平井水力壓裂裂縫評價 為檢驗壓裂設(shè)計、評價壓裂施工效果，需要評估水力裂縫。 目前發(fā)展了許多檢測和確定壓裂裂縫高度的方法，如適于裸眼井的井下電視法、地層微掃描儀和噪聲測井等，還有適用于裸眼井和套管井的間接測試方法，如微地震法、井溫測井、伽瑪測井和聲波測井等。根據(jù)施工壓力曲線可以定性分析壓裂裂縫延伸情況，結(jié)合壓裂后壓力降落數(shù)據(jù)可以成功地解釋裂

18、縫幾何尺寸、裂縫導(dǎo)流能力、壓裂液濾失系數(shù)、壓裂液效率和裂縫閉合時間、水平最小主應(yīng)力等參數(shù)。水平井水力壓裂裂縫水平井水力壓裂裂縫評價評價lg pLg t 1、正斜率很小的線段該段斜率范圍為0.125-0.2，說明裂縫正常延伸六、壓六、壓后裂縫評估后裂縫評估 2、壓力不變的線段此段物理意義不明確，最可能的情況是注入壓裂液被濾失所平衡，裂縫幾乎不延伸，才能保持壓力為常數(shù)。通常結(jié)合線段 、的壓力變化進(jìn)行分析，若后面壓力下降，則可能是縫高增加，后面的壓力升高，則可能是二次縫隙使濾失增大所致。水平井水力壓裂裂縫水平井水力壓裂裂縫評價評價 3、斜率為1的線段表明了施工壓力增量正比于注入壓裂液體積增量，它只能

19、發(fā)生于裂縫中嚴(yán)重堵塞的情況。由于縫內(nèi)砂堵，壓裂液難以達(dá)到裂縫端部使其縫長延伸，注入壓裂液只能增加裂縫寬度。有控制地使支撐劑在裂縫端部脫出，增加裂縫寬度。 六、壓六、壓后裂縫評估后裂縫評估lg pLg t4、負(fù)斜率線段反映了裂縫高度增加，也不能排除壓開多條裂縫或者裂縫在延伸過程中遇到大規(guī)模裂縫體系的可能性。一、水平井射孔層段優(yōu)化一、水平井射孔層段優(yōu)化二、射孔方案設(shè)計二、射孔方案設(shè)計三、水平井工廠化壓裂方案設(shè)計三、水平井工廠化壓裂方案設(shè)計四、微地震監(jiān)測技術(shù)四、微地震監(jiān)測技術(shù)五、壓前裂縫預(yù)測五、壓前裂縫預(yù)測六、壓后裂縫評估六、壓后裂縫評估七、產(chǎn)量預(yù)測七、產(chǎn)量預(yù)測主要內(nèi)容主要內(nèi)容七七 、產(chǎn)量、產(chǎn)量預(yù)測

20、預(yù)測 頁巖頁巖氣藏的儲量計算方法氣藏的儲量計算方法 根據(jù)頁巖氣藏的自身特點,可用于頁巖氣藏儲量計算的3種方法有:類比法、靜態(tài)法和動態(tài)法。 1 1、類比法、類比法 對于勘探初期,在沒有或少有探井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的情況下,應(yīng)用類比法比較簡單有效。用類比法將我國頁巖與北美典型性頁巖進(jìn)行區(qū)域地質(zhì)、儲層、地球化學(xué)等多方面比較,認(rèn)識到我國具有較大的頁巖氣潛力;在缺乏鉆井?dāng)?shù)據(jù)的前提下,甚至可以利用兩者類比,對我國頁巖氣資源進(jìn)行粗略估算。這種估算的精度不高,但也能為初期勘探提供一些指導(dǎo) 2、靜態(tài)法 靜態(tài)法也稱為容積法,計算儲量的一般公式是:G=AhSgi/Bgi公式中:G為天然氣地質(zhì)儲量;A為含氣面積;h為有效厚度;

21、為有效孔隙度;Sgi為原始含氣飽和度;Bgi為原始天然氣體積系數(shù)。顯然,公式中的計算結(jié)果僅僅代表頁巖氣藏中的游離氣,因此公式適合于勘探初期原始條件下。如果考慮到開發(fā)過程中吸附氣和游離氣存在動態(tài)平衡,并且這種平衡與氣藏壓力密切相關(guān),那么評價時加入壓力因素會使評價結(jié)果更接近實際值。七七 、產(chǎn)量、產(chǎn)量預(yù)測預(yù)測 Gy=Vb * P * K * Sg公式中:Gy為基質(zhì)游離氣含量;Vb為基質(zhì)中游離氣的有效孔隙體;P為氣體壓力;K為甲烷壓縮系數(shù);Sg為含氣飽和度。 在一定的溫度條件下,將不同壓力下的吸附氣含量與相應(yīng)游離氣含量相加,即得到總的氣含量等溫線。利用這條等溫線,可獲得該溫度下不同儲層壓力時的氣含量值。容積法計算的關(guān)鍵是確定游離氣的有效孔隙度和含氣飽和度。這種方法使用的參數(shù)是那些被認(rèn)為能代表儲層的單值,所得出的體積也是單一的最佳測算值。特別是對有效孔隙的估算存在許多人為因素,其估算量往往要大于實際生產(chǎn)量,與動態(tài)法相比,一般包含更大的誤差和不確定性,比較適合開發(fā)設(shè)計前的儲量預(yù)測。七七 、產(chǎn)量、產(chǎn)量預(yù)測預(yù)測 3、動態(tài)法 動態(tài)法利用氣藏壓力、產(chǎn)量等隨