上古生界低壓低滲砂巖氣藏壓裂工藝實(shí)踐

1、上古生界低壓低滲砂巖氣藏壓裂工藝實(shí)踐2014年9月上古生界低壓低滲砂巖氣藏壓裂工藝實(shí)踐一、長(zhǎng)慶上古砂巖儲(chǔ)層地質(zhì)特點(diǎn)及改造難點(diǎn)分析二、開展室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，建立優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)模板，實(shí)施優(yōu)化設(shè)計(jì)三、針對(duì)儲(chǔ)層的低壓、低滲特性，研究應(yīng)用低傷害壓裂液體系四、新工藝試驗(yàn)及應(yīng)用五、結(jié)論匯報(bào)提綱鄂爾多斯盆地蘊(yùn)藏著豐富的天然氣資源，以上古生界二疊系石盒子組和山西組砂巖氣藏為代表在盆地內(nèi)大面積分布。擔(dān)負(fù)著給北京、西安等大城市供氣與西氣東輸先鋒氣的任務(wù)。儲(chǔ)層普遍

2、具有低壓、低滲、非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，鉆完井后絕大多數(shù)無(wú)自然產(chǎn)能，水力壓裂成為氣井完井必須的技術(shù)手段。近幾年來(lái)圍繞儲(chǔ)層地質(zhì)特點(diǎn)，以提高單井產(chǎn)量為核心，開展了大量的研究與試驗(yàn)。前言一、以減少壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害，開展了低壓氣井CO2泡沫壓裂試驗(yàn)；二、以提高縫長(zhǎng)、增大泄氣面積、溝通高滲帶為目的開展了低滲氣井大型壓裂試驗(yàn)；三、為了提高低壓儲(chǔ)層壓裂液返排開展了液氮助排試驗(yàn)；四、以探索提高單井產(chǎn)量的技術(shù)途徑、優(yōu)化開發(fā)方式開展了水平井試驗(yàn)；為進(jìn)一步優(yōu)化工

3、藝參數(shù)、經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)氣田開展了適度規(guī)模壓裂試驗(yàn)；五、為了充分動(dòng)用多層、提高全井產(chǎn)量、減少傷害開展了不動(dòng)管柱分層壓裂試驗(yàn)；六、以低成本開發(fā)為主導(dǎo)思路，開展了小井眼壓裂配套試驗(yàn)；七、與BJ、斯倫貝謝、道達(dá)爾、殼牌等國(guó)外公司的增產(chǎn)技術(shù)合作與交流促進(jìn)了長(zhǎng)慶低壓、低滲砂巖氣藏壓裂技術(shù)的發(fā)展。前言截止2003年底，長(zhǎng)慶鄂爾多斯盆地天然氣資源量達(dá)10.7萬(wàn)億立方米，探明氣田７個(gè)：靖邊、榆林、烏審旗、蘇里格、米脂、劉家莊、勝利井氣田。投入開發(fā)氣田２個(gè)：

4、靖邊（碳酸鹽巖）榆林（砂巖）開發(fā)前期評(píng)價(jià)氣田２個(gè)：烏審旗、蘇里格（上古砂巖）氣田基本概況探明：11142.69砂巖：8232.81；74%碳酸鹽巖：2909.88；26%控制：4354.18預(yù)測(cè)：6265.82三級(jí)儲(chǔ)量合計(jì)：21762.69總資源量：107025天然氣儲(chǔ)量(108m3)氣田基本概況長(zhǎng)慶氣田上古生界發(fā)育著多套含氣層系，主力氣層為石盒子組和山西組，普遍具有低壓、低滲、非均質(zhì)性強(qiáng)、氣層厚度小、埋藏深等特點(diǎn)。烏審旗氣田、蘇里格氣

5、田主力氣層石盒子組氣層榆林氣田主力氣層山西組氣層儲(chǔ)層低滲較大規(guī)模的壓裂改造以形成較長(zhǎng)的水力裂縫層間（同一口井）、井間滲透率存在較強(qiáng)的非均質(zhì)性壓裂規(guī)模優(yōu)化難度大。盒8儲(chǔ)層在縱向上氣層一般由多段組成，各氣層段厚度不等，分布形態(tài)各異，氣層段間均有致密或高泥質(zhì)含量夾層，從而造成射孔及改造難度。統(tǒng)計(jì)氣田內(nèi)21口井夾層厚度，夾層數(shù)一般以1—3層為主，夾層厚度則在＜0.5m—＞2m，反映出砂層中所夾的非儲(chǔ)層比例較大，隔、夾層厚薄不一，分層壓裂難度大，

6、但在砂體頂?shù)捉缫话憔哂泻穸容^大的泥巖隔層，為裂縫延伸起提供了較好的遮擋條件。山西組：砂體相對(duì)集中，上部多與煤層（厚25m)相鄰，下部有較好的泥巖遮擋，部分井層下部有灰?guī)r。5、粘土礦物含量較高附著于孔壁和充填在孔隙中伊蒙混層存在潛在的膨脹可能。伊利石（尤其是纖維狀的晶體）和綠泥石會(huì)與流體反應(yīng)造成潤(rùn)濕性毛管力的改變或顆粒的溶解和堵塞。1、地應(yīng)力及巖石力學(xué)參數(shù)測(cè)試（1）巖石力學(xué)參數(shù)測(cè)定盒8、山2砂巖楊氏模量相當(dāng)，為18400～34200MPa

7、，泊松比分析表明，盒8為0.2～0.35，山2為0.21－0.26，盒8泊松比較高，且井間參數(shù)數(shù)值變化大，一定程度上反映了儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)特點(diǎn)。二、開展室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，建立壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)模板，實(shí)施優(yōu)化設(shè)計(jì)1、地應(yīng)力及巖石力學(xué)參數(shù)測(cè)試地應(yīng)力剖面測(cè)試結(jié)果表明，儲(chǔ)隔層應(yīng)力差較大。有利于分層壓裂的實(shí)施。2.測(cè)試壓裂獲取地層參數(shù)，為優(yōu)化設(shè)計(jì)建立設(shè)計(jì)模板長(zhǎng)慶氣田測(cè)試壓裂方案：一段活性水注入交聯(lián)胍膠小型壓裂測(cè)試（排量降階）長(zhǎng)慶低滲條件下的測(cè)試壓裂參數(shù)：活

8、性水測(cè)試：氣井2030m3交聯(lián)瓜膠測(cè)試（一段支撐劑段塞）3油管40方278油管30方榆4510臺(tái)階降排量測(cè)試施工曲線榆4510小型壓裂施工曲線榆4510小型壓裂G函數(shù)法分析結(jié)果榆4510小型壓裂凈壓力擬合結(jié)果1.通過(guò)性能評(píng)價(jià)優(yōu)選添加劑，建立低傷害壓裂液體系盒8氣層巖心礦物粘土礦物總量在11.5～17.5%，含量比較高，且儲(chǔ)層中多有泥質(zhì)夾層，速敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在很大程度上還存在著微粒運(yùn)移的可能性。優(yōu)選用小陽(yáng)離子COP1與無(wú)機(jī)鹽KCL作為粘土

9、穩(wěn)定劑具有較強(qiáng)的防膨能力及長(zhǎng)效性。對(duì)于山2氣層物性相對(duì)較好，為減少壓裂液濾失大而造成的對(duì)地層傷害，并引起砂堵的發(fā)生。篩選了3%XCJ1降濾失劑（1）小陽(yáng)離子與無(wú)機(jī)鹽組合的雙粘土穩(wěn)定劑（2）優(yōu)選降濾失劑對(duì)低壓氣田助排劑、發(fā)泡劑的優(yōu)選尤為重要，按常規(guī)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)僅評(píng)價(jià)其常溫下的性能指標(biāo)，其在地層高溫下及儲(chǔ)層吸附下性能可能發(fā)生較大變化。為此對(duì)國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的助排劑、發(fā)泡劑除了按行標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)外，還對(duì)耐溫性能、抗吸附性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。（3）對(duì)助排劑、發(fā)

10、泡劑的耐溫性能和抗吸附性進(jìn)行精細(xì)評(píng)價(jià)1.通過(guò)性能評(píng)價(jià)優(yōu)選添加劑，建立低傷害壓裂液體系1.通過(guò)性能評(píng)價(jià)優(yōu)選添加劑，建立低傷害壓裂液體系（4）綜合優(yōu)選，形成了適合長(zhǎng)慶低壓、低滲氣層低傷害壓裂液體系優(yōu)化后的山2壓裂液體系平均傷害僅為28.5%；盒8壓裂液體系平均傷害僅為12.39%，對(duì)儲(chǔ)層傷害較低。2、壓裂液的耐溫抗剪切性能得到了較大的提高（1）研發(fā)溫度穩(wěn)定劑TA1，提高壓裂液耐溫抗剪切性能針對(duì)盒8儲(chǔ)層溫度在110℃，液體需要較高的耐溫能力。

11、研發(fā)TA1溫度穩(wěn)定劑。使凍膠粘度保持100mPa.s以上的時(shí)間延長(zhǎng)了30分鐘左右，耐溫抗剪切性能有了明顯地提高。（2）優(yōu)選pH值緩沖劑，在常規(guī)壓裂液體系中加入TA6，使壓裂過(guò)程中壓裂液的pH值保持相對(duì)穩(wěn)定，提高了壓裂液流變性能。2、壓裂液的耐溫抗剪切性能得到了較大的提高（一）分層壓裂試驗(yàn)取得突破，實(shí)現(xiàn)了不壓井一次分壓多段對(duì)于盒8層普遍存在一井多層、層間多有隔層的特征，分析認(rèn)為可實(shí)施分壓改造的井占總井?dāng)?shù)42.6%。常規(guī)的橋塞、填砂分壓存在

12、井下作業(yè)工序多、周期長(zhǎng)、壓井傷害氣層等問(wèn)題，為此開展了不壓井機(jī)械封隔壓裂研究與試驗(yàn)。采用Y241封隔器、可撈式橋塞、小井眼填砂三種工藝方式進(jìn)行了六口井分層壓裂試驗(yàn)，明確了機(jī)械分壓是主要發(fā)展方向。（一）分層壓裂試驗(yàn)取得突破，實(shí)現(xiàn)了不壓井一次分壓多段（二）低壓、低滲砂巖氣藏CO2泡沫壓裂設(shè)計(jì)與施工技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展長(zhǎng)慶上古生界各區(qū)塊氣層具有明顯的低壓特征，采用CO2泡沫壓裂工藝可有效地降低了進(jìn)入氣層的液體量，并依靠CO2增能助排特性，提高

13、排液速度和返排率，減少液體對(duì)氣層的傷害，同時(shí)通過(guò)CO2溶解形成酸性液，有助于抑制粘土膨脹。（二）低壓、低滲砂巖氣藏CO2泡沫壓裂設(shè)計(jì)與施工技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展1、恒定內(nèi)相和變比例設(shè)計(jì)技術(shù)CO2壓裂設(shè)計(jì)國(guó)外一般采用恒定內(nèi)相技術(shù)，而長(zhǎng)慶使用恒定內(nèi)相和變比例兩種方法。對(duì)恒定內(nèi)相而言，當(dāng)加入支撐劑時(shí)，支撐劑將與CO2一起作為內(nèi)相，根據(jù)支撐劑體積，調(diào)整CO2的注入排量，使內(nèi)相保持恒定。對(duì)變比例而言，當(dāng)砂比（支撐劑濃度）提高時(shí)，降低CO2比例，內(nèi)相

14、不一定恒定。實(shí)踐證明這種變比例工藝設(shè)計(jì)對(duì)于保證深井及中、高滲氣層的順利施工是很有效的。CO2壓裂主要工藝參數(shù)設(shè)計(jì)2、液體混合及泡沫發(fā)生技術(shù)在壓裂液中添加表面活性劑保證液體CO2與壓裂液完全混合和乳化；在施工中通過(guò)高壓三通，使CO2與凍膠壓裂液在高壓管線充分混合；液體配制過(guò)程中發(fā)泡劑加入到基液使壓裂液混合后發(fā)泡充分。3、提高砂比技術(shù)采用適當(dāng)提高胍膠壓裂液基液粘度和保持胍膠壓裂液排量，充分發(fā)揮混砂車性能即可達(dá)到較高的砂比。4、酸性交聯(lián)劑技術(shù)

15、研發(fā)了酸性交聯(lián)劑，引進(jìn)了羧甲基羥丙基瓜爾膠（CMHPG），提高壓裂液的攜砂性能。（二）低壓、低滲砂巖氣藏CO2泡沫壓裂設(shè)計(jì)與施工技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用井?dāng)?shù)最多、施工規(guī)模最大、應(yīng)用井深最大效果：對(duì)于中高滲儲(chǔ)層采用該技術(shù)取得了良好效果試驗(yàn)區(qū)域：蘇里格氣田、烏審旗氣田、中部氣田及東部氣田，井?dāng)?shù)21口施工最大井深：3800m單井支撐劑用量：16.3738.0m3凍膠砂比：27.9%50.07%混合液砂比：18.729.52%CO2用量

16、：70142m3占4152%CO2壓裂試驗(yàn)井連續(xù)排液能力強(qiáng)，有效排液時(shí)間短，一般2070小時(shí)既可排完（而常規(guī)水力壓裂井平均排液時(shí)間約80小時(shí)）。應(yīng)用區(qū)塊：烏審旗、蘇里格氣田應(yīng)用情況：加入陶粒68100m3，排量4.05.0m3min，為歷年來(lái)長(zhǎng)慶上古生界氣層壓裂加砂量之最。試驗(yàn)形成了上古氣層大規(guī)模壓裂技術(shù)，并在烏審旗區(qū)改造取得突破G73井H8層厚度13.6m，孔隙度為7.7～14.2%，滲透率0.372～3.279103um2，陶粒80

17、m3、排量4.0m3min，無(wú)阻流量65.7655104m3d。（三）以提高縫長(zhǎng)、增大泄氣面積、溝通高滲帶為目的開展了低滲氣井大型壓裂試驗(yàn)（四）以提高低壓儲(chǔ)層壓裂液返排開展了液氮助排試驗(yàn)針對(duì)盒8氣層地層壓力低，壓力系數(shù)平均為0.86，通過(guò)建立起液氮助排計(jì)算模型，根據(jù)不同壓裂工藝的要求優(yōu)化參數(shù)，從前期小排量伴注——2002年大排量高比例全程伴注——到2003年“前置液伴注液氮”助排技術(shù)，在保證返排效果基礎(chǔ)上大幅度降低液氮用量和伴注比例，壓

18、后一次性噴通，返排率達(dá)到86%。（四）以提高低壓儲(chǔ)層壓裂液返排開展了液氮助排試驗(yàn)（五）與BJ、斯倫貝謝增產(chǎn)技術(shù)合作，進(jìn)一步拓寬了低滲砂巖氣藏壓裂的技術(shù)思路（1）BJ公司其主要技術(shù)特點(diǎn)：?采用了30%CO2設(shè)計(jì)思路以減少入地總液量，并增能助排；?在測(cè)試壓裂后，采用20m3CO2作為預(yù)前置液；?提倡采用兩種類型的破膠劑，即過(guò)硫酸銨與酶；?采用專用化學(xué)劑泵注車，方便計(jì)量并避免添加劑浪費(fèi)；?壓后放噴排量控制嚴(yán)格，前4個(gè)小時(shí)以0.1m3min的排

19、量，裂縫閉合后調(diào)至0.30.6m3min，最后以不大于2m3min的排量放噴。壓后返排率達(dá)到90%以上。BJ壓裂試驗(yàn)井壓裂數(shù)據(jù)從排液試氣情況整體分析，未達(dá)到預(yù)期效果。（2）Schlumberger公司Schlumberger壓裂試驗(yàn)井電性數(shù)據(jù)Schlumberger壓裂試驗(yàn)井施工數(shù)據(jù)4口井均發(fā)生不同程度砂堵壓后產(chǎn)量也未達(dá)到預(yù)期效果其技術(shù)特點(diǎn)主要有：①Schlumberger采用油管傳輸大槍身射孔，穿透深度大。②采用機(jī)械封隔器壓裂和完井，

20、有利于排液和保護(hù)套管。③傾向較大規(guī)模壓裂改造，使用較大粒徑的支撐劑（1620目），并據(jù)其完井特點(diǎn)，不采用液氮或CO2助排。④非常重視數(shù)據(jù)的采集與分析，測(cè)試壓裂和主壓裂過(guò)程中，除了地面數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)外還下入井下壓力計(jì)進(jìn)行測(cè)量與記錄。⑤測(cè)試壓裂較細(xì)致，求取地層滲透率、裂縫閉合壓力、近井筒阻力等參數(shù)，作法相對(duì)復(fù)雜，但裂縫閉合壓力較準(zhǔn)確，取得的分析數(shù)據(jù)較齊全。⑥采用低濃度胍膠壓裂液體系，其濃度為0.420.45%（而長(zhǎng)慶一般采用0.50.55%的胍膠

21、濃度），基液粘度約40－60mPa.S，有利于減少對(duì)支撐裂縫導(dǎo)流能力的傷害；⑦壓裂施工均未完成加砂量。據(jù)長(zhǎng)慶以往的經(jīng)驗(yàn)，使用較大粒徑的支撐劑需要設(shè)計(jì)相匹配的壓裂施工參數(shù)。原設(shè)計(jì)的砂量大、砂比高、臺(tái)階大，但實(shí)際操作時(shí)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行了調(diào)整。⑧從排液情況看，因下壓力計(jì)和機(jī)械封隔器原因，壓后排液時(shí)間滯后。1.室內(nèi)巖石力學(xué)參數(shù)、儲(chǔ)隔層地應(yīng)力大小等以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試壓裂分析，為壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)建立模板提供了技術(shù)保證。2.三口井的雙封隔器不壓井一次分壓兩層的成

22、功試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了不動(dòng)管柱一次分壓兩層壓裂后直接排液投產(chǎn)，減少了壓井作業(yè)對(duì)儲(chǔ)層的傷害，實(shí)施效果明顯，是今后重點(diǎn)研究方向，對(duì)于提高多段薄層氣井產(chǎn)量具有重要意義。3.通過(guò)21口井研究與實(shí)踐，長(zhǎng)慶低壓氣層CO2泡沫壓裂優(yōu)化與施工技術(shù)已趨于成熟。對(duì)于提高壓后返排率，縮短排液時(shí)間，減輕地層傷害有較為明顯的效果。4、大型壓裂的研究與成功實(shí)踐，為深入認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層地質(zhì)特點(diǎn)，確定適度規(guī)模的改造主體工藝提供了技術(shù)手段。5.針對(duì)不同層系儲(chǔ)層特點(diǎn)，應(yīng)用pH緩沖體系、溫

23、度穩(wěn)定劑等優(yōu)化壓裂液性能，形成了適合低壓低滲氣層的低傷害壓裂液體系。6.通過(guò)優(yōu)化N2伴注參數(shù)、注入工藝，逐步形成了適合盒8氣層改造的前置液N2伴注—層內(nèi)助排—壓后定量控制放噴的配套排液技術(shù)。五、結(jié)論通過(guò)大量的技術(shù)研究與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，榆林氣田山2氣藏取得了良好的增產(chǎn)效果，截止2003年底榆林氣田共壓裂57口井，平均試氣無(wú)阻流量21.8104m3d，壓裂技術(shù)的進(jìn)步有力保證了氣田良好開發(fā)，榆林已累計(jì)建成產(chǎn)能11.1108m3，而且下一步榆林氣田仍