非常規(guī)油氣田(頁巖氣)的酸化壓裂及采工藝

1、非常規(guī)油氣田(頁巖氣開發(fā)壓裂的相關(guān)工藝與要一、頁巖氣的基本簡介關(guān)于頁巖氣的定義,Curtis 認為頁巖氣可以是儲存在天然裂隙和顆粒間孔隙中的游離氣,也可以是干酪根和頁巖顆粒表面的吸附氣或者是干酪根和瀝青質(zhì)中的溶解氣。中國地質(zhì)大學張金川教授給出的定義是: 主體位于暗色泥頁巖或者高碳泥頁巖中,以吸附和游離狀態(tài)為主要存在方式的地層中的天然氣聚集。頁巖氣以多相態(tài)存在于致密頁巖中以游離、吸附和溶解狀態(tài)存在于暗色泥頁巖中的天然氣,其賦存形式具有多樣性,但以游離態(tài)和吸附態(tài)為主,溶解態(tài)僅少量存在,游離氣主要存在于粒間空隙和天然裂隙中,吸附氣則存在于基質(zhì)表面。對于頁巖儲層評價:頁巖的埋深和厚度、孔隙度和滲透率、

2、裂縫是頁巖氣儲集的衡量條件,頁巖氣藏富集程度的關(guān)鍵因素主要包括頁巖厚度、有機質(zhì)含量和頁巖儲層空間三大因素。1、美國頁巖氣的勘探開發(fā)現(xiàn)狀。20世紀30年代,美國密歇根州的Antrim頁巖氣藏進入中等程度開發(fā)階段。到80年代已鉆井9000口,美國開發(fā)最積極的頁巖氣富集帶位于Texas的FortWorth盆地的Barnett頁巖氣藏它的成功開發(fā)。得到了工業(yè)界的廣泛關(guān)注,1986年首次在Barnett頁巖氣藏采用大規(guī)模的水力壓裂。1992年在Barnett頁巖氣藏完成第一口水平井通過不斷提高的水力壓裂技術(shù)和工藝,加速了Barnett頁巖氣藏的開發(fā)。在此后的20年里Barn ett頁巖氣藏的開發(fā)生產(chǎn)模式

3、在北美工業(yè)界得到了推廣。在過去的10年間Barne tt頁巖氣的采收率從2%增加到50%在美國48個州。除阿拉斯加和夏威夷,廣泛分布高有機質(zhì)頁巖,資源量在1483×10121859×1012m3加之煤層氣和低滲透氣藏的開發(fā),將對美國能源形勢起到重要的貢獻。2、開發(fā)瓶頸中國頁巖氣開發(fā)還處于探索階段,僅松遼、伊通盆地有幾口井開始試氣,初產(chǎn)在1000立方米左右,四川盆地和鄂爾多斯盆地也已經(jīng)著手準備成立先導試驗區(qū)。作為一個新興的非常規(guī)能源,頁巖氣資源的開發(fā)需要大量技術(shù)、資金和人員投入。而中國頁巖氣資源的開發(fā)剛剛起步,經(jīng)驗匱乏,技術(shù)不成熟,這些因素制約著中國頁巖氣的發(fā)展,頁巖氣資源的

4、規(guī)模開發(fā)還有很長的路要走。頁巖氣開發(fā)對技術(shù)的要求很高,相對常規(guī)天然氣來說,開采起來比較難,這主要是由頁巖氣藏的特點決定的。頁巖氣開采的核心技術(shù)是水平井鉆井法和水力壓裂法(或稱壓裂法。美國超過一半的天然氣都是通過壓裂法開采獲得。該方法是用“壓裂液體”,即化學物質(zhì)夾雜著大量水、泥沙,用高壓注入地下井,壓裂鄰近的巖石構(gòu)造,擴張裂口,使天然氣能流入井中得以收集。但是這些活動可能會對環(huán)境和人類健康產(chǎn)生負面影響,其中包括污染空氣、水源和土壤等。更何況,頁巖氣生產(chǎn)區(qū)往往是缺水區(qū),而該產(chǎn)業(yè)又必須消耗大量水資源,這就形成了一對矛盾,使其生產(chǎn)不可能無限制地快速增加。4二、頁巖氣的開采工藝從化學組成上說,頁巖氣是典

5、型的干氣,其主要成分是CH4(CH4含量大于等于9 0%但是某些儲層也產(chǎn)出濕氣。頁巖氣儲層是富含有機質(zhì)的巖層,其組成中占首要地位的是堅硬的黏土顆粒,片狀沉降的黏土礦物顆粒以及層狀的沉積物使得巖石水平滲透率很小,垂向滲透率更小。因此,采用水平井鉆井。1、水平井鉆井。在頁巖氣的開發(fā)中,水平井已成為主流,在相同的頁巖儲層中,水平井垂直于裂縫的方向,有效地增加與氣藏的接觸面積一般水平段的長度從7051600 m,比直井的產(chǎn)量和采收率高。水平井的完井方式為:套管固井、使用分隔器以便于多級壓裂。一般而言水平井的走向?qū)μ岣弋a(chǎn)能非常重要,一般應(yīng)橫切裂縫,但是Barnett 頁巖氣藏的開發(fā)表明:在氣藏較厚的區(qū)域

6、內(nèi),即使有壓裂阻擋層,井眼的走向并不是提高產(chǎn)能的最決定性的因素。但是在斷層帶和氣藏的邊部,井的走向和壓裂縫的方向?qū)漠a(chǎn)能有很大的影響。主裂縫通常近似垂直于最小水平應(yīng)力的方向,在一個氣田中,主要的自然裂縫和人工裂縫的走向是一致的。當然也不排除局部的應(yīng)力變化水平井距主要取決于對裂縫方向和最優(yōu)化井筒方向的了解,加強巖石力學的了解,能減少或取消水平井集成射孔從而能夠壓裂出主裂縫和縱橫交錯的裂縫分支。當然,水平井的井距應(yīng)該使單井和鄰井之間裂縫的也能交聯(lián),使裂縫的實際連通達到最大化,還要考慮是否可采用鄰近的2口以上的井同時壓裂,使氣藏在更大的壓力下產(chǎn)生更復(fù)雜的裂縫系統(tǒng)。1、壓裂技術(shù)。常規(guī)酸化壓裂技術(shù)一般

7、采用前置液酸壓,先用高粘度前置液壓開延伸裂縫,然后泵入低粘度酸液,使酸液從高粘度前置液中指狀穿過,形成指狀酸蝕縫。一般采用多級交替前置液酸壓工藝,即先用高粘度前置液造縫,然后交替泵入酸液和前置液,利用多級前置液填充并封堵被前面一級酸液溶蝕出的孔洞,迫使后續(xù)酸液在裂縫中流動反應(yīng),溶蝕具有高導流能力的指進溝槽,并在酸液進一步溶蝕前使溶蝕出的酸蝕縫進一步延伸。頁巖氣壓裂技術(shù)一般采用水力壓裂。清水壓裂(Water Fracturing是在清水中加入少量的減阻劑,穩(wěn)定劑,表面活性劑等添加劑作為壓裂液進行的壓裂作業(yè),又叫做減阻水壓裂。水力壓裂已經(jīng)形成了工業(yè)標準,水力壓裂目前的進展包括泵入量低黏度近純水的稀

8、砂液段塞到頁巖層中,以誘發(fā)新裂縫以及擴大頁巖層中的原始裂縫。壓裂作業(yè)過程分成幾級,每級集中對一個連續(xù)的氣層段壓裂。使得壓裂設(shè)備的所有壓裂能力都被集中應(yīng)用到單個氣藏單元中這,也被稱為體積壓裂。降阻水壓裂液在很多低滲透儲層中效果好。從20世紀80年代以來,降阻水壓裂已應(yīng)用于Barnett頁巖氣田的8000口井,多級水平井壓裂和采用低黏度壓裂液的2口以上鄰井的同期壓裂有效地增加了裂縫的復(fù)雜性。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù),裂縫系統(tǒng)和氣藏的接觸面積可以達到9.2×106m2。該項技術(shù)簡單實用,但是對某些頁巖可能并不適用,則可以采用凝膠壓裂,氣體輔助壓裂或復(fù)合壓裂等其他壓裂技術(shù)。此外,降阻水壓裂液的黏度太低,

9、所以砂和支撐劑的攜帶能力有限。目前,復(fù)合壓裂液的使用日漸廣泛,在這項技術(shù)中,降阻水用于打開裂縫,黏度大的壓裂液則用于運輸支撐劑到裂縫的遠端。不同壓裂方式的確定根本依據(jù)還是取決頁巖的性質(zhì),希望達到的裂縫與頁巖的接觸面積,撐劑要達到的位置和預(yù)期的產(chǎn)量要求等。除了水力壓裂,還有泡沫壓裂,凝膠壓裂,多級壓裂,同步壓裂,水力噴射壓裂,重復(fù)壓裂等。多級壓裂是利用封堵球或限流技術(shù)分隔儲層不同層位進行分段壓裂的技術(shù)。多級壓裂能夠針對儲層特點進行有針對性的施工,目標準確,壓裂效果明顯。多級壓裂有 2 種方式一是滑套封隔器分段壓裂,二是可鉆式橋塞分段壓裂。目前,在美國頁巖氣生產(chǎn)井中,有85%的井采用水平井和多級壓

10、裂技術(shù)結(jié)合的方式開采,增產(chǎn)效果顯著。多級滑套封隔器分段壓裂是目前頁巖水平井多段壓裂中前沿的完井方式,它能夠在水平井或直井中同時壓裂多個層段而不必使用橋塞分隔?；淄昃椒ㄊ且环N可以通過機械或水力的方法,進行操作的完井方式。它使用滑動套管和可膨脹的封割器,使作業(yè)者通過關(guān)閉一個和多個層段在一個井筒中選擇性地進入多個不同的油層,而不需要使用連續(xù)油管或鉸接管來分隔層段。在壓裂流體中投入直徑逐漸增大的封隔球,可以將已經(jīng)壓裂的層段封隔起來,進行下一個層段的壓裂,整個操作過程連續(xù)進行,不用停止泵入壓裂液。同步壓裂指對 2 口或2 口以上的配對井進行同時壓裂。同步壓裂采用使壓裂液和支撐劑在高壓下從一口井向另一

11、口井運移距離最短的方法,來增加水力壓裂裂縫網(wǎng)絡(luò)的密度和表面積,利用井間連通的優(yōu)勢來增大工作區(qū)裂縫的程度和強度。最大限度地連通天然裂縫同步壓裂最初是 2 口互相接近且深度大致相同的水平井間的同時壓裂。目前已發(fā)展成 3 口井同時壓裂,甚至4 口井同時壓裂。同步壓裂對頁巖氣井短期內(nèi)增產(chǎn)非常明顯,而且對工作區(qū)環(huán)境影響小,完井速度快,節(jié)省壓裂成本,是頁巖氣開發(fā)中后期比較常用的壓裂技術(shù)。水力噴射壓裂是集水力射孔、壓裂、隔離一體化的水力壓裂技術(shù)。對裸眼水平井進行水力壓裂,當儲層發(fā)育較多的天然裂縫時,大而裸露的井壁表面會使大量流體損失,影響壓裂效果。水力噴射壓裂技術(shù)不使用密封元件而維持較低的井筒壓力,迅速準確

12、地壓開多條裂縫,解決了裸眼完井水力壓裂的難題。水力噴射壓裂由3 個過程共同完成,水力噴砂射孔,水力壓裂和環(huán)空擠壓。優(yōu)點是不受水平井完井方式的限制,可在裸眼和各種完井結(jié)構(gòu)水平井實現(xiàn)壓裂,缺點是受到壓裂井深和加砂規(guī)模的限制重復(fù)壓裂。重復(fù)壓裂除了用來恢復(fù)低產(chǎn)井的產(chǎn)能外,同樣也用于有些產(chǎn)量相對較高的井。事實上,生產(chǎn)狀況良好的井經(jīng)常具備實施重復(fù)壓裂的條件,高潛力的井具備的條件是實施重復(fù)壓裂增產(chǎn)成功的關(guān)鍵?？傊?(1水力壓裂技術(shù)是頁巖氣開發(fā)的核心技術(shù)之一,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在頁巖氣井的增產(chǎn)作業(yè)中,目前常用的水力壓裂技術(shù)有多級壓裂、清水壓裂、同步壓裂、水力噴射壓裂和重復(fù)壓裂。(2多級壓裂技術(shù)是目前頁巖氣水力壓裂作業(yè)中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。多級壓裂加水平井是合理的頁巖氣開發(fā)方式,清水壓裂改變了以往依靠交聯(lián)凍膠延長裂縫的手段,既達到了增產(chǎn)效果,又減小了對地層的傷害。,同步壓裂技術(shù)作業(yè)的特點是2 口或2口以上的井同時壓裂尤其適用于開發(fā)中后期井眼密集時的壓裂作業(yè)。水力噴射壓裂的應(yīng)用不受完井方式的限制,可在裸眼和各種完井結(jié)構(gòu)水平井實現(xiàn)壓裂,缺點是受到壓裂井深和加砂規(guī)模的限制。重復(fù)壓裂能夠有效地改善單