巖氣基礎(chǔ)知識(shí)

1、頁巖氣基礎(chǔ)知識(shí)（1）頁巖巖性多為瀝青質(zhì)或富含有機(jī)質(zhì)的暗色、黑色泥頁巖和高碳泥頁巖類,巖石組成一般為30% 50%勺粘土礦物、15% 25%的粉砂質(zhì)（石英顆粒）和4% 30%勺有機(jī)質(zhì)。頁 巖氣的工業(yè) 聚集需要豐富的氣源物質(zhì)基礎(chǔ),要求生燒有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn),那些“肥沃”的黑色泥頁巖通常 是頁巖氣成藏的最好巖性,它們的形成需要較快速的沉積條件和封閉性較好的還原環(huán)境。在頁巖氣藏中,地層有機(jī)碳含量相對(duì)較高,一般大于2%,可以達(dá)到普通源 巖有機(jī)碳含量的10 20倍。天然氣的生成 可來源于生物作用、熱成熟作用或兩者的結(jié)合,因此鏡質(zhì)體反射率一般在 0. 4%以上。在陸相盆地中,湖沼相和三角洲相沉積產(chǎn)物一般

2、是頁巖氣成藏的最好條件，但通常位于或接近于盆地的沉降沉積中心處導(dǎo)致頁巖氣的分布有利 區(qū)主要集中于盆地中心處。從天然氣的生成角度分析,生物氣的產(chǎn)生需要厭氧環(huán)境,而熱成因氣的產(chǎn)生也需要較高的溫度條件,因此靠近盆地中心方向是頁巖氣成藏的有利區(qū)域。（2）頁巖本身既是氣源巖又是儲(chǔ)集層,其總孔隙度一般小于10%,而含氣的有效孔隙度一般不及 總孔隙度的一半,滲透率則隨裂縫的發(fā)育程度不同而有較大變化。頁巖氣雖然為地層普遍含氣性特點(diǎn),但目前具有工業(yè)勘探價(jià)值的頁巖氣藏或甜點(diǎn)主要依賴于頁巖地層中具有一定規(guī)模的裂縫系統(tǒng)。根據(jù)有關(guān)資料分析,頁巖的含氣量變化幅度較大,從0. 4m3/t 到10 m3/ t, 在美國的大約

3、30000 口鉆井中, 鉆遇具有自然工業(yè)產(chǎn)能的裂縫性甜點(diǎn)的井?dāng)?shù)只有大約10%,表明裂縫系統(tǒng)是提高頁巖氣鉆井工業(yè)產(chǎn)能的重要影響因素。除了頁巖地層中的自 生裂縫系統(tǒng)以外,構(gòu)造裂縫系統(tǒng)的規(guī)模性發(fā)育為頁巖含氣豐度的提高提供了條件保證。因此,構(gòu)造轉(zhuǎn)折帶、地應(yīng)力相對(duì)集中帶以及褶皺斷裂發(fā)育帶通常是頁巖氣富集的重要場所。頁巖氣的采收率變化較大（5% 60%）鉆井的產(chǎn)氣量相對(duì)較低,但生產(chǎn)周期較長,在天然氣產(chǎn)出 的同時(shí)伴隨有地層水的排出。美國頁巖氣井的單井總平均產(chǎn)氣量約為1000 m3/ d, 但頁巖氣產(chǎn)區(qū)的單井產(chǎn)率一般介于 2800 33000 m3/ d 之間。頁巖氣在中國具有良好的勘探前景,對(duì)頁巖氣（泥頁巖

4、氣）的勘探研究也已經(jīng)逐步展 開,在四川盆地、 鄂爾多斯盆地、 渤海灣盆地、 松遼盆地、 吐哈盆地、 江漢盆地、 吐哈盆地、 塔里木盆地、 準(zhǔn)嗡爾盆地等均有頁巖氣成藏的地質(zhì)條件,局部有機(jī)碳含量在30%以上,發(fā)現(xiàn)了典型頁巖層中局部的天然氣富集。其中,暗色頁巖發(fā)育的地區(qū)和層位是需要重點(diǎn)研究的領(lǐng)域和目標(biāo)。在吐哈盆地,吐魯番坳陷水西溝群地層廣泛發(fā)育了暗色泥巖和炭質(zhì)泥頁巖,炭質(zhì) 泥巖累積平均厚度在 30 m以上，有機(jī)碳含量一般介于6% 30% ;暗色泥頁巖厚度更大,如 八道灣組暗色泥頁巖厚度一般大于100 m,盆地中北部達(dá)到200m以上，西山窯組暗色泥頁 巖最大厚度大于600 m,有機(jī)質(zhì)的成熟度目前大都處

5、于 0. 4% 1.5%之間，非常有利于頁巖 氣藏的形成和發(fā)育。此外,我國南方志留系廣布區(qū)中泥頁巖氣的勘探前景亦不可忽視孔隙度和滲透率極低，總孔隙度一般小于10%含氣的有效孔隙度只有 1%? 5%20世紀(jì)70年代，最早應(yīng)用壓裂方法：（1 ）泡沫壓裂液技術(shù)。國外泡沫壓裂液研究始于鹽水、原油、N、甲于美國。 泡沫壓裂液至今大概經(jīng)歷了 4個(gè)階段：第一代泡沫壓裂液主要由酸類、醇和起泡劑配制而成，其泡沫質(zhì)量小、泡沫穩(wěn)定性差、壽命短、攜砂能力弱，僅適合于淺井小規(guī)施工；第二代泡沫壓裂液主要由鹽水、起泡劑、聚合物、穩(wěn)泡劑和 N或ccm成，泡沫質(zhì)量適中、氣泡沫穩(wěn)定性好、壽命長、粘度大，攜砂濃度可達(dá)480600k

6、g/m ,適合各類油氣井壓裂施工；第三代泡沫壓裂液主要由鹽水、聚合物、起泡劑、交聯(lián)劑、N或CC組成，以交聯(lián)凍膠體為穩(wěn)泡劑，泡沫質(zhì)量大，氣泡分散更均勻、更穩(wěn)定、粘度更大，攜砂濃度最低 可達(dá)600 kg /m , 適合高溫深井壓裂施工；第四代泡沫壓裂液成分與第三代相似，但是更強(qiáng) 調(diào)相內(nèi)泡的分布和體積的控制，具有耐溫抗剪切性更好、泡沫質(zhì)量更好、泡沫壽命更長、粘度更大、攜砂能力更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，濃度可 達(dá)1440 kg /m以上，能夠滿足大型加沙壓裂的需求。國內(nèi)現(xiàn)在發(fā)展較成熟的有兩種，即酸性交聯(lián)CO泡沫壓裂液和有機(jī)硼 （堿性）交聯(lián)N泡沫壓裂液。這兩種都相當(dāng)于國外第三代泡沫壓裂液，其穩(wěn)泡性、抗溫耐剪切性、攜砂

7、性、破膠性、助排性、濾失性等方面均獲得了顯著提高。其中N泡沫壓裂液因?qū)苤牡蛡Ω鼊僖换I，因此在實(shí)際應(yīng)用中獲得了良好的效果。（2）清水壓裂技術(shù)。清水壓裂是在低滲透油氣藏改造中,應(yīng)用清水作為工作液,靠水力（有時(shí)也加少量的支撐劑）在地層中形成水力裂縫,具有低傷害、低成本、能夠深度解堵等優(yōu) 勢,彌補(bǔ)了常規(guī)污水增注措施的不足。清水壓裂技術(shù)主要由以下四種機(jī)理協(xié)調(diào)作用來提高開發(fā)效果： 存在于地層巖石中的天然裂縫表面一般較為粗糙，裂縫不能夠完全閉合,因此具有一定的導(dǎo)流能力， 為注入水提供了有利的通道；油水井實(shí)施清水壓裂作業(yè)后，工作 液返排率高、殘?jiān)?，減少了工作液殘?jiān)鼘?duì)儲(chǔ)層造成的二次傷害；壓裂過程中， 原

8、本存在于地層或在壓裂過程中脫落的巖石顆粒能起到很好的支撐作用，能保持裂縫張開；當(dāng)裂縫周邊的巖石在壓力超過臨界壓力后，剪切力使上下裂縫粗糙面產(chǎn)生剪切滑移，停泵后粗糙面 不能再滑回到原來的位置，使得裂縫張開，具有一定的導(dǎo)流能力。清水壓裂用低粘度減阻水代替常用的凝膠壓裂液，這樣既降低了成本又減小了凝膠對(duì)地 層的傷害，但是因壓裂液粘度低，攜砂能力弱，使得壓開的裂縫半徑小。因此，清水壓裂適 合于天然裂縫較發(fā)育、 楊 氏模量較高的地層。 張金JI等認(rèn)為清水壓裂在國內(nèi)有較多的理論研 究和作業(yè)實(shí)踐，用于我國的頁巖氣開發(fā)有一定的技術(shù)基礎(chǔ),是可行的壓裂技術(shù)（3）同步壓裂技術(shù)。同步壓裂（見圖1）指對(duì)兩口或兩口以上的

9、配對(duì)并同時(shí)進(jìn)行壓裂同步壓裂是使壓裂液及支撐劑在高壓下從一 口井向另一口井運(yùn)移距離最短的有效方法，可以 增加水力壓裂裂縫網(wǎng)絡(luò)的密度及表面積，利用井間連通的優(yōu)勢來增大工區(qū)裂縫的連通的程度，最大限度地連通天然裂縫。同步壓裂最初是兩口互相接近且深度大致相同水平井間的同時(shí)壓裂，目前已發(fā)展成三口井同時(shí)壓裂，甚至四口井同時(shí)壓裂。同步壓裂對(duì)頁巖氣井短期內(nèi)增產(chǎn)非常明顯， 而且對(duì)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)。2006年同步壓裂首先在美國Ft.Worth盆地的Barnett 頁巖中實(shí)施，作業(yè) 者在水平井段相隔152? 305ml的兩口大致平行的水平井配 對(duì)井之間進(jìn)

10、行同步壓裂。由于壓裂井的位置接近， 如果依次對(duì)兩口井進(jìn)行壓裂，可能導(dǎo)致只在第二口井中產(chǎn)生流體通道而切斷 第一口井的流體通道。同步壓裂能夠讓被壓裂的兩口井的裂縫都達(dá)到最大化，相對(duì)依次壓裂 來說，獲得收益的速度更快。在 Barnett 頁巖的同步壓裂作業(yè)中，大約 158.76萬公斤的 支撐 劑和39750立方米的減阻水被注入到井孔中的9個(gè)層位（其中一口井 4個(gè)，另一口井5個(gè)），之后這兩口井均以相當(dāng)高的速度生產(chǎn)，其中一口井以日產(chǎn)25.5 10 m 的速度持續(xù)生產(chǎn)30天，而 其他未壓裂的井日產(chǎn)速度只有 5.6614.16 10 m 不等。（4）重復(fù)壓裂。從壓裂造縫觀點(diǎn)分析，目前重復(fù)壓裂作用機(jī)制主要有以

11、下幾種：重新張開原水力壓開裂縫。原先壓開的裂縫，壓裂后地層壓力下降，使閉合壓力大幅度上升，使壓裂失效。 重復(fù)壓裂時(shí)加強(qiáng)壓裂對(duì)應(yīng)層能量補(bǔ)充，將會(huì)有效地張開原先壓開的裂縫；有效地延伸原有裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。有效延伸原先裂縫系統(tǒng)， 擴(kuò)大泄油面積， 增加原裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 滲流通道； 沖洗裂縫面。 原先壓開的 裂縫面，由于壓裂液中存在的不溶物（殘?jiān)┒氯驂?裂液形成的濾餅太厚太結(jié)實(shí)而影響裂縫面滲流能力，對(duì)它應(yīng)進(jìn)行有效的清洗，弁將堵塞物質(zhì) 返排出地層； 再填充支撐劑。已壓裂過的井中的支撐劑的破碎和嵌入都會(huì)不斷增加，需要再次填充高導(dǎo)流能力支撐劑，改進(jìn)加砂方法，使重復(fù)壓裂井增產(chǎn)；壓開新裂縫是在老裂縫的基礎(chǔ)上從油層中

12、打開新的滲流通道，更大范圍地溝通老裂縫未能動(dòng)用的油氣層，從而使產(chǎn) 量大幅度提高水平井分段壓裂見圖叭圖 2）虢于護(hù)主作匡K苑和中吾比1VV 1V2茶焉可鉆貳捋笨令掘伍氧技忒V曾詢分割籃好股壓杜槿術(shù)V 1V4分篇鑫：Uj羊見守段莊鬣聯(lián)虱VVVVV表T國內(nèi)外水平井分毆壓契技術(shù)圖i水旱井分段壓裂與同步H 2水平井分段壓契技術(shù)壓裂示意圖由表1可知水平井主體壓裂技術(shù)基本上有5種。裸眼封隔器+滑套分段壓裂技術(shù)可分為兩種，區(qū)別在于封隔器的不同，一種是液壓座封裸眼封隔器，施工過程中不需動(dòng)管柱，既生產(chǎn)管柱作為壓裂管柱，投球打開滑套分壓各段，施工快捷。不足是裂縫位置無法準(zhǔn)確預(yù)測；另一種是遇油膨脹封隔器，封隔環(huán)空，隔

13、離系統(tǒng)無需機(jī)械操作，地面投球打開滑套，施工快捷。不足是封隔器膨脹時(shí)間長，無法解封。泵送可鉆式橋塞分段壓裂技術(shù)。同時(shí)進(jìn)行射孔及座封壓裂橋塞，可進(jìn)行大排量施工， 分壓段數(shù)不受限制，壓裂后可快速鉆掉，不受限制。不足之處是對(duì)套管和套管頭抗壓要求高以及對(duì)電引爆 座封等配套技術(shù)要求高。套管內(nèi)封隔器分段壓裂技術(shù)。管柱下至設(shè)計(jì)位置后，裝好壓裂井口等裝置，反洗井，正加液壓使底部閥關(guān)閉，管內(nèi)增壓至封隔器座封壓力使封隔器座封，套管加液壓，檢驗(yàn)油套環(huán)空的密封性。壓裂施工時(shí)，開始?jí)毫训谝粚?，投一?duì)應(yīng)低密度球，泵送至相應(yīng)滑套開關(guān)上，加液壓打開滑套，即可進(jìn)行第一層段的壓裂。依此步驟重復(fù)完成剩余壓裂段施工作業(yè)。雙封單壓分段壓

14、裂技術(shù)，一次性射開所有待改善層段，壓裂時(shí)利用導(dǎo)壓噴砂封隔器的節(jié)流壓差壓裂管柱，采用上提的方式，一趟管柱完成各層的壓裂。雙封單壓分段壓裂技術(shù)是近幾年新發(fā)展起來的一項(xiàng)油田增產(chǎn)措施工藝，該工藝具有針對(duì)性強(qiáng)、效率高、安全可靠和加砂量大等特點(diǎn)，工藝耐溫 80 C耐壓60MPa1目前在南翼山油田已成熟應(yīng)用的前置液投球分3層段壓裂工藝相比，該工藝一趟管柱可壓裂310層段，在降低單層施工成本的同時(shí)也滿足了七個(gè)泉油田儲(chǔ)層壓裂要求。2011年6月20日，青海油田七新6-2井雙封單卡5層壓裂的成功，標(biāo)志著青海油田分段壓裂技術(shù)又上了一個(gè)新臺(tái)階，它降低了施工強(qiáng)度、成本和風(fēng)險(xiǎn)，提高了效率，為青海油田低滲透、長井段薄互層的高效開發(fā)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。水力噴砂分段壓裂技術(shù)。水力噴射技術(shù)可以在裸眼、篩管甚至套管完井的水平井以及石灰?guī)r、砂巖、頁巖等不同巖性上進(jìn)行分段酸壓或加沙壓裂，而且施工安全快捷。大力發(fā)展水平井水力噴射分段壓裂